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關(guān)鍵詞：計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；馮?諾依曼結(jié)構(gòu)；Flynn分類法；馮氏分類法
中圖分類號：TP303
世界上第一臺電子計算機(jī)ENIAC誕生于1946年，在問世將近70年的時間里，計算機(jī)共歷經(jīng)電子管計算機(jī)時代、晶體管計算機(jī)時代、中小規(guī)模集成電路計算機(jī)時代、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機(jī)時代和巨大規(guī)模集成電路計算機(jī)時代，計算機(jī)更新?lián)Q代的一個重要指標(biāo)就是計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
1 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念
1.1 計算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的概念
現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件組合而成的一個有機(jī)整體，如果繼續(xù)細(xì)分可以分成7層。L0：硬聯(lián)邏輯電路；L1：微程序機(jī)器級；L2：機(jī)器語言級；L3：操作系統(tǒng)級；L4：匯編語言級；L5：高級語言級；L6：應(yīng)用語言級。其中L0級由硬件實現(xiàn)；L1級的機(jī)器語言是微指令級，用固件來實現(xiàn)；L2級的機(jī)器語言是機(jī)器指令集，用L1級的微程序進(jìn)行解釋執(zhí)行；L3級的機(jī)器語言由傳統(tǒng)機(jī)器指令集和操作系統(tǒng)級指令組成，除了操作系統(tǒng)級指令由操作系統(tǒng)解釋執(zhí)行外，其余用這一級語言編寫的程序由L2和L3共同執(zhí)行；L4級的機(jī)器語言是匯編語言，該級語言編寫的程序首先被翻譯成L2或L3級語言，然后再由相應(yīng)的機(jī)器執(zhí)行；L5級的機(jī)器語言是高級語言，用該級語言編寫的程序一般被翻譯到L3或L4上，個別的高級語言用解釋的方法實現(xiàn)；L6級的機(jī)器語言適應(yīng)用語言，一般被翻譯到L5級上。
1.2 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義
計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為經(jīng)典的定義是Amdahl等人在1964年提出的：由程序設(shè)計者所看到的一個計算機(jī)系統(tǒng)的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)和功能特性。由于計算機(jī)具有不同的層次結(jié)構(gòu)，所以處在不同層次的程序設(shè)計者所看到的計算機(jī)的屬性顯然不同。
2 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展
2.1 傳統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
當(dāng)Amadahl在1964年提出計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義時，也提出了采用系列機(jī)的思想，它的出現(xiàn)被譽(yù)為計算機(jī)發(fā)展史上的一個重要里程碑。當(dāng)人們普遍采用系列機(jī)思想后，較好的把硬件技術(shù)飛速發(fā)展與軟件環(huán)境要求相對穩(wěn)定的矛盾解決了，這就要求系列機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要在相當(dāng)長的時間內(nèi)保持基本不變。其中，最重要的是保持它的數(shù)據(jù)表示、指令系統(tǒng)以及其他概念性的結(jié)構(gòu)保持不變。
2.2 馮?諾依曼結(jié)構(gòu)
馮?諾依曼結(jié)構(gòu)（也稱普林斯頓結(jié)構(gòu)）是美國數(shù)學(xué)家馮?諾依曼在1946年提出的，他將計算機(jī)分為五大部件：運(yùn)算器；控制器；存儲器；輸入設(shè)備；輸出設(shè)備。其基本思想是存儲程序，主要特點是：（1）單處理機(jī)結(jié)構(gòu)，機(jī)器以運(yùn)算器為中心；（2）采用程序存儲思想；（3）指令和數(shù)據(jù)一樣可以參與運(yùn)算；（4）數(shù)據(jù)以二進(jìn)制表示；（5）將軟件和硬件完全分離；（6）指令由操作碼和操作數(shù)組成；（7）指令順序執(zhí)行。
2.3 對馮?諾依曼結(jié)構(gòu)的改進(jìn)
為了更好的優(yōu)化計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，人們不斷對馮?諾依曼結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，總的來說，共采用兩種方法。一種是在馮?諾依曼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行“改良”；另一種是采用“革命”的方法，即脫離馮?諾依曼結(jié)構(gòu)，和其工作方式完全不同，統(tǒng)成為非馮?諾依曼結(jié)構(gòu)。
2.4 哈佛結(jié)構(gòu)
哈佛結(jié)構(gòu)的計算機(jī)分為三大部件：（1）CPU；（2）程序存儲器；（3）數(shù)據(jù)存儲器。它的特點是將程序指令和數(shù)據(jù)分開存儲，由于數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器采用不同的總線，因而較大的提高了存儲器的帶寬，使之?dāng)?shù)字信號處理性能更加優(yōu)越。
2.5 其他系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
馮?諾依曼結(jié)構(gòu)開啟了計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的先河，但是因為其集中、順序的的控制而成為性能提高的瓶頸，因此各國科學(xué)家仍然在探索各種非馮?諾依曼結(jié)構(gòu)，比如，數(shù)據(jù)流計算機(jī)，函數(shù)式編程語言計算機(jī)等都是較為著名的非馮?諾依曼結(jié)構(gòu)。
3 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類方法
研究計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類方法可以幫助我們加深對計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成特點的認(rèn)識以及對系統(tǒng)工作原理和性能的理解。下面簡單介紹2種比較常用的分類方法：Flynn分類法；馮氏分類法。
3.1 Flynn分類法
由于計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由多級層次構(gòu)成，因此在設(shè)計計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時就可以有三種方法：（1）“從下往上”設(shè)計；（2）“從上往下”設(shè)計；（3）“從中間開始”設(shè)計。
4.1 “從下往上”設(shè)計
首先根據(jù)能夠得到的硬件，參照已經(jīng)生產(chǎn)出來的各種機(jī)器的特點，開發(fā)出將微程序機(jī)器級和傳統(tǒng)機(jī)器級設(shè)計出來，然后依次往上設(shè)計，最后將面向機(jī)器的虛擬機(jī)器級設(shè)計出來。在硬件技術(shù)高速發(fā)展而軟件技術(shù)發(fā)展相對較慢的今天，如果繼續(xù)采用這種設(shè)計方法，會導(dǎo)致軟件和硬件的脫離，因此已經(jīng)很少使用這種方法。
4.2 “從上往下”設(shè)計
首先根據(jù)應(yīng)用的需求，確定好整個系統(tǒng)的框架，然后逐層向下進(jìn)行設(shè)計，同時可以兼顧到上層的優(yōu)化，最后設(shè)計出微程序機(jī)器級和傳統(tǒng)機(jī)器級。這種設(shè)計方法較好。
4.3 “從中間開始”設(shè)計
大多數(shù)將“中間”取在傳統(tǒng)機(jī)器級和微操作級之間。在設(shè)計時，綜合考慮軟硬件，定義好分界面，然后由中間點分別往上、往下同時進(jìn)行設(shè)計。此種方法可以縮短設(shè)計周期。
5 結(jié)束語
綜上所述，本文對計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一些簡單的介紹，它是計算機(jī)的靈魂，目前，如何更好地提高系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的性能，仍是各國科學(xué)家不斷研究的課題。
