計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)發(fā)展論文

時(shí)間:2022-07-25 06:39:00

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計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)發(fā)展論文

摘要:《微機(jī)接口技術(shù)》教學(xué)模式應(yīng)該突破傳統(tǒng)的理論驗(yàn)證教學(xué)模式,充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。加強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是本課程教學(xué)改革的一個(gè)難點(diǎn)。該課程的教學(xué)改革突破點(diǎn)是:實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)組織方法上進(jìn)行的一些有益的改革嘗試,可以有效提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞:教學(xué)改革;實(shí)驗(yàn)教學(xué);創(chuàng)新能力

1引言

《微機(jī)接口技術(shù)》課程作為高等院校計(jì)算機(jī)專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課程之一,學(xué)生普遍感到《微機(jī)接口技術(shù)》這門課難學(xué)、難懂、概念抽象、感性認(rèn)識(shí)差,再加上大量匯編語言編寫的初始化程序和應(yīng)用程序。學(xué)生學(xué)習(xí)完了這門課程后,對(duì)于接口芯片工作原理和在計(jì)算機(jī)中的實(shí)際應(yīng)用模糊不清,更談不上創(chuàng)新設(shè)計(jì)。該課程的教學(xué)現(xiàn)狀總結(jié)起來,主要存在以下幾個(gè)方面的問題。

1)教材相對(duì)陳舊

現(xiàn)在使用的教材大多數(shù)都存在東拼西湊的現(xiàn)象,而且教材的編寫、出版有一個(gè)周期問題,即使基本理論講清楚了,但是對(duì)芯片的應(yīng)用現(xiàn)狀和新技術(shù)發(fā)展卻很少涉及,或者講得不清楚。

2)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)嚴(yán)重分離

理論教學(xué)主要靠老師在課堂上用電子教案分析講解,這種單純的理論分析,學(xué)生感覺枯燥乏味,沒有參與思考的積極性;而最能吸引學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程卻由實(shí)驗(yàn)教師自行組織,與理論教學(xué)脫節(jié)。學(xué)生的完整知識(shí)結(jié)構(gòu)體系無法統(tǒng)一和完善。

3)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)扼殺了學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新欲望

現(xiàn)在高校中對(duì)于該門課程的實(shí)驗(yàn)都采用實(shí)驗(yàn)箱,對(duì)芯片功能進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)就算了?;旧蠈W(xué)生沒有自主的創(chuàng)新環(huán)節(jié),在課程設(shè)計(jì)階段,老師把程序編寫好,學(xué)生照著老師的步驟連接好各種線路,再把程序錄入、調(diào)試運(yùn)行,觀察結(jié)果寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告就行了。最后導(dǎo)致所有學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告都是一個(gè)結(jié)論。

因此,積極地對(duì)《微機(jī)接口技術(shù)》課程進(jìn)行教學(xué)改革,有效提高教學(xué)質(zhì)量是當(dāng)前該門課程的重要任務(wù)。因?yàn)樵撻T課程作為匯編語言、計(jì)算機(jī)組成原理課程的后繼專業(yè)課程,是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生有效提高專業(yè)技能和動(dòng)手、創(chuàng)性能力的一門重要課程,也是該專業(yè)與其它專業(yè)區(qū)分的一門主干課程。要達(dá)到有效提高該門課程教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力,就必須在教學(xué)指導(dǎo)思想、教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)組織方法等方面進(jìn)行一系列改革,下面就這幾個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)探討。

