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計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)方向范文1

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)；教學(xué)方式；課程內(nèi)容；卓越工程師

作者簡(jiǎn)介：李旎（1978-），女，浙江溫州人，湖南城市學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院，講師；吳宏斌（1964-），男，湖南益陽(yáng)人，湖南城市學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)，教授。（湖南　益陽(yáng)　413000）

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）31-0079-01

2010-2020年，中國(guó)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”將用10年時(shí)間，培養(yǎng)百萬(wàn)高素質(zhì)各類(lèi)型工程技術(shù)人才，為建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家、實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化奠定人力資源優(yōu)勢(shì)。“卓越計(jì)劃”具有三個(gè)特點(diǎn)：一是行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過(guò)程，二是學(xué)校按通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)工程技術(shù)人才，三是強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。本文就第三點(diǎn)，以“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”課程為例，提出了從課程內(nèi)容與教學(xué)方式兩方面進(jìn)行課程教學(xué)模式的創(chuàng)新，以提高學(xué)生工程能力與創(chuàng)新能力的一些探索。

“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)基礎(chǔ)和必修課程，覆蓋了計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)、編譯原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電路基礎(chǔ)等方面的內(nèi)容。課程的目的是幫助學(xué)生建立整機(jī)系統(tǒng)的概念，提高學(xué)生從總體結(jié)構(gòu)的層次來(lái)理解和研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的能力。

“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”不僅是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)研究生入學(xué)考試的專(zhuān)業(yè)課程之一，也是其他計(jì)算機(jī)類(lèi)考試的必選內(nèi)容。目前的計(jì)算機(jī)類(lèi)考試主要是以下兩種：軟件水平考試，分初級(jí)、中級(jí)和高級(jí)三個(gè)級(jí)別；IT認(rèn)證考試。無(wú)論哪種考試都涉及計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的內(nèi)容。比如，系統(tǒng)分析師考試大綱就要求學(xué)生了解各種計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與應(yīng)用（SMP、MPP等），構(gòu)成計(jì)算機(jī)的各類(lèi)部件功能及其相互關(guān)系；實(shí)現(xiàn)性能計(jì)算（響應(yīng)時(shí)間、吞吐量、TAT），性能設(shè)計(jì)（系統(tǒng)調(diào)整、Amdahl解決方案、響應(yīng)特性、負(fù)載均衡）和性能指標(biāo)（SPEC-Int、SPEC-Fp、TPC、Gibson mix、響應(yīng)時(shí)間）。這從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明，“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”是一門(mén)非常重要的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課程，對(duì)提高計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的分析、計(jì)算和設(shè)計(jì)能力有很大的幫助。但是，在實(shí)踐教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)這門(mén)課程存在內(nèi)容抽象、語(yǔ)言枯燥、學(xué)生難以理解等問(wèn)題，因此教學(xué)難度大，效果也不盡如人意。為了做好“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)，培養(yǎng)出高素質(zhì)的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生，我們改變了傳統(tǒng)單一的教學(xué)模式，從教學(xué)方式和課程內(nèi)容兩個(gè)方面來(lái)改進(jìn)課程教學(xué)。

一、教學(xué)方式的改進(jìn)

1.啟發(fā)式課程教學(xué)

啟發(fā)式教學(xué)是指教師在教學(xué)過(guò)程中根據(jù)教學(xué)任務(wù)和學(xué)習(xí)的客觀規(guī)律，從學(xué)生的實(shí)際出發(fā)，采用多種方式，以啟發(fā)學(xué)生的思維為核心，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，促使他們生動(dòng)活潑學(xué)習(xí)的一種教學(xué)方式。

在教學(xué)中，先給學(xué)生設(shè)置懸念，然后再討論需要講解的內(nèi)容，從而提高學(xué)生的興趣。Nancy M.Dixon指出：我們能夠記住所聽(tīng)到的10%，所看到的15%，邊看邊聽(tīng)的20%，做的10%，積極去做并得到響應(yīng)的80%，給他人講授的90%。所以，在常規(guī)教學(xué)中，學(xué)生能掌握的知識(shí)是有限的，需要?jiǎng)?chuàng)造情景，使學(xué)生積極地做并進(jìn)行響應(yīng)，若能轉(zhuǎn)換成學(xué)生自己也能講授的程度則更好。教師經(jīng)常要求學(xué)生自問(wèn)：如果自己是老師，會(huì)怎么講這些內(nèi)容，并要求在學(xué)生之間互相扮演教師和學(xué)生的角色，講述課程內(nèi)容。如在講述流水線(xiàn)技術(shù)的過(guò)程中，筆者先向?qū)W生提出：為什么要采用流水線(xiàn)技術(shù)，怎樣實(shí)現(xiàn)流水線(xiàn)，它與工程上的流水線(xiàn)有何相關(guān)。課堂中，首先以經(jīng)典的五段式流水線(xiàn)為例，和學(xué)生一起探討這個(gè)問(wèn)題；然后，鼓勵(lì)他們積極思考，踴躍發(fā)言；最后，由他們推出一位學(xué)生做總結(jié)性的發(fā)言。現(xiàn)場(chǎng)氣氛活躍，課堂效果非常好。在期末考試中，關(guān)于流水線(xiàn)方面的知識(shí)，大部分學(xué)生均拿了滿(mǎn)分。

2.量化分析教學(xué)

培養(yǎng)從總體、系統(tǒng)的角度來(lái)分析和解決問(wèn)題的能力以及自主創(chuàng)新能力，對(duì)學(xué)生的成長(zhǎng)和未來(lái)發(fā)展有很大的影響，“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”特別強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的這一種能力。“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”一般安排在大學(xué)四年級(jí)開(kāi)始，需要學(xué)生在學(xué)完主要的軟硬件基礎(chǔ)課程后，從整體系統(tǒng)、總體設(shè)計(jì)的角度來(lái)理解和研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，學(xué)習(xí)如何根據(jù)各種實(shí)際應(yīng)用的需要，綜合考慮軟硬件，設(shè)計(jì)和構(gòu)建合理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”課程中多是抽象的概念和原理，這些內(nèi)容不被學(xué)生理解，且有限的實(shí)驗(yàn)環(huán)境也限制了學(xué)生自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，但是，如果將研究對(duì)象轉(zhuǎn)換成可以運(yùn)算的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析是完全可行的，這就是量化分析方法。