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>> 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡述 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)探索 論計算機(jī)系統(tǒng)層次化結(jié)構(gòu) 高級計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)綜述 “計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程改革與探索 “計算機(jī)組成原理”與“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”教學(xué)研究 計算機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)試 優(yōu)化計算機(jī)系統(tǒng) 面向系統(tǒng)能力的計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輔助教學(xué)系統(tǒng) “任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法在《計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》教學(xué)中的應(yīng)用 試論“高級計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”雙語課程建設(shè)經(jīng)驗 “計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”教學(xué)內(nèi)容研究與實踐 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中的困境與思考 問題驅(qū)動法在“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”教學(xué)中的應(yīng)用探討 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實驗的設(shè)計實現(xiàn) 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程中多核實驗的設(shè)計 基于SOPC計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用型教學(xué)探索 基于Learning-by-doing的計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程改革 “計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”校級精品課程建設(shè)的探索與實踐 常見問題解答 當(dāng)前所在位置：
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關(guān)鍵詞：高級計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，流水線技術(shù)，指令系統(tǒng)
1流水線技術(shù)
1.1 流水線的基本概念
計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的國際權(quán)威美國Stanford大學(xué)的John L.Hennessy和UC Berkely大學(xué)的 David A.Paterson在其名著《Computer Architecture-- A quantitative approach》一書別指出：“流水線過去是，而且將來也很有可能還是提高計算機(jī)性能的最有效技術(shù)之一”[1]
流水線技術(shù)（Pipeline technology）是將一個重復(fù)的時序過程分解成為若干個子過程，而每一個子過程都可有效地在其專用功能段上與其他子過程同時執(zhí)行。流水線中的每個子過程及其功能部件稱為流水線的級或段（pipeline stage），流水線的段數(shù)稱為流水線的深度（pipeline depth），段與段相互連接形成流水線。
1.2 流水線的分
從不同的角度和觀點，可以把流水線分成多種不同的種類：
1.單功能流水線（single-function pipeline）：只能完成一種固定功能的流水線
2.多功能流水線（multi-function pipeline ）：流水線的各段可以進(jìn)行不同的連接，從而使流水線在不同的時間，或者在同一時間完成不同的功能。
3.靜態(tài)流水線（static pipeline）：在同一時間內(nèi)，流水線的各段只能按同一種功能的連接方式工作。
4.動態(tài)流水線（dynamic pipeline）：在同一時間內(nèi)，當(dāng)某些段正在實現(xiàn)某種運(yùn)算時，另一些段卻在實現(xiàn)另一種運(yùn)算。
5.部件級流水線（component level pipeline）：把處理機(jī)的算術(shù)邏輯部件分段，以便為各種數(shù)據(jù)類型進(jìn)行流水操作。
6.處理機(jī)級流水線（processor level pipeline）：把解釋指令的過程按照流水方式處理。
7.處宏流水線（macro pipeline）：由兩個以上的處理機(jī)串行地對同一數(shù)據(jù)流進(jìn)行處理，每個處理機(jī)完成一項任務(wù)。
8.標(biāo)量流水處理機(jī)（Scalar pipeline processor）：處理機(jī)不具有向量數(shù)據(jù)表示，僅對標(biāo)量數(shù)據(jù)進(jìn)行流水處理。
9.向量流水處理機(jī)（vector pipeline processor）：處理機(jī)具有向量數(shù)據(jù)表示，并通過向量指令對向量的各元素進(jìn)行處理。
10.線性流水線（linear pipeline）：流水線的各段串行連接，沒有反饋回路。
11.非線性流水線（non-linear pipeline）：流水線中除有串行連接的通路
外，還有反饋回路。
12.順序流水線（order pipeline）：流水線輸出端任務(wù)流出的順序與輸入端任務(wù)流入的順序完全相同。每一個任務(wù)在流水線的各段中是一個跟著一個順序流動的。
13.亂序流水線（out-order pipeline）：流水線輸出端任務(wù)流出的順序與輸入端任務(wù)流入的順序可以不同，允許后進(jìn)入流水線的任務(wù)先完成（從輸出端流出）。
1.3流水線的相關(guān)與沖突
相關(guān)（correlation）是指兩條指令之間存在某種依賴關(guān)系。如果兩條指令相關(guān)，則他們就有可能不能在流水線中重疊執(zhí)行或者只能部分重疊執(zhí)行，
1. 結(jié)構(gòu)相關(guān)（structure correlation）：當(dāng)指令在重疊執(zhí)行過程中，硬件資源滿足不了指令重疊執(zhí)行的要求，發(fā)生資源沖突時將產(chǎn)生“結(jié)構(gòu)相關(guān)”；
2. 數(shù)據(jù)相關(guān)（data correlation）：當(dāng)一條指令需要用到前面指令的執(zhí)行結(jié)果，而這些指令均在流水線中重疊執(zhí)行時，就可能引起“數(shù)據(jù)相關(guān)”；
3. 控制相關(guān)（control correlation）：當(dāng)流水線遇到分支指令或其他會改變PC值的指令時就會發(fā)生“控制相關(guān)”。
流水線沖突（pipeline conflict）是指對于具體的流水線來說，由于相關(guān)的存在，使得指令流中的下一條指令不能在指定的時鐘周期執(zhí)行。流水線沖突有三種類型：
1.結(jié)構(gòu)沖突（structure conflict）：因硬件資源滿足不了指令重疊執(zhí)行的要求而發(fā)生的沖突。解決方法：流水化功能單元；資源重復(fù)；暫停流水線。
2.數(shù)據(jù)沖突（data conflict）：當(dāng)指令在流水線中重疊執(zhí)行時，因需要用到前面指令的執(zhí)行結(jié)果而發(fā)生的沖突。
3.控制沖突（control conflict）：流水線遇到分支指令和其他會改變PC值的指令所引起的沖突。
2.指令系統(tǒng)
2.1 指令系統(tǒng)的基本概念
[2]指令系統(tǒng)（instruction system）是指機(jī)器所具有的全部指令的集合 ，它反映了計算機(jī)所擁有的基本功能。在計算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計和使用過程中 ，硬件設(shè)計人員采用各種手段實現(xiàn)指令系統(tǒng) ，而軟件設(shè)計人員則使用這些指令系統(tǒng)編制各種各樣的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件 ，用這些軟件來填補(bǔ)硬件的指令系統(tǒng)與人們習(xí)慣的使用方式之間的語義差距。計算機(jī)指令系統(tǒng)分為兩類：復(fù)雜指令系統(tǒng)（CISC）和精簡指令系統(tǒng)（RISC）
2.2 復(fù)雜指令系統(tǒng) （ CISC ）
2.2.1CISC的產(chǎn)生
早期的計算機(jī) ，存儲器是一個很昂貴的資源 ，因此希望指令系統(tǒng)能支持生成最短的程序。此外 ，還希望程序執(zhí)行時所需訪問的程序和數(shù)據(jù)位的總數(shù)越少越好。在微程序出現(xiàn)后 ，將以前由一串指令所完成的功能移到了微代碼中 ，從而改進(jìn)了代碼密度。此外 ，它也避免了從主存取指令的較慢動作 ，從而提高執(zhí)行效率。在微代碼中實現(xiàn)功能的另一論點是： 這些功能能較好的支持編譯程序。如果一條高級語言的語句能被轉(zhuǎn)換成一條機(jī)器語言指令 ，這可使編譯軟件的編寫變得非常容易。此外 ，在機(jī)器語言中含有類似高級語言的語句指令 ，便能使機(jī)器語言與高級語言的間隙減少。這種發(fā)展趨向?qū)е铝藦?fù)雜指令系統(tǒng) （ CISC ）設(shè)計風(fēng)格的形成 ，即認(rèn)為計算機(jī)性能的提高主要依靠增加指令復(fù)雜性及其功能來獲取。