2根據(jù)課程發(fā)展特點(diǎn),轉(zhuǎn)變教學(xué)指導(dǎo)思想

教學(xué)改革的目的是提高教學(xué)質(zhì)量,要在有限的幾十個(gè)學(xué)時(shí)中讓學(xué)生真正掌握好一門課程的內(nèi)容,在組織教學(xué)過程中就要做到“少而精”,要想做到這一點(diǎn),就必須靈活地使用教學(xué)方法,不能千篇一律地純理論教學(xué),必須轉(zhuǎn)變教學(xué)指導(dǎo)思想,根據(jù)課程的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整,對(duì)于《微機(jī)接口技術(shù)》這種純硬件的專業(yè)課程,學(xué)習(xí)重點(diǎn)就要從“是什么,如何工作”繼續(xù)深入到“是什么,如何工作,如何設(shè)計(jì),現(xiàn)在的發(fā)展現(xiàn)狀,以后的發(fā)展方向”。積極的鼓勵(lì)學(xué)生思考。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)模式普遍都是“重軟件、輕硬件”,很多學(xué)生到了大學(xué)畢業(yè)做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí),連計(jì)算機(jī)主機(jī)箱內(nèi)的部件都不認(rèn)識(shí),更談不上發(fā)展研究了,這也是國(guó)內(nèi)硬件人才嚴(yán)重缺乏的原因之一。因此教師的引導(dǎo)很重要,要給予學(xué)生充分的思考空間,“強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ),注重實(shí)際能力”應(yīng)該才是這門課程的新教學(xué)指導(dǎo)思路。

3優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

《微機(jī)接口技術(shù)》課程教學(xué)改革的首要任務(wù)應(yīng)該是教材改革。選用教材應(yīng)該是以學(xué)生能夠?qū)W到知識(shí)為目的。

現(xiàn)在很多高校選用的理論教材還基本差強(qiáng)人意,但是實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材卻參差不齊,很多教材都只是列出了各芯片的連線示意圖,并給出了相應(yīng)的初始化程序,學(xué)生只需要按圖索驥就行了,完全失去了實(shí)驗(yàn)課程的意義。這種驗(yàn)證式的教學(xué)模式導(dǎo)致了學(xué)生自我創(chuàng)新能力的喪失,一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束,所有學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告都是一個(gè)結(jié)論。

隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的飛速發(fā)展,《微機(jī)接口技術(shù)》課程的教與學(xué)都發(fā)生了質(zhì)的變化。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)接口技術(shù)課程著重于介紹計(jì)算機(jī)各組成芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu),初始化編程命令和在PC/AT機(jī)中的基本應(yīng)用,并沒有系統(tǒng)的介紹各組成芯片的關(guān)聯(lián)工作情況以及和CPU的系統(tǒng)工作狀況。當(dāng)今PentiumPC機(jī)廣泛使用的并行接口標(biāo)準(zhǔn)IEEE1394、通用串行接口標(biāo)準(zhǔn)USB、圖形顯示總線標(biāo)準(zhǔn)AGP、高速硬盤標(biāo)準(zhǔn)Ultra100MB等等,都是最新接口技術(shù)應(yīng)用的具體成果。但是在現(xiàn)有教材中很難包含所有的新技術(shù),因?yàn)楝F(xiàn)有教材中的很多內(nèi)容在微機(jī)原理課程中已經(jīng)講到,因此學(xué)生更是覺得這門課程沒有實(shí)用價(jià)值。

針對(duì)這一系列情況,現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容就必須進(jìn)行優(yōu)化。因?yàn)檫@門課程的特殊性,其理論基礎(chǔ)基本上都是圍繞IBM/PC系列機(jī)進(jìn)行講解的,基本原理沒有大的調(diào)整和變化,因此理論教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化主要是選擇教材的問題,根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn),一般來講正規(guī)出版社的理論教材都還可以,因此這門課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化就主要著眼在實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)組織方式。根據(jù)筆者多年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行以下探討。

