計算機體系結構方向精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的計算機體系結構方向主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：計算機體系結構方向范文

Abstract: Parallel computer is the highest point of information technology. How to combine the advantages of kinds of parallel systems structure: the shared memory and distributed memory and explores a new parallel system structure and how to take full advantage of the resource and processing ability of computer have always been the research focus in parallel computer field. Computer virtualization technology can conduct abstract and unified management to resources of physical computers with the advantage of flexible. The paper explores the application of computer virtualization technology, new type parallel computer system structure and the technology idea of taking full advantage of parallel computer resources.

關鍵詞:并行計算機;計算機體系結構;虛擬化技術;虛擬機

Key words: parallel computer;computer architecture;virtualization technology;virtual machine

中圖分類號:TP316文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)24-0170-02

1并行計算機發展進程中存在的兩個問題

并行計算機是指能夠支持并行算法的計算機。并行計算機的處理能力與存儲能力比一般的個人計算機強大得多,因而成為信息技術領域的制高點。各主要信息技術強國都舉全國之力,在該領域展開了激烈的競爭,以搶占制高點,爭奪信息領域的主動權。盡管并行計算機技術發展迅速,推廣應用也很普及,但是,在并行計算機的發展與應用領域還存在著兩個主要問題,一是并行計算機體系結構發展滯后,二是并行計算機的資源利用率還比較低。這兩個方面的問題制約著并行計算機系統規模與性能的進一步提高,也制約著并行計算機的推廣應用,亟待解決。

當前,并行計算機體系結構主要有兩大發展方向,一是以SMP(Symmetric Multiprocessor)為代表的共享存儲體系結構,二是以工作站機群COW(Cluster Of Workstation)為代表的分布存儲體系結構。共享存儲體系結構的優點是易于編程、整機效率高,缺點是可擴展性差、成本高昂;分布存儲體系結構的優點是可擴展性強、成本低廉,缺點是管理和編程困難、整機效率較低?？梢娺@兩種主流的并行計算機體系結構各有優缺點,而且彼此之間互補性很強。這兩種并行體系結構主導著并行計算機的發展方向,但是由于其各自的缺陷都很明顯,因而也制約著并行計算機的進一步發展。如何結合二者的優點,克服彼此的不足,設計一種既易于編程和管理,整機效率得到充分發揮,又具有良好的可擴展性和成本優勢的并行計算機體系結構,一直是業界的研究熱點之一,研究人員付出了很多努力,但是,成效不夠顯著。其原因是難以有效地融合兩種體系結構的優勢特征。

并行計算機的研發與生產耗費巨大,一般是為了某類特定的高強度計算或大規模數據處理應用而研發和生產,并且一般是針對峰值需求來設計并行計算機的系統性能。但是,在實際應用中,并行計算機往往并沒有得到充分利用。原因有二,一是高強度的計算和處理需求并不是很飽和,二是應用需求并不總是處于峰值狀態。因此,為了充分利用并行計算機的資源,發揮其效益,必須解決并行計算機的綜合利用問題。

2虛擬化技術及其主要優勢

計算機虛擬化技術是指對計算機系統資源進行抽象與管理、使用的技術總稱[2]。計算機虛擬化技術通過軟件技術或者軟硬件相結合的技術,在計算機硬件之上構建一個軟件層,稱為虛擬機監控器VMM(Virtual Machine Monitor),VMM的功能是對底層的物理資源進行抽象,屏蔽物理資源的差異性,使其對上層呈現為具有統一特征和訪問接口的虛擬資源集合。從而在物理機器之上構建虛擬的計算環境,使得指令在虛擬的環境中執行,而不是直接在物理平臺上執行。根據VMM所處的層次不同,虛擬化技術又分為系統級虛擬化技術和進程級虛擬化技術。系統級虛擬化技術是指VMM直接構建于物理機器之上,VMM能夠模擬整個計算機系統環境,在VMM之上能夠構建多個虛擬機VM(Virtual Machine),每個VM都是一個完整的系統環境,能夠運行包括操作系統在內的整個軟件棧。進程級虛擬化技術是指VMM構建于操作系統之上,其功能是模擬進程運行環境,VMM構建的每個VM只能支持單個進程的運行。本文主要討論和利用系統級虛擬化技術,下文簡稱為虛擬化技術。

虛擬化技術具有兩個顯著的優勢。一是虛擬化技術能夠對物理資源進行抽象,因而能夠屏蔽物理資源的差異性,甚至是分布式特性,使物理資源對上層軟件呈現為統一的資源視圖,提供統一的資源訪問接口。利用虛擬化技術就能夠對底層的物理資源進行統一管理和進行靈活的、細粒度的劃分和調配使用。二是虛擬化技術能夠對指令的執行進行實時監控,因而能夠捕獲敏感指令的執行,進而能夠對敏感指令的行為進行審計。所以,利用虛擬化技術就能夠實現包括系統安全策略在內的一系列系統管理意圖,并且使得這些特殊的管理意圖對上層軟件透明。

3利用虛擬化技術解決并行計算領域的兩個問題

3.1 利用虛擬化技術構建新型的并行計算機體系結構利用虛擬化技術,可以構建新型的并行計算機體系結構,從而結合共享存儲并行結構和分布存儲并行結構的優勢?？梢酝ㄟ^兩種技術思路來構建新型的并行計算機體系結構,一是通過虛擬機集群的方式,二是通過分布式虛擬機監控器的方式。

第2篇：計算機體系結構方向范文

隨著計算機技術發展的日新月異,并行、多核、虛擬化等新概念新技術被廣泛應用于業界主流系統中,同時也是研究的熱門領域。在過往開展教學和聽取學生意見反饋過程中,我們感到原有的計算機系統方向課程存在缺乏公共前導課,教材陳舊,重理論、輕實踐等問題,使得學生在學校中學習的內容與主流系統脫節較大,學完后對散布于各門課程中的知識點僅有孤立的了解,不能融會貫通,同時動手能力也較弱,難以滿足畢業后工作和進一步深造的需要。

從2002年起,我們把計算機系統方向作為教學改革的試點和突破口,積極借鑒國際先進經驗,從加強基礎教學入手,對原計算機系統方向的課程體系、課程內容和教學方法等方面進行了全面改革。經過幾年的努力,改革取得了一定的成效,積累了初步的經驗。本文對近年來在加強計算機系統方向基礎教學方面所采取的一些做法和取得的一些心得進行了總結和介紹。

2改革前后計算機系統方向課程體系狀況概覽

改革前計算機系統方向的課程體系如圖1所示,主要由組成與匯編、數字電路、計算機體系結構、計算機接口、操作系統、編譯原理、數據庫管理系統和計算機網絡等課程組成,其中組成與匯編課程是計算機體系結構課程的前導課,數字電路課程是計算機接口課程的前導課,除此之外各課程保持并行關系,屬于比較傳統的課程體系。在該課程體系中,由于各高階課程缺乏公共的前導課程,使得學生學習起來比較吃力,且對各門課程難以融會貫通;同

圖1改革前的計算機系統方向課程體系

時組成與匯編作為一門傳統課程,其教學內容未能涵蓋很多目前已被業界主流采用的新概念新技術,而傳統的數字電路課程也未體現通過目前軟件設計數字部件的最新潮流。

在課程體系改革過程中,針對傳統課程體系中存在的問題,借鑒國外先進經驗,通過引入公共的前導課程,加強了系統方向的基礎教學。改革后,取消了組成與匯編課程,代之以引進的計算機系統基礎和計算機系統工程兩門全新課程作為計算機體系結構、操作系統、編譯原理等所有高階課程的公共前導課程,同時將原數字電路課程改為數字部件設計課程,作為計算機接口課程的前導課程。改革后的計算機系統方向課程體系如圖2所示。

圖2改革后的計算機系統方向課程體系

改革后全新引進的兩門課程中,“計算機系統基礎”課程是卡內基•梅隆大學課程改革的結晶之一,該課程1998年開始試點,2002年試點成果正式匯編成教材,課程涵蓋了計算機系統領域廣泛的內容,為系統方向后繼課程做了很好的準備和鋪墊,但又僅從程序員角度介紹,不與后繼課程搶內容。作為最早引進該課程的國內高校,我們在一段時間內曾經將其直接作為高階課程的前導課程。但在具體教授過程中,我們發現該課程側重于介紹組成計算機系統的各個必要元素,幫助學生理解計算機系統構成的一些基本原理,關注于一個個相對孤立的知識點;但課程并不介紹這些孤立的知識點是如何相互作用來構成當前支撐計算機產業的復雜系統。

因此我們又進一步引進了麻省理工學院的“計算機系統工程”課程。該課程是麻省理工學院針對目前互聯網應用成為主流,多核概念和系統廣泛應用,而傳統課程中并發、并行、分布式等概念占比較低的情況所打造的新課程。課程在學生有了一定計算機系統的基礎知識上,介紹了如何使用這些計算機系統的基礎知識(基礎單元)來設計一些復雜系統,使學生能夠對計算機系統有更全面的理解,從而激發學生更進一步學習的興趣。課程還為隨后的高階課程如操作系統、編譯原理、計算機體系結構等樹立了通識的設計理念,使學生在后繼課程的學習中可以利用這些通識的設計理念去具體理解不同課程中各異的設計與實現。

3借鑒國際先進經驗采取的幾項改革措施

在加強系統方向基礎教學的改革過程中,除對課程體系進行改革外,我們在課程內容、教學方法、實踐教學、人員配備等方面也都借鑒國際先進經驗,采取了一定的改革措施。

在原先計算機系統方向教學過程中,由于后繼高階課程缺乏公共的前導課程,學生在整個學習過程中對各個知識點的學習相對孤立,容易產生“只見樹木,不見森林”的情況。在我們引入新課程,重構課程體系過程中,特別注意借鑒相關先進經驗,形成課程內和課程間知識的前后呼應,力求使學生“既見樹木,又見森林”。如在編譯系統課程中,以一個完整的小系統“Tiger語言編譯器”來貫串整個課程,圍繞系統的設計和實現逐步引入各個基本概念和基本方法,使學生對課程中的各個知識點不再是孤立地理解和掌握,而是在課程范圍內有個全局的把握。又如計算機系統基礎課程對進程、程序鏈接、虛存管理以及地址空間這些概念的介紹為學生在后續操作系統課程中對概念的深入學習進行了前瞻引導:計算機系統基礎課程介紹各進程間通過虛存管理來實現獨立的地址空間,而操作系統課將進一步具體介紹虛存管理和獨立空間是如何實現的,講解頁表機制、地址空間劃分、進程間共享等問題。

此外,根據相關研究和我們的教學經驗,一個重要的概念如果能在多門課程中從不同角度多次重復,學生更容易真正地理解和掌握。比如進程這個概念,首先在計算機系統基礎課中從程序員的角度引入,介紹進程的編程接口在系統中的表現行為和支持進程需要涉及的主要方面如系統堆棧結構、方法調用和內存分配等;隨后在計算機系統工程課程中對進程的設計理念進行抽象,講解進程在系統中扮演的各種角色和完成的各種任務;接著在操作系統課中,將具體講解操作系統是如何實現進程和支持進程運行的各組成部分,如內存如何分配,進程間如何進行調度和數據共享等;最后在計算機體系結構課程中會對進程的最終形態指令集進行介紹,具體講解體系結構如何在物理層面上支持進程的執行。

教學方法方面,積極借鑒美國優秀大學的先進教學方法,課堂授課主要側重闡述該學科的要點和難點,而那些具體的、細節的課程內容和需要學生親自動手實踐的內容則更多地放在教學實驗環節中,留給學生課后自主學習。同時還在部分課程中嘗試探究性學習,設計了若干個開放式討論課題,給出相關文獻讓每個學生閱讀,要求學生給出針對性的設計,并進行小班討論。

我們還根據國外經驗特別強調了實踐環節在教學中的重要性,全面引進了配套的實驗(Lab)和實踐項目(Project),將理論教學和實驗教學統一在一門課程中。實驗一般采用固定時間、集中當場完成的形式,其中驗證類實驗比重非常少,設計類和綜合類實驗占絕大多數;實驗內容緊跟授課進度,偏重實踐,使學生能熟悉開發工具、開發環境和開發流程,了解開發和調試技巧,更好地理解課堂教授的理論知識,強化對概念的掌握。例如在計算機系統基礎課程中安排了Bit Operation、Pipeline Design等多個實驗。