2.2.2 CISC 的主要特點
CISC指令系統(tǒng)的主要特點是：
（1）指令系統(tǒng)復(fù)雜，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：
①指令數(shù)多 ，一般大于 100條。
② 尋址方式多 ，一般大于 4種。
③ 指令格式多 ，一般大于 4種。
（2）絕大多數(shù)指令需要多個機(jī)器時鐘周期方可執(zhí)行完畢。
（3）各種指令都可以訪問存儲器。
2.3 精簡指令系統(tǒng) （RISC）
2.3.1RISC的產(chǎn)生
由于CISC技術(shù)在發(fā)展中出現(xiàn)了問題 ，計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的先驅(qū)者們嘗試從另一條途徑來支持高級語言及適應(yīng) VLSI技術(shù)特點。1975年IBM公司 John Cocke提出了精簡指令系統(tǒng)（RISC）的設(shè)想。到了1979年，[4]美國UC Berkely大學(xué)由 Patterson 教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組，首先提出了RISC這一術(shù)語 ，并先后研制了 RISC-Ⅰ和 RISC-Ⅱ計算機(jī)。1981年美國的Stanford大學(xué)在Hennessy教授領(lǐng)導(dǎo)下的研究小組研制了MIPSRISC計算機(jī) ，強(qiáng)調(diào)高效的流水和采用編譯方法進(jìn)行流水調(diào)度，使得RISC技術(shù)設(shè)計風(fēng)格得到很大補(bǔ)充和發(fā)展。到了90年代初，IEEE的Michael Slater 對于RISC的定義作了如下描述：RISC處理器所設(shè)計的指令系統(tǒng)應(yīng)使流水線處理能高效率執(zhí)行 ，并使優(yōu)化編譯器能生成優(yōu)化代碼。
2.3.2 RISC 的主要特點
RISC為使流水線高效率執(zhí)行 ，應(yīng)具有下述特征：
（1）簡單而統(tǒng)一格式的指令譯碼；
（2）大部分指令可以單周期執(zhí)行完成；
（3）只有 LOAD 和 STORE 指令可以訪問存儲器；
（4）簡單的尋址方式 ；
（5）采用延遲轉(zhuǎn)移技術(shù) ；
（6）采用 LOAD 延遲技術(shù)。
RISC為使優(yōu)化編譯器便于生成優(yōu)化代碼 ，應(yīng)具有下述特征：
（1）三地址指令格式 ；
（2）較多的寄存器 ；
（3）對稱的指令格式。
2.4 RISC和CISC 的比較
2.4.1不同的實現(xiàn)方式
兩者的實現(xiàn)方式是不一樣的。對于CISC來說，采用的存儲結(jié)構(gòu)是比較易于實現(xiàn)的數(shù)據(jù)和指令合一的方式。采用這種存儲結(jié)構(gòu)的原因是CISC具有比較高級的指令語義，同時具有比較長的執(zhí)行指令的周期。而對于RISC來說，其采用的存儲結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)和指令相互分離的結(jié)構(gòu)，這是因為其采取了邏輯的硬布線方式，同時對于指令的讀取比較頻繁。
2.4.2不同的編譯器要求
如果時鐘頻率相同，同時失去編譯器，那么RISC與CISC的體系結(jié)構(gòu)的計算機(jī)的效率其實并沒有差別。而且相對來說，RISC體系結(jié)構(gòu)更加需要編譯器對指令的優(yōu)化。CISC具有很大的市場，同時技術(shù)的發(fā)展也已經(jīng)相當(dāng)成熟。RISC體系結(jié)構(gòu)并不能夠直接取代CISC的體系結(jié)構(gòu)。固然，RISC體系結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的競爭力，但是其邏輯硬布線到目前為止并沒有統(tǒng)一的規(guī)定。RISC也并不是傳統(tǒng)意義上的概念，現(xiàn)代的RISC也具有很多明顯的變化，主要表現(xiàn)在：具有分支預(yù)測的功能、能夠超標(biāo)量執(zhí)行，同時還能夠亂序執(zhí)行指令。
3.計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展勢
3.1多線程體系
所謂的多線程技術(shù)（multithreading technology）[5]，是一種結(jié)合了馮諾依曼的控制流模型以及數(shù)據(jù)流模型的新興技術(shù)。它能夠進(jìn)行現(xiàn)場的指令級交換以及順序調(diào)度。一般說來，在線程中，如果其中一條指令執(zhí)行，那么相應(yīng)后面的指令都會相繼執(zhí)行。線程可以成為計算機(jī)中調(diào)度執(zhí)行的基本步驟，同時計算機(jī)中可以同時并發(fā)運(yùn)行許多個線程。這樣做的好處是：提高了并行度的效果，同時又能相互隱藏延遲的操作。多線程有著許多優(yōu)點，同時也有一些不足之處。它的優(yōu)點是能夠在很大程度上提高整個處理器的利用效率，在整體上使計算機(jī)的性能提高到一個新的檔次。多線程技術(shù)能很好地隱藏幾乎所有的延遲，這是諸如分支預(yù)測錯誤延遲技術(shù)等其它技術(shù)所不具備的。因此，多線程技術(shù)能夠在計算機(jī)微處理器的結(jié)構(gòu)中具有很高的應(yīng)用價值。
3.2 高性能計算
[6]高性能計算（high performance computer，HPC）是計算機(jī)集群系統(tǒng)，它通過各種互聯(lián)技術(shù)將多個計算機(jī)系統(tǒng)連接在一起，利用所有被連接系統(tǒng)的綜合計算能力來處理大型計算問題。高性能計算方法的基本原理就是將問題分為若干部分，而相連的每臺計算機(jī)均可同時參與問題的解決，從而顯著縮短了解決整個問題的計算時間。解決大型計算問題需要功能強(qiáng)大的計算機(jī)系統(tǒng)，隨著高性能計算的出現(xiàn)，使這一類應(yīng)用從昂貴的大型外部計算機(jī)系統(tǒng)演變?yōu)椴捎蒙逃梅?wù)器產(chǎn)品和軟件的高性能計算機(jī)集群體。因此，高性能計算系統(tǒng)已經(jīng)成為解決大型問題計算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展方向。其中，混合體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已成為HPC發(fā)展趨勢。
4.結(jié)束語
目前計算機(jī)的發(fā)展十分迅速，已經(jīng)在各個方面徹底改變了現(xiàn)代人們的生活方式和工作方式，人們的溝通以及工作的效率得到了很大程度上的提高。本論文簡要介紹了計算機(jī)流水線技術(shù)，指令系統(tǒng) ，然后提出了兩種指令系統(tǒng)（RISC和CISC）并對比了兩種不同的體系結(jié)構(gòu)，比較了這兩種體系結(jié)構(gòu)中存在的問題，進(jìn)而提出計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 動畫演示法 聯(lián)系比較法 實踐環(huán)節(jié)
中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
0 引言
計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是計算機(jī)專業(yè)本科生的一門專業(yè)必修課程。課程的目標(biāo)是提高學(xué)生從系統(tǒng)和總體結(jié)構(gòu)的層次來理解和研究計算機(jī)系統(tǒng)的能力，幫助學(xué)生建立整機(jī)系統(tǒng)的概念；使學(xué)生掌握計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本知識，原理和性能評價的方法，了解計算機(jī)系統(tǒng)的最新發(fā)展。使學(xué)生領(lǐng)會系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的思想和方法、提高分析和解決問題的能力。但是在教學(xué)中一直存在教學(xué)內(nèi)容中原理和概念較多，綜合性強(qiáng)，比較抽象，難學(xué)難懂，實驗的硬件條件缺乏，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣等不高問題。筆者在多年的教學(xué)過程中，不斷吸取其它高校的教學(xué)經(jīng)驗，對計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)和總結(jié)。
1 課程的內(nèi)容和特點
1.1 課程內(nèi)容
計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程本科教學(xué)時長安排為50學(xué)時，實驗為22學(xué)時。根據(jù)國內(nèi)外其它院校的教學(xué)思路，結(jié)合對計算機(jī)人才知識結(jié)構(gòu)的要求，課程內(nèi)容包括概論；指令系統(tǒng)；輸入輸出系統(tǒng)；存儲體系；流水線技術(shù)；并行處理機(jī)；多處理機(jī)和課程實習(xí)。重點講授內(nèi)容為存儲體系和指令級并行技術(shù)，存儲系統(tǒng)是體系結(jié)構(gòu)設(shè)計中的瓶頸問題，是系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵；指令級并行技術(shù)為計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中的經(jīng)典問題流水線、并行性等設(shè)計。而對并行計算機(jī)，多處理機(jī)只作簡單介紹。從而突出了基本知識，注意和先修課程內(nèi)容的貫通。