前人對(duì)量化分析法的定義和特點(diǎn)闡述主要有：量化研究遵循的是實(shí)證主義，它應(yīng)用量的方法以驗(yàn)證假設(shè)；量的研究是指研究者事先建立假設(shè)并確定具有因果關(guān)系的各種變量，然后使用某些檢測(cè)工具對(duì)這些變量進(jìn)行測(cè)量和分析，從而驗(yàn)證預(yù)定的假設(shè)。“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”是從整體上研究由處理系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)構(gòu)成的有機(jī)系統(tǒng)，其目的是設(shè)法提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。對(duì)性能的分析主要就是采用量化分析法，將問(wèn)題簡(jiǎn)化、精確化和客觀化，使抽象的知識(shí)也變得形象起來(lái)。如在探討計(jì)算機(jī)加速比S的過(guò)程中，以時(shí)間t為標(biāo)準(zhǔn)，比較計(jì)算機(jī)改進(jìn)前與改進(jìn)后的時(shí)間比值。實(shí)踐證明，這樣的效果非常好。

二、課程內(nèi)容的改進(jìn)

1.“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”課程和“計(jì)算機(jī)組成原理”課程有很多相似的地方

這兩門(mén)課程都講授輸入輸出系統(tǒng)、存儲(chǔ)部件、數(shù)據(jù)表示等，但“計(jì)算機(jī)組成原理”作為一門(mén)硬件課程主要強(qiáng)調(diào)其基本運(yùn)行原理，而“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”強(qiáng)調(diào)性能優(yōu)化方法；“計(jì)算機(jī)組成原理”強(qiáng)調(diào)其細(xì)節(jié)，而“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”則強(qiáng)調(diào)的是軟硬件的分配，及對(duì)性能的影響。現(xiàn)在有些專(zhuān)業(yè)中，在“計(jì)算機(jī)組成原理”中涵蓋計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，有些專(zhuān)業(yè)則單獨(dú)開(kāi)設(shè)這兩門(mén)課程。必須合理劃分兩門(mén)課的內(nèi)容，組織教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)計(jì)劃。現(xiàn)在，“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”課程主要講述內(nèi)容為流水線(xiàn)技術(shù)和存儲(chǔ)技術(shù)，并對(duì)嵌入式系統(tǒng)方向的學(xué)生加強(qiáng)了存儲(chǔ)技術(shù)中虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)的講授。

2.強(qiáng)調(diào)知識(shí)的更新和發(fā)展

計(jì)算機(jī)技術(shù)是發(fā)展最快、應(yīng)用最廣、影響最大的學(xué)科之一，“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”知識(shí)也在日新月異發(fā)展著。近年來(lái)多核技術(shù)、虛擬機(jī)、復(fù)雜存儲(chǔ)系統(tǒng)和先進(jìn)互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展使經(jīng)典的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)內(nèi)容有了很大的更新。怎樣運(yùn)用有限的課堂時(shí)間，使這些復(fù)雜技術(shù)與經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)融合，是教學(xué)內(nèi)容改革的主要任務(wù)。

同時(shí)，就是同一門(mén)課程，不同的作者所編著的教材的內(nèi)容和側(cè)重點(diǎn)都有很大的不同，如張晨曦所編著的《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》Catch部分，偏重于Catch性能的分析與優(yōu)化，而李學(xué)干的《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》，則偏重于Catch系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，且著重描述了虛擬存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)和功能。

所以，教學(xué)中既不能照本宣科，也不能脫離書(shū)本，根據(jù)專(zhuān)業(yè)方向的不同，有選擇性地進(jìn)行講授，同時(shí)將一些新技術(shù)、新知識(shí)、新產(chǎn)品以及最新的發(fā)展動(dòng)態(tài)，融入課堂教學(xué)中。

3.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)

實(shí)驗(yàn)是任何科學(xué)創(chuàng)新的源和本。在學(xué)校教學(xué)工作中，理論課和實(shí)驗(yàn)課是教學(xué)體系中兩個(gè)互相有聯(lián)系的獨(dú)立環(huán)節(jié)，要重視實(shí)驗(yàn)，決不能把實(shí)驗(yàn)課看成是理論課的依附。

計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)作為一門(mén)應(yīng)用型專(zhuān)業(yè)，需加大培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)他們的創(chuàng)新潛能，通過(guò)實(shí)驗(yàn)將課堂和實(shí)踐結(jié)合，改善理論教學(xué)枯燥、單調(diào)的情況。現(xiàn)在“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”課程實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)僅8個(gè)學(xué)時(shí)，而很多著名的高等院校如同濟(jì)大學(xué)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)已增加到了24學(xué)時(shí)，很值得借鑒。

三、結(jié)束語(yǔ)

人才是一個(gè)國(guó)家發(fā)展最重要的資源，能否培養(yǎng)出有優(yōu)秀工程能力和創(chuàng)新能力的人才，最后的關(guān)鍵還要看是否有一個(gè)科學(xué)的課程體系和教學(xué)內(nèi)容。探索說(shuō)明，只有不斷改進(jìn)課程教學(xué)，才能培養(yǎng)出更多的高素質(zhì)人才，實(shí)現(xiàn)我國(guó)的“卓越計(jì)劃”。

參考文獻(xiàn)：

[1]于永斌，徐潔，吳曉華，等.多核時(shí)代的“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程[J].計(jì)算機(jī)教育，2011，（6）.

[2]張晨曦，劉依.探索新的教學(xué)模式和方法，建設(shè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)精品課程[J].計(jì)算機(jī)教育，2007，（12）.

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)方向范文2

一、教學(xué)

1. 本科教育

美國(guó)的計(jì)算機(jī)本科教育首先就是有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持，無(wú)論學(xué)生注冊(cè)、選擇課程、挑選教授、提交作業(yè)、課程答疑等等均在網(wǎng)上完成。當(dāng)你注冊(cè)為學(xué)校的學(xué)生、教師或其他職員時(shí)，將會(huì)獲得一個(gè)學(xué)校的賬號(hào)，供你在網(wǎng)絡(luò)上登錄學(xué)校的網(wǎng)站，享受學(xué)校提供的服務(wù)。美國(guó)大學(xué)的計(jì)算機(jī)房全天開(kāi)放供學(xué)生使用，甚至在學(xué)校的體育館、圖書(shū)館、醫(yī)院、書(shū)店等公共場(chǎng)所均有免費(fèi)使用的計(jì)算機(jī)和打印機(jī)，使你可以隨時(shí)方便地完成你的學(xué)習(xí)和工作，可以說(shuō)，在這里，網(wǎng)絡(luò)無(wú)處不在。