實踐項目則一般會在提前教學進度布置,由學生在課后獨立或分組完成,在經過較長時間后上交;實踐項目內容要求的知識廣度與深度在一定程度上超出了課堂教授與課后自習的內容,這就需要學生根據要求去查閱更多資料、學習更多知識、掌握更多技能。通過這一過程,學生得以完善自身的知識結構、深化對理論的認識,從而提升自身的綜合能力與素質。例如“操作系統”課程就要求實現一個支持X86架構的帶多任務支持、虛存支持等功能的操作系統內核,并要求內核能在simics上實現boot。

在人員配備方面我們同樣積極向國外優秀高校學習,為所有專業課程按選課人數配備了主要由研究生擔任的教學助理(Teaching Assistant),主干課程保證平均每15到20名學生左右配備一名助理。這些教學助理與學生定向掛鉤,負責協助主講老師根據課程內容和學生的反饋意見設計實驗、課后作業和實踐項目內容,在學生完成教學實驗的過程中給予學生及時的指導和幫助。

4在教學改革中取得的若干經驗和心得

在我們實行教學改革試點過程中,總結了若干可供借鑒的相關經驗和心得。

首先是在挑選國際先進經驗加以借鑒時,應堅持“高起點,全方位”的指導思想?！案咂瘘c”是指在挑選國外高校借鑒其經驗開展教學改革時,優先挑選麻省理工學院、卡內基•梅隆大學、斯坦福大學、加州大學伯克利分校等擁有全球頂尖計算學科的高校作為參考對象?！胺ㄆ渖险叩闷渲?法其中者得其下”,高起點的指導思想為較好的教改結果提供了前提和保障?！叭轿弧笔侵冈诮梃b經驗時,針對以往工作的不足,需注意從課程內容、實踐教學、教學方法、人員配備等多角度全方位借鑒國際頂尖高校的教學理念和方法,其中尤其應注意創造條件引進以往容易遭到忽視的實踐教學部分。

其次是在開展教改時不求“量大面廣”,而是要根據自己的水平和能力,先在小范圍內對擬采取的教改措施予以實驗,在取得成功的經驗后再逐步加以推廣,力求步步扎實,逐步推進。例如我們在教學方法改革時,首先在基礎較好的單獨的計算機系統基礎一門課程中試點,在取得效果后逐步向操作系統、編譯原理等其他系統方向課程推廣。這樣不斷嘗試,逐步推進,提高了教學改革成功的幾率,盡可能避免教改失敗對學生的影響,最大限度保護學生權益。

再次是在能力允許的情況下,根據國內實際情況,對借鑒國外經驗開展的教學改革不斷予以微調。以計算機系統基礎課程為例,在引進初期,我們參考國外高校課程設置,將其安排在一個學期內教授,每周6課時。由于課程面大量廣,學生很難接受,現在我們將課程調整為兩個學期教授,第一學期2+1課時,第二學期4+1課時,相應增加了習題課,學生學習相對更為容易,學習效果有明顯提高。同樣是這門課程,由于相關教材涉及面寬泛,部分章節難易失當,二年級學生學習比較吃力。我們在一段時間的教授后,根據經驗補充了部分材料,調整了部分內容的次序,現在還準備進一步重新編譯該教材,以求學生能更方便地閱讀和學習。但有一點值得注意的是,在教學改革剛開始的時候,不宜對內容進行太多調整,對內容的調整應在改革開始一段時間,教師對改革內容熟悉吃透,本身能力也提高之后才比較合適進行。

最后是改革需要有相應的體制機制作保障。例如在初次引進國外最新課程及配套實踐內容時,學生往往會感覺內容與以前學習的課程比難度和工作量明顯加大,進而會

感覺壓力偏大;同樣,教師在初次教授引進課程時,也會有部分內容把握不當。此時就需要有相應的學生意見反饋機制,包括學生打分、座談會等做配套,以便及時了解學生對正在進行的改革的感受和意見,不斷總結經驗,加以改進。又如在規劃課程間互相呼應的內容時,需要有學院相關領導牽頭來開展此項工作,同時還需要由有一定經驗老師組成的小組來共同探討和指導此項工作。另外在改革開展過程中,還應有一定的經費和資源等支撐,以鼓勵教師積極參與相關改革工作。

6結論與展望

第3篇：計算機體系結構方向范文

關鍵詞：計算機硬件；集成電路設計；教學改革

信息系統工程教育論壇我院計算機科學與技術本科專業始建于1987年，歷經20年的發展，為油田及相關企事業單位培養了大量的計算機應用人才?！熬哂辛己玫目茖W素養，系統地、較好地掌握計算機科學與技術包括計算機硬件、軟件與應用的基本理論、基本知識和基本技能與方法，能在科研部門、教育單位、企業、事業、技術和行政管理部門等單位從事計算機教學、科學研究和應用”是本專業的培養目標?；谶@個培養目標，結合目前計算機硬件技術最新發展現狀及趨勢，提出本硬件系列課改方案。

一、硬件系列課改的目的及意義

當前，計算機在信息社會中充當了重要角色，也是發展最為迅速的一門學科。隨著這門學科的不斷發展，目前，計算機核心技術愈來愈集中在集成電路芯片設計和軟件設計這兩項技術中，其中CPU和OS設計技術是最核心的兩項技術，特別是高性能計算機技術一直是衡量國家實力的一個重要標志。在硬件系列課程里，培養學生CPU及相關硬件的設計能力，培養學生自主創新并能夠設計出擁有自主知識產權的計算機部件的能力，是當前計算機硬件課程重要的改革方向，也是目前社會迫切需要的計算機硬件人才[1]。因此，適應當前計算機硬件技術的發展及社會對計算機硬件人才的需求，及時調整硬件系列課程的培養方向，既有利于學生及時掌握最新的計算機硬件技術，又有利于學生及時把所學知識轉化為社會生產力，對擴大我院學生就業，樹立我院計算機科學與技術專業學生良好的社會形象意義深遠。

二、硬件系列教學的國內外發展現狀及趨勢

由于我國的制造業比較落后，一直以來，計算機硬件的核心技術未能被國內掌握。相應地，在計算機硬件教學中，像計算機組成和計算機體系結構等重要硬件課程，傳統上僅僅以講授、分析原理為主，且內容不能適應現代計算機技術的發展[2]。國外一些知名大學非常重視計算機硬件的教學，美國的許多高校本科計算機專業中都無一不是安排了CPU設計方面的課程和實驗內容。例如麻省理工學院計算機專業的一門相關課程是《計算機系統設計》，學生在實驗課中，須自主完成ALU、單指令周期CPU、多指令周期CPU乃至實現流水線32位MIPS CPU和Cache等的設計。Stanford大學計算機系的本科生也有相似的課程和實驗。隨著計算機硬件技術的不斷發展，國內開展硬件設計技術的條件已逐漸成熟，這主要得益于計算機硬件發展中的兩個重要技術，一是大規模可編程邏輯器件CPLD/FPGA的成熟，可以在一個芯片中通過編寫硬件描述語言設計CPU和全部的相關硬件電路，減輕了硬件芯片間連接的復雜性，同時消除了硬件制造的限制。二是硬件描述語言的成熟，以VHDL和Verilog VHDL語言為代表的硬件描述語言，可以通過編寫程序的方式來描述極其復雜的硬件電路邏輯，大大降低了以前采用手工方式設計硬件電路的復雜性。國內的一些知名大學，在最近幾年里，也相應地增加了硬件電路設計在教學中的比重，據我們了解，清華大學、電子科技大學、哈工大、哈理工等一些學校，已經修改了計算機組成原理及計算機體系結構等方面的課程教學內容，把利用CPLD/FPGA和硬件描述語言設計CPU及其相關硬件電路作為重要內容加入到課程體系里，取得了良好的教學效果，大大加強了學生對計算機工作原理的理解及計算機硬件的設計能力，逐步實現了與發達國家高校計算機本科教育的接軌。

三、目前我院硬件系列教學現狀及不足

計算機科學與技術本科專業硬件系列主要課程設置始于20年前，期間雖經過部分調整，但基本教學內容依然延續20年前的知識體系。按授課先后次序排列，這些課程包括：《數字邏輯與數字電路》、《計算機組成原理》、《數字系統設計自動化》、《計算機體系結構》、《單片機原理及應用》、《嵌入式系統》、《硬件課程設計》等7門?；诋斍坝布n程系列教學現狀，我們認為存在以下的不足：1.從整體上看，硬件系列教學內容過于強調基本原理和基本方法，缺少能夠驗證原理、實際實現這些原理及方法的手段，導致學生缺少動手能力，對原理和方法認識模糊，會說不會做的現象比較嚴重，創新能力較弱。2.《數字邏輯與數字電路》和《數字系統設計自動化》，這兩門課之間存在較大的聯系，在內容上存在承上啟下的關系，前者是講述數字電路的基本概念、組合及時序電路的傳統分析設計方法，后者則介紹組合及時序電路的現代分析設計方法，基于目前的教學實際情況，可以合并成一門課講述。3.《計算機組成原理》和《計算機體系結構》是計算機科學與技術本科專業非常重要的兩門課，通過這兩門課的學習，應使學生能夠設計簡單的CPU及相關的硬件電路，從而加深對基本原理、基本方法的理解，增強實際動手能力?；诂F在的教學內容及教學手段還無法達到上述目的。4.《單片機原理及應用》和《嵌入式系統》兩門課存在較大的內容交叉。這兩門課都是講述特定計算機在控制及嵌入式產品中的應用，《單片機原理及應用》這門課介紹的是8位機MCS-51的原理，《嵌入式系統》這門課介紹的是32位機ARM的原理，鑒于目前嵌入式領域的發展現狀及趨勢，建議取消《單片機原理及應用》這門課，以避免課程內容重復。5.《硬件課程設計》作為硬件系列的最后一門硬件設計課，學生已掌握了較豐富的軟硬件知識，因此應該具備設計較復雜的硬件電路的能力，目前的設計內容較簡單并與《數字邏輯與數字電路》課程實驗存在一定交叉，建議選擇有一定復雜度并較實用的設計內容。從而培養學生綜合運用硬件知識及硬件設計能力。

四、硬件系列教學新課改方案

針對我院計算機科學與技術專業的實際情況，在保證總的硬件教學學時不變的前提下，對硬件系列教學提出如下建議：1.課程合并：《數字系統設計自動化》是計算機組成原理等的先修課，為保證能及時開課，同時該課和《數字邏輯與數字電路》這門課有密切的聯系，合并為一門課，仍稱為《數字邏輯與數字電路》，并適當增加學時，建議在大二上學期開課，取消《數字系統設計自動化》這門課。2.《計算機組成原理》：這門課改為《計算機組成及設計》，增加CPU及相關硬件電路設計內容，在講清楚組成原理的基礎上，以設計為重點，建議在大二下學期開課。 3.《計算機體系結構》：適當增加設計內容，原學時保持不變，建議在大三上學期開課。4.《單片機原理及應用》：本課程取消，鑒于目前嵌入式系統涉及軟硬件知識較多，難以在一門課程中全面系統學習，因此另開設一門《嵌入式軟件開發》課程，重點講述如何設計編寫嵌入式軟件程序，建議在大三下學期開課。5.《嵌入式系統》：這門課作為《嵌入式軟件開發》的先修課，重點講述嵌入式系統的基本概念及方法、ARM處理器的硬件工作原理、接口、匯編語言等，而相關操作系統及其程序設計等知識暫不涉及，建議在大三上學期開課。6.《硬件課程設計》：在設計題目中，引入嵌入式系統、FPGA及計算機組成等知識，適當增加設計的綜合性和復雜性，建議在大四上學期開課?；谛碌挠布盗姓n程體系，能夠有效理順課程之間的先后關系，并把硬件課程均勻分散到大學四年的學習中，同時對重要的課程及相關的知識進行了加強，例如數字電路設計貫穿在整個硬件系列課程中；舍棄了過時的技術，增加了新技術的份量，例如去掉了單片機，加強了嵌入式系統。因此，我們認為：調整后的硬件系列課程是較合理的，它吸收了當前先進的硬件設計技術，保證了知識的實用性，有一定的前瞻性。

五、結束語

高等教育是為學生提供專業技能和生存本領、服務社會的最后一站，教學內容及方法直接關系到學生的未來發展。通過不斷教學改革，保持教學的先進性和實用性一直是高教課改的目標之一。通過這次課改，理順了我院硬件系列課程的教學關系，增強學生未來服務社會的競爭力，因此很有實際意義。

作者:李軍 崔旭 李建平 單位:1.東北石油大學 2.大慶市薩東第二小學

參考文獻

第4篇：計算機體系結構方向范文

【關鍵詞】計算機；體系結構；發展局限

0 引言

1946年世界上誕生第一臺電子數字計算機ENIAC，拉開了人類計算機發展的序幕，經過60余的發展已經成為人類工作和生活不可缺少的一部分，它是科技發展史上最具影響力的成果。

