計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)精選(九篇)

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第1篇：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)范文

關(guān)鍵詞：精品課建設(shè)；教學(xué)內(nèi)容改革；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2012）09-0048-02

“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課是“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)本科生開(kāi)設(shè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)必修課，開(kāi)設(shè)時(shí)間為本科第六學(xué)期，48學(xué)時(shí)（理論課42學(xué)時(shí)；實(shí)驗(yàn)課6學(xué)時(shí)）。它是一門(mén)綜合課程，從全局和系統(tǒng)的角度介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所必須了解和掌握的知識(shí)，把前續(xù)的“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)”、“匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”等課程中所學(xué)的軟硬件知識(shí)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，從而建立起計(jì)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(lái)研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對(duì)于培養(yǎng)系統(tǒng)地分析和解決問(wèn)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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院硬件教學(xué)團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程在2003年評(píng)為省級(jí)精品課程基礎(chǔ)上，于2008年又被評(píng)為“教育部—Intel”精品課。精品課程建設(shè)是教育部組織開(kāi)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(xiàng)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(diǎn)，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(yàn)，促進(jìn)課程建設(shè)更快發(fā)展。

一、課程內(nèi)容和特點(diǎn)

我?！坝?jì)算機(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(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》作為教材，內(nèi)容主要包括計(jì)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(chǔ)、中斷、總線(xiàn)與I/O系統(tǒng)、存儲(chǔ)體系及流水和指令級(jí)高度并行的超級(jí)機(jī)等內(nèi)容[3]。想要順利學(xué)習(xí)這門(mén)課程的內(nèi)容，需要學(xué)生很好地掌握“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)”、“匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”等課程的知識(shí)點(diǎn)。如在講解“RISC結(jié)構(gòu)采用的基本技術(shù)”時(shí)，其中一項(xiàng)基本技術(shù)是“優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程中只能通過(guò)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(shí)，作為“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程需要重點(diǎn)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(gè)知識(shí)點(diǎn)，就需要在之前開(kāi)設(shè)的“操作系統(tǒng)”、“計(jì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程時(shí)，一個(gè)很重要的問(wèn)題就是如何劃分同其他課程有“交叉”的授課內(nèi)容。實(shí)質(zhì)上這個(gè)“交叉”僅是知識(shí)覆蓋面上的交叉，并不是實(shí)質(zhì)的知識(shí)點(diǎn)的交叉。

二、教學(xué)內(nèi)容改革探討

1.與“計(jì)算機(jī)組成原理”的內(nèi)容劃分及協(xié)調(diào)。在同與“計(jì)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(jì)算機(jī)組成原理”課程。如何合理劃分這兩門(mén)課內(nèi)容是課程教學(xué)組織過(guò)程中需要關(guān)注的重要問(wèn)題之一。表1詳細(xì)描述了“計(jì)算機(jī)組成原理”和“計(jì)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(mén)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(chǔ)系統(tǒng)等，但是課程的授課目標(biāo)和具體的知識(shí)點(diǎn)并不相同。“計(jì)算機(jī)組成原理”課程重點(diǎn)講解基本概念和基本運(yùn)行原理，而“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程主要講授高級(jí)語(yǔ)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(diǎn)講解如何優(yōu)化計(jì)算機(jī)性能。如兩門(mén)課程講授內(nèi)容都包括了“指令系統(tǒng)”，“計(jì)算機(jī)組成原理”課程重點(diǎn)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程則從計(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度，對(duì)向量、陣列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)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(shí)如何實(shí)現(xiàn)邏輯地址空間到物理地址空間變換的問(wèn)題，這又涉及到操作系統(tǒng)課程內(nèi)容。所以，“計(jì)算機(jī)組成原理”和“計(jì)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(diǎn)是不同的。

2.教學(xué)內(nèi)容的更新.隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)我們逐步從以下幾個(gè)方面對(duì)“計(jì)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(shí)例內(nèi)容.我校的“計(jì)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(shí)代性，重視結(jié)合實(shí)際案例，與時(shí)俱進(jìn)，及時(shí)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(shí)，教材中詳細(xì)描述了RISC和CISC指令集的特征，但是書(shū)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(tīng)起來(lái)枯燥、乏味。我們對(duì)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(jì)說(shuō)起，對(duì)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(jì)算性能的優(yōu)缺點(diǎn)，來(lái)解釋不同指令系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。②加大課程內(nèi)容的深度.“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”是將“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)”、“匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”等課程中所需的軟硬件知識(shí)有機(jī)結(jié)合起來(lái)的課程，所以在講授課程內(nèi)容時(shí)需要以問(wèn)題為切入點(diǎn)，從高層次應(yīng)用入手，逐漸深入引出本門(mén)課需要講授的知識(shí)點(diǎn)。如在講解“物理主存中信息的存儲(chǔ)分布”知識(shí)點(diǎn)時(shí)，首先啟發(fā)學(xué)生思考：大家在采用C語(yǔ)言編程聲明結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)類(lèi)型時(shí)，是否考慮了其中各種成員變量的聲明順序。也就是說(shuō)當(dāng)結(jié)構(gòu)體中成員變量的聲明順序不同時(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)資源會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響？此時(shí)就要考慮編譯器為每個(gè)結(jié)構(gòu)體成員變量分配內(nèi)存時(shí)，做了什么事情？其中為什么要求編譯器需要滿(mǎn)足“信息在存儲(chǔ)器中按整數(shù)邊界對(duì)齊”？這樣以編程語(yǔ)言為示例，逐層深入，最終落實(shí)到“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程需要掌握的知識(shí)點(diǎn)上，在這個(gè)過(guò)程中既幫助學(xué)生梳理了之前學(xué)習(xí)的專(zhuān)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(lái)研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，培養(yǎng)他們系統(tǒng)地分析和解決問(wèn)題的能力的目的。③引入部分多核技術(shù)知識(shí)點(diǎn).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(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(shí)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(duì)課程的特點(diǎn)及難點(diǎn)，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(shí)的掌握基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，又可以緊跟技術(shù)發(fā)展的新方向。

一門(mén)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(xiě)和完善等無(wú)不需要長(zhǎng)時(shí)間的不斷探索、認(rèn)真思考、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，甚至需要幾代人的努力。本文將“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程中的教學(xué)實(shí)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(yàn)，促進(jìn)課程建設(shè)更快發(fā)展。在改革教學(xué)內(nèi)容的實(shí)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(diǎn)，同樣也可以建設(shè)精品課為契機(jī)，促進(jìn)學(xué)科、專(zhuān)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳國(guó)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(lèi)課程報(bào)告論壇文集）[G].北京：高等教育出版社，2006.

第2篇：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)范文

關(guān)鍵詞：SOPC；FPGA；應(yīng)用型教學(xué)；軟核處理器

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，該課程介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中硬件和軟件的功能結(jié)構(gòu)及相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，分析了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，討論了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的理論和相關(guān)技術(shù)。從原理、結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)等方面，側(cè)重對(duì)RISC結(jié)構(gòu)、流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)、陣列處理機(jī)、多處理機(jī)系統(tǒng)、智能計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)等現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較深入的分析和探討，使計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生具有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和培養(yǎng)學(xué)生具有一定的體系結(jié)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用能力。為今后從事計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用的研究、開(kāi)發(fā)、工程實(shí)現(xiàn)有重要的指導(dǎo)意義。

但這樣的一門(mén)課程，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，與學(xué)生交流時(shí)，多數(shù)同學(xué)認(rèn)為理論性太強(qiáng)，難度大，更主要的原因是在學(xué)生的思想認(rèn)識(shí)上，認(rèn)為學(xué)了沒(méi)用。于是在課堂上不認(rèn)真聽(tīng)講，看一些自己認(rèn)為有用的書(shū)，甚至出現(xiàn)逃課現(xiàn)象。也許是處于各種原因，在一些高校計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)這門(mén)課已經(jīng)從教學(xué)計(jì)劃中抹掉了，或者把它與計(jì)算機(jī)組成原理結(jié)合，可能只占很少的份額。在2010年5月9日，由教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)和高等教育出版社組織召開(kāi)福建省高校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課程建設(shè)研討會(huì)上，其他高校也同樣存在學(xué)生對(duì)這門(mén)課的學(xué)習(xí)積極性不高，對(duì)應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)難以開(kāi)展的問(wèn)題。

如何尋找這門(mén)課程的出路，提高教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣呢？其實(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的理論和相關(guān)技術(shù)與SOPC(可編程的片上系統(tǒng))有著緊密的聯(lián)系。SOPC是一個(gè)面向應(yīng)用、嶄新的、富有生機(jī)的嵌入式系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)中，將課

本的理論知識(shí)結(jié)合到SOPC的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，加強(qiáng)理論與實(shí)踐相結(jié)合，增加應(yīng)用型實(shí)踐教學(xué)，必將能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1SOPC的系統(tǒng)概述

