张振宇　李国金　刘英哲

摘要： 为不了解硬件的学生讲授CPU体系架构是一件很困难的事情，以往的教学方式是基于仿真与纸上练习的，但是效果非常有限，因为在课堂上讲解电子系统设计是非常复杂的。在过去的两年中，我们开发了一套运行于FPGA的实用实验。要求学生从零开始在60个学时内独立开发处理器，并在处理器上采用汇编语言运行一些小程序。通过设计处理器的不同模块使得学生一步步的理解体系架构，所有的模块像堆积木一样构成整个处理器。两年的运行实践证明这种基于项目学习的教学方法是非常有效的，一些学生对CPU体系架构产生了浓厚兴趣，并攻读了硕士学位。

关键词：CPU体系架构；FPGA；基于项目学习

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）18-0157-02

1 简介

处理器体系架构是辽宁工程技术大学电子系开设的专业核心课，然而传统的教学方法偏重于理论并采用仿真方法验证[1，2]。学生没有机会在硬件平台上实现处理器模块，多年的教学实践表明该方法是低效的，无法锻炼动手能力和提升想象力。 Cifredo等对处理器体系结构教学做了有益的尝试[3]，大多数尝试取得的进展非常有限，无法满足课程要求。

基于项目的学习是一种以学生为中心的教学模式，学生在教师或专家的指导下提出问题，并探究这些问题的答案。Martinez等曾采用该教学模式提升CPU体系架构的教学效果[4]，但是学生并没有真正掌握设计一款可运行处理器的技巧。

FPGA能以较低成本短周期内设计更为复杂的高性能系统， 使得学生对体系架构有更深入的理解，可用于计算机体系架构课程教学中。……