因筆者在國(guó)內(nèi)講授計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程已有多年，為了能更清楚地了解中美課程教授的區(qū)別，所以在印第安納大學(xué)也專(zhuān)門(mén)完整選修了這門(mén)課程。首先帶給我的沖擊是，本門(mén)課程的教授并不像想象中的那樣。在我的認(rèn)識(shí)空間中，美國(guó)是世界上計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展最快的國(guó)家之一，其教授的課程內(nèi)容也應(yīng)該是最新最快的，而當(dāng)教授打開(kāi)電子講義時(shí)，我發(fā)現(xiàn)其中很多內(nèi)容是1998年的講義。驚詫之余，我也對(duì)此進(jìn)行了很長(zhǎng)時(shí)間的思考。

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程教學(xué)主要是解決“如何在現(xiàn)有的技術(shù)條件下設(shè)計(jì)出性能價(jià)格比高的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”的問(wèn)題，也即著重介紹如何運(yùn)用各種先進(jìn)的技術(shù)將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)功能單元有效地組織起來(lái)，以最小的代價(jià)獲取最高的系統(tǒng)性能。基于這樣的思想，對(duì)本門(mén)課程的學(xué)習(xí)需有一些先修的前導(dǎo)課程和預(yù)備的知識(shí)點(diǎn)，也就是說(shuō)，要有一定的技術(shù)儲(chǔ)備才能更好地掌握這門(mén)課程的精髓。

目前國(guó)內(nèi)的大學(xué)面對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)這樣一門(mén)迅速發(fā)展的學(xué)科，希望最大限度地緊跟國(guó)際計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的最新理念和技術(shù)，并將最新的信息傳授給學(xué)生，而實(shí)際上會(huì)導(dǎo)致教師一味追求最新最快，而忽略了最基礎(chǔ)的知識(shí)，反而結(jié)果適得其反。

就計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)這門(mén)課程而言，其關(guān)鍵內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本概念、指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、流水線(xiàn)技術(shù)、向量處理技術(shù)、并行處理技術(shù)、存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)、I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)、多處理機(jī)技術(shù)等等，這些技術(shù)在整個(gè)計(jì)算機(jī)發(fā)展的過(guò)程中其指導(dǎo)思想并沒(méi)有發(fā)生根本的變化。例如流水線(xiàn)技術(shù)，自出現(xiàn)以來(lái)，就遵循時(shí)間并行的思想，實(shí)質(zhì)上是多條指令同時(shí)執(zhí)行各自的操作，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了超流水線(xiàn)等技術(shù)，只有打好了基礎(chǔ)，才可能舉一反三，使學(xué)生在了解了流水線(xiàn)基本原理的基礎(chǔ)上迅速掌握其他更新技術(shù)。因此，在課程講授上，應(yīng)緊密結(jié)合實(shí)際情況，克服脫離實(shí)際的現(xiàn)象，避免因迎合市場(chǎng)而盲目追求最新的理論。

在美國(guó)的大學(xué)，幾乎每一門(mén)課程都有它的主頁(yè)和教授的個(gè)人主頁(yè)鏈接，所有的作業(yè)和project都會(huì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，教授也可以通過(guò)網(wǎng)站和電子郵件解答學(xué)生的問(wèn)題，這些工作在網(wǎng)絡(luò)上解決已經(jīng)成為最為方便和快捷的方式。

在計(jì)算機(jī)的課程中，課堂講授只是其中的一部分，在實(shí)驗(yàn)室完成的項(xiàng)目和作業(yè)占很大的比例。以計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)為例，課堂講授每周兩次，每次兩個(gè)學(xué)時(shí)；實(shí)驗(yàn)室每周兩次，每次兩個(gè)學(xué)時(shí)。平時(shí)的作業(yè)和project很多，這也是與國(guó)內(nèi)不太相同之處。國(guó)內(nèi)比較重視最后的考試，因此可能出現(xiàn)的情況就是學(xué)生平時(shí)很輕松，甚至可以不上課，只靠期末的緊急突擊就可取得好成績(jī)，但是知識(shí)的掌握卻不扎實(shí)。印第安納大學(xué)的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程的學(xué)生成績(jī)由4部分組成：Homeworks/Paper占15%，Labs占30%，Midterm占20%，F(xiàn)inal占35%。它將學(xué)生最終取得的成績(jī)分散在整個(gè)學(xué)期內(nèi)，并且在學(xué)習(xí)的過(guò)程中除了理解課堂講授的知識(shí)之外，還會(huì)從各個(gè)角度擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面。教授會(huì)給學(xué)生布置團(tuán)隊(duì)作業(yè)，由3-4名學(xué)生自由組合成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)中每個(gè)人的力量，完成團(tuán)隊(duì)作業(yè)后要交paper（論文），并由團(tuán)隊(duì)中每個(gè)人在課堂上為所有學(xué)生演講自己負(fù)責(zé)部分的研究成果，每名成員的演講時(shí)間很短，但是可以保證給每名學(xué)生上講臺(tái)的機(jī)會(huì)。在演講過(guò)程中，教授和其他學(xué)生可以隨時(shí)打斷話(huà)題，提出自己的問(wèn)題或觀點(diǎn)，只要是與演講內(nèi)容有關(guān)的問(wèn)題都可以發(fā)問(wèn)。在此過(guò)程中，可以考查學(xué)生的查閱資料、完成作業(yè)的能力，培養(yǎng)學(xué)生分工合作和學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)合作能力，并且給學(xué)生充分的空間提出創(chuàng)新思想，還可以鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力，從各個(gè)角度都可以很大程度地提高學(xué)生對(duì)本門(mén)課的理解和吸收。

2．研究生教育

美國(guó)的研究生教育與中國(guó)有著很大的不同。首先，美國(guó)的計(jì)算機(jī)研究生無(wú)論是TA（Teach Assistant），還是RA（Research Assistant）都有學(xué)校或教授提供的獎(jiǎng)學(xué)金，并足以經(jīng)濟(jì)獨(dú)立，這就使學(xué)生可以沒(méi)有后顧之憂(yōu)地全面投入學(xué)習(xí)和科研。在國(guó)內(nèi)的高校中，基本上沒(méi)有嚴(yán)格的淘汰制，即使答辯沒(méi)有通過(guò)也有延期答辯的機(jī)會(huì)，所以基本都可以獲得學(xué)位。美國(guó)大學(xué)對(duì)碩士生和博士生的學(xué)位評(píng)定卻非常嚴(yán)格，淘汰率也很高，要進(jìn)行層層篩選。

美國(guó)大學(xué)的研究生培養(yǎng)非常重視課程學(xué)習(xí)，而且課程的設(shè)置范圍很廣。以印第安納大學(xué)的計(jì)算機(jī)系為例，每個(gè)博士生需要修滿(mǎn)90個(gè)學(xué)分，一般一個(gè)課程3學(xué)分，但是有很多課程不需要上課，一般有50個(gè)學(xué)分是需要上課的。注冊(cè)以后導(dǎo)師會(huì)指定幾門(mén)與研究方向有關(guān)的課程，其他的由學(xué)生自行選擇，最后由導(dǎo)師批準(zhǔn)。