隨著IC設(shè)計(jì)和工藝水平不斷提高，在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上完成系統(tǒng)級(jí)的集成已成為可能，數(shù)字技術(shù)進(jìn)入片上系統(tǒng)SoC(System on Chip)時(shí)代。SOPC是Altera公司提出來(lái)的一種靈活、高效的SoC解決方案，它將CPU、存儲(chǔ)器、I／O接口、DSP模塊、低電壓差分技術(shù)(LVDS)、時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(CDR)以及瑣相環(huán)(PLL)等系統(tǒng)設(shè)計(jì)所必須的模塊集成到一片F(xiàn)PGA上，構(gòu)成一個(gè)可編程片上系統(tǒng)。SOPC是PLD和ASIC技術(shù)的融合的結(jié)果。它具有靈活的設(shè)計(jì)方式，可裁減、可擴(kuò)充、可升級(jí)，并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的方向[1]。

實(shí)現(xiàn)SOPC的一種解決方案是應(yīng)用FPGA生產(chǎn)廠商Altera公司推出的NiosⅡ嵌入式處理器。NiosⅡ是一種面向用戶(hù)的可以靈活定制的通用RISC(精簡(jiǎn)指令集架構(gòu))的嵌入式CPU，NiosⅡ以軟核的方式提供給用戶(hù)，并專(zhuān)為在Altera的FPGA上實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，用于SOPC集成并在FPGA上實(shí)現(xiàn)。用戶(hù)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，利用QuartusⅡ和SOPC Builder對(duì)NiosⅡ及其系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建，使嵌入式系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)、資源占用等全方面滿(mǎn)足用戶(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。另外在基于NiosⅡ軟核嵌入式的SOPC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可以通過(guò)定制指令的方式，為嵌入式處理器配置專(zhuān)有硬件加速器，以便能更有效地處理含有算法模型的程序，從而可以利用FPGA的可重配置的特性向FPGA配置相應(yīng)的嵌入式系統(tǒng)，從而使SOPC系統(tǒng)高效高速工作。

SOPC在應(yīng)用和理論知識(shí)構(gòu)成上達(dá)到了一種有機(jī)融合，由于同時(shí)涉及底層的硬件系統(tǒng)和相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)，SOPC技術(shù)使開(kāi)發(fā)者能夠在軟硬件系統(tǒng)的綜合與構(gòu)建兩個(gè)方面發(fā)揮自己的創(chuàng)造力和想象力，從而多角度、多因素和多結(jié)構(gòu)層面對(duì)自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。SOPC從設(shè)計(jì)層次上講分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)；從設(shè)計(jì)流程上講是典型的自頂向下的流程；從設(shè)計(jì)手段上講，它更廣泛和深入地利用計(jì)算機(jī)這一科研開(kāi)發(fā)的主流技術(shù)，在這一平臺(tái)上設(shè)計(jì)者可以最大限度地優(yōu)化系統(tǒng)的性能。SOPC系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程如圖1所示[2]。

圖1SOPC系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程

2應(yīng)用型硬件平臺(tái)搭建

實(shí)驗(yàn)室原有的設(shè)備只能用實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，各種實(shí)驗(yàn)集中在一個(gè)實(shí)驗(yàn)箱上，線(xiàn)路繁雜，出錯(cuò)率高，且設(shè)備陳舊，實(shí)驗(yàn)的成功率很低，不能達(dá)到預(yù)期的目的和效果。在這種條件下，要讓學(xué)生完成某種模型機(jī)的設(shè)計(jì)難度較大，沒(méi)有多大的實(shí)用價(jià)值，不能激發(fā)學(xué)生的興趣。搭建一個(gè)基于FPGA的SOPC嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)，在這樣一個(gè)具有設(shè)計(jì)靈活，可裁減、可擴(kuò)充、可升級(jí)并具備軟硬件系統(tǒng)可編程的功能系統(tǒng)上，學(xué)生可以更自由發(fā)揮。利用現(xiàn)有的IP核進(jìn)行裁剪，設(shè)計(jì)自己需要的CPU，根據(jù)需要增設(shè)特殊的功能指令，實(shí)用性強(qiáng)，難度不大，有利于激發(fā)學(xué)生的興趣。

硬件平臺(tái)以滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)最基本需要為主，提供一個(gè)簡(jiǎn)單、清晰和接線(xiàn)方便的FPGA最小系統(tǒng)，降低硬件系統(tǒng)的復(fù)雜性，最小系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖2所示。系統(tǒng)的核心芯片采用Altera公司的FPGA芯片Cyclone EP1C6,它具有9 800個(gè)邏輯單元，用戶(hù)I/O有185個(gè)，使用最新型的AS配置方式，配置芯片EPCS4。一個(gè)JTAG接口和一個(gè)AS接口用于系統(tǒng)的調(diào)試和下載，F(xiàn)lash閃存用于存儲(chǔ)嵌入式操作系統(tǒng)uCLINUX和用戶(hù)數(shù)據(jù)程序。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以創(chuàng)建一款不管在外設(shè)、存儲(chǔ)器接口、性能特性等方面，以及在成本上都較為完美的處理器；可在一片F(xiàn)PGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)多個(gè)處理器內(nèi)核的設(shè)計(jì)；流水線(xiàn)的應(yīng)用設(shè)計(jì)；uCLINUX嵌入式操作系統(tǒng)的移植等應(yīng)用型操作。

圖2最小SOPC系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

若需要有RS232、以太網(wǎng)、VGA、音頻接口和USB2.0接口等，可以擴(kuò)展一塊副板，主板與副板間通過(guò)擴(kuò)展I/O連接。

3應(yīng)用型課程實(shí)踐項(xiàng)目

從原理、結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)等方面，將RISC結(jié)構(gòu)、流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)、多處理機(jī)系統(tǒng)和存儲(chǔ)器的理論知識(shí)和相關(guān)技術(shù)結(jié)合到一個(gè)面向應(yīng)用、嶄新的、富有生機(jī)的SOPC嵌入式系統(tǒng)上，可從以下幾個(gè)方面將課本的理論知識(shí)與SOPC系統(tǒng)結(jié)合。

1)Nios II處理器設(shè)計(jì)。

NiosⅡ嵌入式處理器是一種面向用戶(hù)的可以靈活定制的通用RISC(精簡(jiǎn)指令集架構(gòu))的嵌入式CPU，Nios II以軟核的方式提供給用戶(hù)，并專(zhuān)為在Altera的FPGA上實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，用于SOPC集成并在FPGA上實(shí)現(xiàn)。學(xué)生通過(guò)使用Altera的QuartusII軟件、SOPC Builder工具及NiosⅡ集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)，將Nios II處理器嵌入到SOPC系統(tǒng)中。從系統(tǒng)的性能要求、從軟硬件取舍的基本原則、從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的定量設(shè)計(jì)原理等方面的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的理論知識(shí)，來(lái)確定是否要為嵌入式處理器配置專(zhuān)有硬件加速器；如為嵌入式處理器配置專(zhuān)有硬件乘法加速器，以便能更有效地處理含有算法模型的程序，從而使SOPC系統(tǒng)高效高速工作。另外，根據(jù)需要為Nios II系統(tǒng)添加片內(nèi)存儲(chǔ)器、PIO、UART和片外存儲(chǔ)器接口等。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生加深對(duì)所學(xué)的理論知識(shí)的理解和應(yīng)用，同時(shí)也加深了對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理解。

2)μClinux操作系統(tǒng)的移植。

此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)主要用嵌入式操作系統(tǒng)來(lái)驗(yàn)證自己定制的NiosⅡ嵌入式處理器是否可行，操作系統(tǒng)的移植是SOPC的一個(gè)組成部分。時(shí)也可與ARM等硬核嵌入式處理器做個(gè)比較。

3)流水線(xiàn)的應(yīng)用設(shè)計(jì)。

利用流水處理機(jī)的工作原理，加快單位時(shí)間串行的任務(wù)數(shù)。這是也開(kāi)發(fā)并行性的途徑之一時(shí)間重疊，時(shí)間重疊(Time Interleaving)是在并行性概念中引入時(shí)間因素，讓多個(gè)處理過(guò)程在時(shí)間上相互錯(cuò)開(kāi)，輪流重疊地使用同一套硬件設(shè)備的各個(gè)部分，加快硬件周轉(zhuǎn)來(lái)贏得速度。在這個(gè)應(yīng)用設(shè)計(jì)中，可以讓學(xué)生完成流水線(xiàn)加法器的設(shè)計(jì)、流水線(xiàn)乘法器的設(shè)計(jì)、流水線(xiàn)技術(shù)的FIR濾波器等應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)[3]。從而提高學(xué)生對(duì)流水處理機(jī)相關(guān)知識(shí)的理解。流水線(xiàn)加法器和流水線(xiàn)乘法器屬于流水線(xiàn)分類(lèi)中的部件級(jí)流水，流水線(xiàn)分類(lèi)的概念在這也得以體現(xiàn)。