然而，現代計算機發展所遵循的基本結構形式始終是馮?諾依曼機結構。這種結構特點是“程序存儲，共享數據，順序執行”，需要CPU從存儲器取出指令和數據進行相應的計算，因此CPU與共享存儲器間的信息交換的速度成為影響系統性能的主要因素，而信息交換速度的提高又受制于存儲元件的速度、存儲器的性能和結構等諸多條件。

傳統計算機在數值處理方面已經到達較高的速度和精度，而隨著非數值處理應用領域對計算機性能的要求越來越高，傳統體系結構的計算機已經難以到達這些要求，所以需要尋求新的體系結構來解決問題。

1 馮?諾依曼體系計算機發展的局限

1.1 集成電路生產技術制約存儲器的性能，存儲器的性能制約系統的性能

傳統馮?諾依曼計算機體系結構的存儲程序方式造成了系統對存儲器的依賴，CPU訪問存儲器的速度制約了系統運行的速度。集成電路IC芯片的技術水平決定了存儲器及其他硬件的性能。為了提高硬件的性能，以英特爾公司為代表的芯片制造企業在集成電路生產方面做出了極大的努力，且獲得了巨大的技術成果?，F在每隔18個月IC的集成度翻一倍，性能也提升一倍，產品價格降低一半，這就是所謂的“摩爾定律”。這個規律已經持續了40多年，估計還將延續若干年。然而，電子產品面臨的二個基本限制是客觀存在的：光的速度和材料的原子特性。首先，信息傳播的速度最終將取決于電子流動的速度，電子信號在元件和導線里流動會產生時間延遲，頻率過高會造成信號畸變，所以元件的速度不可能無限的提高直至達到光速。第二，計算機的電子信號存儲在以硅晶體材料為代表晶體管上，集成度的提高在于晶體管變小，但是晶體管不可能小于一個硅原子的體積。隨著半導體技術逐漸逼近硅工藝尺寸極限，摩爾定律原導出的規律將不再適用。

現在集成電路中兩個晶體管之間的距離只有22納米，相當于只有100個硅原子那么大了?？梢酝茰y將來會有15納米，7.7納米，5.4納米，可能2023年做到2.7納米，2030年0.9納米。0.9納米只有4個硅原子那么大，4個硅原子不可能構成實用的晶體管，可以確定2030年以前硅材料為代表的IC技術到達發展極限。

因此，計算機基礎硬件的發展屆時將受到嚴重制約，需要從基礎物理、材料科學及生產技術多方面來重新思考計算機的硬件構成，更需要從體系結構方面有所創新。

1.2 對馮?諾依曼計算機體系結構缺陷的分析

（1）指令和數據存儲在同一個存儲器中，形成系統對存儲器的過分依賴。如果儲存器件的發展受阻，系統的發展也將受阻。

（2）指令在存儲器中按其執行順序存放，由指令計數器PC指明要執行的指令所在的單元地址。然后取出指令執行操作任務。所以指令的執行是串行。影響了系統執行的速度。

（3）存儲器是按地址訪問的線性編址，按順序排列的地址訪問，利于存儲和執行的機器語言指令，適用于作數值計算。但是高級語言表示的存儲器則是一組有名字的變量，按名字調用變量，不按地址訪問。機器語言同高級語言在語義上存在很大的間隔，稱之為馮?諾依曼語義間隔。消除語義間隔成了計算機發展面臨的一大難題。

（4）馮?諾依曼體系結構計算機是為算術和邏輯運算而誕生的，目前在數值處理方面已經到達較高的速度和精度，而非數值處理應用領域發展緩慢，需要在體系結構方面有重大的突破。

（5）傳統的馮?諾依曼型結構屬于控制驅動方式。它是執行指令代碼對數值代碼進行處理，只要指令明確，輸入數據準確，啟動程序后自動運行而且結果是預期的。一旦指令和數據有錯誤，機器不會主動修改指令并完善程序。而人類生活中有許多信息是模糊的，事件的發生、發展和結果是不能預期的，現代計算機的智能是無法應對如此復雜任務的。可見計算機從自動機器到自為機器還有很遙遠的路要走。

2 非馮?諾依曼體系計算機的發展

2.1 非馮?諾依曼體系計算機研究的主要線路

近幾年來人們努力謀求突破傳統馮?諾依曼體制的局限，各類非諾依曼化計算機的研究如雨后春筍蓬勃發展，主要表現在以下四個方面：

（1）對傳統馮?諾依曼機進行改良，如傳統體系計算機只有一個處理部件是串行執行的，改成多處理部件形成流水處理，依靠時間上的重疊提高處理效率。

（2）由多個處理器構成系統，形成多指令流多數據流支持并行算法結構。這方面的研究目前已經取得一些成功。

（3）否定馮?諾依曼機的控制流驅動方式。設計數據流驅動工作方式的數據流計算機，只要數據已經準備好，有關的指令就可并行地執行。這是真正非諾依曼化的計算機，這樣的研究還在進行中，已獲得階段性的成果，如神經計算機。

（4）徹底跳出電子的范疇，以其它物質作為信息載體和執行部件，如光子、生物分子、量子等。眾多科學家正為進行這些前瞻性的研究。

2.2 具有代表性的非馮?諾依曼體系計算機研究方向如下

2.2.1 光子計算機

光子計算機是一種由光信號進行數字運算、邏輯操作、信息存貯和處理的新型計算機。

歐洲科學家研制成功第一臺光子計算機，其運行速度比普通的電子計算機快1000倍。電子計算機是由電子來存儲傳遞和處理信息，光子計算機利用激光來傳送信號，靠激光束進入反射鏡和透鏡組成的陣列進行運算處理，它可以對復雜度高、計算量大的任務實現快速的并行處理，這遠勝通過電子“0”、“1”狀態變化進行的運算。光子計算機在圖像處理、目標識別和人工智能等方面發展的潛力巨大。

2.2.2 量子計算機

量子計算機（quantum computer）是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。半導體靠控制集成電路來記錄和運算信息，量子電腦則希望控制原子或小分子的狀態，記錄和運算信息。使用量子門替代晶體管邏輯門的功能。

1994年，貝爾實驗室的專家彼得?秀爾（Peter Shore）證明量子計算機能完成對數運算，而且速度遠勝傳統計算機。這是因為量子不像半導體只能記錄0與1，可以同時表示多種狀態。如果把半導體計算機比成單一樂器，量子計算機就像交響樂團，一次運算可以處理多種不同狀況，因此，一個40位元的量子計算機，就能解開1024位元的電子計算機花上數十年解決的問題。

2.2.3 神經計算機

神經計算機是模仿人的大腦判斷能力和適應能力，并具有可并行處理多種數據功能的神經網絡計算機。神經網絡有自適應、自學習、自組織和容錯自修復功能。神經計算機與電子計算機最大的不同是：電子計算機的存儲部件和處理部件是兩個不同的部分，而模仿大腦神經記憶的信息存放在神經元上，神經元又是處理信息的基本單元，所以二者是不可分的。

目前，美國科學家研究出左腦和右腦兩個神經塊連接而成的神經電子計算機。右腦為經驗功能部分，有1萬多個神經元，適于圖像識別；左腦為識別功能部分，含有100萬個神經元，用于存儲單詞和語法規則。它能識別文字，符號，圖形，語言以及聲納和雷達收到的信號，控制智能機器人，進行智能決策和智能指揮等。神經計算機它可能引導計算機從自動運行走向自覺和自為工作，這將是人工智能發展的主攻方向。

3 結論

馮?諾依曼計算機的發展的硬件基礎受到集成電路生產技術的制約，結構體系上存儲控制流驅動任務的方式，已經滿足不了人們對計算機更高速、更智能和使用更方便的要求。結構改良之路已經走到盡頭，只有突破現有體系結構的制約并尋求新的物質作為計算機的物質基礎，才能使得計算機有質的飛躍，光子計算機和神經計算機將是最具發展前景的探索。

馮?諾依曼計算機是全人類智慧的結晶，由于技術成熟、價格低廉、軟件豐富及人們的使用習慣，馮?諾依曼計算機將繼續長期在人類的工作和生活中發揮重要的作用。當然，未來會有商品化的非馮?諾依曼計算機問世，我們將會迎來一個各類型計算機百花爭艷的信息時代。

【參考文獻】

[1]白中英.計算機組成原理[M].北京：科學出版社，2007.

第5篇：計算機體系結構方向范文

關鍵詞：計算機組成原理；設計性環節；教學實踐

中圖分類號：G642文獻標識碼：B

文章編號：1672-5913（2007）08-0003-03

1 引言

“計算機組成原理”課程是計算機專業的一門承前啟后、承上啟下的核心專業基礎課，由于涉及知識面廣、內容多、更新快，學生在學習該課程時，普遍覺得內容抽象、難于理解。為了最大限度發揮學生自主學習的能力，使學生對計算機基本原理和設計方法有一個清楚的了解，我們開設了配套的設計性實驗環節。通過親自設計計算機的各個關鍵部分，學生可以進一步融會貫通理論教學內容，提高其綜合運用知識的能力。同時，設計性環節也為后續課程“計算機組成原理課程設計”的開設打下良好基礎，將理論課和實驗課的教學內容更好的銜接，對培養學生的主動性、協作精神和創新能力具有積極的作用。

本文主要介紹在“計算機組成原理”課程中設計性環節的教學實踐工作，希望能對同行有一定的借鑒作用。

2 設計性環節的內容

通過對“計算機組成原理”教學內容的分析，并結合后續課程“計算機組成原理課程設計”的教學需要，我們設置了三個部分的設計內容，每個部分都有明確的教學目標。第一部分為指令系統的設計；第二部分為控制單元的設計；第三部分為簡單計算機體系結構的設計。并要求每兩名學生為一組，共同完成各個部分的設計任務。

2.1 指令系統的設計

指令系統的設計內容主要安排在“計算機組成原理”課程講授指令系統的過程中。這樣可以讓學生帶著問題和任務更主動地學習指令系統的基礎理論知識，充分地理論聯系實際，根據設計中對計算機功能和組成的要求來完成對指令系統的設計，并可以在“計算機組成原理課程設計”實驗過程中進行完善。教學實踐表明，將計算機指令系統的設計任務安排在“計算機組成原理”講授指令系統的過程中，可以讓學生在理論和實踐相結合的基礎上更深入地理解機器指令和指令系統之間的關系，掌握指令系統的分析和設計方法，還有利于對“計算機組成原理”后續知識點的理解。

2.1.1 設計要求

要求為一個八位字長的計算機設計指令系統。該計算機數據通路、運算器都是八位的，具有256字節的存儲器、八個通用寄存器以及其他的必要部件。設計的指令系統要求必須包含如下指令和尋址方式：

（1）數據傳送指令：包括取數、存數，寄存器之間傳送數據等指令。取數、存數應具有立即數、存儲器立即尋址、寄存器立即尋址等方式。

（2）運算指令：包括加法、減法、自加1、移位、取反等算術運算指令。

（3）轉移指令：無條件轉移指令、條件轉移指令。

（4）停機指令。

2.1.2 確定指令系統及指令編碼

由于設計的是八位計算機的指令系統，可以采用單字長和雙字長指令。例如，八位計算機的指令格式可以為：

一個完備的指令系統必須包括數據傳送、算術邏輯運算、程序控制等指令，能夠實現約20~30條指令和常用的尋址方式，例如：

（1）取指令 （雙字長指令）

MOV　AC, Mi　Mi-->AC　（AC為累加器，Mi為存儲器地址）

（2）加法運算指令（單字長指令）

ADD　AC，Ri　AC＋Ri-->AC　（AC為累加器，Ri為通用寄存器i）

根據設計要求，表1給出了設計指令系統的一種方案。

指令系統的性能決定了計算機的基本功能，因而指令系統的設計是計算機系統設計中的一個核心問題。一臺真實的計算機通常是非常復雜的，學生不可能在有限時間中設計出來。我們要求學生設計的計算機功能較簡單，基本指令簡單、典型，學生容易掌握，也有利于后續計算機系統設計的開展。

2.2 控制單元的設計

控制單元的設計是計算機系統設計的重點和難點?；究刂茊卧脑O計問題包括如何形成和連接受控部件的控制信號，以及在何時使這些控制信號有效。學生獨立地設計控制單元，不僅可以使學生剖析和體驗設計的基本思路和方法，為今后設計計算機打下初步基礎，而且可以培養學生分析問題和解決問題的能力，使學生有更多的想象空間和發揮空間。

2.2.1 設計要求

控制單元的設計有組合邏輯和微程序控制兩種方法，我們要求用組合邏輯來產生控制指令執行的控制信號序列。整個設計需要綜合考慮，根據每個微操作對應的邏輯表達式生成控制信號。