每門(mén)課程的編號(hào)都有特殊的意義，例如，初始字母中A代表非專(zhuān)業(yè)，B代表本科和研究生的其他課程，C代表本科生專(zhuān)業(yè)課程，P代表編程課程，Y代表自學(xué)等等；課程編號(hào)中的第一個(gè)數(shù)字分為幾種，1-4代表本科生課程，5-6代表研究生課程，7代表研究生的研究和自學(xué)課程；中間的數(shù)字含義是0-1代表基礎(chǔ)和算法，2代表程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，3-4代表硬件和軟件系統(tǒng)，5-8代表應(yīng)用，9代表特殊主題。在計(jì)算機(jī)系的主頁(yè)上會(huì)有詳細(xì)的課程列表和介紹，包括必修和先修課程，以及教授的主頁(yè)，方便學(xué)生查閱。

在選課過(guò)程中，還可以選擇其他系和專(zhuān)業(yè)的課程，都不受限制，這樣可以為學(xué)生提供掌握交叉學(xué)科的機(jī)會(huì)，甚至可以打破一級(jí)學(xué)科的限制進(jìn)行選課，這樣培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生適應(yīng)能力和研究能力相對(duì)較強(qiáng)，尤其是對(duì)計(jì)算機(jī)學(xué)科而言，在很大程度上將成為一門(mén)工具，在與其他學(xué)科交叉后將發(fā)揮更大的威力。例如，計(jì)算機(jī)學(xué)科在與生物、化學(xué)、物理等學(xué)科結(jié)合起來(lái)后會(huì)有更大的發(fā)展空間，也有利于學(xué)生畢業(yè)后的發(fā)展。

在美國(guó)的大學(xué)里，申請(qǐng)博士研究生需要通過(guò)qualify（資格審查），計(jì)算機(jī)系的學(xué)生通常要通過(guò)3～5門(mén)考試，每門(mén)課程有兩次機(jī)會(huì)，如果兩次都不能通過(guò)，就沒(méi)有資格申請(qǐng)博士學(xué)位，只能轉(zhuǎn)成master（碩士）了。通過(guò)qualify以后要進(jìn)行proposal（開(kāi)題）和final defense（答辯），全部通過(guò)才可以獲得博士學(xué)位，每一個(gè)步驟的審查都非常嚴(yán)格。通常情況下，從入學(xué)到獲得博士學(xué)位至少需要5年時(shí)間，有的甚至需要7年以上，取決于研究課題的進(jìn)展。整個(gè)博士研究期間，都由導(dǎo)師負(fù)責(zé)，指導(dǎo)研究方向，分配研究任務(wù)，關(guān)注課題進(jìn)展情況，參加學(xué)術(shù)會(huì)議，從而提高學(xué)術(shù)水平和擴(kuò)大知識(shí)面。

在中國(guó)，博士生也通常要5年或5年以上，也有3年或4年可以獲得博士學(xué)位的，不過(guò)沒(méi)有資格審查這一關(guān)，因?yàn)橹袊?guó)一般想獲得博士學(xué)位首先要取得碩士學(xué)位，除非少數(shù)碩博連讀的學(xué)生，這一點(diǎn)有很大的不同。美國(guó)的碩士學(xué)位相對(duì)來(lái)說(shuō)比國(guó)內(nèi)要容易一些，一年或一年半修完課程即可獲得學(xué)位，不用參加課題研究，因此美國(guó)的教授通常認(rèn)為中國(guó)的碩士學(xué)位要比美國(guó)的碩士學(xué)位含金量高一些，而博士的水平要比美國(guó)差一些。

二、科研

筆者所在的實(shí)驗(yàn)室是專(zhuān)門(mén)做科研的，不兼顧教學(xué)任務(wù)，相對(duì)來(lái)說(shuō)課題任務(wù)多，成果也多。大多數(shù)項(xiàng)目都是與其他學(xué)科的結(jié)合。例如，筆者在作訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者期間就參加了一個(gè)與化學(xué)系合作的科研項(xiàng)目，使用現(xiàn)代網(wǎng)格技術(shù)將分布的化學(xué)工具、模擬、文檔和相關(guān)的生物資源的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行集成。這樣的項(xiàng)目必須需要計(jì)算機(jī)系和化學(xué)系共同完成，因此計(jì)算機(jī)系與其他系的合作顯得尤其重要。

博士生需要有，就需要投入大量的精力進(jìn)行科學(xué)研究，而一個(gè)良好的科研環(huán)境非常重要。在美國(guó)，實(shí)驗(yàn)室會(huì)為你提供你所需要的軟硬件設(shè)備，只要你擁有學(xué)校的賬號(hào)，就可以免費(fèi)到學(xué)校的網(wǎng)站下載需要的常用軟件，教授也會(huì)提供你科研所必備的正版軟件。實(shí)驗(yàn)室會(huì)為你提供一個(gè)純粹的學(xué)術(shù)環(huán)境，為你的論文成果提供完善的條件和空間。

三、總結(jié)

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)方向范文3

關(guān)鍵詞:知識(shí)關(guān)系;離散數(shù)學(xué);教學(xué);設(shè)計(jì)

離散數(shù)學(xué)是以有限或可數(shù)個(gè)元素作為研究對(duì)象,并且是以研究離散量的結(jié)構(gòu)和相互之間的關(guān)系為主要目標(biāo)[1]。計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中的離散量理論問(wèn)題,需要用離散數(shù)學(xué)所涉及的概念、方法和理論做出描述和深化[2]。同時(shí),離散數(shù)學(xué)中的理論體系結(jié)構(gòu)有益于學(xué)生概括抽象能力、邏輯思維能力、歸納構(gòu)造能力的提高,有益于學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、完整、規(guī)范的科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)[2-3]。因此,研究離散數(shù)學(xué)在計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)專(zhuān)業(yè)課程中的地位,分析離散數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)其他學(xué)科間的關(guān)系,構(gòu)建適合當(dāng)前計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的離散數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容,對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展,起著極為重要的作用。