1.2 課程特點
（1）綜合性強(qiáng)。計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開設(shè)在第7學(xué)期，先修課程有：匯編語言程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)、編譯原理等課程。教學(xué)中要求學(xué)生綜合應(yīng)用各課程知識，教學(xué)難度較大。（2）理論性強(qiáng)。內(nèi)容抽象復(fù)雜，概念多，學(xué)生感到學(xué)習(xí)難度大，教學(xué)處理不好的話，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高。（3）缺乏實驗環(huán)境，學(xué)生無法獲得對計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能改進(jìn)的直觀認(rèn)識。由于大多數(shù)高校硬件條件不滿足，故許多高校在開設(shè)這門重要課程時，僅僅停留在理論講授上，相應(yīng)的實踐教學(xué)是空白，學(xué)生面對枯燥理論，學(xué)習(xí)興趣缺乏，不利于提高教學(xué)質(zhì)量。
2 教學(xué)的探討
根據(jù)本課程的特點，教學(xué)大綱的要求，從培養(yǎng)學(xué)生能力的目標(biāo)出發(fā)，明確目標(biāo)，積極引導(dǎo)學(xué)生，采取動畫演示、聯(lián)系比較、啟發(fā)式教學(xué)法，加強(qiáng)實踐教學(xué)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動性，從而有效地提升了教學(xué)效果。
2.1 明確學(xué)生的認(rèn)識
要想提高學(xué)生的學(xué)習(xí)的主動性，首先要讓學(xué)生明確該課程的重要性。一部分學(xué)生認(rèn)為該課程與計算機(jī)組成原理，操作系統(tǒng)等課程存在一定的重疊，認(rèn)為只是前面知識的重復(fù)。另一部分學(xué)生由于面臨就業(yè)和考研壓力，只求通過考試而忽略能力的培養(yǎng)。針對第一部分在學(xué)習(xí)本課程時闡明該課程與其它課程的關(guān)系和區(qū)別。計算機(jī)組成原理從硬件系統(tǒng)方面來解釋計算機(jī)各組成部分的工作原理。而計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)跨越了硬件和軟件層次，讓學(xué)生理解計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本原理，這樣編程時才能考慮更周全，編寫更加高效的程序。針對第二部分學(xué)生讓其認(rèn)識到學(xué)習(xí)不只是為了考試，我們不僅要提高程序和系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計能力，還應(yīng)提高從總體的架構(gòu)去分析和解決問題的能力。
2.2 明確教學(xué)目標(biāo)
計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就是通過采用不同的軟硬件技術(shù)設(shè)計高性價比的計算機(jī)系統(tǒng)，面臨硬件性能達(dá)到極限，我們主要從存儲系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、指令并行性來分析和評價計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計，使學(xué)生理解計算機(jī)性能的提高的方法。例如， 提高CPU計算速度可以采用方法： 一種是提高處理器的主頻；第二種方法是提高指令執(zhí)行的并行度，當(dāng)前CPU中都采用超標(biāo)量超流水線技術(shù)，流水線結(jié)構(gòu)其實就是一種提高并行度的方法。CPU不像以前通過提升主頻來提升速度，因為硬件速度的提高是有限的，最大只能是光速，所以CPU還通過多核的技術(shù)來提升速度。這樣，學(xué)生在學(xué)習(xí)時運(yùn)用所學(xué)的知識來分析，有利于培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。
2.3 采取合理的教學(xué)方法和教學(xué)手段
（1）動畫演示。教學(xué)中采用大量的動畫來系統(tǒng)解析教學(xué)內(nèi)容，包括系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作的原理、工作流程以及一些算法等，把以往抽象、枯燥的解說變?yōu)樾蜗笊鷦拥膭赢媱討B(tài)展示和講解。這些動畫動態(tài)的把講解內(nèi)容展現(xiàn)在學(xué)生面前，突出知識的核心思想和關(guān)鍵知識點，容易理解和提升學(xué)習(xí)的興趣。（2）聯(lián)系比較法。把本課程中的一些概念、策略和思想與現(xiàn)實生活中的事例進(jìn)行聯(lián)系比較，如與生產(chǎn)流水線相聯(lián)系。目的是使學(xué)生更好地理解和掌握教學(xué)內(nèi)容，抓住關(guān)鍵思想，聯(lián)系實際，從而提高了教學(xué)效果。（3）啟發(fā)式教學(xué)法。由于高年級學(xué)生都有很好的自學(xué)能力，在教學(xué)中積極地根據(jù)學(xué)習(xí)的內(nèi)容提出一些問題，讓學(xué)生通過查閱資料，討論學(xué)習(xí)某個問題。如RISC和CISC相比較，在理論上RISC處理器占有優(yōu)勢，但在實際微處理器中主要是CISC處理器；計算機(jī)處理器的發(fā)展提高到一定的主頻后，主要過多核設(shè)計來提升CPU性能等。極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)的興趣和積極性。
2.4 加強(qiáng)實踐教學(xué)
國內(nèi)外高校計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實驗一般分為偏重軟件的程序員角度和偏重硬件設(shè)計人員角度。計算機(jī)科學(xué)專業(yè)開設(shè)的實驗課程一般偏重軟件人員，強(qiáng)調(diào)從程序員的角度去了解整個計算機(jī)系統(tǒng)如何運(yùn)行，為程序的優(yōu)化，可靠性的保證等提供基礎(chǔ)知識，實驗課程一般用高級程序語言和模擬器實現(xiàn)。而計算機(jī)工程專業(yè)開設(shè)的實驗課程一般偏重硬件，強(qiáng)調(diào)從硬件設(shè)計人員的角度如何設(shè)計和實現(xiàn)整個處理器系統(tǒng)，實驗課程要求用相關(guān)的硬件描述語言實現(xiàn)系統(tǒng)，在FPGA上測試驗證。①我們是偏重于軟件的，為了讓學(xué)生應(yīng)用流水線技術(shù)，嘗試改進(jìn)流水線性能的新技術(shù)，提高學(xué)生對現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)的認(rèn)識，引進(jìn)了DLX虛擬處理器實驗。利用DLX虛擬處理器可以進(jìn)行處理器指令系統(tǒng)的設(shè)計，流水線的設(shè)計與實現(xiàn)、并行處理的設(shè)計與實現(xiàn)等帶有新一代處理器思想和技術(shù)的實驗。從而充分調(diào)動學(xué)生的能動性，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以及分析問題、解決問題的能力。
關(guān)鍵詞：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫；學(xué)習(xí)論壇；動態(tài)網(wǎng)頁；在線考試
中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 01-0000-02
Computer Systems Architecture Assisted Teaching
――Database Design and Implementation
Liu Wenjie
(Guangdong Trade&Industry Higher Technical School,Lechang512200,China)
Abstract:This paper introduces how to design and implement a database for computer architecture aided educational system.It introduces how to use Java Server Pages with the character of setting up and running interactive and dynamic web server and other specialties to make up dynamic page and expounds systematically how to design,create,manage and maintain the website’s database by using databases.