2.2.2 組合邏輯控制單元的設計

根據指令系統的設計，對每一條指令進行細化，對指令執行過程進行分析，確定執行每一條指令所需的微操作數及節拍數、確定系統時鐘節拍數、以及確定每個節拍對應的微操作，形成每條指令的微操作時間序列表。并根據微操作時間序列表，在節拍信號和指令譯碼信號的作用下，得到所有微操作的控制信號以及使該控制信號有效的條件，形成每個微操作對應的邏輯表達式。根據邏輯表達式及其對應的控制信號產生電路，就可以完成具有整個指令系統的控制單元的設計。

控制單元的設計內容我們有意識地安排在“計算機組成原理”課程講授控制器的過程中。學生們對于課堂上講授的有關控制單元的原理、概念和設計方法并沒有直觀的印象，單純的理論學習難免枯燥，難以提起學生們的興趣。教學實踐證明，在“計算機組成原理”講授控制單元的過程中，學生們對自己在第一階段設計的指令系統中的每一條指令執行過程進行分析，對八位字長計算機的控制單元進行初步設計，可以把控制單元中的各個知識點串起來，可以有效加深對計算機工作中數據流和控制流概念的理解，進一步弄清計算機內部結構的時空關系，并極大地調動了學生們的學習興趣。

2.3 體系結構的設計

在計算機系統設計和實現階段，根據自頂向下的設計方法，首先設計整個計算機的大體框架，即總體結構圖，以求有一個大體的框架，對以后的設計工作起到指導作用。再依據自頂向下的設計思想，把整個計算機劃分為多個模塊，對各個模塊進行設計，然后綜合，完成整個計算機的設計。

2.3.1 設計要求

要求設計一個八位字長的計算機的體系結構，該計算機數據通路、運算器都是八位的，具有256字節的存儲器、八個通用寄存器以及其他必要部件。在功能上，要求該計算機能夠完成單字節或雙字節加/減、單字節無符號乘法、16位除以8位除法等多種基本運算。要求設計的計算機系統能完成指定的功能，功能較強而又簡潔。

2.3.2 總體設計

按照學生所設計的指令系統的要求，參考一般計算機的數據通路結構，圖2給出了八位計算機總體結構框圖的一種設計方案，規定了各功能部件的功能和各功能部件之間數據通路的走向。

在圖2中，AR為地址寄存器，PC為程序計數器，IR為指令寄存器，AC為累加器，GR為通用寄存器組，ALU為算術邏輯運算單元。C標志寄存器用來寄存進位C標志，Z標志寄存器用來寄存結果為零的Z標志。另外在圖2中還有兩個四選一開關和一個二選一開關，其中的一個四選一開關是用于形成C標志的輸入，另一個四選一開關用于控制數據總線，二選一開關用于控制地址總線。

2.3.3 功能部件的設計

基于所設計的計算機總體結構，確定每一個功能部件的功能、功能部件與外部的連接端口信號、各功能部件與數據總線連接方案。

（1）運算器的設計

運算器由ALU、通用寄存器堆GR、累加器寄存器AC及數據選擇開關等組成，具有進位（C）、結果為0（Z）等狀態標志位。

能實現最常用的算術運算（加、進位加、減、借位減、自加1、自減1等）、邏輯運算（邏輯與、或、非）及移位、數據傳送等功能。

（2）控制器的設計

控制器包括脈沖源、啟動電路、節拍發生器、程序計數器PC、指令寄存器IR、地址寄存器AR和控制信號產生部件。整個設計需要綜合考慮，根據每個微操作對應的邏輯表達式生成控制信號。

（3）數據總線

數據總線的數據源較多，在設計過程中要注意各個數據源在數據總線上是否沖突。

簡單計算機體系結構和各個功能模塊的設計環節，有助于學生在理論和實踐相結合的基礎上，深入了解計算機系統各部分的工作原理及相互聯系，加深對計算機工作中數據流和控制流概念的理解，加深整機概念，進一步弄清計算機內部結構的關系。

3 結論

“計算機組成原理”是學習計算機系統的關鍵課程，在完成基本原理知識學習的同時，必須加強對學生的創新意識、實踐能力和設計能力的培養。正是基于此點，根據從事計算機組成原理的教學經驗，我校在理論教學過程中引入了設計性環節，充分重視培養學生分析問題和解決問題的能力。不僅活躍了課堂氣氛、拓展了師生溝通的渠道，而且便于在教學中及時發現學生存在的問題，達到教學相長的目的。對提高教學質量、加深學生對所學計算機組成原理知識的理解、增強學生開創能力是非常有益的，符合新時期人才培養的需要。

在“計算機組成原理”設計性環節的教學實踐中，我們發現不同的設計方案越來越豐富，反映出學生的求知欲望是很強的，而且富有創新精神。設計性環節的教學實踐使我們深深體會到，除理論教學外，設計性實驗也是一個非常重要的環節。通過學生自己動手提高其綜合運用知識的能力，是培養大學生專業素質的重要環節和有效途徑，無疑將對學生能力的培養起到積極作用。

參考文獻：

[1] 王保恒,肖曉強.計算機原理與設計.高等教育出版社，2005，(1).

[2] 劉芳,王志英,戴葵,陸洪毅,王進.“計算機組成原理課程設計”的教學實踐[J]. 第一屆中國計算機教育與發展學術研討會，2006，(8).

[3] 趙碩,楊欣宇. 計算機組成原理課程的設計性實驗[J]. 高師理科學刊，2005，(5).

[4] 徐愛萍等.計算機組成原理課程教學改革研究[J]. 高等建筑教育，2004，(3).

收稿日期：2007-1-18

作者簡介：劉芳（1971-），女，博士，國防科技大學計算機學院講師。主講“計算機原理”與“計算機原理課程設計”兩門主干課。研究方向為計算機體系結構和信息安全。

通信地址：湖南長沙 國防科技大學計算機學院601教研室

郵編：410073

第6篇：計算機體系結構方向范文

關鍵詞：系統觀；能力培養；教學改革；計算機系統

從1946年第一臺電子計算機ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer）誕生到現在，計算機的發展經過了大型機時代（Mainframe Era： 1950s-1960s）、小型機時代（Minicomputer Era： 1970s）、個人計算機時代（PC Era： Mid 1980s-Mid 2000s）和后PC時代（PostPC Era： Late 2000s）。計算機教學模型機也經歷了從大型機、小型機到PC的過程。通常，課堂教學內容比業界技術要滯后幾年。20世紀80年代初，基本以IBM 360/370或DJS 200系列等大型系列機為模型機；20世紀80年代中后期開始，則以VAX 11/780等小型機為模型機，并同時開設以IBM PC為模型機的“微機原理與接口技術”課程，到21世紀開始，基本上都轉入了以Intel x86或PowerPC或MIPS等微處理器為模型的教學模式。

隨著多核/眾核處理器、嵌入式和云計算技術的發展，以及大規模數據中心（WSC）的建立和個人移動設備（PMD）的大量普及使用，計算機發展進入了后PC時代。呈現出“人與信息世界及物理世界融合”的趨勢和網絡化、服務化、普適化和智能化的鮮明特征[1]。

那么，后PC時代的計算機專業教學應該如何改革？計算機專業教育的核心應該是什么？計算機課程的教學內容應該如何調整以適應新的發展需求？這些都是我們從事計算機專業教學的大學老師們應該思考的問題。本文將從計算機專業人才培養的目標、目前我國大學計算機專業教育存在的問題、南京大學在學生系統能力培養方面的新舉措等幾個方面闡述筆者的思考及初步探索。

一、計算機專業人才“系統觀”培養的重要性

圖1描述了計算機系統抽象層的轉換。從圖1可以看出，計算機系統由不同的抽象層構成，“計算”的過程就是不同抽象層轉換的過程，上層是下層的抽象，而下層則是上層的具體實現。計算機學科主要研究的是計算機系統各個不同抽象層的實現及其相互轉換的機制，計算機學科培養的應該主要是在計算機系統或在系統某些層次上從事相關工作的人才。

計算機系統由各種硬件和各類軟件采用層次化方式構建，不同用戶工作在不同的系統結構層，如圖2所示。

從圖2可看出，計算機用戶有最終用戶、系統管理員、應用程序員和系統程序員。顯然，計算機專業培養的主要應該是設計和研制計算機的計算機工程技術人員以及系統程序員、應用程序員和系統管理員。不管培養哪個層面的計算機技術人才，計算機專業教育都要重視學生“系統觀”的培養。

所謂“系統觀”，筆者認為，就是指對計算機系統的深刻理解。具有“系統觀”的人才，能夠站在系統的高度考慮和解決應用問題，具有系統層面的認知和設計能力，包括對軟、硬件功能進行合理劃分、對系統不同層次進行抽象和封裝、對系統整體性能進行分析和調優、對系統各層面的錯誤進行調試和修正、對用戶程序進行準確的性能評估和優化，以及根據不同的應用要求合理構建系統框架等能力。

圖2 計算機各類用戶所在層次

特別是在后PC時代，并行成為重要主題，培養具有系統觀的、能夠進行軟/硬件協同設計的軟/硬件貫通人才是關鍵。而且，后PC時代對于大量從事應用開發的應用程序員的要求也變得更高。首先，后PC時代的應用問題更復雜、應用領域更廣泛；其次，要想編寫出適合各類不同平臺的高效程序，應用開發人員必須對計算機系統具有全面的認識，必須了解不同系統平臺的底層結構，并掌握并行程序設計技術和工具。

只有具備“系統觀”，計算機工程技術人員才能夠設計研制出性價比高的適合特定應用需求或通用的計算機，系統程序員才能編寫出適合于底層硬件架構的易于上層應用程序員或系統管理員使用的系統軟件，應用程序員才能最合理地利用底層硬件實現機制和系統軟件提供的相應功能編寫出性能最優的應用軟件，系統管理員才能配置出最佳的系統環境并提供最好的系統維護和系統管理等方面的服務。

二、我國大學計算機人才“系統觀”培養的現狀

為了更好地了解國外大學計算機專業人才培養的情況，筆者對MIT、UC Berkeley、Stanford和CMU等4所美國一流大學在相關課程方面教學情況進行了跟蹤調查[2]。我們發現，中美大學在計算機專業人才培養及課程教學方面存在許多不同。

首先，從課程設置上來說，上述美國四校在學完編程語言及其程序設計課程后都開設了一門關于計算機系統的基礎課程，而且在課程內容上特別注重在計算機系統各個抽象層上的縱向關聯，沿著一條主線，把每個抽象層都串起來，從而使學生形成完整的計算機系統概念。而國內大學計算機專業課程設置，基本上是按計算機系統層次結構進行橫向切分，自下而上分解成數字邏輯電路、計算機組成原理、匯編程序設計、操作系統、編譯原理、程序設計等課程，而且每門課程都僅局限在本抽象層，相互之間幾乎沒有關聯，學生對整個計算機系統的認識過程就像“盲人摸象”一樣，很難形成一個對完整計算機系統的全面認識。雖然國內高校也有計算機系統概論、計算機系統入門或導論之類的課程，但內容廣而不深，什么都講一點，什么都講不透，基本上是計算機課程概論，而不是計算機系統概論。

其次，美國四校都采用了分流培養模式，都設置了偏硬件或計算機系統的專業或方向。例如，有電子工程（EE）、電子與計算機工程（ECE）、計算機工程（CE）和計算機系統等專業或方向。而目前國內大多數高校都只有一個專業，即計算機科學與技術，專門分出ECE、CE和計算機系統方向進行人才培養的學校很少。國內絕大多數高校只能培養應用程序員，而且是對計算機系統底層知之甚少的應用程序員。

最后，美國四校在計算機系統入門課后面都開設了關于數字系統設計的課程，課程內容涵蓋了數字邏輯電路和組成原理兩門課的基本內容，并要求學生用EDA方式設計相對完整的流水線CPU，而且都是由EE（ECE）部門開設，但并不要求所有學生都學，通常是偏硬件類的EE、ECE、CE和計算機系統方向的學生必學，其他方向學生選修。反觀國內絕大多數高校，基本上都是先上數字邏輯電路（有些合并了一些模電內容）課程，然后上組成原理課程（有些組成原理課程上的是微機原理與接口的內容），而且這兩門課程基本上都是所有學生的必修課程，并沒有考慮不同方向學生對于計算機底層硬件知識和硬件設計能力的不同需求。目前國內大多數學校的組成原理課程教學基本上還是沿用傳統的教學理念，教學內容還停留在計算機硬件的基本構成和基本設計原理層面，既不像國外的數字系統設計那種硬件設計課程，能夠讓學生真正了解如何用硬件描述語言通過FPGA來設計現代計算機硬件系統；也不是一門關于計算機系統的入門課程，能夠讓學生全面地理解整個計算機系統的實現機理。因此，目前國內絕大多數高校的組成原理課程的教學，既沒能達到培養學生利用現代化工具進行實際硬件設計的能力，也沒有讓學生學會運用機器底層硬件和系統結構知識來增強高效軟件開發和程序調試的能力，更沒有通過該課程讓學生建立起計算機軟、硬件系統的整體概念。