1離散數(shù)學(xué)在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)課程中的地位

教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)在2007年公布了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)(計(jì)算機(jī)科學(xué)方向)專(zhuān)業(yè)規(guī)范,共指定了15門(mén)核心課程,包括計(jì)算機(jī)導(dǎo)論、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、離散數(shù)學(xué)(結(jié)構(gòu))、算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理、編譯原理、軟件工程、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、人工智能、數(shù)字邏輯、社會(huì)與職業(yè)道德[4]。其中離散數(shù)學(xué)的教學(xué)內(nèi)容不僅涉及計(jì)算機(jī)硬件,而且和計(jì)算機(jī)軟件的研究有著更密切的關(guān)系,具有鮮明的基礎(chǔ)特點(diǎn),不僅是學(xué)習(xí)算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)原理、軟件工程等11門(mén)課程之前的必修內(nèi)容,同時(shí)以計(jì)算機(jī)導(dǎo)論和程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)作為離散數(shù)學(xué)的先導(dǎo)課程。離散數(shù)學(xué)在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)各課程的地位及其與其他課程的關(guān)系,如圖1所示。

2計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)后續(xù)課程用到的離散數(shù)學(xué)知識(shí)

離散數(shù)學(xué)所包括的多個(gè)數(shù)學(xué)分支,如數(shù)理邏輯、集合論、圖論、自動(dòng)機(jī)理論等,都與計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的后續(xù)課程有緊密的關(guān)系。

算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中將操作對(duì)象間的關(guān)系分為4類(lèi):集合、線(xiàn)性結(jié)構(gòu)、樹(shù)形結(jié)構(gòu)、圖狀結(jié)構(gòu)或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。其中邏輯結(jié)構(gòu)和基本運(yùn)算操作來(lái)源于離散數(shù)學(xué)中的離散結(jié)構(gòu)和算法思考。離散數(shù)學(xué)中的集合論、關(guān)系、圖論和樹(shù)等內(nèi)容就反映了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中四大結(jié)構(gòu)的知識(shí)[2]。

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理中的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一個(gè)由行和列組成的二維關(guān)系。在研究實(shí)體集中的域和域之間的關(guān)系、表結(jié)構(gòu)的確定與設(shè)計(jì)、關(guān)系操作的數(shù)據(jù)查詢(xún)和維護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)、關(guān)系分解的無(wú)損連接性分析、連接依賴(lài)等問(wèn)題時(shí)都用到離散數(shù)學(xué)的關(guān)系理論[5]。

編譯程序一般由8個(gè)模塊組成,包括詞法分析程序、語(yǔ)法分析程序、語(yǔ)義分析程序、中間代碼生成程序、代碼優(yōu)化程序、目標(biāo)代碼生成程序、錯(cuò)誤檢查和處理程序、各種信息表格的管理程序[6] 。離散數(shù)學(xué)里的形式語(yǔ)言與自動(dòng)機(jī)所包含的文法、有限狀態(tài)機(jī)和圖靈機(jī)等知識(shí)點(diǎn)為編譯原理的詞法分析及語(yǔ)法分析等內(nèi)容奠定了基礎(chǔ)。

離散數(shù)學(xué)中數(shù)學(xué)推理和布爾代數(shù)章節(jié)中的知識(shí)就為早期的人工智能研究領(lǐng)域打下了良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)[7-8]。謂詞邏輯演算為人工智能學(xué)科提供了一種重要的知識(shí)表示方法和推理方法。

布爾代數(shù)已成功地用于計(jì)算機(jī)的硬件分析與設(shè)計(jì)[9-10]。

哈夫曼(Huffman)壓縮是一種無(wú)損壓縮法。這種方法在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)和改進(jìn)內(nèi)容占有相當(dāng)重要的地位[11]。

鑒于篇幅所限,不再一一論述,下面列表給出計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的后續(xù)課程中所用到的主要知識(shí)點(diǎn),如表1所示。

3離散數(shù)學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于離散數(shù)學(xué)在計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)具有基礎(chǔ)性的地位。從離散數(shù)學(xué)后續(xù)課程所需的離散結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)理論出發(fā),根據(jù)前后課程的知識(shí)關(guān)系來(lái)構(gòu)建離散數(shù)學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)和體系,使所設(shè)計(jì)的離散數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容適合當(dāng)前計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)需要,能夠支撐后續(xù)課程的教學(xué)且和后續(xù)課程不相互覆蓋。本文設(shè)計(jì)的離散數(shù)學(xué)知識(shí)體系結(jié)構(gòu)如表2所示。

表2所設(shè)計(jì)的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)共分為5個(gè)單元,分別是集合、關(guān)系與函數(shù),基本邏輯,布爾代數(shù),圖與樹(shù),形式語(yǔ)言與自動(dòng)機(jī)。其中,集合、關(guān)系與函數(shù)單元包括集合、鴿籠原理、基數(shù)性和可數(shù)性、關(guān)系、函數(shù)等內(nèi)容,是算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理等課程的理論基礎(chǔ);基本邏輯單元包括命題邏輯、謂詞邏輯、假言推理、否定式推理等內(nèi)容,是計(jì)算機(jī)組成基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、軟件工程、人工智能、數(shù)字邏輯等課程的理論基礎(chǔ);布爾代數(shù)單元包括格、布爾代數(shù)等內(nèi)容,是計(jì)算機(jī)組成基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和人工智能等課程的理論基礎(chǔ);圖與樹(shù)單元包括無(wú)向圖、有向圖、樹(shù)、生成樹(shù)等內(nèi)容,是算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、軟件工程、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等課程的理論基礎(chǔ);形式語(yǔ)言與自動(dòng)機(jī)單元包括文法、有限狀態(tài)機(jī)和圖靈機(jī)等內(nèi)容,是編譯原理等課程的理論基礎(chǔ)。

該設(shè)計(jì)體現(xiàn)了“實(shí)用、管用、夠用”、“易教易學(xué)”的原則,具有以下特點(diǎn):

1)5個(gè)單元由淺入深、層層遞進(jìn),并具有相對(duì)的獨(dú)立性,便于學(xué)生學(xué)習(xí)和教師授課。

2) 具有針對(duì)性,能夠支撐教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)于2007年指定的11門(mén)后續(xù)課程。

3) 符合計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和高等院校計(jì)算機(jī)教學(xué)改革的需要。

4) 緊扣離散數(shù)學(xué)和其他計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課程的知識(shí)聯(lián)系,實(shí)用性強(qiáng)。

4離散數(shù)學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

由于離散數(shù)學(xué)課程理論性強(qiáng)、高度抽象,學(xué)生難于理解掌握。為此,在離散數(shù)學(xué)的教學(xué)過(guò)程中引入一些實(shí)驗(yàn),既對(duì)離散數(shù)學(xué)的基本理論的很好驗(yàn)證,也鞏固了先導(dǎo)課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容,同時(shí)為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。不但能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性,也培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)選題既要反映理論的實(shí)質(zhì)內(nèi)容與思路(理論背景),又要與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合,選題不宜過(guò)多,針對(duì)不同的知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:

實(shí)驗(yàn)1 集合運(yùn)算;

實(shí)驗(yàn)2 等價(jià)關(guān)系的判定;

實(shí)驗(yàn)3 用warshall算法求閉包;

實(shí)驗(yàn)4 偏序集性質(zhì);

實(shí)驗(yàn)5 求解范式;

實(shí)驗(yàn)6 形式化證明;

實(shí)驗(yàn)7 哈密爾頓圖與旅行商人問(wèn)題;

實(shí)驗(yàn)8 樹(shù)的遍歷、求解生成樹(shù);

實(shí)驗(yàn)9 有限自動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。

實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求列出實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟、源程序和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

對(duì)源程序的設(shè)計(jì)要做到如下兩個(gè)方面的描述,其一是描述該程序具有什么功能?其二是描述程序結(jié)構(gòu),包括函數(shù)調(diào)用格式、參數(shù)含義、返回值描述、函數(shù)功能;函數(shù)之間的調(diào)用關(guān)系圖、程序總體執(zhí)行流程圖。

對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果要求記錄:出錯(cuò)次數(shù)、出錯(cuò)嚴(yán)重程度、錯(cuò)誤的性質(zhì)、解決辦法。還要進(jìn)行簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)總結(jié):如編程時(shí)間、設(shè)計(jì)時(shí)間、上機(jī)調(diào)試時(shí)間等;遇到了哪些難題,是怎么克服的,對(duì)程序的評(píng)價(jià)?

5結(jié)語(yǔ)

離散數(shù)學(xué)不僅是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)、研究計(jì)算機(jī)科學(xué)的理論工具,也是提高學(xué)生邏輯思維能力、創(chuàng)造性思維能力以及形式化表述能力工具,在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)中,對(duì)離散數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容做科學(xué)合理的設(shè)計(jì),使離散數(shù)學(xué)更好的為計(jì)算機(jī)科學(xué)服務(wù),具有非常重要的意義。

注:河南科技學(xué)院精品課程建設(shè)項(xiàng)目。

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計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)方向范文4

計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)、應(yīng)用文寫(xiě)作、數(shù)學(xué)、英語(yǔ)、德育、電工與電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、C語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)組裝與維修、企業(yè)網(wǎng)安全高級(jí)技術(shù)、企業(yè)網(wǎng)綜合管理、windows server 2008操作系統(tǒng)、局域網(wǎng)組建、Linux服務(wù)器操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（主要學(xué)習(xí)思科、華為公司設(shè)備的配置、管理、調(diào)試）、SQL Server、網(wǎng)絡(luò)綜合布線(xiàn)技術(shù)、CAD繪圖等。

2、計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)簡(jiǎn)介：

計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)是指計(jì)算機(jī)硬件與軟件相結(jié)合、面向系統(tǒng)、更偏向應(yīng)用的寬口徑專(zhuān)業(yè)。通過(guò)基礎(chǔ)教學(xué)與專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練，培養(yǎng)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、知識(shí)面寬、工程實(shí)踐能力強(qiáng)，具有開(kāi)拓創(chuàng)新意識(shí)，在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域從事科學(xué)研究、教育、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的高級(jí)人才。

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)方向范文5

摘 要：文章針對(duì)美國(guó)一流大學(xué)的計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行研究，重點(diǎn)介紹UC Berkeley，MIT，Stanford University，CMU相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容和特色，為我國(guó)大學(xué)計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程今后的改革與發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)組成；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；實(shí)驗(yàn)課程

作者簡(jiǎn)介：王帥，男，講師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)；袁春風(fēng)，女，教授，研究方向?yàn)閃eb信息檢索與本文挖掘、多媒體文檔處理、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。

1 美國(guó)大學(xué)計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程概況

美國(guó)一流大學(xué)有著悠久的歷史和長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)，所以我們深入研究和分析他們近幾年在計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程上的內(nèi)容設(shè)置與教學(xué)變革，希望能夠?qū)ξ覈?guó)大學(xué)的計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程今后的改革和發(fā)展提供一些參考與啟發(fā)。

由于院系設(shè)立的不同，美國(guó)大學(xué)與計(jì)算機(jī)相關(guān)的院系一般可分為幾類(lèi)：?jiǎn)为?dú)的“計(jì)算機(jī)科學(xué)系”(CS)，與工程相結(jié)合的“計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系”(CSE)，和電子工程聯(lián)合的“電子工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系”(EECS)等。由于院系的類(lèi)別不同，他們對(duì)于計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求也不同，這種不同也是由于師資力量的不同造成的。例如計(jì)算機(jī)科學(xué)系對(duì)于計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)主要是從整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)出發(fā)，強(qiáng)調(diào)從高層(應(yīng)用和軟件)到底層(硬件)的掌握與了解，實(shí)驗(yàn)手段一般也是采用高級(jí)語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的模擬。有著工程背景的計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系和電子工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系，一般比較強(qiáng)調(diào)對(duì)于硬件的深入了解和底層的實(shí)現(xiàn)，要求學(xué)生采用VHDL，Verilog等硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行一些功能部件和小型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并在FPGA等硬件上進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證；有著師資條件的電子工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系還會(huì)開(kāi)設(shè)大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)(VLSI)等課程，以加深學(xué)生對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全面了解。

雖然學(xué)校之間要求不同，但是作為計(jì)算機(jī)科學(xué)的一門(mén)核心課程，計(jì)算機(jī)組成和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在每個(gè)學(xué)校都有著很重要的地位，而且都會(huì)配有相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程，使學(xué)生有更加直觀的認(rèn)知和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2 美國(guó)大學(xué)計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容與分析

2.1 UC Berkeley(University of California, Berkeley)

對(duì)于UC Berkeley關(guān)于計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的課程設(shè)置，袁春風(fēng)教授等[1]在《計(jì)算機(jī)教育》雜志中已經(jīng)作出深入而詳細(xì)的總結(jié)。CS61C(Machine Structures)[2]作為所有和計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相關(guān)課程的先修課程，實(shí)驗(yàn)部分采用高級(jí)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)和軟件模擬的方法。CS150(Components and Design Techniques for Digital System)[3]的實(shí)驗(yàn)采用FPGA實(shí)現(xiàn)MIPS指令系統(tǒng)的方式，并由一個(gè)游戲程序進(jìn)行驗(yàn)證。由此可見(jiàn)對(duì)于電子工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系(EECS)的UC Berkeley采用了軟件和硬件實(shí)驗(yàn)并重的方式，使學(xué)生能夠全面地了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