Keywords:System architecture;System;Database;Study forum;Dynamic page;
The on-line examination
一、引言
（一）專題輔助教學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
通過互聯(lián)網(wǎng)，學(xué)生可利用遠(yuǎn)程資源在網(wǎng)上完成學(xué)習(xí)的各個環(huán)節(jié)。但是目前很多專題學(xué)習(xí)輔助教學(xué)系統(tǒng)存在許多不足，主要包括以下幾個方面：
1.重開發(fā)實踐，輕理論研究，真正實用的教學(xué)軟件系統(tǒng)不多
2.專題選擇的范圍不恰當(dāng)
3.專題內(nèi)容多雜，針對性差，學(xué)科特征有所忽視
4.忽略“師生共建”的原則，建設(shè)主體單一化
5.輔助教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)過程與應(yīng)用過程分離
二、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)功能設(shè)計
（一）數(shù)據(jù)庫設(shè)計方案
1.數(shù)據(jù)庫設(shè)計原則及優(yōu)化
數(shù)據(jù)庫設(shè)計遵循生命周期法等系統(tǒng)方法，強(qiáng)調(diào)分步進(jìn)行和推遲實現(xiàn)。用戶是系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的提出者和最終使用者，因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計時必須強(qiáng)調(diào)用戶參與。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計應(yīng)分階段進(jìn)行，前一段的結(jié)果作為后一階段設(shè)計的依據(jù)，后一階段也可以向前一階段反饋要求。具體設(shè)計步驟如下：
（1）需求分析：通過廣泛、詳細(xì)、深入的調(diào)查，了解計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輔助教學(xué)系統(tǒng)的信息需求和處理需求，根據(jù)調(diào)查結(jié)果形成合理的需求分析說明書，作為設(shè)計的依據(jù)。它包括數(shù)據(jù)庫所涉及的數(shù)據(jù)范圍、各項數(shù)據(jù)的特征描述、數(shù)據(jù)量等。如數(shù)據(jù)名稱、類型、是否主碼等。
（2）概念設(shè)計：利用數(shù)據(jù)庫模型表述數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。在概念設(shè)計的時候先設(shè)計與具體的用戶應(yīng)用相關(guān)的設(shè)計結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行視圖集成，經(jīng)過反復(fù)推敲、修改，最后得到一個能正確的反映單位數(shù)據(jù)及其相關(guān)聯(lián)系并能滿足各種處理需求的數(shù)據(jù)模型。
（3）邏輯設(shè)計：將概念數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為一DBMS對應(yīng)的邏輯數(shù)據(jù)模型，同時也將用戶視圖轉(zhuǎn)換為外模式。
（4）物理設(shè)計：根據(jù)具體DBMS的特點設(shè)計數(shù)據(jù)庫內(nèi)模式，由于計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輔助教學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫并非大型數(shù)據(jù)庫所以對系統(tǒng)性能影響不大，但是同樣應(yīng)該根據(jù)處理要求、設(shè)備性能等進(jìn)行精心的設(shè)計優(yōu)化。
在分步設(shè)計的過程中，如果發(fā)現(xiàn)某一階段的設(shè)計不理想，可以立即反饋，對原設(shè)計進(jìn)行修改，通過如此反復(fù)進(jìn)行，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化。
2.數(shù)據(jù)庫的安全性
計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輔助教學(xué)系統(tǒng)使用Microsoft Office Access 2003數(shù)據(jù)庫。為了保證數(shù)據(jù)庫的安全，限制非授權(quán)的存取，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有一個安全與授權(quán)子系統(tǒng)。它包括方面的內(nèi)容：第一，為管理員提供建立用戶帳號和密碼，第二，進(jìn)行安全性檢查。
在本教學(xué)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫安全體現(xiàn)在以下兩個方面：
（1）采用數(shù)據(jù)庫密碼的登錄。
（2）采用MD5加密算法進(jìn)行加密。防止了SQL的注入，即使數(shù)據(jù)庫被非法登入也無法知道用戶的登陸信息，大大提高了用戶信息的安全性。
（二）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能設(shè)計
1.學(xué)習(xí)論壇模塊數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)的功能
學(xué)習(xí)論壇系統(tǒng)模塊的結(jié)構(gòu)功能如下所示：
（1）用戶注冊：以嚴(yán)格的注冊流程，合理化的動態(tài)表單，實現(xiàn)注冊人員的信息收集。
（2）用戶登陸：動態(tài)實現(xiàn)窗口登陸，功能引導(dǎo)，并對非法登陸給予限制。同時登陸時根據(jù)權(quán)限授予相應(yīng)的功能，登陸時分三種權(quán)限：普通用戶，斑竹，超級管理員。用戶登陸頁面。
（3）帖子管理：對各欄目帖子的管理，可以簡便實現(xiàn)帖子的回復(fù)，打印，增刪新貼。同時可以搜索相應(yīng)發(fā)貼人的資料。
（4）公告管理：管理員可隨時登陸更新公告的信息，修改，添加，刪除已的公告信息。
（5）用戶管理：超級管理員可以授予用戶不同的權(quán)限，通過斑竹管理相應(yīng)的論壇，減少超級管理員的工作量，方便論壇的管理。同時，管理員也可以啟用禁止用戶，修改，刪除用戶的信息及他所發(fā)的帖子。
（6）搜索功能：可以實現(xiàn)用戶對帖子及用戶的分類快速搜索。按的時間和論壇類別進(jìn)行限制性的搜索。
（7）資料顯示：顯示當(dāng)前用戶注冊的信息及發(fā)，回帖子的情況，同時也可以對已添的資料進(jìn)行修改，刪除。
（8）論壇管理：管理員可以整添新的論壇，確定斑竹人選，還可以對已有的論壇進(jìn)行修改，刪除。
2.新聞公告模塊及在線考試模塊數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)的功能
在新聞公告模塊中當(dāng)用戶打開系統(tǒng)首頁后，首先看到的是新聞動態(tài)、站內(nèi)公告兩個版塊，其中每個版塊均顯示最新的8條信息，并且提示的標(biāo)題，時間，作者，瀏覽次數(shù)。大家可以分版塊有選擇的查看最新新聞動態(tài)、閱讀本站的最新公告。
新聞動態(tài)模塊與站內(nèi)公告模塊類似，點擊相應(yīng)的標(biāo)題就可以直接進(jìn)入相應(yīng)的閱讀，并且可以在百度上搜索與之相關(guān)的信息，如圖1。
在線考試模塊，對用戶進(jìn)行在線測試。這里選擇10道有代表性，不同難度的試題對學(xué)生進(jìn)行測試，目的是驗證學(xué)生對這個知識點的掌握程度，答題完畢提交后會自動顯示結(jié)果，并且給出正確的結(jié)果。
3.后臺管理模塊數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)的功能
在后臺管理模塊中當(dāng)用戶打開管理首頁后，首先看到的是登陸界面，只有在正確登陸的情況下才能對后臺的信息進(jìn)行更新。后臺管理主要包括下面幾項功能：新聞動態(tài)文章的管理，站內(nèi)公告文章的管理，用戶管理，站點信息動態(tài)管理，頻道欄目的管理。
進(jìn)入后臺管理模塊，在后臺登陸界面中輸入相應(yīng)的用戶名和密碼，系統(tǒng)隨機(jī)產(chǎn)生四位有效驗證碼，在上述三項正確填寫后，進(jìn)入后臺管理的首頁登陸成功，就可以直接進(jìn)入管理界面，進(jìn)行相應(yīng)信息的管理，如圖2所示。在首頁中，可以對用戶，新聞，公告，頻道欄目，站點信息進(jìn)行相應(yīng)的管理。圖3是后臺管理模塊流程圖。
三、結(jié)論
我們在研究國內(nèi)外已有的計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輔助教學(xué)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合師生的實際需要，開發(fā)了新的計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輔助教學(xué)系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要包括課堂教學(xué)、學(xué)習(xí)論壇、在線考試、課件下載，維客天下，教學(xué)大綱，后臺管理等功能模塊。
本文主要介紹了計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輔助教學(xué)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)過程。首先，說明了利用JSP創(chuàng)建并運(yùn)行動態(tài)交互的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器應(yīng)用程序生成動態(tài)網(wǎng)頁的方法，然后，系統(tǒng)地闡述了使用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫的設(shè)計、創(chuàng)建、管理和安全維護(hù)的方法。最后，介紹了添加數(shù)據(jù)庫驅(qū)動，建立數(shù)據(jù)連接，完成數(shù)據(jù)操作，關(guān)閉數(shù)據(jù)庫連接的實現(xiàn)方法。本軟件系統(tǒng)測試結(jié)果表明系統(tǒng)的學(xué)習(xí)功能比較全面、運(yùn)行良好，為廣大學(xué)生提供了一個很好的學(xué)習(xí)計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的輔助平臺。