總之，國內大學計算機專業教育在“系統觀”培養方面還存在一些問題，這點從近五年來全國計算機專業研究生入學考試的抽樣結果可以得到印證。2009年開始，計算機專業的研究生入學考試采用全國統考方式，計算機專業基礎綜合統考科目包括數據結構、組成原理、操作系統和網絡四門課程，總分為150分。五年來的抽樣結果顯示，全卷平均分每年僅在60～78之間，試題統計難度（單選題的試題難度指答對人數/總人數，綜合應用題的試題難度指樣本平均分/該題總分，最終難度為加權平均值）僅在0.41～0.52之間，其中組成原理最低，特別是其綜合應用題的難度僅在0.181～0.440之間，五年共10個綜合應用題，只有兩題的難度達到了0.4以上，說明所有考生平均僅掌握所考內容的大約30%左右，有的方面只有20%不到，也即考生們對絕大部分綜合應用能力考核內容都沒有掌握。從抽樣省份來看，前三年抽樣的大多是高等教育水平比較高的地區，可想而知，全國的抽樣數據應該更差。近五年的綜合應用題抽樣數據表明，試題統計難度與解題涉及的知識點個數相關性較大，通常涉及的知識點越多得分越差，說明學生的綜合應用能力較弱，平時缺乏對相關知識和概念關聯性的思考。

根據近年來對全國研究生計算機專業基礎綜合統考科目考試成績的抽樣調查結果，可以看出國內大學計算機本科專業存在“輕應用、缺關聯、少綜合、無系統觀”的問題[3]。

三、國內大學相關教學改革概況

目前，越來越多的高校發現計算機專業基礎課程教學中的一些問題，開始注重學生的系統能力培養，強化學生的“系統觀”。

目前為止，已經有一些高校以MIPS為模型機，對數字系統設計的相關內容進行了深入的講解和實踐，也有一些高校同時把CPU設計與操作系統和編譯的內容融合起來進行實驗課程的開設。浙江大學多年來每年在暑假都會開設有關CPU及其計算機系統設計的選修課；東南大學也專門開設了面向所有學生的計算機系統綜合實驗課程；北京航空航天大學從2006年開始籌劃，花了5年時間實現了突破，在相關的數電和組原、OS及編譯原理課程中逐步讓學生完成一個完整計算機系統的設計；清華大學目前也已經完成了計算機綜合實驗平臺的所有軟、硬件部分的開發，準備在所有本科生中開設計算機系統綜合實驗課程。此外，中科大和國防科大等高校也一直在實施本科生的計算機系統設計能力培養計劃?？上驳氖牵恍┓侵攸c高校的任課老師也在組成原理課程的教學及其相關實驗中，引入了以MIPS為模型機的 CPU設計的教學和實驗內容。

另一方面，像復旦大學軟件學院和上海交大軟件學院等則開設了與CMU的CS 213類似的課程[4]，北京大學也在去年全盤引入了CMU的CS 213課程教學內容。但是，總的來說，目前在國內全面開展像CMU的CS 213那樣的課程教學困難還不小，對任課教師和學生來說都是一個不小的挑戰。

四、南京大學相關教學改革思路和做法

根據對計算機相關領域目前發展情況的分析以及對國外一流大學計算機相關專業教學情況的調查，我系在新的2013版教學計劃中，實施分流培養機制，提供了計算機科學、計算機系統、計算機應用、軟件工程和信息安全五個方向。

在“系統觀”培養方面，其基本培養目標為：建立計算機系統完整概念，深刻理解計算機系統的層次化結構。包括：理解計算機系統中各個抽象層之間的相互轉換關系，了解計算機指令集體系結構的設計原則和設計原理，具備使用HDL進行計算機硬件設計的基本能力，深刻理解OS和硬件之間的分工和銜接關系，理解掌握從硬件角度出發進行編譯優化的基本技術，深刻理解從硬件角度出發編制高效程序的基本原理，提高利用硬件知識進行程序調試的能力。特別對于計算機系統方向的學生，在系統能力方面則要求更高，在CPU設計、體系結構、操作系統、編譯技術和并行處理技術等方面都有相應的實踐要求。

在2013版教學計劃中，重新規劃了相關的一系列課程，并采用以下思路對相關課程進行重新建設：（1）根據系統能力培養總體目標，規劃好相關課程各自涵蓋的知識結構和框架體系，合理定位各門課程的教學目標，把每個知識點落實到具體課程中。（2）根據相關知識點總體框架，擬定各個相關課程之間知識點銜接方案，并且在教學過程中明確各知識點在不同課程之間的關系。（3）根據規劃分頭編寫或修訂教材及教案，并在統一的框架下建設相關課程。（4）在保留各課程獨立實驗平臺的同時，構建一個公共實驗平臺，使相關課程的實驗內容按照一定的關系有機聯系起來。

2013版教學計劃中有一組課程是所有方向學生都必修的學科平臺準入和學科平臺準出課程。學科平臺準入課程是指轉系學生只有選讀并考試合格后才有資格轉入我系學習的最低門檻課程；學科平臺準出課程是指學生只有修讀合格后才能從我系畢業的最低門檻課程。

與系統能力培養密切相關的準入課程是“程序設計基礎”和“數字邏輯電路”；而與系統能力培養密切相關的準出課程是“計算機系統基礎”、“操作系統”和“計算機網絡”。

每個方向有幾門方向必修課程和方向指選課程。方向必修課程是該方向學生必選的方向基礎課程，方向指選課程是為該方向學生指定的選課范圍內的方向相關課程。例如，對于計算機系統方向，其方向必修課程是“計算機組成與設計”、“計算機體系結構”和“編譯原理”；而在方向指選課程中，與系統能力密切相關有“計算機系統綜合實驗”、“并行處理技術”、“LINUX分析”、“微機原理與接口”和“嵌入式系統”等課程，也即計算機系統方向學生必須在這些課程中選修一定數量的課程。

圖3給出了整個教學計劃中與“系統觀”培養密切相關的課程設置，圖中箭頭描述了課程的先后依賴關系。

從圖3可看出，所有相關課程中，“計算機系統基礎”是最核心的課程，其先行課程是“程序設計基礎”和“數字邏輯電路”，與其相關的后續課程有“計算機網絡”、“操作系統”、“計算機組成與設計”、“計算機體系結構”、“編譯原理”、“并行處理技術”、“微機原理與接口”、“嵌入式系統”、“LINUX分析”和“計算機系統綜合實驗”。

課程設置基本思路是“從兩頭到中間、從框架到細節”，即先開設頂層的程序設計課程和最底層的數字邏輯電路課程；然后再在“計算機系統基礎”課程中，從兩頭到中間，把頂層程序設計的內容和底層電路的內容，按照程序員視角串起來，以形成對計算機系統的全面的和系統的框架性整體認識；在此基礎上，再分別在其他后續課程中，介紹計算機系統底層的硬件以及操作系統和編譯器等層次的實現細節。

圍繞系統能力培養目標，根據課程之間的相互關系，我們確立了各課程定位如下：

（1）程序設計基礎。該課程是學科平臺準入課程，所有學生必修。它主要介紹高級語言編程技術的基礎內容，讓學生初步理解高級語言及高級語言程序設計涉及的概念，初步理解圖1所示的計算機系統中最上面三個抽象層（問題、算法和程序）及其相互轉換關系。學完該課程后，學生能夠了解到計算機解決應用問題首先必須將其轉換為算法，然后用某種編程語言將算法編寫成程序才能在計算機上運行。因而，學完本課程后，應該希望進一步了解為什么計算機能夠執行程序、計算機如何執行程序等問題。

（2）數字邏輯電路。該課程是學科平臺準入課程，所有學生必修。它主要圍繞組合邏輯和時序邏輯兩大核心內容，在邏輯門到功能部件這兩個層次展開，以后續課程中用到的功能部件（如半加器、全加器、加法器、比較器、編碼器、譯碼器、觸發器、寄存器、移位器、內存儲器等）作為數字邏輯電路設計實例進行介紹，初步掌握圖1所示的計算機系統中最下面的三層（功能部件、門電路和器件）相關內容。學完該課程后，學生能夠了解到目前主流計算機解決所有問題的最根本的基礎是布爾代數和數字邏輯電路，并了解到利用數字邏輯電路可以構建執行程序所需的所有功能部件。

（3）計算機系統基礎。該課程是學科平臺準出課程，所有學生必修。它是一門新開設課程，主要介紹高級語言程序中的數據類型及其運算、語句和過程調用等是如何在計算機系統中實現的，從宏觀上介紹計算機系統涉及的各個層次，使學生從整體上了解計算機系統全貌和相關知識體系，初步理解圖1所示的計算機系統中的每一個抽象層及其相互轉換關系。學完該課程后，學生能從程序員角度認識計算機系統；能夠建立高級語言程序、ISA、OS、編譯器、鏈接器等之間的相互關聯；對指令在硬件上的執行過程和指令的底層硬件執行機制有一定的認識和理解。從而增強學生在程序調試、性能提升、程序移植和健壯性等方面的能力，并為后續的“計算機組成與設計”、“操作系統”、“計算機體系結構”等課程打下堅實基礎。由此可見，該課程可以作為“程序設計基礎”課程的深入內容，能起到為其解惑答疑的作用，學完該課程，學生完全應該能夠回答為何計算機能夠執行程序以及計算機如何執行程序等問題。

（4）操作系統。該課程是學科平臺準出課程，所有學生必修。它將系統地講解操作系統的基本概念和方法、設計原理和實現技術。主要內容包括：處理器管理，同步、通信和死鎖，存儲管理，設備管理，文件管理，操作系統安全和保護，分布式操作系統和網絡操作系統。既闡述經典內容，又以當代主流操作系統作為實例介紹最新發展；既注重操作系統的理論知識，又重視操作系統的實踐和應用。操作系統是一門實踐性、應用性很強的課程，學習這門課程必須動手實踐。實驗將配合原理教學同步進行，課程實驗以設計性實驗為主，進行模擬類操作系統實驗，要求學生能夠基于虛擬機環境，實現一個可運行的操作系統。實驗通過對操作系統原理的剖析，輔助學生深入理解抽象原理，強化學生對操作系統總體結構的理解和認知，提高學生的動手實踐能力，并幫助學生對操作系統建立起理性、全面、完整和準確的概念。

（5）計算機組成與設計。該課程是計算機系統方向學生的必修課程。它主要從寄存器傳送級以上層次介紹單處理器計算機設計的基本原理和設計細節，重點在CPU設計和存儲器設計方面，使學生在理解高級語言程序與機器級代碼之間對應關系的基礎上，進一步理解機器級代碼如何在具體硬件系統中執行的過程以及如何構造計算機硬件系統。因而，該課程主要涉及圖1中的第5層（指令集體系結構）和第6層（微體系結構），并通過實現細節介紹這兩個層次與上層的操作系統/虛擬機以及與下層的功能部件/RTL之間的關系。通過該課程的學習，要求學生能夠利用硬件描述語言和FPGA開發板來設計基本的功能部件以及單周期CPU和流水線CPU。因而，在課程內容組織方面應該細化通用寄存器組、ALU和桶形移位器等功能部件設計的內容，細化單周期CPU和流水線CPU設計的內容，并講透流水線CPU設計中的各種冒險處理機制和基本的指令級并行處理的內容。

（6）計算機體系結構。該課程是計算機系統方向學生的必修課程。學生在完成單處理器計算機系統相關技術學習的基礎上，通過該課程進行多核處理器、眾核處理器、多處理機系統、集群系統等不同粒度和規模的并行計算機系統的工作原理、實現方式及其應用方面的深入學習。因為學生已經建立了單處理器計算機系統的完整概念，因而該課程重點應該更多地轉移到超標量流水線、多核/眾核系統、多處理器系統、多計算機系統等并行處理系統方面。此外，該課程還涵蓋了數據中心、云計算系統和虛擬機/虛擬化方面的部分內容。