3.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革

微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容主要是有關(guān)接口芯片的學(xué)習(xí)和應(yīng)用,各種芯片在學(xué)習(xí)過程中都是分開來講解,其實(shí)在具體的應(yīng)用上這些芯片是互相緊密聯(lián)系的,在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該集合在一起,才能真正的掌握這些芯片在計(jì)算機(jī)中的主要功用。比如:接口芯片8255是并行傳輸接口芯片,三個(gè)端口的每個(gè)引腳都可以獨(dú)立地產(chǎn)生一個(gè)有用信號(hào);而芯片8253是定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,可定時(shí)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào),而這個(gè)信號(hào)和8255A的PB口協(xié)作可以作為揚(yáng)聲器的控制信號(hào)。所以在實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)該把8255A和8253A這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)合在一起。實(shí)驗(yàn)時(shí)間是4個(gè)學(xué)時(shí),在內(nèi)容上,可以先熟悉8255的性能,然后熟悉8253的性能,最后將兩者結(jié)合在一起進(jìn)行實(shí)驗(yàn),真正掌握計(jì)算機(jī)揚(yáng)聲器的工作原理。兩種芯片互相聯(lián)系,有助于對(duì)芯片更深入地了解,在此基礎(chǔ)上,也可以將芯片8259和8253A結(jié)合在一起。這樣逐步深入,不斷提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,學(xué)生有了興趣后,老師就必須循循善誘的引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì),實(shí)際上,這門課程的創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容很多,比如:工業(yè)控制,智能儀器儀表,超市收銀機(jī),公共汽車報(bào)站系統(tǒng),電子考勤機(jī),門鈴報(bào)警電話,步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng),交通收費(fèi)系統(tǒng),家電領(lǐng)域的智能控制芯片等等。教師可以選擇一個(gè)比較實(shí)用也不太復(fù)雜的產(chǎn)品作為事例,如足球場(chǎng)上的計(jì)時(shí)器、記分器等等,給學(xué)生由淺入深地講解,鼓勵(lì)學(xué)生只要掌握了相關(guān)的硬、軟件基礎(chǔ)知識(shí),就能開發(fā)出同樣的產(chǎn)品,從而激發(fā)他們對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣,增強(qiáng)了求知欲。

對(duì)于這門課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,筆者在教學(xué)中一般分為這樣幾個(gè)層次進(jìn)行。

3.1.1認(rèn)知階段

這一階段

主要是讓學(xué)生從理論角度轉(zhuǎn)變到硬件角度認(rèn)識(shí)真正的硬件芯片外觀和基本工作原理,熟悉匯編語言在接口芯片編程控制中的上機(jī)過程?;疽勒諏?shí)驗(yàn)講義的指導(dǎo)去做,這算是本課程學(xué)習(xí)的入門階段。學(xué)生這時(shí)剛剛接觸到具體的硬件芯片,對(duì)于很多引腳的定義不能從硬件接線的角度去理解,因此必須要求學(xué)生完全依照實(shí)驗(yàn)講義的要求,一步一步進(jìn)行程序調(diào)試、匯編、連接、裝入、運(yùn)行,觀察輸出,得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這一層次的實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕鞘煜?shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)步驟,對(duì)接口芯片各個(gè)引腳信號(hào)的實(shí)際接線方法有一個(gè)初步的體會(huì),逐步提高做實(shí)驗(yàn)的興趣,通過實(shí)驗(yàn),學(xué)生對(duì)系統(tǒng)有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。這是實(shí)驗(yàn)的初級(jí)階段,力求做到由淺入深、循序漸進(jìn)。

3.1.2提高階段

這一階段主要是提高學(xué)生對(duì)芯片系統(tǒng)工作的認(rèn)識(shí)。因?yàn)檫@時(shí)學(xué)生已經(jīng)對(duì)芯片的硬件接線有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí),有能力自己做一些修改和設(shè)計(jì),并且對(duì)做實(shí)驗(yàn)有了一定的興趣,在講義給出的基本接線原理的基礎(chǔ)上,自己深入一步,做一些局部的改動(dòng),這時(shí)實(shí)驗(yàn)的成功對(duì)學(xué)生的心理有較大的鼓勵(lì),可以激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。比如:CPU利用8255A與打印機(jī)相連完成并行打印和打印機(jī)并行接口的學(xué)習(xí)是分成不同章節(jié)介紹的,弄得很多學(xué)生就搞不清楚,到底CPU用的是哪一種并行打印接口,而且打印接口標(biāo)準(zhǔn)和8255A到底有什么關(guān)系?因此筆者在講解這部分內(nèi)容時(shí),首先分開講清楚各自的工作原理,以及編程控制等基本內(nèi)容。讓學(xué)生深入了解CPU執(zhí)行指令所產(chǎn)生的信號(hào)如何控制并行打印的輸出過程。之后,在實(shí)驗(yàn)中,筆者讓學(xué)生設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn):利用8255A的A口工作在方式0與微型打印機(jī)相連,將內(nèi)存緩沖區(qū)BUFF中的字符打印輸出。試完成相應(yīng)的軟硬件設(shè)計(jì)。由于學(xué)生已經(jīng)清楚知道了各自的工作原理,老師稍加引導(dǎo),學(xué)生很容易就設(shè)計(jì)好硬件連線圖,如圖1所示。