4) 多核系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

所謂多核是指在一個(gè)處理器中集成兩個(gè)或多個(gè)完整的計(jì)算引擎(內(nèi)核從而提高運(yùn)行速率和降低能

耗，實(shí)現(xiàn)橫向擴(kuò)展提高性能)多核架構(gòu)能夠使目前的軟件更出色地運(yùn)行。并創(chuàng)建一個(gè)促進(jìn)未來(lái)軟件編寫(xiě)更趨完善的架構(gòu)[4]。SOPC Builder允許用戶(hù)輕松添加多個(gè)處理器到系統(tǒng)中。因此建立多處理器系統(tǒng)的難點(diǎn)已不再是硬件的排列和連接。而在于多個(gè)處理器的軟件設(shè)計(jì)，使它們正常操作，相互之間不產(chǎn)生沖突。

在課程中講授多處理機(jī)的知識(shí)。多處理機(jī)是指有兩臺(tái)以上的處理機(jī)，共享I/O子系統(tǒng)，機(jī)間經(jīng)共享主存或高速通信絡(luò)通信，在操作系統(tǒng)控制下，協(xié)同求解大而復(fù)雜問(wèn)題的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。使用多處理機(jī)有兩個(gè)目的，一個(gè)目的是想通過(guò)多臺(tái)處理機(jī)對(duì)多個(gè)作業(yè)、任務(wù)進(jìn)行并行執(zhí)行來(lái)提高求解大而復(fù)雜問(wèn)題的速度，從而提高系統(tǒng)的整體性能。另一個(gè)目的則是使用冗余的多個(gè)處理機(jī)，通過(guò)重新組織來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性、適應(yīng)性和可用性。多核和多處理機(jī)系統(tǒng)有很多相同的地方，可讓學(xué)生應(yīng)用多處理機(jī)的知識(shí)解決多核協(xié)調(diào)處理的問(wèn)題。

4結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的理論和相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于SOPC系統(tǒng)遠(yuǎn)不止這些。隨著SOPC系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)將會(huì)被更多人所重視。開(kāi)展應(yīng)用型實(shí)踐教學(xué)，適當(dāng)減少理論教學(xué)，或通過(guò)實(shí)踐教學(xué)使學(xué)生自覺(jué)學(xué)習(xí)理論知識(shí)，而不是被動(dòng)學(xué)習(xí)。學(xué)生能夠?qū)W以致用，對(duì)激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)水平、工作就業(yè)質(zhì)量等，都將起到積極的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 華清遠(yuǎn)見(jiàn)嵌入式培訓(xùn)中心．FPGA應(yīng)用開(kāi)發(fā)入門(mén)與典型實(shí)例[M]．北京:人民郵電出版社,2008:269-273．

[2] 任愛(ài)鋒,初秀琴,常存,等．基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2004:197-198.

[3] 崔秀敏．基于FPGA的流水線(xiàn)技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．科技信息,2010(7):76-77.

[4] 李歡,王莉莎,董麗麗．基于FPGA的多核嵌入式系統(tǒng)研究[J]．現(xiàn)代計(jì)算機(jī),2010(4):33-36.

Based on SOPC the Computer Architecture Application Teaching Discussion

ZHU Shilang

(College of Computer and Information, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China)

Abstract: Analyzed the present situation of the Computer Architecture course, studied the present popular face application SOPC the embedded system and the curriculum relation, points out this curriculum importance. Proposed the teaching approach of integrated the SOPC embedded system and the Computer Architecture curriculum. Designed the teaching hardware platform and the project of application practice teaching.

第3篇：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)范文

通過(guò)本課程的學(xué)習(xí),使得學(xué)生能夠掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法,提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,增強(qiáng)專(zhuān)業(yè)素養(yǎng),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。同時(shí),通過(guò)本課程的學(xué)習(xí),學(xué)生能夠理解計(jì)算機(jī)幾十年快速發(fā)展的內(nèi)在推動(dòng)力,掌握發(fā)展規(guī)律,從而進(jìn)一步把握計(jì)算機(jī)技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)存在如下問(wèn)題:(1)教學(xué)內(nèi)容涉及數(shù)字邏輯、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)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)等專(zhuān)業(yè)課,綜合性強(qiáng),概念多而抽象;(2)教材內(nèi)容無(wú)法與新技術(shù)發(fā)展同步;(3)實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏。上述三個(gè)問(wèn)題導(dǎo)致了教師授課難和學(xué)生學(xué)習(xí)難的兩難局面。為此,本文將基于理論講授、專(zhuān)題討論和開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的“三位一體”教學(xué)法引入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的授課過(guò)程中。利用精心組織的課堂講授解決授課內(nèi)容綜合性強(qiáng),概念抽象的問(wèn)題;在授課過(guò)程中穿插專(zhuān)題討論,讓學(xué)生立足于經(jīng)典的設(shè)計(jì)方法,探討新技術(shù)的發(fā)展;合理安排開(kāi)放性實(shí)驗(yàn),理論與實(shí)踐相結(jié)合,進(jìn)一步提高教學(xué)效果。

1授課內(nèi)容安排和授課方法探討

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)組成原理在課程內(nèi)容上有一定的重疊,明確兩門(mén)課程的授課內(nèi)容,既避免內(nèi)容上的重復(fù),又保證課程之間的無(wú)縫銜接,是提高授課質(zhì)量的前提。計(jì)算機(jī)組成原理主要研究計(jì)算機(jī)各功能部件的組成和工作原理,以及各部件之間的協(xié)同工作。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)著重介紹如何最佳、最合理的實(shí)現(xiàn)軟硬件的功能分配。計(jì)算機(jī)組成原理強(qiáng)調(diào)部件細(xì)節(jié),而計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)全局,重點(diǎn)闡述高級(jí)語(yǔ)言、編譯、操作系統(tǒng)和硬件結(jié)構(gòu)的關(guān)系,及性能分析中各方面的影響,避免對(duì)軟件層面的忽視[4]。

合理安排系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的授課過(guò)程是提高授課質(zhì)量的重點(diǎn)。根據(jù)授課經(jīng)驗(yàn),各知識(shí)模塊的安排順序如下:計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)、指令系統(tǒng)、流水線(xiàn)處理技術(shù)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)、多處理機(jī)技術(shù)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)中主要介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概念,包括經(jīng)典定義和廣義定義;計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的量化方法,包括Amdahl定律、常見(jiàn)事件優(yōu)先原則、程序的局部性原理等。指令系統(tǒng)中主要明確指令集在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的位置;指令集設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則,重點(diǎn)介紹RISC和CISC設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和特點(diǎn)。流水線(xiàn)處理技術(shù)中重點(diǎn)介紹流水線(xiàn)性能指標(biāo)及計(jì)算方法;流水線(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)遇到的一些相關(guān)和沖突問(wèn)題,闡述這些問(wèn)題產(chǎn)生的原因、造成的性能損失和相應(yīng)的解決方法。存儲(chǔ)系統(tǒng)中主要介紹存儲(chǔ)層次存在的原因;衡量存儲(chǔ)層次的性能指標(biāo);Cache優(yōu)化技術(shù),包括從失效率、失效開(kāi)銷(xiāo)、命中時(shí)間等三個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化的,并在實(shí)際中廣泛采用的技術(shù);采用一個(gè)實(shí)例如Alpha 21064或者Opteron介紹經(jīng)典的存儲(chǔ)層次,對(duì)前面所闡述的各種存儲(chǔ)技術(shù)和思想進(jìn)行總結(jié),加深同學(xué)們的理解。輸入輸出系統(tǒng)中重點(diǎn)介紹輸入輸出系統(tǒng)的重要性以及RAID。多處理機(jī)系統(tǒng)重點(diǎn)介紹Cache一致性問(wèn)題。

采用適當(dāng)?shù)氖谡n方法,運(yùn)用合理的教學(xué)手段是提高授課質(zhì)量的靈魂。由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程綜合性較強(qiáng),概念抽象,難以理解。采用傳統(tǒng)教學(xué)方式,學(xué)生會(huì)感到枯燥無(wú)味,無(wú)法維持學(xué)習(xí)興趣。因此在教學(xué)過(guò)程中采用了各種方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如對(duì)于在講解存儲(chǔ)系統(tǒng)中Cache的映像規(guī)則時(shí),同學(xué)們對(duì)于“直接映像”、“組相聯(lián)”、“全相聯(lián)”這幾種映像規(guī)則相聯(lián)度越高,利用率越高,但是查找越復(fù)雜的特點(diǎn)不好理解。此時(shí),可以用同學(xué)們進(jìn)入教室時(shí)是按照學(xué)號(hào)入座還是隨便坐的例子來(lái)很方便的理解這些特點(diǎn)。