（7）編譯原理。該課程是計算機系統方向學生的必修課程。學生在掌握了程序設計、數據結構、算法設計與分析、組成原理和操作系統的基礎上，進一步學習編譯器的設計原理和實現技術。它主要包括有限狀態自動機理論、形式語言分類以及詞法分析、語法分析、語義分析、中間代碼生成、中間代碼優化和目標代碼生成的作用和方法，還介紹屬性文法的基本概念和半形式化的中間代碼生成方法。該課程的各個知識模塊綜合起來對應的培養目標，是使每位學生掌握和編譯器設計相關的形式語言理論基礎、了解編譯器生成工具的使用方式以及實踐一個簡單編譯器的設計與實現過程。該課程的學習能為后續的形式語言和自動機等課程以及在軟件工程和自然語言處理等方面的研究工作打下良好的基礎。

（8）并行處理技術。該課程是計算機系統方向學生的指選課程。其主要內容包括并行環境、并行算法、并行程序設計、并行性能評價等部分的內容。課程總目標是通過并行計算和并行處理的基本概念、基本原理、基本方法與基本知識的講授與實踐，為計算機系統方向學生打下并行算法與并行處理方面的研究與應用基礎。通過簡單介紹并行計算機的體系結構、并行計算模型與并行算法的性能評價方法，掌握并行算法設計、編程實現與性能評價時涉及的基本知識與基本概念；通過介紹任務分解、任務調度、負載平衡、設計模式、設計技巧等知識，掌握并行算法設計的基本原理、基本方法與基本技術；通過對MPI與OpenMP等編程語言或編程模型的簡單介紹，使學生掌握并行算法程序實現的基本知識；通過幾類典型的數值與非數值并行算法介紹，加深學生對并行算法設計基本原理與常用方法的理解，并為實際應用問題的并行算法設計與并行處理打下堅實的基礎。

（9）微機原理與接口。該課程是計算機系統方向學生的指選課程。主要定位為在PC上的實例化教學課程，以目前流行的基于IA-32體系結構的PC為實例，主要介紹IA-32提供的存儲管理機制、異常/中斷機制以及總線和接口技術。實驗重點內容在PC的I/O接口技術，包括在FPGA實驗板上利用CPU軟核進行總線、中斷和DMA實驗，利用硬件描述語言（HDL）進行UART等I/O接口設計的實驗等。

（10）嵌入式系統。該課程是計算機系統方向學生的指選課程。主要定位為在嵌入式系統方面的實例化教學課程。主要介紹嵌入式系統概論、嵌入式處理器、存儲器及其總線互連，嵌入式系統集成接口，嵌入式操作系統，嵌入式硬件與軟件協同設計方法與工具，嵌入式應用系統開發及其工具，嵌入式系統功耗分析與優化設計等。實驗重點內容是基于ARM處理器和μCOS-Ⅱ操作系統的簡單嵌入式軟件開發技術。

（11）LINUX分析。該課程是計算機系統方向學生的指選課程。它是操作系統的后續課程，以剖析Linux內核實現技術為切入點，結合Linux內核代碼，從用戶層及內核層兩個層面，圍繞“原理、技術、應用”三個角度剖析Linux的內部結構與內核實現機制，幫助學生從系統實現角度理解現代操作系統的系統架構、實現機理及關鍵技術。課程以“技術專題”形式組織教學內容，每個專題由知識講授與課程實驗組成。核心知識模塊包括進程管理、進程調度、進程通信、存儲管理、系統調用與中斷處理、文件管理。每個知識模塊按“原理設計基本思想―實現相關技術問題―Linux內核實現途徑―用戶系統編程體驗”為主線組織具體內容。

（12）計算機系統綜合實驗。該課程是計算機系統方向學生的指選課程。主要目的在于將本科計算機教學中的基礎課程，如程序設計、數字邏輯電路、操作系統、計算機組成與設計等課程融會貫通，使學生從系統的角度對整個計算機有一個全面的認識和了解，并能夠設計和實現一個簡單的計算機系統。本綜合實驗區別于一般的基礎實驗課程從單個層面出發的設計局限性，它要求學生把計算機軟件和硬件相結合，并強調各個基礎課程之間的銜接與聯系。實驗要求學生能夠對于從高級程序語言開發到程序的系統管理、編譯與代碼轉換以及硬件運行的選擇與實現等有一個全面的掌握。實驗還強調學生的動手能力和對系統的設計能力，培養能夠獨立開發一套簡單系統并能對整個系統進行改進和優化的能力。

當然，除了上述課程以外，其他課程對學生系統能力培養也有一定的作用。除了學科平臺準入和準出課程以外，其他方向的學生還可以選修上述其他課程，有些課程還可能是某個方向的必修課和方向指選課，而計算機系統方向的學生除了上述給出的必修課和指選課以外，也還可以選擇一些偏理論或偏應用的課程進行修讀。

后PC時代WSC、PMD和PC等共存，使得原先基于PC而建立起來的專業教學內容已經遠遠不能反映現代社會對計算機專業人才的培養要求，原先計算機專業人才培養強調“程序”設計也變為更強調“系統”設計。這需要我們重新規劃教學體系，調整教學理念和教學內容，加強學生系統能力培養，使學生能夠深刻理解計算機系統整體概念，更好地掌握軟/硬件協同設計和程序開發技術，從而更多地培養出滿足業界需求的各類計算機專業人才。

參考文獻：

[1] 王志英，周興社，袁春風等. 計算機專業學生系統能力培養和系統課程體系設置研究[J]. 計算機教育，2013（9）：1-6.

[2] 王帥，袁春風. 美國一流大學計算機組成與系統結構實驗課程研究[J]. 計算機教育，2011（17）：121-124.

第7篇：計算機體系結構方向范文

關鍵詞:計算機學科;基礎平臺;公共核心課程

中圖分類號:G642文獻標識碼:B

為了適應在沿海開放地區建設具有鮮明特色的現代化民族大學的目標要求,2005年,大連民族學院重新制定了本科綜合培養方案,并設置了分級平臺的基本框架,其中,課程類別分為:公共基礎教育平臺、學科基礎教育平臺和專業教育平臺。考慮到計算機科學與技術專業、軟件工程專業、網絡工程專業同屬計算機學科,所以三個專業共同構建了一個統一的學科基礎教育平臺,并形成了一個公共核心課程體系。該體系主要是參照IEEE-CS/ACM的計算教程CC2004(Computing Curriculum 2004)以及教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會的中國計算機本科教學推薦意見CCC2002(China Computing Curriculum 2002),并結合學院的師資情況以及社會對計算機人才的基本要求進行設計的。經過4年的運行,該方案不斷完善,取得了良好的教學效果。本文具體介紹了大連民族學院計算機科學與工程學院計算機學科基礎平臺公共核心課程體系,并結合2006年的《高等學校計算機科學與技術專業發展戰略研究報告暨專業規范(試行)》(以下簡稱《規范》)以及2007年的《高等學校計算機科學與技術專業公共核心知識體系與課程(建議)》(以下簡稱《建議》),介紹了課程定位、學科基礎平臺公共核心課程設置以及這些課程對《建議》中的公共核心知識體系的覆蓋分析。

1課程定位

大連民族學院直屬于國家民族事務委員會,學校一直堅持立足沿海,為少數民族、民族地區發展和東北老工業基地全面振興服務的辦學宗旨,堅持新校新辦、高起點高標準建設的方針。學校堅持以人為本、因材施教、特色辦學的教育理念,把培養具有創新精神、實踐能力、開放意識和適應社會需要的各民族高素質人才作為根本任務。大連民族學院計算機專業(包括計算機科學與技術、軟件工程和網絡工程三個本科專業)畢業生每年的考研率在10%左右,大多數畢業生主要從事軟件開發工作。其中,80%左右分布在大連市各大IT類企業(因為軟件是大連的支柱產業),其他25%左右分布在全國各地。調查表明,畢業生應該掌握的專業基礎知識基本相同,而且,不管哪個專業(計算機科學與技術或軟件工程或網絡工程),只要真正學好計算機學科公共核心知識體系,就可以在IT領域立足了。

根據以上分析,大連民族學院計算機專業要立足大連,面向全國,培養和造就高素質的應用型計算機人才,首先要建立計算機學科基礎平臺公共核心課程,然后在此基礎上構建各個專業的課程體系。這些課程要體現各專業對學科的最低要求,要體現課程設置的科學性和先進性,要充分考慮學校人才培養方案基本框架對學時的限制,還要考慮選用成熟的課程。

2核心課程設置

根據課程定位,參照CC2004和CCC2002,并結合學院的師資情況以及社會對計算機人才的基本要求,計算機學科基礎平臺公共核心課程設置如下:程序設計基礎面向對象程序設計、計算機組織與及結構、離散數學、數據結構與算法、操作系統、數據庫概論、計算機網絡和軟件工程等9門課程。其中,“程序設計基礎”課整合了高級語言程序設計和計算機導論兩門課,“計算機組織與結構”課整合了數字邏輯、匯編語言、計算機組成原理、計算機體系結構四門課,并對所有核心課程內容進行了優化。此外,設置“軟件工程”課主要是考慮計算機專業本科生畢業后,主要從事軟件開發工作,所以應該掌握軟件工程的基本概念、基本原理和基本方法,并能運用這些概念、原理和方法,從事或參與軟件開發活動。表1是課程設置的具體情況。

表1計算機學科基礎平臺公共核心課程設置一覽表

序號課程名稱涵蓋核心知識單元非核心知識單元理論學時實驗學時備注

1程序設計基礎PL1,PF1,PF2,AL3SP1,PL3,HC14836含計算機導論8學時

2面向對象程序設計PL6,PF5PL4,PL54222

3計算機組織與結構AR2,AR3,AR4, AR5,AR6AR16424含數字邏輯12學時

4離散數學DS1,DS2,DS3, DS5代數系統5410含代數系統10學時

5數據結構與算法AL3,PF2,PF3, PF4AL15418含文件2學時

6操作系統OS2,OS3,OS4,

OS5,OS6,OS85410

7數據庫概論IM1,IM2,IM3,IM4,

IM5,IM6,IM74816

8計算機網絡NC1,NC2,NC3,

NC4,NC64824

9軟件工程SE1,SE3,SE4,SE5,

SE6,SE7,SE8,SP43216

合計444176

注:本表中核心知識單元指《建議》中的39個知識單元,代碼及名稱可參見《規范》(計算機科學專業方向)表1。

在這些公共核心課程的基礎上,計算機科學與技術專業、軟件工程專業和網絡工程專業構建相應的專業教育平臺,并設置相應的專業方向課程群,如:嵌入式軟件、信息系統、網絡應用、網絡管理、數據庫應用、動漫游戲等。

3核心知識單元的覆蓋分析

《建議》中,計算機科學與技術專業公共核心知識體系包括8個知識領域,含39個知識單元,共342個核心學時,大連民族學院計算機學科基礎平臺公共核心課程大約覆蓋其中274學時的內容,覆蓋率達到80.1%。通過分析,一方面體現了我們的設計具有一定的科學性和先進性,另一方面也看到不足,未覆蓋學時達到70學時,說明核心知識單元的覆蓋率還有提高的空間;而超覆蓋學時達到106學時,說明單位學時的教學效率還有待提高。當然,各學校還需要根據自己的實際情況加以限定。表2是具體的覆蓋分析。

表2學科基礎平臺核心課程對公共核心知識單元(《建議》)的覆蓋分析

序號知識領域核心學時知識單元原始學時覆蓋學時未覆蓋/超覆蓋學時

1DS 離散結構60DS1函數、關系與集合12120

DS2基本邏輯18180

DS3證明技巧24816

DS5圖和樹660

2PF 程序設計基礎67PF1程序設計基本結構1534-19

PF2算法與問題求解844

PF3基本數據結構30300

PF4遞歸844

PF5事件驅動程序設計624

3AL 算法28AL3基本算法24186

AL4分布式算法404

4AR 計算機體系結構與組織60AR2數據的機器級表示68-2

AR3匯編級機器組織18126

AR4存儲系統組織和結構1082

AR5接口和通信1284

AR6功能組織1416-2

5OS 操作系統32OS1操作系統概述220

OS2操作系統原理440

OS3并發性816-8

OS4調度與分派642

(續表)

序號知識領域核心學時知識單元原始學時覆蓋學時未覆蓋/超覆蓋學時

5OS 操作系統OS5內存管理610-4

OS6設備管理28-6

OS7安全與保護220

OS8文件系統28-6

6NC 網絡及其計算48NC1網絡及其計算介紹440

NC2通信與網絡2034-14

NC3網絡安全826

NC4客戶/服務器計算舉例826

NC5構建Web應用422

NC6 網絡管理440

7PL 程序設計語言13PL1程序設計語言概論442

PL6面向對象程序設計938-29

8IM 信息管理34IM1信息模型與信息系統 440

IM2數據庫系統440

IM3數據庫系統642

IM4關系數據庫24-2

IM5數據庫查詢語言612-6

IM6關系數據庫設計68-2

IM7事務處理612-6

合計34234238070/-106

注:表中超覆蓋學時用負數表示。

4小結

本文介紹了大連民族學院計算機學科基礎平臺公共核心課程設計。該方案從我院2005級開始實施以來,效果很好。一方面,各專業的優質教學資源可以共享了;另一方面,通過整合教學資源,學科專業的整體水平也提高了。計算機學科通過設置公共核心課程,程序設計基礎課程、數據結構與算法課程分別于2007年、2008年被評為遼寧省精品課。今后,將進一步優化計算機學科基礎平臺課程體系,繼續完善各課程的知識單元和知識點,為計算機學科基礎平臺建設以及各專業方向課程體系建設做好基礎性工作。

參考文獻:

[1] 教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會. 計算機科學與技術本科專業規范[M]. 北京:高等教育出版社,2006.