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關(guān)鍵詞：計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；課程體系；教師團(tuán)隊；教學(xué)改革
1 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系
計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系組又稱硬件組，普通高校計算機(jī)的學(xué)生對硬件課程都存在或多或少的抵觸心理，原因主要有3個：1)硬件課程比較抽象，不容易理解，不像軟件語言課程直觀；2)學(xué)生認(rèn)為計算機(jī)專業(yè)就是編程，學(xué)習(xí)硬件課程沒有用；3)硬件課程的實驗環(huán)境不容易建立和維護(hù)，導(dǎo)致相關(guān)實踐環(huán)節(jié)實施時不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。針對計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系在教學(xué)中存在的問題，我們按照課程先修順序、社會需求，以及從理論到應(yīng)用的順序，對計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系中的課程進(jìn)行合理安排。
1.1 專業(yè)基礎(chǔ)必修課程
計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系所涉及的專業(yè)必修課程是計算機(jī)專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)課程，通過這些課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將掌握計算機(jī)的基本組成和工作原理，并為計算機(jī)應(yīng)用打下基礎(chǔ)。同時，我們也注意到，這些專業(yè)基礎(chǔ)課程理論性較強(qiáng)，內(nèi)容抽象、不易理解，課程大多開設(shè)在大學(xué)階段的前期。
數(shù)字邏輯電路是計算機(jī)專業(yè)計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系的第一門課，該課程的學(xué)習(xí)目的是使學(xué)生掌握從數(shù)字系統(tǒng)到集成電路實現(xiàn)所需邏輯功能的整個過程的完整知識，作為必修課程，開設(shè)在大一第二學(xué)期。計算機(jī)組成原理是計算機(jī)專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，本課程使學(xué)生掌握計算機(jī)原理的基本知識，為下一步學(xué)習(xí)計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)，并能對當(dāng)前計算機(jī)的最新研究、發(fā)展與應(yīng)用趨勢有一般性的了解，作為必修課程開設(shè)在大二第一學(xué)期。匯編語言課程是解決CPU級編程的問題，使學(xué)生掌握CPU級語言的特點、編程方法和基本技能，為深入學(xué)習(xí)后續(xù)課程和從事有關(guān)計算機(jī)硬件、軟件方面的設(shè)計打下基礎(chǔ)，作為必修課程開設(shè)在大二第二學(xué)期的上半學(xué)期。微機(jī)原理與接口技術(shù)課程以PC機(jī)及其兼容機(jī)中最常用的80×86系列為主線，講述微型計算機(jī)與接口的實現(xiàn)技術(shù)，作為必修課程可與匯編語言并行開設(shè)在大二第二學(xué)期。這兩門課程安排在同一學(xué)期，有利于學(xué)生掌握。通過兩個學(xué)期的實踐，學(xué)生對匯編語言的掌握和應(yīng)用，以及微機(jī)原理的接口應(yīng)用能力大大提高。計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)講述計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，著重介紹軟、硬件功能分配以及如何最佳、最合理地實現(xiàn)軟、硬件功能分配，作為必修課程開設(shè)在大三第一學(xué)期。
1.2 專業(yè)應(yīng)用選修課程
在大三第一學(xué)期結(jié)束后，學(xué)生已學(xué)完計算機(jī)專業(yè)硬件和軟件相關(guān)基礎(chǔ)課程，具有一定的計算機(jī)應(yīng)用和開發(fā)的能力。從大三第二學(xué)期開始，計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系將面向計算機(jī)應(yīng)用開設(shè)兩門任選課程，它有利于學(xué)生就業(yè)，縮短學(xué)校到社會的過渡時間。
單片機(jī)原理及應(yīng)用課程以MC-51系列單片機(jī)為基礎(chǔ)介紹硬件和軟件的組成，以及程序設(shè)計技能。為將來步入微計算機(jī)的信息處理和測控系統(tǒng)領(lǐng)域的學(xué)生提供一個基礎(chǔ)平臺，作為任選課程開設(shè)在大三的第二學(xué)期。嵌入式系統(tǒng)及其開發(fā)課程使學(xué)生了解嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)技術(shù)，掌握其軟硬件設(shè)計方法，提高學(xué)生的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能力和經(jīng)驗，建議作為任選課程開設(shè)在大四的第一學(xué)期。
2 教師團(tuán)隊的建立
為了提高教學(xué)質(zhì)量，提高教師教學(xué)水平，我們建立了計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系教師團(tuán)隊，并為每門課程設(shè)置一名首席教師，并配備2～4名主講教師。教師團(tuán)隊建立后，每星期舉行一次教學(xué)活動，提出授課中存在的問題，討論學(xué)生的接受能力，最后給出先修課程和后續(xù)課程的調(diào)整方案。實踐證明，教師團(tuán)隊的成立提高了教學(xué)質(zhì)量，受到廣大師生的好評，結(jié)合教學(xué)的相關(guān)教學(xué)教研項目逐漸增多。反過來，相應(yīng)的教改項目的實施又促進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量，形成了教學(xué)效果的良性循環(huán)。
3 教材的選擇
眾所周知，教材直接影響教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系抽象、難懂，其課程教材的選用一直是我校計算機(jī)專業(yè)教學(xué)中的一個重要問題。由于計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生普遍認(rèn)為自己將來的就業(yè)方向是軟件開發(fā)，所以，不重視硬件課程體系中的課程。因此，如何有效選用計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系的教材成為教學(xué)的一大難題。下面，我們以計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為例介紹教材的選擇。
3.1 國內(nèi)外同類教材優(yōu)缺點
目前，國內(nèi)的計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教材主要由國內(nèi)一些重點大學(xué)的專家編寫，教學(xué)對象為重點大學(xué)計算機(jī)專業(yè)本科生，同時，作為研究生的參考書。從近年我校以及我省其他普通本科院校計算機(jī)專業(yè)學(xué)生使用上述教材的效果看，這些教材存在以下一些問題，如書中理論概念過多，部分內(nèi)容過時，對體系結(jié)構(gòu)新進(jìn)展介紹不多，上述問題導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果也不理想，不太適合普通二本院校計算機(jī)專業(yè)學(xué)生使用。
3.2 自編教材情況
為了改變計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)在普通二本院校計算機(jī)專業(yè)學(xué)生中存在的上述問題，我們經(jīng)過調(diào)查論證、搜集素材，并與本省其他院校協(xié)商，結(jié)合授課教師切身體會以及學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程時遇到的普遍性問題，編寫了適合普通二本院校本科生學(xué)習(xí)的計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教材。
自編教材《計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》2009年7月由清華大學(xué)出版社出版，該教材在遵循教育部計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)大綱基礎(chǔ)上，采用“量化研究方法”，系統(tǒng)講述了現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念、基本原理、基本結(jié)構(gòu)和基本分析方法，以及當(dāng)前系統(tǒng)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的主要進(jìn)展。摒棄了目前傳統(tǒng)教材中已經(jīng)過時的理論知識，精簡了授課內(nèi)容，突出了重點難點，較好地適應(yīng)了普通二本院校計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)需要。
該教材內(nèi)容編排大體是按照計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程，即馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)一改進(jìn)的馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)――非馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)這條線索。以經(jīng)典馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)(第2章)為基礎(chǔ)，介紹現(xiàn)代通用計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念、基本原理、基本結(jié)構(gòu)和基本分析方法以及和相關(guān)領(lǐng)域的最新研究成果，內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)設(shè)計(第3章)、存儲系統(tǒng)(第4章)、輸入輸出系統(tǒng)(第5章)、流水線技術(shù)(第6章)、并行處理機(jī)技術(shù)(第7章)，以及計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)展(第8章)。