2穿插專(zhuān)題討論

本課程中引入專(zhuān)題討論主要基于一下兩方面原因。

一方面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展很快,方向很多。但是不可能在原有授課體系中加入過(guò)多新技術(shù),也沒(méi)有更多的課時(shí)來(lái)系統(tǒng)講授新技術(shù)。另外,教學(xué)內(nèi)容中對(duì)新技術(shù)的補(bǔ)充有時(shí)是把“雙刃劍”,教學(xué)內(nèi)容既要跟上技術(shù)的發(fā)展,是知識(shí)不致落伍,又有保證教給學(xué)生的是立足于經(jīng)典知識(shí)的思維方法,而不是熟練某些技術(shù)細(xì)節(jié)[4]。為了解決這個(gè)問(wèn)題,我們可以采用專(zhuān)題討論的形式。每當(dāng)完成某一章或者某一部分的講解之后提出相關(guān)知識(shí)的討論題目,同學(xué)們基于已經(jīng)學(xué)習(xí)的基本技術(shù)、基本思想,查閱參考資料,對(duì)新知識(shí)、新技術(shù)進(jìn)行探究,思考,乃至預(yù)測(cè)其發(fā)展方向,并以文獻(xiàn)綜述、調(diào)研報(bào)告的形式總結(jié)自己的觀點(diǎn),然后在課堂上交流討論。題目的選擇要適當(dāng),既新穎又要注意知識(shí)的銜接,比如在微處理器結(jié)構(gòu)方面的“指令融合”、“間接轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)”;存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)方面的“混合寫(xiě)回策略”;多處理機(jī)結(jié)構(gòu)方面“高性能計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展”等。

另一方面,這也是大學(xué)教育中以學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo)思想的具體體現(xiàn)。并且計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程開(kāi)設(shè)在大三下學(xué)期或者大四上學(xué)期,具有了一定的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)。通過(guò)引入專(zhuān)題討論,可以啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考,發(fā)展學(xué)生的邏輯思維能力和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。而當(dāng)學(xué)生經(jīng)過(guò)認(rèn)真的思考,對(duì)討論題目深入理解后,他樂(lè)于將自己的成果與同學(xué)們分享,從而感染其他學(xué)生進(jìn)一步提出自己感興趣的問(wèn)題參與討論。這樣就可以加深學(xué)生對(duì)于知識(shí)的掌握程度,提高學(xué)習(xí)興趣[6]。

3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程理論性較強(qiáng),課程中的流水線(xiàn)技術(shù)及相關(guān)問(wèn)題、指令動(dòng)態(tài)調(diào)度、存儲(chǔ)層次等內(nèi)容比較抽象,使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中難以理解,影響學(xué)習(xí)興趣。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行量化分析,從而更好理解相關(guān)內(nèi)容,是國(guó)際上流行的一種方法。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外存在多種實(shí)驗(yàn)方法和手段。有的使用硬件,有的使用軟件;有的側(cè)重I/O部分,有的側(cè)重流水部分;有的側(cè)重實(shí)際設(shè)計(jì),有的側(cè)重理論理解。通過(guò)多年的教學(xué)研究,本課程組傾向于實(shí)驗(yàn)中主要使用模擬器進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn),幫助學(xué)生理解抽象的理論內(nèi)容,對(duì)于流水線(xiàn)、Cache設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行講解后由學(xué)生課下完成。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,以幫助理解理論內(nèi)容為目的,根據(jù)本文第二部分中闡述的課程內(nèi)容進(jìn)行安排,主要包括流水線(xiàn)沖突、指令調(diào)度、分支延遲、Cache性能分析、Cache一致性協(xié)議等。對(duì)于具體實(shí)驗(yàn)步驟,本文不再展開(kāi)。

4結(jié)語(yǔ)

綜上,通過(guò)引入三位一體教學(xué)方法,在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)踐相統(tǒng)一,以教師為主導(dǎo)和以學(xué)生為主體相統(tǒng)一,新知識(shí)新技術(shù)與經(jīng)典思想相統(tǒng)一,較好的解決了該課程教學(xué)中存在的部分問(wèn)題,提高了該課程的教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] John L.Hennessy,David puter Architecture:A Quantitative Approach[M].4th ed.san mateo,CA:Morgan Kaufmann Publishers,2007.

[2] 張晨曦,王志英.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(第3版)[M].北京:高等教育出版社,2008.

[3] 張晨曦.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2010.

[4] 姜晶菲,肖儂,王志英,等.“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”課程建設(shè)及改革思考[J].計(jì)算機(jī)教育,2009(18):3～5.

[5] 方娟,毛國(guó)君,朱文軍.“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”校級(jí)精品課程建設(shè)的探索和實(shí)踐[J].教育與教學(xué)研究,2009(24):52～54.

[6] 曲大鵬,薛建生,范鐵生.啟發(fā)式教學(xué)法在《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》教學(xué)中的應(yīng)用[J].遼寧大學(xué)學(xué)報(bào),2010,37(3):218～220.

[7] 張晨曦,王志英,劉依,等.“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程內(nèi)容體系的研究[J].計(jì)算機(jī)教育,2009(20):57～60.

第4篇：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)范文

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

第5篇：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)范文

（一）大學(xué)預(yù)算系統(tǒng)一個(gè)系統(tǒng)由調(diào)整對(duì)象、目標(biāo)價(jià)值、組織機(jī)構(gòu)、規(guī)則體系和實(shí)施手段等要素組成。大學(xué)預(yù)算系統(tǒng)的基本內(nèi)容如下：

（1）調(diào)整對(duì)象。調(diào)整對(duì)象指系統(tǒng)所涉及的范圍與領(lǐng)域。大學(xué)預(yù)算系統(tǒng)的調(diào)整對(duì)象是預(yù)算全過(guò)程，包括預(yù)算編制、審批、執(zhí)行、控制、調(diào)整、監(jiān)督、評(píng)價(jià)和報(bào)告等全過(guò)程。各個(gè)預(yù)算主體在預(yù)算過(guò)程中的所有行為和活動(dòng)都是預(yù)算系統(tǒng)涉及的范圍和領(lǐng)域。

（2）目標(biāo)價(jià)值。目標(biāo)價(jià)值指系統(tǒng)的動(dòng)機(jī)、目的和要求。大學(xué)預(yù)算系統(tǒng)的目標(biāo)價(jià)值是促進(jìn)大學(xué)可持續(xù)地健康發(fā)展。目標(biāo)價(jià)值的直接表現(xiàn)是追求預(yù)算績(jī)效，包括收入汲取績(jī)效、資源配置績(jī)效、遵從績(jī)效、產(chǎn)出績(jī)效和結(jié)果績(jī)效

（3）組織機(jī)構(gòu)。組織機(jī)構(gòu)是指實(shí)現(xiàn)、貫徹和執(zhí)行系統(tǒng)任務(wù)的組織或社會(huì)主體。大學(xué)預(yù)算系統(tǒng)的組織機(jī)構(gòu)一般包括校級(jí)預(yù)算機(jī)構(gòu)和院級(jí)預(yù)算機(jī)構(gòu)兩個(gè)層級(jí)，每個(gè)層級(jí)又可分為預(yù)算決策機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和監(jiān)督評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)等等。

（4）規(guī)則體系。規(guī)則體系是系統(tǒng)中各個(gè)主體行為與活動(dòng)的原則、規(guī)范和程序。大學(xué)預(yù)算系統(tǒng)的規(guī)則體系指規(guī)范和約束預(yù)算主體行為的一系列原則、規(guī)范和程序，包括預(yù)算決策規(guī)則、預(yù)算執(zhí)行規(guī)則、預(yù)算評(píng)價(jià)規(guī)則等。

（5）實(shí)施手段。實(shí)施手段指的是系統(tǒng)所使用的物質(zhì)或非物質(zhì)的工具。大學(xué)預(yù)算系統(tǒng)的實(shí)施手段指大學(xué)預(yù)算的形式與技術(shù)。目前我國(guó)大學(xué)預(yù)算的實(shí)施手段是部門(mén)預(yù)算和精細(xì)化管理。