圖1硬件連線圖

有了這樣一個(gè)硬件連線圖,相應(yīng)的控制程序就很簡(jiǎn)單了。然后讓學(xué)生自己完成這個(gè)題目的硬件連線和控制程序:將上例中8255A的工作方式改為方式1,采用中斷方式將BUFF開始的緩沖區(qū)中的100個(gè)字符從打印機(jī)輸出。根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn),只要學(xué)生能夠順利完成前面的實(shí)驗(yàn),這個(gè)實(shí)驗(yàn)也會(huì)很容易成功。通過一系列類似的提高實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生切實(shí)清楚了各種芯片、接口標(biāo)準(zhǔn)與CPU的關(guān)聯(lián)工作情況,可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)熱情,樹立學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心和學(xué)習(xí)成就感。

3.1.3創(chuàng)新階段

這個(gè)階段是在前面兩個(gè)階段的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,學(xué)生經(jīng)過了認(rèn)知、解惑的階段后,就產(chǎn)生了自我創(chuàng)新的欲望。這時(shí)老師可以要求學(xué)生自己設(shè)計(jì)線路圖、程序,進(jìn)行調(diào)試,得出正確的結(jié)果,是學(xué)習(xí)的提高階段。因?yàn)閷W(xué)生對(duì)芯片的學(xué)習(xí)和硬件接線有了深入的理解后,已經(jīng)不滿足于實(shí)驗(yàn)講義上的現(xiàn)成方案,迫切希望自己動(dòng)手設(shè)計(jì)一個(gè)綜合性的實(shí)驗(yàn)方案,然后進(jìn)行編程、調(diào)試,得出結(jié)果,最后寫一個(gè)綜合的設(shè)計(jì)報(bào)告。這是實(shí)驗(yàn)的高級(jí)階段,對(duì)于學(xué)生動(dòng)手能力的提高有較大的幫助。筆者就在這一階段要求學(xué)生完成了一些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),比如:交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)、電子音樂播放器、電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)易計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方案。盡可能多地提供具有實(shí)際用途的設(shè)計(jì)方案,使學(xué)生通過完成實(shí)用價(jià)值較高的電路設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)一步加深對(duì)專業(yè)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解。

比如設(shè)計(jì)—套公共汽車報(bào)站系統(tǒng),利用8255或8253、8259等接口電路均可。學(xué)生根據(jù)所選課題和所用的接口電路芯片設(shè)計(jì)出完整的接口電路,并在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上完成電路的連接和調(diào)試通過即可。在設(shè)計(jì)過程中,不提供所謂的“標(biāo)準(zhǔn)答案”,而是鼓勵(lì)學(xué)生充分發(fā)揮設(shè)計(jì)才能,大膽創(chuàng)新。接口電路接法不同,芯片選擇不同,結(jié)果可能不同。鼓勵(lì)持不同意見的同學(xué)充分闡述自己的觀點(diǎn),積極相互討論。不乏有學(xué)生為了擬定一個(gè)良好的設(shè)計(jì)方案,為了調(diào)試出相應(yīng)的指標(biāo),絞盡了腦汁,主動(dòng)彌補(bǔ)自己知識(shí)的缺陷來完成課程任務(wù)。所以,通過創(chuàng)新階段的訓(xùn)練能夠真正反映學(xué)生掌握本課程的綜合應(yīng)用能力。

3.2實(shí)驗(yàn)組織方式

由于這門課程為計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)的必修課程,學(xué)生人數(shù)眾多,組織實(shí)驗(yàn)時(shí)可以采用分級(jí)組織形式。通過前面的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),完成較好的學(xué)生自己選擇一個(gè)同學(xué)形成一組,每組不超過兩人,以杜絕學(xué)生存在不做的僥幸心理,兼顧“一幫一”的原則,帶動(dòng)學(xué)習(xí)氛圍。實(shí)驗(yàn)結(jié)束,要求學(xué)生進(jìn)行討論,并寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告,對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。學(xué)生通過創(chuàng)新、討論、實(shí)踐、再討論、再實(shí)踐、再創(chuàng)新的過程,個(gè)人動(dòng)手能力得到了極大地提高。