第8篇：計算機體系結構方向范文

關鍵詞： 江南大學 《計算機組成與系統結構》 實踐教學 實踐現狀 應對方案

一、引言

當前，隨著物聯網技術和產業的持續發展，嵌入式技術已成為信息產業中發展最快、應用最廣的計算機技術之一，被廣泛應用于網絡通信、消費電子、醫療電子、工業控制和交通系統等領域。資料顯示，在2009年中國軟件業收入的9513億元中，嵌入式占了將近20%，而且每年都以近40%的速度增長。嵌入式系統是以應用為中心的軟硬件混成專用計算機系統，需要設計人員統籌考慮軟硬件設計，以最大限度地適應應用系統對功能、成本、體積、功耗、可靠性等方面的要求。傳統的軟件、硬件分別進行的設計方法難以滿足嵌入式系統的設計需求，而需要設計人員進行軟硬件的綜合考慮和協同設計。

然而和上述趨勢對應的是，目前計算機類本科專業軟件方面的教學和實踐都實施得較好。學生除了課堂學習外，還可以利用學校和自己的計算機充分進行軟件編程的實踐和訓練。而且軟件類課程C語言、數據庫、網絡等相對直觀和容易理解，容易入門。但對于硬件類的課程尤其是計算機組成與系統結構，學生普遍反映內容較為抽象，如果沒有適合的實踐環節將課堂概念和實際工程聯系起來，學習效果將難以得到保障。因此，探索適合計算機組成與系統結構的實踐教學工具、教學方法和配套機制，加強學生理論學習和實踐環節的聯系，建立形象直觀、便于理解的學習途徑至關重要。本文重點討論江南大學計算機組成與系統結構的實踐教學實施現狀，在此基礎上提出改進方向，為增強計算機組成與系統結構的教學效果作有益探討。

二、《計算機組成與系統結構》實踐教學現狀分析

當前國內計算機類本科專業硬件主干課程設置有兩種模式：一種是數字邏輯與數字系統（技術基礎課）計算機組成原理（專業基礎課）計算機體系結構（專業課）。大多數重點院校采用這種模式。另一種是數字邏輯與數字系統（技術基礎課）計算機組成與體系結構（專業基礎課）。江南大學及國內其他許多本科高等學校采用第二種課程設置模式。

《計算機組成與系統結構》課程綜合了《計算機組成原理》和《計算機體系結構》兩門課程的要求，要求學生掌握計算機系統各個部件的組成原理，最終從系統、整機的角度理解計算機的結構與組成，是計算機類本科專業的專業基礎課程，以及計算機硬件與結構方向非常重要的一門課程。這門課程的建設與教學質量直接關系到人才培養中計算機硬件與結構方向教育的成效。尤其是在當前嵌入式系統日益流行，軟硬件一體化設計需求不斷擴大的背景下，計算機組成與系統結構課程能否達到預期效果顯得更為重要。

目前在教學實施過程中，學生普遍反映該門課程內容較為抽象，難以和一個具體的可見的系統相聯系理解整個的運行過程，學習效果欠佳，依然停留在為應付考試的習題練習為主的方式上，通過課程的學習無法鍛煉搭建完整電路系統的能力。這些問題急需通過實踐環節有針對性地解決。

傳統的計算機組成原理采用的實驗設備是在開放的電路板上用插線的方式搭建邏輯，學生通過將對應的引腳互聯起來構成特定的數據通路。這種方法無需編寫程序，可以直觀地顯示計算機內部結構和運行情況，但對學生的影響僅僅停留在實驗室階段，不能和企業的實際開發相結合，沒有更多的實用價值。

隨著硬件可重構技術的發展，越來越多的計算機組成原理實驗課采用了基于FPGA的實驗裝置?；贔PGA的優點在于學生可以通過自己的邏輯設計得到專用芯片，并通過實驗板上的I/O觀察芯片的運行情況，更接近實際CPU的運行狀態。目前，根據不同學校學生能力的強弱，基于FPGA的組成原理實驗采用了兩種不同的輸入方式。

一種是基于原理圖的設計方式。學生通過連接原理圖的方式，構成自己想要的邏輯電路。將該電路下載到FPGA芯片后構成特定的芯片，通過實驗板上的I/O觀察芯片內部的運行情況。這種方式的優點是直觀、易于理解。缺點是隨著系統變得更加復雜，原理圖輸入的方式耗費時間太長，連線也容易出錯，不太可能用于搭建復雜的系統。

另一種是基于硬件描述語言VHDL/Verilog的設計方式。優點是可以利用現有的資源搭建較為復雜的系統，甚至多級流水線的CPU，可以極大地提高學生的硬件設計能力。缺點是對學生的要求比較高，需要有硬件描述語言的基礎。

三、《計算機組成與系統結構》實踐教學工具的選擇

通過上述分析，可以看出基于硬件描述語言和FPGA的組成原理實驗方式由于可與將來的企業實際開發相結合，具有較強的實際意義。學生可以通過VHDL搭建復雜和完整的硬件系統，對于理解計算機組成原理和計算機的運行情況有非?，F實的意義。關鍵問題是，應該如何選擇適當的基于FPGA的開發環境和教學方法，以適應不同水平的學生的具體需求。

由于現在基于硬件描述語言已有許多公開源代碼的資源可以加以利用，因此在進行計算機組成與系統結構教學和實踐中，可以圍繞某一種有代表性的CPU進行學習和實驗。如國內外有一些學校選擇以MIPS處理器作為教學和實驗的對象。學生可以根據自己的掌握程度借鑒或自己設計某個模塊，最終形成完整的CPU。同時還可以在此基礎上通過匯編程序進行系統結構的實驗。通過這樣的方式，學生可以將課堂講解的內容完全與實際的CPU系統關聯起來，從而為將來的硬件系統設計奠定良好的基礎。而且由于所選用的開發語言和環境都和企業實際使用的一樣，可以縮短將來的工作中的學習時間。

四、《計算機組成與系統結構》實踐教學機制探討

選定了適當的實踐語言和工具之后，還要有適合的配套管理和運作機制才能保證實踐教學的效果?，F在傳統的實驗室都是學校購買設備后由實驗室人員管理和維護，并配合任課老師在上課時間為學生提供實踐教學服務。由于實驗設備數和上課時間有限，學生并不能完全完成和理解實驗內容。因此，我認為可以采取多種方法改善這一狀況。

1.Xilinx/Altera等FPGA提供商建立聯合實驗室，隨時可獲得提供商提供的一些最新資料和技術服務，同時確保實驗室可以在課外對學生開放，可以借鑒以往機房的管理方式，讓感興趣的學生付費使用設備。

2.為學生配備或鼓勵學生購買低價FPGA設備，將實驗室帶回宿舍，隨時可以進行FPGA系統的開發和調試。

3.企業建立培訓協議，抽出整段時間送學生到專門的FPGA企業進行集中強化訓練，積累實際項目經驗。

將上述幾種方法相結合，可以使計算機系統設計課程的學習效果達到現在軟件開發的學習效果，為嵌入式系統軟硬件的開發培養合格的人才。

五、結語

本文分析了江南大學《計算機組成與系統結構》課程的實踐環節教學的現狀和存在的一些具體困難，并從幾個方面提出了應對方案。當然，這些方法依賴于計算機組成與系統結構考核方式的相應改變。只有在教學內容、實踐形式和方法、體制和具體實施等多方面協調一致，整體推動，才能取得預期的結果。

參考文獻：

［1］任春明，劉軍.計算機組成原理實驗教學的思考與改進.實驗技術與管理，2006，10.

［2］李彩虹，屈志毅，劉剛，馬俊.“計算機組成原理”實驗課教學模式探討與實踐.高等理科教育，2006，2.

［3］陳媛，黃賢英.基于EDA技術的計算機組成原理實驗教學探索.重慶工學院學報（自然科學版），2007，2.

［4］方愷晴，石琳，林亞平.EDA技術在計算機組成原理實驗中的應用.實驗技術與管理，2001，3.

第9篇：計算機體系結構方向范文

摘 要：文章首先介紹國外相關課程的實踐教學情況；在分析對比國內計算機組成原理課程實踐教學情況的基礎上，提出相應的實踐教學改革思路，規劃出一整套實踐教學方案。南京大學在相關課程的實踐教學方面對這些改革方案進行了探索，實踐結果表明，這種改革方案是有效的。

關鍵詞：計算機組成原理；實踐教學；教學改革；課程實驗

作者簡介：袁春風，女，教授，研究方向為Web信息檢索與本文挖掘、多媒體文檔處理、計算機體系結構；張澤生，男，高工，研究方向為計算機體系結構、嵌入式系統；蔡曉燕，女，工程師，研究方向為微電子技術、嵌入式系統；楊若瑜，女，副教授，研究方向為圖形圖像處理；王帥，男，講師，研究方向為計算機體系結構、嵌入式系統。

1 計算機組成原理實踐教學改革的必要性

計算機組成原理是計算機專業最重要的核心基礎課之一，在整個計算機專業教學中起著重要的承上啟下的作用。該課程對于學生完整地理解計算機系統的層次結構，系統地建立計算機整機概念，培養學生對計算機系統的分析、應用、設計及開發能力，都具有非常重要的作用。

從國內高校計算機組成原理課程的教學情況來看，大部分高校都把它當成一門純硬件課程進行介紹，最多加入一些匯編程序設計方面的內容。對于課程的實驗內容，大多數高校還是停留在驗證性實驗階段，這樣的教學理念和實驗內容，沒有讓學生參與和經歷從高級語言程序到機器代碼、從機器代碼到機器結構的轉換過程，也沒有讓學生針對一個給定的指令系統，分析設計出實現該指令系統的計算機基本部件和

完整框架結構，因而，很難使學生能夠真正了解計算機系統的工作原理和硬件系統結構，實驗手段和教學內容與現代計算機技術的發展水平和實際情況脫節，與國外一流大學相比有很大差距，因此，迫切需要進行教學內容和教學模式的改革探索，特別是實踐環節的教學改革。

2 國外一流大學相關課程及其實驗情況

為了更好地規劃相關課程的課程體系和教學內容，改革現有的實踐教學模式和教學內容，我們對美國幾所一流大學計算機專業相關課程的實驗情況進行了跟蹤調查。表1給出了對MIT、UC-Berkeley、Stanford大學、CMU這四所大學相關課程的實驗情況總結。這些信息源自這些大學相關課程的最新課程網站[1-7]。

表1 美國部分大學計算機專業相關課程實驗教學基本情況

從表1可以看出，這些學校開設的相關課程都只要求選課學生具有C語言或同類編程語言的程序設計基礎，能熟練使用計算機即可。MIT的相關課程更偏重于硬件底層，UC-Berkeley的次之，而Stanford和CMU的類似，主要從程序員角度介紹計算機系統，更偏向于系統軟件層面。

MIT的相關課程“Computation Structures” 同時面向EE和CS兩個專業開設；其實驗教學模式是通過各類模擬器實現從門電路特性、匯編、處理器到I/O等偏硬件層面上的分析和設計實驗。

UC-Berkeley的相關課程從2011年開始有比較大的改變，原先的課程名稱為“Machine Structure”，現在改為“Great Ideas in Computer Architecture”；所用教材除了原先使用的一本關于C語言和一本關于計算機組成與設計方面的以外，還將一本關于數據中心計算機系統的教材增加為課后閱讀材料；涉及的實驗項目也有非常大的改變，原先的14個實驗主要分五類：C語言編程實驗、匯編程序設計實驗、流水線CPU等硬件邏輯電路設計實驗、Cache和虛存的模擬實驗、多核多線程編程實驗，改進后的課程實驗增加了云計算平臺上的數據級并行編程(MapReduce)和多線程編程(OpenMP)實驗等，讓學生通過實驗體驗不同粒度下的并行處理技術。