參加該教材編寫的人員來自不同本科院校，均為擔(dān)任計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的主講教師，該教材在著重論述體系結(jié)構(gòu)的基本概念、基本原理、基本結(jié)構(gòu)和基本分析方法的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)量化的分析方法，使學(xué)生能夠能更具體、實際地分析和理解計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。教材內(nèi)容選擇上不再覆蓋整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而是重點論述現(xiàn)代大多數(shù)計算機(jī)都采用的比較成熟的思想、結(jié)構(gòu)和方法等，通過大量的實例分析，深入淺出地闡述計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)所涉及的各個方面內(nèi)容。在結(jié)構(gòu)上，強(qiáng) 調(diào)從總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)分析這一角度來研究計算機(jī)系統(tǒng)，將計算機(jī)組成原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計等課程中所學(xué)的軟、硬件知識有機(jī)地結(jié)合起來，從而使學(xué)生建立起計算機(jī)系統(tǒng)的完整概念，教學(xué)效果良好。
4 開放式的教學(xué)模式
計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，強(qiáng)調(diào)知識、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，傳統(tǒng)單一的課堂知識傳授已經(jīng)不能滿足學(xué)生的要求，而相關(guān)課程本身存在理論性強(qiáng)、抽象難懂的特點。所以，我們在傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上提出開發(fā)式教學(xué)方式，以提高學(xué)生探究能力和學(xué)習(xí)興趣。開放式的教學(xué)模式主要包括以下4個方面內(nèi)容。
1)匯聚師生共同力量，提高現(xiàn)代化教學(xué)介質(zhì)課件的質(zhì)量。
傳統(tǒng)的課堂教育是教學(xué)模式的基礎(chǔ)，在首席教師主持下，發(fā)揮教師團(tuán)隊的力量，利用現(xiàn)代教育技術(shù)和信息技術(shù)，開發(fā)符合學(xué)生接受能力的高質(zhì)量教學(xué)課件。例如，通過動畫形象生動地演繹課程中抽象難懂的概念和原理。此外，發(fā)動學(xué)生參與課程網(wǎng)站建設(shè)，在師生間建立互動鏈，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。
2)根據(jù)先修課程內(nèi)容，實施啟發(fā)式教學(xué)。
課程講授采用啟發(fā)式教學(xué)。計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系中的各門課程之間存在聯(lián)系，在授課過程中，我們要利用先修課程的內(nèi)容啟發(fā)當(dāng)前課程中的內(nèi)容，以便于學(xué)生理解，同時，提高學(xué)生的綜合能力。例如，講授計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中“指令集優(yōu)化”章節(jié)時，先讓大家回憶匯編語言中80×86型計算機(jī)的指令集的條數(shù)，然后，提出計算機(jī)的指令條數(shù)和格式如何確定，最后，層層深入，給出計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)針對指令集研究的內(nèi)容和解決方法。又如，講授計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中操作碼優(yōu)化的章節(jié)時，結(jié)合數(shù)字邏輯電路中的邏輯設(shè)計，分析不同編碼方式的優(yōu)缺點和采用擴(kuò)展的Huffman編碼理由，以及計算機(jī)如何辨析不同的操作碼，以便加深學(xué)生理解。
3)開展多樣化教學(xué)方式，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣。
從提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣出發(fā)，以課堂講授為主，采用學(xué)生講課、小組討論和專題報告等多樣化的教學(xué)方法。例如，針對計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中現(xiàn)代非-馮，諾依曼結(jié)構(gòu)的新發(fā)展，舉行專題報告，每個小組討論一種結(jié)構(gòu)，通過參閱各種參考資料和網(wǎng)上資源對所分配的專題開展自主學(xué)習(xí)、交流、討論和研究，最后，各小組分別進(jìn)行專題講座，多樣化的教學(xué)方式培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。
5 加強(qiáng)課程實踐環(huán)節(jié)，與社會需求接軌
計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系的實踐性很強(qiáng)，實踐環(huán)節(jié)是整個教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)，也是學(xué)生對理論知識進(jìn)行內(nèi)化和升華的重要手段。然而，計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系所要求的實驗環(huán)境不易建立和維護(hù)，實驗題目不易選取。因此，大多數(shù)高校計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的實踐流于形式，不能真正提高學(xué)生綜合能力和利用所學(xué)理論知識解決實際問題的實踐動手能力，也不能培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的自主開發(fā)的創(chuàng)新能力。針對計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系實踐環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題，我們給出以下幾點建議。
1)調(diào)整驗證性與綜合性和開發(fā)性實驗比例。
增加綜合性和開發(fā)性實驗的比例。計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系中的所有課程都有實驗課，而大多數(shù)實驗項目為驗證性實驗，綜合性和開發(fā)性實驗項目比例較少。在實驗過程中，由于驗證性試驗的軟件和硬件為現(xiàn)成的，學(xué)生不能進(jìn)行硬件的設(shè)計，同時，又沒有能力進(jìn)行軟件的編寫，大部分學(xué)生將實驗當(dāng)做任務(wù)來完成，創(chuàng)新能力得不到發(fā)揮。因此，在驗證性實驗的基礎(chǔ)上，我們要加大綜合性和開發(fā)性實驗的比例，最大程度地發(fā)揮學(xué)生自己的能動性。
2)結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，選取實際對象作為項目來源。
增加綜合性和開發(fā)性實驗的比例必須有適合學(xué)生開發(fā)的實驗項目。如果實驗項目過難，學(xué)生將失去做實驗的信心；如果實驗項目偏容易，實驗就失去了其綜合性和開發(fā)性的本質(zhì)；因此，項目應(yīng)來源于生產(chǎn)活動，是相對完整和相對獨(dú)立的事件，與企業(yè)實際生產(chǎn)過程或現(xiàn)實使用有直接的關(guān)系，具有一定的應(yīng)用性。例如，設(shè)置單片機(jī)實驗項目――“聲控?zé)簟?，既能將理論知識和實踐技能結(jié)合在一起，又能調(diào)動學(xué)生解決問題的興趣。
3)以學(xué)生為主體，充分發(fā)揮教師的協(xié)助作用。
在教學(xué)過程中，要充分發(fā)揮學(xué)生的主動性和創(chuàng)新精神，讓學(xué)生根據(jù)自身行為的信息來實現(xiàn)自我反饋，同時，也不能忽略教師的指導(dǎo)作用。例如，在項目的選取上，師生要共同參與，教師要啟發(fā)學(xué)生去主動發(fā)現(xiàn)身邊的素材，選擇難度適合的實驗項目。
6 結(jié)語
通過兩個學(xué)期的實踐，我校計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系教學(xué)取得了良好的教學(xué)效果，首先，從學(xué)生角度看，將計算機(jī)底層的硬件基礎(chǔ)課放在大學(xué)生在校教育的前期，有利于學(xué)生掌握基本原理和基本知識；應(yīng)用性強(qiáng)的課程放在后期，有利于學(xué)生與社會需求的接軌。其次，從教師角度看，將計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系的教師組織起來建立教師團(tuán)隊，有利于教學(xué)效果的提高，便于教改活動的組織。適當(dāng)?shù)慕滩倪x取，可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。同時，優(yōu)質(zhì)的教學(xué)課件和多形式的教學(xué)模式，將課堂教學(xué)變得生動、形象，把過去的“重教輕學(xué)”的教學(xué)模式轉(zhuǎn)向“師生互動”的教學(xué)模式。將學(xué)生被動聽講的課堂變?yōu)楣膭顚W(xué)生主動參與討論，引導(dǎo)學(xué)生積極探索，以提高學(xué)生素質(zhì)。最后，實踐環(huán)節(jié)的改革能使學(xué)生將硬件課程內(nèi)容融會貫通，合理的實驗項目設(shè)置充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
[1]李彩虹，屈志毅，劉剛，等.“計算機(jī)組成原理”實驗課教學(xué)模式探討與實踐[J].高等理科教育，2006(2)：74－75.
[2]張軍利.微機(jī)原理課程教學(xué)中開放性實驗的作用和意義[J].云南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008(2)：437－438.