（二）大學(xué)預(yù)算制度 大學(xué)預(yù)算制度有狹義和廣義兩種理解。狹義的大學(xué)預(yù)算制度就是上文所述的大學(xué)預(yù)算系統(tǒng)中的規(guī)則體系，即調(diào)節(jié)和約束大學(xué)預(yù)算主體行為的預(yù)算原則、規(guī)范和程序。廣義的大學(xué)預(yù)算制度還應(yīng)包括大學(xué)預(yù)算系統(tǒng)中組織機(jī)構(gòu)行動(dòng)規(guī)則以及系統(tǒng)的技術(shù)和工具。桑德森（Sundelson，1935）曾提出預(yù)算原則包括預(yù)算體制、預(yù)算機(jī)制以及預(yù)算形式與技術(shù)三大類(lèi)，我們認(rèn)為廣義的大學(xué)預(yù)算制度也有三個(gè)層級(jí)的內(nèi)容：宏觀層次的預(yù)算體制、運(yùn)行層次的預(yù)算規(guī)則和操作層次的技術(shù)規(guī)范，如圖1所示：

（1）預(yù)算管理體制。大學(xué)預(yù)算管理體制是大學(xué)預(yù)算權(quán)力關(guān)系的體現(xiàn)，具體表現(xiàn)為預(yù)算機(jī)構(gòu)設(shè)立和職責(zé)劃分。一般情況下，學(xué)校財(cái)務(wù)部門(mén)是大學(xué)核心預(yù)算機(jī)構(gòu)。財(cái)務(wù)部門(mén)對(duì)校級(jí)預(yù)算機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)，包括財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組（或類(lèi)似機(jī)構(gòu)）、校務(wù)會(huì)、黨委會(huì)等，學(xué)校預(yù)算還接受相關(guān)機(jī)構(gòu)的監(jiān)督，如審計(jì)部門(mén)、監(jiān)察部門(mén)、教代會(huì)、工會(huì)等。

大學(xué)預(yù)算管理體制有集權(quán)型和分權(quán)型兩種基本類(lèi)型。集權(quán)型管理體制指“統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、集中管理”模式，一般在規(guī)模較小的大學(xué)適用。院系無(wú)預(yù)算管理權(quán)限，不單獨(dú)設(shè)置預(yù)算機(jī)構(gòu)，也不編制校內(nèi)單位預(yù)算，校內(nèi)單位運(yùn)行和建設(shè)經(jīng)費(fèi)歸口向職能部門(mén)申報(bào)，職能部門(mén)初步審核匯總以后報(bào)學(xué)校財(cái)務(wù)部門(mén)。分權(quán)型管理體制指“統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、分級(jí)管理、集中核算”模式，一般在規(guī)模較大的學(xué)校適用。管理重心下移，財(cái)權(quán)下放，院系實(shí)施自主理財(cái)制度。大學(xué)以某種撥款方式將辦學(xué)經(jīng)費(fèi)下達(dá)給院系后，院系自編預(yù)算、自求平衡、自主管理、自謀發(fā)展。但是院系不設(shè)二級(jí)財(cái)務(wù)機(jī)構(gòu)，財(cái)務(wù)政策由學(xué)校統(tǒng)一制定，資金由學(xué)校統(tǒng)一調(diào)配，會(huì)計(jì)核算在學(xué)校統(tǒng)一進(jìn)行。

（2）大學(xué)預(yù)算運(yùn)行機(jī)制。大學(xué)預(yù)算過(guò)程一般包括決策――投入――控制――產(chǎn)出――評(píng)價(jià)――結(jié)果等環(huán)節(jié)。大學(xué)預(yù)算運(yùn)行機(jī)制指大學(xué)預(yù)算過(guò)程的基本運(yùn)行原理，既包括單個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行規(guī)則和程序，如預(yù)算決策機(jī)制、執(zhí)行機(jī)制、評(píng)價(jià)機(jī)制；又包括各個(gè)環(huán)節(jié)之間的組成關(guān)系，即預(yù)算管理模式。按照各個(gè)環(huán)節(jié)之間是否有反饋機(jī)制來(lái)分，可以分為直線(xiàn)控制型預(yù)算管理模式和循環(huán)管理型預(yù)算管理模式。直線(xiàn)控制型預(yù)算管理模式是傳統(tǒng)的預(yù)算運(yùn)行模式，預(yù)算過(guò)程中沒(méi)有動(dòng)態(tài)監(jiān)控機(jī)制、信息反饋機(jī)制和適時(shí)調(diào)整機(jī)制，自上而下、單向運(yùn)行。循環(huán)管理型預(yù)算管理模式增加了適時(shí)信息監(jiān)測(cè)、信號(hào)反饋和預(yù)算調(diào)整機(jī)制，上下結(jié)合、雙向循環(huán)。

（3）大學(xué)預(yù)算技術(shù)規(guī)范。這主要指大學(xué)預(yù)算系統(tǒng)中具體使用的管理技術(shù)和工具。這些操作層面的具體技術(shù)規(guī)范，也是大學(xué)預(yù)算制度不可或缺的內(nèi)容，甚至是關(guān)鍵性?xún)?nèi)容。首先是具體的預(yù)算編制方法，如線(xiàn)性預(yù)算、績(jī)效預(yù)算、規(guī)劃項(xiàng)目預(yù)算、零基預(yù)算、新績(jī)效預(yù)算等。其次是預(yù)算過(guò)程中使用的管理工具，如目標(biāo)管理、績(jī)效管理、戰(zhàn)略管理工具等等。還包括預(yù)算信息技術(shù)、項(xiàng)目管理手段以及預(yù)算數(shù)據(jù)測(cè)算的數(shù)量模型等。

二、大學(xué)預(yù)算制度及其環(huán)境系統(tǒng)

L.E.戴維斯和D.C.諾斯對(duì)“制度安排”、“制度環(huán)境”兩個(gè)概念做了定義。他們認(rèn)為“制度安排”是“支配經(jīng)濟(jì)單位之間可能合作與競(jìng)爭(zhēng)的方式的一種安排”?！爸贫拳h(huán)境”是“一系列用來(lái)建立生產(chǎn)、交換與分配基礎(chǔ)的基本的政治、社會(huì)和法律基礎(chǔ)規(guī)則”。很顯然，制度環(huán)境是制度安排的基礎(chǔ)和土壤。就大學(xué)預(yù)算系統(tǒng)及其制度安排而言，其基礎(chǔ)和土壤包括大學(xué)政策系統(tǒng)、服務(wù)系統(tǒng)和人文系統(tǒng)，它們共同構(gòu)成了大學(xué)預(yù)算制度的環(huán)境系統(tǒng)（見(jiàn)表1）。

（一）大學(xué)政策系統(tǒng)是預(yù)算系統(tǒng)的政治基礎(chǔ) 大學(xué)政策系統(tǒng)的調(diào)整對(duì)象是大學(xué)政策制定、實(shí)施和評(píng)價(jià)過(guò)程，其組織機(jī)構(gòu)包括學(xué)術(shù)權(quán)力、行政權(quán)力、政治權(quán)力和公眾權(quán)力的代表機(jī)構(gòu)。學(xué)術(shù)權(quán)力的典型代表是學(xué)術(shù)委員會(huì)或者教授委員會(huì)，行政權(quán)力的代表是校務(wù)委員會(huì)及其職能部門(mén)，政治權(quán)力的代表是黨委會(huì)，公眾權(quán)力的代表有教代會(huì)、工會(huì)以及學(xué)生組織等。這些機(jī)構(gòu)之間的關(guān)系構(gòu)成了大學(xué)治理結(jié)構(gòu)，這種治理關(guān)系在預(yù)算過(guò)程中的直接反映就是大學(xué)預(yù)算權(quán)力關(guān)系，與大學(xué)預(yù)算系統(tǒng)中的預(yù)算管理體制相連。在這個(gè)意義上，可以說(shuō)大學(xué)政策系統(tǒng)是預(yù)算系統(tǒng)的政治基礎(chǔ)。大學(xué)政策系統(tǒng)的目標(biāo)價(jià)值是追求政策績(jī)效，即科學(xué)決策、政策落實(shí)、目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。各種權(quán)力機(jī)構(gòu)都有自己的議事程序和規(guī)則，它們形成了大學(xué)政策系統(tǒng)的規(guī)則體系。在大學(xué)政策過(guò)程中，預(yù)算就是重要政策工具之一。