Stanford大學和CMU的相關課程所用教材一樣，實驗內容也差不多，通過一組精心設計的C語言編程實驗，使學生能夠更好地了解高級語言程序轉換為機器代碼的過程，深刻理解底層機器的系統結構(包括指令格式、數據表示、寄存器組織、Cache結構、虛存空間的映射等)，提高編制高效程序和調試程序的能力，并為后續的體系結構、編譯技術、操作系統等課程打下良好的基礎。

通過對MIT、UC-Berkeley、Stanford大學和CMU等多個美國一流大學在相關課程方面教學情況的跟蹤，我們發現，除MIT由于CS和EE一起開課而使課程內容較偏底層硬件外，其他三所學校相關課程的教學內容和實驗內容基本類似，其教學理念和教學思路也非常相似，基本上都是按照“C語言程序匯編語言程序機器目標代碼處理器結構”為主線組織內容，都是站在計算機系統的高度來闡述計算機硬件系統的結構和設計思想，以程序員的角度來認識計算機系統，強調軟件與硬件的關聯，使學生能很好地在高級語言程序、匯編語言程序、機器指令代碼和機器結構之間建立相互的對應轉換關系，以建立對計算機系統的整體認識。特別是這些大學相關課程的實驗內容都和課堂教學內容完全一致，課堂所學內容就是學生需要動手實踐的內容，在考核中實驗和大作業占有50%～60%的分值，由此可見，國外一流大學對本課程的實踐教學環節是非常重視的。

通過對上述幾個大學相關課程的跟蹤調查，我們還發現，雖然它們的相應后繼課程名稱不同，但課程的實驗內容類似，都要求用硬件描述語言在FPGA上進行流水線處理器設計等實驗，而且基本上以RISC處理器的典型四段或五段流水線CPU設計為目標。這方面的實驗，對EE和CE的學生是必須做的，而對于CS的學生，有些學校則沒有要求必須做。

3 實踐教學存在的問題

目前，國內已經有一些高校的計算機組成原理或同類課程通過借鑒國外一流大學的先進做法，在教學內容和教學模式等方面正在進行改革，取得了較好的教學效果。但是，絕大多數高校基本上還是沿用傳統的教學理念，教學內容還停留在對計算機硬件系統的基本構成和基本設計原理性介紹方面，既不像國外EE或CE專業開設的類似“數字系統設計”那樣的硬件設計課程，能夠讓學生真正了解如何用硬件描述語言通過FPGA來設計現代計算機硬件系統；也不像UC-Berkeley的CS專業開設的“Machine Structure”那樣介于軟、硬件之間的課程，能夠讓學生深刻理解程序如何轉換為機器代碼并在硬件上執行的過程；更不像Stanford大學和CMU的CS專業開設的COS和ICS兩門課程那樣，能夠讓學生從程序員角度理解計算機系統底層的關于硬件結構和系統軟件的重要概念及其相互關聯。因此，目前大多數高校的“計算機組成原理”課程的教學，既沒能達到培養學生利用現代化工具進行實際硬件設計的能力，也沒有讓學生學會運用機器底層硬件和系統結構知識來開發高效軟件和調試程序，更沒有通過該課程讓學生建立起計算機軟、硬件系統的整體概念。特別在實踐教學方面，與國外同類課程相比更是相差甚遠。

與國外一流大學相比，國內高校的計算機組成原理實踐教學普遍存在以下幾個方面的問題。

1) 各專業的實驗要求沒有區分。

國內絕大多數高校都會把計算機組成原理課程作為計算機所有相關專業的必修課，但實際上對于不同專業，其教學目標和實驗要求是不同的。國內本科計算機相關專業設置名目繁多，不同的學校相差很大，有的學校只有計算機科學與技術一個專業，有的學校還有軟件工程、計算機工程專業，還有一些學校甚至還有信息安全、信息工程、計算機應用、物聯網等專業。很明顯，不同專業的培養目標是不同的，因而，對于計算機組成原理的實驗要求也是不同的。目前，國內該課程的實驗大部分是功能部件的驗證性實驗和微程序設計實驗，有些學校會有匯編程序設計實驗，也有學校不做實驗，還有少數學校采用EDA方式進行CPU設計等實驗。但是，絕大多數學校選擇實驗內容和實驗方式時，并沒有考慮到不同專業的不同要求。

2) 和課堂教學內容不能很好配合。

由于傳統的計算機組成原理實驗系統和實驗設備是由公司或其他單位開發的，無法自主確定實驗模式和實驗內容，因而，很容易造成實驗內容和課堂教學內容不能很好配合的問題，造成實驗效率低下，并且不能很好地起到鞏固課堂教學的目的。

3) 實驗內容缺乏系統性和先進性。

傳統的驗證性實驗通常是在部件級進行驗證實驗，通過插拔連線、撥動開關、編制微程序等方式與實驗系統進行交互，因而無法構建一個完整的計算機硬件系統的綜合設計實驗。此外，絕大多數高校在該課程教學中沒有軟件編程實驗和Cache、虛存等相關模擬實驗。

4) 實驗平臺和實驗手段落后。

沒有采用現代化的EDA工具軟件和CPLD/ FPGA實驗平臺，更沒有像國外大學那樣，利用各種模擬器、云計算平臺、仿真系統，以及各種編程開發工具來進行實驗，導致學生缺乏利用先進工具和平臺進行學術研究和項目開發的能力。

5) 實驗過程管理和考核機制不完善。

國內實驗系列教師普遍缺乏，而助教制度又極其不完善，不像美國大學那樣，每門課可以配備7、8個，甚至十幾個領助研費的助教，因而在實驗過程管理上很不完善，特別是實驗的檢查、考核和反饋等很難做到像美國大學那樣到位，這也大大影響實驗教學的效果。

4 實踐教學改革和成效

針對目前計算機組成原理實踐教學存在的問題，我們在對美國一流大學相關課程實驗情況的考察研究基礎上，提出了相應的改革思路和實踐教學方案，并在近年來的教學過程中，逐步進行了探索實踐。

目前，我系開設的相關課程是計算機組成與系統結構和專門的計算機組成實驗課程，與國內大多數高校開設的計算機組成原理相比，我們強化了流水線CPU設計方面的內容。其先行課程除了C和C++程序設計課程以外，還有數字邏輯電路及其專門的實驗課程，學生會在這兩門課程中學會EDA設計的基本方法，并具有簡單數字系統設計的基本能力。而計算機組成原理方面的實驗實際上包含了國外類似于數字系統設計課程中的一些實驗。

根據本課程內容抽象、概念枯燥，以及實踐性強的特點，我們采用了編程實驗、硬件設計實驗和創新實驗三階段遞進式的創新型實驗教學方案。為了保證對實驗過程的嚴格管理和加強對學生的指導，我系每年專門招收7～10名碩士研究生組成實驗輔導小組，在每年暑假由實驗指導小組的老師先對他們進行培訓，然后他們再在實驗過程中輔導學生，并對實驗結果進行檢查。

編程實驗是在進行理論課教學的同時要求學生完成的一組實驗。通過編程實驗使學生能從程序員角度深刻理解教學內容中比較抽象的一些概念和知識，例如，機器代碼的表示、高級語言源程序與機器代碼的對應關系、數據的表示和運算、訪存異常(存儲保護錯)、運算結果溢出、大端/小端方式、對齊存放、Cache結構和程序訪問局部性的關系、虛存地址空間的構成、靜態數據區和堆區/棧區的區別、系統性能評測方法等，使得課程內容對學生來說不再是抽象、枯燥的概念，而是能夠通過對程序的調試跟蹤，以及對程序運行結果的分析，將這些抽象的概念變成容易理解的看得見的具體數據。這樣，不僅有助于學生對教學內容的深刻理解，而且培養了學生學習本課程的興趣，增強了學生的編程動手能力，特別是將底層機器級概念運用到編程設計和調試中，這對于提高學生編寫正確、高效的程序和增強程序調試能力，是非常有幫助的。同時，也讓他們了解到將來即使不從事計算機硬件設計工作，本課程學到的知識和培養的專業意識在今后的軟件開發或計算機科學研究工作中也是非常有用的。

硬件設計實驗是在理論課程結束后的一個學期專門開設的計算機組成實驗課。要求學生用硬件描述語言在FPGA板上進行硬件設計，并最終實現一個實際的流水線CPU。由于在課堂教學內容中加大了對CPU設計、特別是流水線CPU設計的力度，使學生打下了很好的理論和技術基礎。將實驗內容與課堂教學完全結合起來后，改變了原先課堂教學和實驗教學內容脫節的現象，因此，除了實驗教材外，課堂教學的教材本身也成為了實驗教材的延伸。為了加強對學生的計算機系統尤其是CPU設計能力的培養，我們提出并進行了“以流水線CPU設計為核心”的高起點創新性實驗教學改革，采用“基于硬件描述語言和FPGA，以功能部件設計為先導，單周期CPU和多周期CPU設計為過渡，最終實現流水線CPU”的實驗教學方法。學生通過親自體驗從設計、實現到驗證的整個過程，大大加深了他們對課程內容的理解，不僅掌握了CPU設計的理論知識，也深刻理解了整個計算機系統的設計思想和方法，并使所學知識轉化成了運用知識的能力，同時還培養了部分學生對計算機硬件設計的興趣和信心。

創新實驗課是在相關課程結束后對少數對計算機底層軟/硬件設計特別有興趣的學生開設的開放性實踐教學活動。我們意識到，國家迫切需要一批能掌握先進的CPU和系統軟件等計算機核心技術的尖端人才，這是高校計算機人才培養的重要任務之一。基于本課程在計算機系統中的重要核心地位和在計算機人才培養中應起的作用，我們提供了相關的創新實驗室，為這些學生提供全方位的實驗支持。學生可以自主選擇創新項目，實驗室提供相應的實驗平臺和條件，并配備指導教師或研究生助教進行全程指導。目前已經有4、5個創新團隊完成了相應的創新實驗項目，其中包含了江蘇省級重點和南京大學重點創新項目，還有一個團隊設計實現了一個與MIPS32 2.62兼容的82條指令的五級流水線CPU。參加創新實驗項目的絕大多數成員都被保送進了中科院、北大等國內一流大學和科研院所，也有一些同學得到了美國著名大學的青睞，選擇出國繼續深造。

5 結語

計算機組成原理課程的地位和特點決定了在該課程教學過程中加強實踐環節的重要性。國外一流大學都非常注重該課程的實驗教學，實驗內容和手段不斷更新，而且特別注重對實驗過程的管理和對實驗成績評定的公平性。近年來，國內一些大學也開始對該課程的實驗手段和實驗內容進行改革，取得了一定的

成效。但是，大部分高校還在采用傳統的實驗模式與國外一流大學相比差距較大。

我系在本課程的實踐教學方面進行了一些有益的探索，實踐證明，采用新的實驗內容和實驗手段，對于學生全面掌握課程內容、培養分析問題和解決問題的能力、增強實踐動手能力、提高科技創新意識等各方面都是非常有用的。由于我們實驗改革時間不長，只是處于探索階段，因此，實驗內容和實驗模式還很不完善，特別是編程實驗內容，還有很多典型問題可以設計讓學生進行編程體驗，實驗管理中也還存在很多問題需要解決，包括如何合理評定實驗成績，如何防止抄襲等。此外，如何規劃銜接好上下游課程之間的實驗內容也是今后需要重點考慮的問題。

參考文獻：

[1] MIT. Computation Structures [EB/OL]. [Spring 2011]. 6004.csail.mit.edu/.

[2] UC Berkeley. Machine Structures[EB/OL]. [Spring 2011]. inst.eecs.berkeley.edu/~cs61c/sp11/.

[3] UC Berkeley. Components and Design Techniques for Digital System[EB/OL]. [Spring 2011]. inst.eecs.berkeley. edu/~cs150/sp11/.

[4] Stanford University. Computer Organization and Systems[EB/OL]. [Spring 2011]. stanford.edu/class/ cs107/.

[5] Stanford University. Digital Systems II[EB/OL]. [Winter 2010]. stanford.edu/class/ee108b/.

[6] CMU. Introduction to Computer Systems[EB/OL]. [Summer 2011]. cs.cmu.edu/~213/.

[7] CMU. Introduction to Computer Architecture[EB/OL]. [Spring 2011]. ece.cmu.edu/~ece447/.

Teaching Reform of the Principle of Computer Organization Lab Course

YUAN Chunfeng, ZHANG Zesheng, CAI Xiaoyan, YANG Ruoyu, WANG Shuai

(Department of Computer Science and Technology, Nanjing University, Nanjing 210093, China)