關(guān)鍵詞：精品課建設(shè)；教學(xué)內(nèi)容改革；計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）09-0048-02
“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課是“計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)本科生開設(shè)的一門專業(yè)必修課，開設(shè)時間為本科第六學(xué)期，48學(xué)時（理論課42學(xué)時；實驗課6學(xué)時）。它是一門綜合課程，從全局和系統(tǒng)的角度介紹計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計所必須了解和掌握的知識，把前續(xù)的“計算機(jī)組成原理”、“操作系統(tǒng)”、“編譯原理”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“匯編語言程序設(shè)計”等課程中所學(xué)的軟硬件知識有機(jī)的結(jié)合起來，從而建立起計算機(jī)系統(tǒng)的完整概念。學(xué)習(xí)本課程旨在使學(xué)生從總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)分析這一角度來研究計算機(jī)系統(tǒng)，對于培養(yǎng)系統(tǒng)地分析和解決問題的能力，培養(yǎng)抽象思維能力有非常重要的作用。由哈爾濱工程大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院硬件教學(xué)團(tuán)隊承擔(dān)的“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程在2003年評為省級精品課程基礎(chǔ)上，于2008年又被評為“教育部—Intel”精品課。精品課程建設(shè)是教育部組織開展的旨在提高高等院校教學(xué)水平而推出的“高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)改革工程”中的具有戰(zhàn)略意義的舉措之一，是高等學(xué)校教學(xué)改革與建設(shè)的一項具有標(biāo)志性的工作[1-2]。本文以本科生課程教學(xué)為核心，根據(jù)本課程教學(xué)內(nèi)容特點，詳細(xì)介紹課程教學(xué)內(nèi)容建設(shè)及改革思考，以求交流同行經(jīng)驗，促進(jìn)課程建設(shè)更快發(fā)展。
一、課程內(nèi)容和特點
我?！坝嬎銠C(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”本科生課程主要采用李學(xué)干教授等編著的《計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》作為教材，內(nèi)容主要包括計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概論、數(shù)據(jù)表示、尋址方式與指令系統(tǒng)、存儲、中斷、總線與I/O系統(tǒng)、存儲體系及流水和指令級高度并行的超級機(jī)等內(nèi)容[3]。想要順利學(xué)習(xí)這門課程的內(nèi)容，需要學(xué)生很好地掌握“計算機(jī)組成原理”、“操作系統(tǒng)”、“編譯原理”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“匯編語言程序設(shè)計”等課程的知識點。如在講解“RISC結(jié)構(gòu)采用的基本技術(shù)”時，其中一項基本技術(shù)是“優(yōu)化設(shè)計編譯系統(tǒng)”，涉及到常規(guī)的優(yōu)化技術(shù)和手段，如將公用的子表達(dá)式消除、將常量移到循環(huán)體外等編譯優(yōu)化技術(shù)。在“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程中只能通過舉例的方式列舉某些優(yōu)化技術(shù)，而詳細(xì)的優(yōu)化技術(shù)的原理需要學(xué)生在編譯技術(shù)課程中詳細(xì)學(xué)習(xí)。同樣，在“中斷系統(tǒng)”一節(jié)中，又涉及到大量的操作系統(tǒng)的知識，作為“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程需要重點從全局的角度講解中斷系統(tǒng)中軟硬件是如何配合工作的及軟硬件功能的分配原則。學(xué)生要清晰地掌握這個知識點，就需要在之前開設(shè)的“操作系統(tǒng)”、“計算機(jī)組成原理”課程中掌握其中涉及到的基本原理。因此，在講授計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程時，一個很重要的問題就是如何劃分同其他課程有“交叉”的授課內(nèi)容。實質(zhì)上這個“交叉”僅是知識覆蓋面上的交叉，并不是實質(zhì)的知識點的交叉。
二、教學(xué)內(nèi)容改革探討
1.與“計算機(jī)組成原理”的內(nèi)容劃分及協(xié)調(diào)。在同與“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程內(nèi)容有“交叉”的課程中，最容易造成授課內(nèi)容劃分不清楚的是“計算機(jī)組成原理”課程。如何合理劃分這兩門課內(nèi)容是課程教學(xué)組織過程中需要關(guān)注的重要問題之一。表1詳細(xì)描述了“計算機(jī)組成原理”和“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)上的不同，雖然兩門課程的覆蓋面有一定相似之處，都包括指令系統(tǒng)、I/O系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)等，但是課程的授課目標(biāo)和具體的知識點并不相同?！坝嬎銠C(jī)組成原理”課程重點講解基本概念和基本運(yùn)行原理，而“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程主要講授高級語言、編譯、操作系統(tǒng)和硬件結(jié)構(gòu)的關(guān)系及從量化的角度重點講解如何優(yōu)化計算機(jī)性能。如兩門課程講授內(nèi)容都包括了“指令系統(tǒng)”，“計算機(jī)組成原理”課程重點講解具體的尋址方式，其中包括“變址尋址”和“基址尋址”格式，而“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程則從計算機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化的角度引出“變址尋址”和“基址尋址”技術(shù)。在“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程的“數(shù)據(jù)表示”章節(jié)中指出，為了提高計算機(jī)的運(yùn)算速度，對向量、陣列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)提供直接支持，才增設(shè)變址寄存器硬件存放變址值，從而在指令尋址中增加了“變址尋址”方式。而“基址尋址”技術(shù)是在“程序在主存中的定位技術(shù)”章節(jié)中講解的，其主要解決在不準(zhǔn)修改指令地址碼時如何實現(xiàn)邏輯地址空間到物理地址空間變換的問題，這又涉及到操作系統(tǒng)課程內(nèi)容。所以，“計算機(jī)組成原理”和“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程在講授內(nèi)容的面上有重疊，但是講授的目的和重點是不同的。
2.教學(xué)內(nèi)容的更新.隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，近年來我們逐步從以下幾個方面對“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程內(nèi)容進(jìn)行更新：①不斷更新課程中的實例內(nèi)容.我校的“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)內(nèi)容立足于基礎(chǔ)性、前沿性和時代性，重視結(jié)合實際案例，與時俱進(jìn)，及時吸收和反映本學(xué)科的最新研究成果，合理地維持“更新與保留”的適當(dāng)比例。如講授“指令系統(tǒng)的發(fā)展和改進(jìn)”章節(jié)時，教材中詳細(xì)描述了RISC和CISC指令集的特征，但是書中舉得例子卻是60、70年代在IBM 360、IBM370機(jī)器上采用的技術(shù)，學(xué)生聽起來枯燥、乏味。我們對課程內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母?，從現(xiàn)在比較“火”的嵌入式智能手機(jī)的微處理器設(shè)計說起，對比采用RISC指令系統(tǒng)的ARM處理器和采用CISC指令系統(tǒng)的Atom處理器的功耗和計算性能的優(yōu)缺點，來解釋不同指令系統(tǒng)的優(yōu)缺點。②加大課程內(nèi)容的深度.“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”是將“計算機(jī)組成原理”、“操作系統(tǒng)”、“編譯原理”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“匯編語言程序設(shè)計”等課程中所需的軟硬件知識有機(jī)結(jié)合起來的課程，所以在講授課程內(nèi)容時需要以問題為切入點，從高層次應(yīng)用入手，逐漸深入引出本門課需要講授的知識點。如在講解“物理主存中信息的存儲分布”知識點時，首先啟發(fā)學(xué)生思考：大家在采用C語言編程聲明結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)類型時，是否考慮了其中各種成員變量的聲明順序。也就是說當(dāng)結(jié)構(gòu)體中成員變量的聲明順序不同時，對計算機(jī)的存儲資源會產(chǎn)生什么樣的影響？此時就要考慮編譯器為每個結(jié)構(gòu)體成員變量分配內(nèi)存時，做了什么事情？其中為什么要求編譯器需要滿足“信息在存儲器中按整數(shù)邊界對齊”？這樣以編程語言為示例，逐層深入，最終落實到“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程需要掌握的知識點上，在這個過程中既幫助學(xué)生梳理了之前學(xué)習(xí)的專業(yè)內(nèi)容，又達(dá)到幫助學(xué)生學(xué)習(xí)從總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)分析這一角度來研究計算機(jī)系統(tǒng)，培養(yǎng)他們系統(tǒng)地分析和解決問題的能力的目的。③引入部分多核技術(shù)知識點.由于Intel、IBM及AMD等公司的多核技術(shù)的出現(xiàn)，改變了原有的片上單核處理器的架構(gòu)，分別出現(xiàn)了同構(gòu)多核和異構(gòu)多核架構(gòu)，這要求計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計者和學(xué)習(xí)者需要充分研究多核架構(gòu)技術(shù)，這樣才能有助于實現(xiàn)程序的性能優(yōu)化。為了使本科學(xué)生更多的了解多核處理器結(jié)構(gòu)，針對課程的特點及難點，以單核處理器體系結(jié)構(gòu)為教學(xué)基礎(chǔ)，適當(dāng)擴(kuò)充片上多核處理器架構(gòu)的介紹，這樣保證學(xué)生扎實的掌握基礎(chǔ)知識的同時，又可以緊跟技術(shù)發(fā)展的新方向。
一門優(yōu)秀的課程，決不是一朝一夕能夠建成的，其教學(xué)內(nèi)容的錘煉優(yōu)化、不斷更新，教學(xué)方法與手段的不斷探索，教材的編寫和完善等無不需要長時間的不斷探索、認(rèn)真思考、總結(jié)經(jīng)驗，甚至需要幾代人的努力。本文將“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程中的教學(xué)實踐進(jìn)行歸納總結(jié)，闡述了其中關(guān)于教學(xué)內(nèi)容改革的做法，以求交流同行經(jīng)驗，促進(jìn)課程建設(shè)更快發(fā)展。在改革教學(xué)內(nèi)容的實踐中，我們發(fā)現(xiàn)精品課的建設(shè)需要以學(xué)科建設(shè)為立足點，同樣也可以建設(shè)精品課為契機(jī)，促進(jìn)學(xué)科、專業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[1]陳國定，吳立言，李建華，等.精品課程建設(shè)的思考與啟迪（機(jī)械類課程報告論壇文集）[G].北京：高等教育出版社，2006.