（二）大學(xué)服務(wù)系統(tǒng)是預(yù)算系統(tǒng)的作用對(duì)象大學(xué)服務(wù)系統(tǒng)的調(diào)整對(duì)象是大學(xué)服務(wù)過(guò)程，具體包括大學(xué)教育教學(xué)服務(wù)、科研服務(wù)、社會(huì)服務(wù)等內(nèi)容。大學(xué)預(yù)算系統(tǒng)的使命是為大學(xué)服務(wù)系統(tǒng)配置資源，并監(jiān)控大學(xué)服務(wù)系統(tǒng)的預(yù)算執(zhí)行，為大學(xué)服務(wù)系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)提供資金、技術(shù)和政策支持。在這個(gè)意義上，大學(xué)服務(wù)系統(tǒng)是預(yù)算系統(tǒng)的最終服務(wù)對(duì)象。預(yù)算系統(tǒng)是大學(xué)政策系統(tǒng)的重要內(nèi)容，兩者共同利用預(yù)算工具引導(dǎo)和保障大學(xué)服務(wù)系統(tǒng)順利完成教學(xué)、科研和社會(huì)服務(wù)工作。大學(xué)服務(wù)過(guò)程的目標(biāo)價(jià)值是追求服務(wù)績(jī)效，包括教學(xué)績(jī)效、科研績(jī)效和社會(huì)服務(wù)績(jī)效。大學(xué)服務(wù)活動(dòng)的客觀規(guī)律以及規(guī)范大學(xué)服務(wù)機(jī)構(gòu)和人員行為的規(guī)章制度，構(gòu)成了大學(xué)服務(wù)系統(tǒng)的規(guī)則體系。

（三）大學(xué)人文系統(tǒng)影響預(yù)算系統(tǒng)運(yùn)行效率的重要因素大學(xué)人文系統(tǒng)包括內(nèi)部人文系統(tǒng)和外部人文系統(tǒng)兩個(gè)部分。內(nèi)部人文系統(tǒng)主要指大學(xué)歷史、風(fēng)格、習(xí)慣、文化等等非正式制度安排。外部人文系統(tǒng)則泛指大學(xué)外部環(huán)境的總和，包括政府預(yù)算、高等教育管理體制等直接相關(guān)的環(huán)境，也包括政府、市場(chǎng)、社會(huì)等在各個(gè)方面影響大學(xué)發(fā)展的廣闊背景。大學(xué)預(yù)算改革以及預(yù)算系統(tǒng)運(yùn)行，都是在具體的各種復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行的。和諧的校園、開(kāi)放的理念、進(jìn)取的精神、社會(huì)的包容、政府的支持、市場(chǎng)的完善等等這些良好的人文環(huán)境，將極大地提高預(yù)算改革的成功性和系統(tǒng)運(yùn)行效率。大學(xué)人文系統(tǒng)目標(biāo)就是追求人文績(jī)效，更好地成為大學(xué)預(yù)算系統(tǒng)、政策系統(tǒng)和服務(wù)系統(tǒng)的劑和助推劑。

三、大學(xué)預(yù)算制度系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)

柯武剛、史漫飛（2002）認(rèn)為各個(gè)單項(xiàng)制度構(gòu)成一個(gè)可相互兼容的制度系統(tǒng)，也就是所謂的規(guī)則序列?！爸挥挟?dāng)各種各樣的規(guī)則形成一個(gè)恰當(dāng)?shù)暮椭C整體時(shí)，它們才能有效地造就秩序，并抑制侵蝕可預(yù)見(jiàn)性和信心的任意性機(jī)會(huì)主義行為”。大學(xué)預(yù)算制度及其環(huán)境系統(tǒng)就構(gòu)成了這樣一個(gè)完整的大學(xué)預(yù)算制度系統(tǒng)。它由四個(gè)子系統(tǒng)及其要素相互耦合而成，有比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)關(guān)系（見(jiàn)圖2）。其基本結(jié)構(gòu)包括：邏輯結(jié)構(gòu)、時(shí)間結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)。

（一）邏輯結(jié)構(gòu)從正面看，整個(gè)系統(tǒng)分為四層，大學(xué)預(yù)算制度系統(tǒng)由四個(gè)過(guò)程組成，包括預(yù)算過(guò)程、政策過(guò)程，服務(wù)過(guò)程和人文過(guò)程。它們之間存在著顯著的作用和反作用機(jī)制，并逐層傳導(dǎo)。

首先，人文過(guò)程滲透進(jìn)上面的服務(wù)過(guò)程、政策過(guò)程和預(yù)算過(guò)程，潛移默化地作用于三個(gè)過(guò)程，并以大學(xué)特色的形式反映出來(lái)。同時(shí)，上面三個(gè)過(guò)程的思想、理念、習(xí)慣也會(huì)不斷地成熟、穩(wěn)定、沉淀和積累下來(lái)，形成新的文化。

其次，大學(xué)服務(wù)過(guò)程決定著政策過(guò)程和預(yù)算過(guò)程。尊重大學(xué)服務(wù)活動(dòng)的客觀規(guī)律，是政策過(guò)程和預(yù)算過(guò)程必須遵循的基本準(zhǔn)則，為大學(xué)服務(wù)過(guò)程服務(wù)，提高大學(xué)服務(wù)能力和水平是政策過(guò)程和預(yù)算過(guò)程的最高宗旨。因此，大學(xué)服務(wù)過(guò)程的需求和特征決定了政策過(guò)程和預(yù)算過(guò)程的目標(biāo)和行為。當(dāng)然，大學(xué)政策過(guò)程和預(yù)算過(guò)程又是約束、監(jiān)督、調(diào)控大學(xué)服務(wù)過(guò)程的重要手段，對(duì)服務(wù)過(guò)程有極大的反作用。在某種程度上，政策過(guò)程和預(yù)算過(guò)程甚至反客為主，成了主導(dǎo)和改造大學(xué)服務(wù)過(guò)程的力量，這不應(yīng)該成為一種經(jīng)常的或者長(zhǎng)期的現(xiàn)象。在某些成長(zhǎng)中的規(guī)模不大的學(xué)校，學(xué)而優(yōu)則仕的風(fēng)氣較為濃厚，大學(xué)行政系統(tǒng)往往聚集了學(xué)校眾多精英，力量強(qiáng)大；反之，有影響力的學(xué)者、教授不多，整體學(xué)術(shù)力量薄弱，此時(shí)很容易出現(xiàn)政策過(guò)程和預(yù)算過(guò)程為主導(dǎo)的現(xiàn)象。

最后，政策過(guò)程和預(yù)算過(guò)程之間是決定與反作用的關(guān)系，政策過(guò)程決定著預(yù)算過(guò)程，預(yù)算過(guò)程是政策過(guò)程的“數(shù)字化”、“貨幣化”反映。當(dāng)然，理性、民主的預(yù)算過(guò)程是政策過(guò)程的重要支撐，并將積極地影響政策過(guò)程。

（二）時(shí)間結(jié)構(gòu) 從正切面看，按預(yù)算循環(huán)的時(shí)間先后順序可以分為決策階段、執(zhí)行階段和評(píng)價(jià)階段三個(gè)環(huán)節(jié)。每個(gè)環(huán)節(jié)由預(yù)算過(guò)程、政策過(guò)程，服務(wù)過(guò)程、人文過(guò)程耦合形成了決策系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、評(píng)價(jià)系統(tǒng)，這就是我國(guó)大學(xué)預(yù)算制度系統(tǒng)的時(shí)間結(jié)構(gòu)。

（三）空間結(jié)構(gòu) 從側(cè)面看，按照上文所述大學(xué)預(yù)算制度的規(guī)則體系層次性理論，大學(xué)預(yù)算制度系統(tǒng)也分為三個(gè)層次：管理體制、運(yùn)行機(jī)制以及技術(shù)規(guī)范。預(yù)算過(guò)程、政策過(guò)程，服務(wù)過(guò)程、人文過(guò)程等四個(gè)過(guò)程的制度都包括這三個(gè)層次，并具體在決策、執(zhí)行和評(píng)價(jià)三個(gè)階段得到應(yīng)用和體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

［1］（德）柯武剛、史漫飛：《制度經(jīng)濟(jì)學(xué)――社會(huì)秩序與公共政策》，商務(wù)印書(shū)館2002年版。

第6篇：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)范文

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)化系統(tǒng) 分步驗(yàn)證 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 結(jié)構(gòu)化方法

自動(dòng)化控制的生產(chǎn)線(xiàn)、實(shí)驗(yàn)室分析設(shè)備或以信息技術(shù)為基礎(chǔ)的企業(yè)管理平臺(tái)（如ERP或MES）的引入，用于制藥產(chǎn)品的生產(chǎn)、存儲(chǔ)和醫(yī)療設(shè)備的控制，所有這些在醫(yī)藥方面都是GMP相關(guān)的，因此必須進(jìn)行驗(yàn)證。這意味著在藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（GMP）和相應(yīng)的附件中陳述的驗(yàn)證原則必須被嚴(yán)格遵守并實(shí)施。雖然這將是很多企業(yè)，特別是中小規(guī)模企業(yè)的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，但它還是可以通過(guò)分步驗(yàn)證的方法被逐步解決。