4采用立體教學(xué)模式

除了抓好實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)外,教學(xué)模式的多變也是必不可少的。現(xiàn)代教學(xué)方式的一個(gè)典型指標(biāo)就是多媒體技術(shù)的應(yīng)用。很多老師認(rèn)為用了幻燈片就是使用多媒體了,其實(shí)不然,作為硬件技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)課程,對(duì)于絕大多數(shù)學(xué)生來講,《微機(jī)接口技術(shù)》課程中的很多知識(shí)都是抽象而難于理解的,如果采用Powerpoint做成的傳統(tǒng)的靜態(tài)幻燈片,學(xué)生肯定會(huì)覺得生澀難懂。比如我在教學(xué)過程中就組織了微機(jī)接口技術(shù)的立體教學(xué)模式,制作了微機(jī)接口技術(shù)的電子教案,應(yīng)用了微機(jī)接口技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)軟件,利用這些輔助的教學(xué)手段完成《微機(jī)接口技術(shù)》的課堂教學(xué)。因?yàn)殡娮咏贪缚梢约哟笳n堂教學(xué)的信息量,仿真軟件可以直觀地將各部件內(nèi)部每一步的信息流動(dòng)過程以生動(dòng)形象的方式展示在學(xué)生面前,使學(xué)生具有身臨其境的感覺。比如:控制程序中指令執(zhí)行過程以及涉及到的微操作步驟,如果就靠課堂上空洞的分析,學(xué)生是無法建立其完整的結(jié)構(gòu)概念的,但是在教學(xué)過程中,我就用仿真工具做了一個(gè)動(dòng)態(tài)的執(zhí)行過程,學(xué)生看起來很直觀,而且明確了執(zhí)行過程中相關(guān)硬件的工作和配合情況。

通過教學(xué)實(shí)踐證明,采用現(xiàn)代化的、多元的教學(xué)手段,可以把原本枯燥的硬件課程講解得生動(dòng)易懂,消除了學(xué)生的畏難情緒,化被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)求知。當(dāng)然因?yàn)榻涌诩夹g(shù)與設(shè)備都在不斷的發(fā)展,教材上的內(nèi)容,往往是對(duì)以往接口技術(shù)成型后的總結(jié),實(shí)驗(yàn)也只是對(duì)教材上的芯片接口功能的驗(yàn)證,并不能真正與當(dāng)前最新技術(shù)同步,有些甚至過于陳舊,所以應(yīng)適時(shí)補(bǔ)充一部分當(dāng)前微機(jī)接口技術(shù)中較新的內(nèi)容,并給予重點(diǎn)介紹,如有條件的話可以給學(xué)生演示無盤系統(tǒng)啟動(dòng)芯片BOOT—RObl設(shè)備、USB設(shè)備等開發(fā)過程,包括選擇控制器、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試整個(gè)過程,使學(xué)生對(duì)現(xiàn)代微機(jī)接口技術(shù)與身邊常見設(shè)備更緊密結(jié)合起來,真正做到學(xué)以致用。

5結(jié)束語

《微機(jī)接口技術(shù)》課程的教學(xué)改革是一個(gè)長(zhǎng)期的過程,不可能一蹴而就,需要理論

教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)組織方式和教學(xué)模式等多因素結(jié)合,本文就教學(xué)的幾個(gè)主要方面進(jìn)行了探討,主要分析了實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的問題并提出了改革方法,通過作者自己的教學(xué)實(shí)踐,合理安排教學(xué)內(nèi)容、靈活組織教學(xué)模式、加強(qiáng)教學(xué)實(shí)踐、增加創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)等,都有助于提高教學(xué)質(zhì)量,改善教學(xué)效果,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率,同時(shí),通過這門課程的教學(xué)改革探討也為今后更進(jìn)一步的精品課程建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

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