2.2 MIT(Massachusetts Institute of Technology)

作為又一個(gè)EECS，MIT的“電子工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系”也是注重學(xué)生對(duì)底層硬件的掌握與設(shè)計(jì)。和計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的課程主要是6.004 (Computation Structures)[4]。課程的內(nèi)容從基本的信息系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)的概念，講到電路中的時(shí)序邏輯、有限狀態(tài)機(jī)(FSM)，然后從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的流水線(xiàn)、指令集，介紹到機(jī)器語(yǔ)言、編譯等。后期課程根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題，討論了例如中斷、死鎖、流水并行等。整個(gè)課程涵蓋范圍很廣，很多地方已經(jīng)涉及到了編譯原理、操作系統(tǒng)等課程的內(nèi)容，對(duì)學(xué)生的要求較高。

對(duì)于MIT課程6.004配套的實(shí)驗(yàn)，開(kāi)始部分采用了類(lèi)似于HSPICE的模擬器JSim對(duì)基本電路和部件的特性進(jìn)行模擬和了解，設(shè)計(jì)了如基本的加法器、算術(shù)邏輯單元(ALU)、有限狀態(tài)機(jī)等。然后他們采用了根據(jù)課程配套開(kāi)發(fā)的BSim模擬器，來(lái)提供對(duì)于課程中用到作為實(shí)例的Beta 處理器結(jié)構(gòu)(圖1)的支持。Bsim可以提供高級(jí)語(yǔ)言程序的輸入，編譯和二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換，載入代碼和模擬執(zhí)行，并顯示結(jié)果。學(xué)生要求實(shí)現(xiàn)手動(dòng)的編譯程序(寫(xiě)出高級(jí)語(yǔ)言對(duì)應(yīng)的匯編程序)，用JSim實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的Beta Architecture，在原有的指令系統(tǒng)中加入新的指令，最后實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)。由此可見(jiàn)，MIT的實(shí)驗(yàn)課程也是強(qiáng)調(diào)硬件模擬(JSim)和軟件模擬(Bsim)的結(jié)合，通過(guò)從高級(jí)語(yǔ)言到機(jī)器執(zhí)行的整個(gè)過(guò)程的介紹，讓學(xué)生有一個(gè)全面的了解。

圖1 MIT 課程6.004 Computation Structures中的Beta 處理器結(jié)構(gòu)[4]

2.3 Stanford University

Stanford的計(jì)算機(jī)科學(xué)(CS)與電子工程(EE)是兩個(gè)獨(dú)立的系，因此他們之間的課程也相對(duì)獨(dú)立。目前和計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相關(guān)的課程主要有：CS的CS107(Computer Organization and Systems)[5]，EE的EE108a(Digital Systems I)[6]和EE108b(Digital Systems II)[7]。

CS107(Computer Organization and Systems)由于是設(shè)立在計(jì)算機(jī)系(CS)，課程強(qiáng)調(diào)從C語(yǔ)言編程的角

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)方向范文6

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)復(fù)雜工程；虛擬仿真；創(chuàng)新能力；課程群；實(shí)踐體系

0.引言

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科，計(jì)算機(jī)能力是當(dāng)代大學(xué)生必備的能力之一，建立大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系，完善創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式非常重要…。但由于學(xué)校的學(xué)科優(yōu)勢(shì)、專(zhuān)業(yè)特色、課程設(shè)置、管理模式等情況各異，實(shí)驗(yàn)室資源條件也各不相同，計(jì)算機(jī)教育必須應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代的挑戰(zhàn)，無(wú)論是技術(shù)發(fā)展、管理手段，還是學(xué)習(xí)模式變化，都使計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為必然。因此，引入虛擬仿真技術(shù)解決計(jì)算機(jī)復(fù)雜工程問(wèn)題具有很高的現(xiàn)實(shí)意義和推廣價(jià)值。

1.教學(xué)內(nèi)容面向解決系統(tǒng)化工程問(wèn)題

復(fù)雜工程問(wèn)題需要扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)校應(yīng)面向計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的就業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行調(diào)研，根據(jù)調(diào)研的情況修訂培養(yǎng)方案，在修訂過(guò)程中把握3條主線(xiàn)，即軟件架構(gòu)與應(yīng)用軟件類(lèi)（包括系統(tǒng)架構(gòu)、軟件開(kāi)發(fā)等）、硬件應(yīng)用設(shè)計(jì)類(lèi)（包括嵌入式、組成原理等）、數(shù)據(jù)科學(xué)類(lèi)（包括大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算等）始終貫穿培養(yǎng)方案，如圖1所示為改革后的課程群。應(yīng)用軟件類(lèi)第一學(xué)期開(kāi)設(shè)c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程；第二學(xué)期開(kāi)設(shè)c語(yǔ)言實(shí)踐課程；第三學(xué)期開(kāi)設(shè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程，奠定軟件開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)；第四學(xué)期開(kāi)設(shè)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等，提升軟件開(kāi)發(fā)能力；第五學(xué)期開(kāi)設(shè)專(zhuān)業(yè)程序設(shè)計(jì)課程，例如Web程序設(shè)計(jì)、軟件綜合課程設(shè)計(jì)等，強(qiáng)化專(zhuān)業(yè)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力；第六學(xué)期開(kāi)設(shè)智能終端軟件開(kāi)發(fā)和軟件工程等軟件設(shè)計(jì)課程，提升應(yīng)用軟件系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力；第七學(xué)期開(kāi)設(shè)軟件架構(gòu)與應(yīng)用開(kāi)發(fā)課程，全方位提升軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力，使學(xué)生從進(jìn)入校園到離開(kāi)校園，應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)能力連續(xù)提高，直至就業(yè)。在此過(guò)程中，學(xué)校應(yīng)充分利用校企合作，安排學(xué)生到企業(yè)實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)，以提高學(xué)生的軟件開(kāi)發(fā)能力，系統(tǒng)化地培養(yǎng)應(yīng)用軟件類(lèi)人才。硬件應(yīng)用類(lèi)第一學(xué)期開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論課程、第三學(xué)期開(kāi)設(shè)數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)課程；第四學(xué)期開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)課程；第五學(xué)期開(kāi)設(shè)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程，奠定硬件開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)；第六學(xué)期開(kāi)設(shè)硬件綜合課程設(shè)計(jì)，提升硬件開(kāi)發(fā)能力。學(xué)校要瞄準(zhǔn)“互聯(lián)網(wǎng)+”，適應(yīng)行業(yè)需求，增設(shè)數(shù)據(jù)科學(xué)方向。第一學(xué)期開(kāi)設(shè)高等數(shù)學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論等課程；二學(xué)期開(kāi)設(shè)概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課程；第三學(xué)期開(kāi)設(shè)離散數(shù)學(xué)及數(shù)學(xué)建模/計(jì)算方法等課程；第四學(xué)期開(kāi)設(shè)算法分析與設(shè)計(jì)課程等，奠定數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)；第五學(xué)期開(kāi)設(shè)數(shù)據(jù)挖掘基礎(chǔ)課程，強(qiáng)化數(shù)據(jù)利用基礎(chǔ)；第六學(xué)期開(kāi)設(shè)大數(shù)據(jù)分析與處理、云計(jì)算與大數(shù)據(jù)實(shí)踐等課程，提升大數(shù)據(jù)平臺(tái)搭建和大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用能力，使學(xué)生從進(jìn)入校園到離開(kāi)校園數(shù)據(jù)分析處理能力連續(xù)提高，直至就業(yè)。實(shí)驗(yàn)室組建課外科技活動(dòng)小組，包括嵌入式系統(tǒng)興趣小組、智能終端設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)小組、網(wǎng)頁(yè)制作及組網(wǎng)興趣小組等。