1.計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)驗(yàn)證的方法

如果用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)代替一個(gè)同樣GMP相關(guān)的手動(dòng)操作，無(wú)論是產(chǎn)品質(zhì)量還是安全都不會(huì)降低。大量的信息也不會(huì)由于降低人員參與而丟失。 21CFR Part 11中有個(gè)非常明確的要求就是對(duì)于電子記錄和電子簽名的處理，其前瞻性已經(jīng)超越了其他國(guó)家，近年來(lái)，已日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。然而， 在其GMP指南內(nèi)，對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的驗(yàn)證，只提供了驗(yàn)證活動(dòng)的要求，只是一個(gè)框架性的東西，而沒(méi)有詳細(xì)闡述如何去實(shí)施。對(duì)于這些要求，制藥企業(yè)根本不知道采取哪種方法。

然而，關(guān)于計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)驗(yàn)證的方法，反而可以在相關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)推薦的指南中找到。例如：GAMP5（優(yōu)良自動(dòng)化生產(chǎn)規(guī)范），國(guó)際制藥工程協(xié)會(huì)（ISPE）的“工藝控制系統(tǒng)驗(yàn)證”，以及國(guó)際藥品認(rèn)證合作組織（PIC / S）的“GxP環(huán)境中的計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)的質(zhì)量管理規(guī)范”。對(duì)于計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)的法規(guī)要求，這些驗(yàn)證指南為計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)驗(yàn)證的合規(guī)化在第一時(shí)間提供了技術(shù)的支持。

2.在計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)驗(yàn)證中引入風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

為了更好的執(zhí)行計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)驗(yàn)證，一個(gè)最重要的方法就是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，這也是權(quán)威機(jī)構(gòu)所要求的。通過(guò)所涉及的工藝及其產(chǎn)生的功能，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估有識(shí)別這些工藝的目的，并在個(gè)別的功能模塊里，可以生成、顯示、刪除或修改GMP相關(guān)的數(shù)據(jù)。在大型的計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)如ERP，GMP風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估被分成兩方面。一方面，識(shí)別需要驗(yàn)證的系統(tǒng)是否是所謂的遺留系統(tǒng)。另一方面，識(shí)別由公司或第三方編寫(xiě)的GMP相關(guān)的工藝流程。除借鑒計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)驗(yàn)證的各類(lèi)指南以外，工藝順序方案提供了風(fēng)險(xiǎn)分類(lèi)的基礎(chǔ)，借此，單個(gè)的工藝流程可以被描述為功能相關(guān)的業(yè)務(wù)活動(dòng)的一個(gè)工序。最終形成的工藝流程概述描述了如何將工藝單元嵌入期望功能。在這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)的框架內(nèi)，所有與ERP系統(tǒng)有交接面的第三方系統(tǒng)也必須被識(shí)別并分類(lèi)。

3.基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)構(gòu)化方法

本文主要闡述了對(duì)于復(fù)雜的、整體的ERP系統(tǒng)如SAP、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）或文檔管理系統(tǒng)的驗(yàn)證基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，采取分步的結(jié)構(gòu)化方法將計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)驗(yàn)證分為三個(gè)階段進(jìn)行，如圖1。

第一階段----起始準(zhǔn)備

由于計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)的復(fù)雜性，建議制訂一個(gè)單獨(dú)的驗(yàn)證總計(jì)劃（VMP）專(zhuān)門(mén)用于計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)的驗(yàn)證。在這個(gè)驗(yàn)證總計(jì)劃中將包括驗(yàn)證的策略、程序、范圍、職責(zé)等內(nèi)容。與此同時(shí)，用戶(hù)需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)（URS）將識(shí)別并記錄GMP關(guān)鍵工藝參數(shù)和其它質(zhì)量相關(guān)的所有要求。因此，URS應(yīng)當(dāng)描述所有計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)的要求，不管是在系統(tǒng)的獲得上還是在與供應(yīng)商的一致性及組織配合上，包含的內(nèi)容越詳細(xì)越好。其中，以下幾點(diǎn)需考慮：VMP關(guān)聯(lián)性 ，相關(guān)工藝規(guī)則，盡可能考慮實(shí)際情況，工藝順序的描述，新系統(tǒng)的引入及其變更的執(zhí)行，硬件規(guī)格說(shuō)明書(shū)（計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，冗余系統(tǒng)等），安全概念（防火墻，病毒掃描等），業(yè)務(wù)流程的連續(xù)性（失效，死機(jī)等），退出方案（版本更新或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)改進(jìn)），GMP相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)概念，編程規(guī)則/指南的要求，源代碼審核的要求，第三方系統(tǒng)的考慮，供應(yīng)商評(píng)估及審核，供應(yīng)商列表，維修服務(wù)協(xié)議，人員培訓(xùn)。

除了驗(yàn)證總計(jì)劃和用戶(hù)需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)，標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程（SOP）也會(huì)在第一階段被考慮。所有必要的操作與維護(hù)指令應(yīng)列在其中。

圖1 結(jié)構(gòu)化驗(yàn)證策略

第二階段----風(fēng)險(xiǎn)分析

所有被劃分為GMP相關(guān)的工藝模塊和工藝流程都要進(jìn)行詳細(xì)的風(fēng)險(xiǎn)分析及評(píng)估其潛在風(fēng)險(xiǎn)。然而， 這個(gè)步驟發(fā)生的前提條件是已經(jīng)把用戶(hù)需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)（URS）里面GMP相關(guān)的要求轉(zhuǎn)化到供應(yīng)商的規(guī)格說(shuō)明書(shū)里面。因?yàn)橹挥羞@樣，那些模塊里的分項(xiàng)功能和程序執(zhí)行單元的數(shù)量才能被精準(zhǔn)的確認(rèn)。風(fēng)險(xiǎn)分析可以基于失效模式影響分析 （FMEA） 的方法進(jìn)行。

風(fēng)險(xiǎn)分析確認(rèn)了風(fēng)險(xiǎn)的類(lèi)別，它為規(guī)格說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)提供了基礎(chǔ)，這些規(guī)格說(shuō)明書(shū)包括測(cè)試范圍，測(cè)試深度和驗(yàn)證文檔的水平。至關(guān)重要的是，對(duì)于每個(gè)單獨(dú)的程序單元，其有效的驗(yàn)證測(cè)試記錄必須形成文件證明。

此外，在風(fēng)險(xiǎn)分析中，程序單元與第三方系統(tǒng)之間的接口，由于他們的GMP相關(guān)性而被評(píng)估并檢查。如果有必要， 在運(yùn)行確認(rèn)（OQ）期間，各個(gè)接口的有效性必須通過(guò)相應(yīng)的操作測(cè)試而被確立和記錄。

第三階段----驗(yàn)證實(shí)施

用戶(hù)特定的編程、工廠驗(yàn)收測(cè)試（FAT）和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收測(cè)試（SAT），以及安裝確認(rèn)（IQ）、運(yùn)行確認(rèn)（OQ）和性能確認(rèn)（PQ） 等驗(yàn)證活動(dòng)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、驗(yàn)證和生產(chǎn)體系中分別進(jìn)行。其中包括編碼審核、模塊測(cè)試、軟硬件的集成測(cè)試、驗(yàn)收、放行、投入使用等。當(dāng)然，在運(yùn)行階段還包括變更管理、維護(hù)管理和可追溯性管理的支持流程。

4.結(jié)語(yǔ)

基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)構(gòu)化方法為計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)驗(yàn)證提供了一個(gè)解決的方法，其逐步的分階段的驗(yàn)證策略使計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)驗(yàn)證變的不再難以逾越。

參考文獻(xiàn)：

[1] 國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局.藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（2010年修訂）.2010.

第7篇：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)范文

1研究方向

到2007年底，每秒鐘能進(jìn)行1000萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算的超級(jí)計(jì)算機(jī)將要問(wèn)世，這是計(jì)算機(jī)科學(xué)家的最新杰作！但是，即便是如此強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)，目前還無(wú)法實(shí)現(xiàn)人腦能夠輕而易舉完成的許多感知信息處理任務(wù)。例如，在混雜的車(chē)站里辨認(rèn)熟人面孔、在熱鬧的晚宴里同朋友自由交談、在國(guó)際會(huì)議上嫻熟地用外語(yǔ)與各國(guó)同行討論研究成果，等。因此，為了建立計(jì)算機(jī)與人更加友好、自然的用戶(hù)界面，我們必須創(chuàng)建新的智能計(jì)算理論與方法。我們認(rèn)為將計(jì)算機(jī)科學(xué)與腦科學(xué)相結(jié)合，研究仿腦計(jì)算理論與模型將是通向這一終極目標(biāo)的一條理想之路。“上海交通大學(xué)-微軟智能計(jì)算及智能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”的主要研究目標(biāo)就是為了突破傳統(tǒng)數(shù)字計(jì)算機(jī)在智能信息處理的瓶頸，聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室匯集了上海交通大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系、自動(dòng)化系和電子工程系的相關(guān)領(lǐng)域的10余名教授、副教授，擬在下列方向開(kāi)展合作研究：