2.課程群建設(shè)面向復(fù)雜工程設(shè)計(jì)

我們把數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)和編譯原理4門(mén)專(zhuān)業(yè)課構(gòu)造為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)核心課程群，重構(gòu)了課程群的知識(shí)體系與實(shí)驗(yàn)體系，如圖2所示。

軟件架構(gòu)方向培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力。我們將c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)原理和軟件工程4門(mén)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課程構(gòu)造為該方向課程群，如圖3所示。

數(shù)據(jù)科學(xué)方向主要培養(yǎng)大數(shù)據(jù)科學(xué)與工程領(lǐng)域的復(fù)合型高級(jí)技術(shù)人才，畢業(yè)生具有信息科學(xué)、管理科學(xué)和數(shù)據(jù)科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能，掌握大數(shù)據(jù)科學(xué)所需要的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)處理等相關(guān)學(xué)科的基本理論和基本知識(shí)，熟練掌握大數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理與分析、傳輸與應(yīng)用等技術(shù)。基于此，我們將概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、離散數(shù)學(xué)、算法分析與設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)挖掘4門(mén)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課程構(gòu)造為該方向課程群，如圖4所示。

3.引入虛擬仿真模式，建立多位一體的學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)體系

在信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)化的演變歷程中，信息服務(wù)日益豐富，使計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)規(guī)模不斷增大，復(fù)雜性不斷提高，信息安全的形式也日益嚴(yán)峻。傳統(tǒng)的基于單機(jī)和實(shí)物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件難以呈現(xiàn)異構(gòu)、復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，難以觸及計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)（例如cPu設(shè)計(jì)、多核設(shè)計(jì)等），難以分析實(shí)時(shí)、潛在的安全威脅，導(dǎo)致學(xué)生理論與實(shí)際相脫節(jié)，對(duì)所學(xué)知識(shí)缺少系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)，在能力上無(wú)法適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)計(jì)算機(jī)人才的需求。因此，必須引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)，解決計(jì)算機(jī)各學(xué)科中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)問(wèn)題，完善現(xiàn)有計(jì)算機(jī)各學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)展與網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和信息安全相關(guān)的基礎(chǔ)訓(xùn)練、綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新拓展3層次虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)隨課實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、專(zhuān)業(yè)實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)實(shí)施，實(shí)驗(yàn)體系如圖5所示。

4.統(tǒng)一規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法

學(xué)生應(yīng)將數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)用于設(shè)計(jì)CPU，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。在理順教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，各課程以完成基本計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)為教學(xué)目標(biāo)，改進(jìn)教學(xué)方法；在加強(qiáng)原理性知識(shí)講解的同時(shí)，強(qiáng)化工程化實(shí)現(xiàn)方法的訓(xùn)練，力求學(xué)生在系統(tǒng)原理和工程實(shí)現(xiàn)方法兩方面均有收獲。

5.統(tǒng)一規(guī)劃課程實(shí)驗(yàn)體系

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)中，實(shí)踐占有很大的比重，是學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題的過(guò)程，更是檢驗(yàn)教學(xué)效果的重要手段。然而，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，要讓學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)完成教學(xué)和實(shí)踐內(nèi)容，需要我們精心設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系，圍繞教學(xué)改革目標(biāo)設(shè)置各課程的階段子目標(biāo)和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；完成模塊設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)后，再通過(guò)綜合實(shí)驗(yàn)來(lái)最終集成，形成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。在計(jì)算機(jī)組成原理課程中，我們安排了8個(gè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)精心安排和組織，8個(gè)實(shí)驗(yàn)由基礎(chǔ)到全面，由運(yùn)算器、控制器到CPU設(shè)計(jì)，構(gòu)成了一個(gè)基本完整的CPU系統(tǒng)。

（1）實(shí)驗(yàn)1（海明碼）和實(shí)驗(yàn)2（乘法器）的目的在于了解和熟悉計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)和海明碼原理以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的補(bǔ)碼booth乘法器的原理。

（2）實(shí)驗(yàn)3（算數(shù)邏輯運(yùn)算單元）的目的是掌握簡(jiǎn)單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳送通路和驗(yàn)證4位ALU運(yùn)算器的組合功能。

（3）實(shí)驗(yàn)4（時(shí)序部件）的目的是理解計(jì)算機(jī)控制器中時(shí)序控制部件的基本組成和工作原理，掌握啟停邏輯電路、節(jié)拍脈沖發(fā)生器的工作原理及設(shè)計(jì)方法，了解啟停邏輯電路、節(jié)拍脈沖發(fā)生器等電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。（4）實(shí)驗(yàn)5（硬布線(xiàn)控制器）的目的是理解指令譯碼器的作用和重要性，學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)組合邏輯控制器。硬布線(xiàn)控制器的控制信號(hào)直接由各種類(lèi)型的邏輯門(mén)和觸發(fā)器構(gòu)成。

（5）實(shí)驗(yàn)6（微程序控制器）的目的是理解微程序控制器的控制原理，進(jìn)一步掌握指令流程和功能，了解掌握微程序控制器的設(shè)計(jì)思路和方法。

（6）實(shí)驗(yàn)7和實(shí)驗(yàn)8（CPU設(shè)計(jì)）要求學(xué)生利用已有的計(jì)算機(jī)組成原理知識(shí)以及對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的初步學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)一個(gè)完整的CPU體系結(jié)構(gòu)（包括指令系統(tǒng)、尋址方式、數(shù)據(jù)表示、寄存器結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)系統(tǒng)和流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)等）。