仿腦計(jì)算理論與模型

超并列機(jī)器學(xué)習(xí)理論與算法

基于人類(lèi)視覺(jué)信息處理的計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論與方法

腦-計(jì)算機(jī)接口技術(shù)

機(jī)器人技術(shù)

多媒體信息獲取技術(shù)

無(wú)縫媒體通訊技術(shù)

這里需要強(qiáng)調(diào)的是，微軟亞洲研究院湯曉鷗博士為聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室研究方向的確定和研究課題的篩選作出了重要貢獻(xiàn)。湯曉鷗博士在聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室成立之初，就來(lái)上海交通大學(xué)為我們作了一場(chǎng)精彩的學(xué)術(shù)報(bào)告，不僅介紹了微軟亞洲研究院在計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域最新的研究成果，而且為我們的學(xué)生詳細(xì)介紹了如何腳踏實(shí)地、一步一步地開(kāi)展高水平的科學(xué)研究，使同學(xué)們受益匪淺。自聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室成立以來(lái)，微軟亞洲研究院的多名國(guó)際知名專(zhuān)家來(lái)上海交通大學(xué)講學(xué)，他們是“深藍(lán)項(xiàng)目”之父許峰雄博士、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專(zhuān)家張崢博士和自然語(yǔ)言處理專(zhuān)家周明博士。

2006年度微軟亞洲研究院資助了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室在機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器人和多媒體通信三個(gè)方向的研究課題，具體內(nèi)容如表1所示。

2研究成果

聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室成立一年多來(lái)，取得了多項(xiàng)創(chuàng)新性的研究成果，已在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物和會(huì)議上30余篇。由于篇幅限制，下面僅對(duì)部分成果作簡(jiǎn)要介紹。

(1) 超并列機(jī)器學(xué)習(xí)理論與算法

上海交通大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系呂寶糧教授在仿腦計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)和腦-計(jì)算機(jī)接口等方向與微軟亞洲研究院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組、文本組和圖像組有著密切的合作與交流，他們共同致力于研究大規(guī)模分布式超并列機(jī)器學(xué)習(xí)理論與算法，并將其研究成果應(yīng)用于人臉識(shí)別、自然語(yǔ)言處理、生物信息學(xué)和腦-計(jì)算機(jī)接口等領(lǐng)域。在此期間共同進(jìn)行博士和碩士研究生以及本科生的培養(yǎng)，聯(lián)合發(fā)表學(xué)術(shù)論文。與微軟研究院的文本組、圖像組和機(jī)器學(xué)習(xí)組定期交流和選派學(xué)生實(shí)習(xí)。通過(guò)雙方真誠(chéng)的合作，智能信息處理方向已有2名博士生和5名碩士順利通過(guò)答辯。目前上海交通大學(xué)有1名博士后、3名博士生、5名碩士生和4名ACM班的本科三年級(jí)學(xué)生投入到合作研究課題中，來(lái)自微軟亞洲研究院的1名優(yōu)秀青年員工在機(jī)器學(xué)習(xí)方向作為博士生進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)。

(2) 無(wú)縫媒體通訊技術(shù)

上海交通大學(xué)電子工程系熊紅凱副教授在無(wú)縫媒體通信方向，與微軟亞洲研究院網(wǎng)絡(luò)多媒體IM組已經(jīng)進(jìn)行了多年的合作研究，他們共同致力于無(wú)縫媒體通信的良好遠(yuǎn)景，主要研究視頻信號(hào)多元化智能處理與傳輸，工作包括可伸縮視頻編碼、分布式視頻編碼、網(wǎng)絡(luò)編碼，等。微軟研究院IM組吳楓等研究人員與他們?cè)诖似陂g共同進(jìn)行博士和碩士研究生的培養(yǎng)，支持他們參與國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)MPEG-21和JVT的制訂，聯(lián)合提交技術(shù)提案和發(fā)表學(xué)術(shù)論文。

通過(guò)合作研究，媒體通信方向已有2名博士生、3名碩士生順利畢業(yè)；目前上海交通大學(xué)在此方向有2名博士生、4名碩士生投入到合作課題中；微軟亞洲研究院有2名優(yōu)秀員工在媒體通信方向作為博士生進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)一體化技術(shù)合作。合作研究的積累，使得該團(tuán)隊(duì)獲得了2005年和2006年度國(guó)家自然科學(xué)基金面上和重點(diǎn)項(xiàng)目的相關(guān)課題資助。另外，2007年獲得了國(guó)家“十一五”863計(jì)劃專(zhuān)題。

(3) 移動(dòng)機(jī)器人的視覺(jué)定位技術(shù)

服務(wù)機(jī)器人是一個(gè)新興的快速發(fā)展的研究領(lǐng)域。服務(wù)機(jī)器人的首要問(wèn)題是其必須在執(zhí)行任務(wù)中應(yīng)付復(fù)雜的環(huán)境。復(fù)雜環(huán)境中的目標(biāo)定位技術(shù)成為其中一項(xiàng)挑戰(zhàn)性課題。

項(xiàng)目組提出了一種新的單目攝像頭實(shí)時(shí)定位算法，可以實(shí)時(shí)計(jì)算攝像頭的三維運(yùn)動(dòng)軌跡。該算法基于視覺(jué)路標(biāo)，集成了目標(biāo)識(shí)別、特征跟蹤和3D定位算法。其核心思想是：識(shí)別場(chǎng)景中的視覺(jué)路標(biāo)，并主動(dòng)跟蹤匹配特征點(diǎn)，計(jì)算攝像機(jī)的3D運(yùn)動(dòng)軌跡。為了提高算法實(shí)時(shí)性，相對(duì)耗時(shí)的目標(biāo)識(shí)別模塊只在初始化時(shí)尋找和識(shí)別路標(biāo)，接著跟蹤算子跟蹤匹配特征點(diǎn)，轉(zhuǎn)入實(shí)時(shí)跟蹤過(guò)程，同時(shí)輸出3D軌跡。

實(shí)驗(yàn)表明，結(jié)合目標(biāo)識(shí)別、跟蹤和3D定位，本文算法可以主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和實(shí)時(shí)跟蹤感興趣目標(biāo)，對(duì)于普通PC和USB攝像頭，能以30幀/s跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。3D定位也有較好的精度，準(zhǔn)確跟蹤時(shí)，定位誤差一般在5cm之內(nèi)。此外由于每幀都單獨(dú)計(jì)算位姿，因此不存在累積誤差，目標(biāo)丟失后也能快速被識(shí)別和跟蹤。

3人才培養(yǎng)

聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室成立伊始，雙方就將人才培養(yǎng)作為合作的重中之重，經(jīng)過(guò)雙方的共同努力和友好合作，在一年多的時(shí)間里，已經(jīng)實(shí)施了下列三個(gè)具有特色人才培養(yǎng)項(xiàng)目。

(1) 博士生聯(lián)合培養(yǎng)項(xiàng)目

上海交通大學(xué)與微軟亞洲研究院的博士生聯(lián)合培養(yǎng)項(xiàng)目是實(shí)驗(yàn)室在人才培養(yǎng)方面的合作亮點(diǎn)。該項(xiàng)目主要包含兩方面的內(nèi)容，一方面上海交通大學(xué)聘用微軟亞洲研究院的資深研究員為上海交通大學(xué)博士生導(dǎo)師并與上海交通大學(xué)的教授一起聯(lián)合指導(dǎo)博士研究生；另一方面微軟亞洲研究院選派具有碩士學(xué)位的優(yōu)秀員工到上海交通大學(xué)攻讀博士學(xué)位。目前有六位微軟研究員被聘為上海交通大學(xué)客座教授，其中沈向洋博士、洪小文博士、張崢博士、宋歌平博士和湯曉鷗博士為博士生導(dǎo)師。2006年4月微軟亞洲研究院選送了六位優(yōu)秀青年員工來(lái)上海交通大學(xué)攻讀博士學(xué)位，這些博士生首先在上海交通大學(xué)完成學(xué)位課程的學(xué)習(xí)，之后他們將在上海交通大學(xué)導(dǎo)師的指導(dǎo)下在微軟亞洲研究院進(jìn)行博士學(xué)位論文的研究工作。這六名博士生的導(dǎo)師分別是上海交通大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系的張申生教授、俞勇教授和呂寶糧教授；電子工程系的張文軍教授和孫軍教授。博士生聯(lián)合培養(yǎng)項(xiàng)目的實(shí)施，既是微軟亞洲研究院對(duì)優(yōu)秀青年員工繼續(xù)發(fā)展的支持和鼓勵(lì)，同時(shí)通過(guò)雙方深入的交流，將微軟亞洲研究院的研究理念和企業(yè)需求帶到上海交通大學(xué)，為雙方的共同發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。

(2) 卡內(nèi)基?梅隆大學(xué)聯(lián)合人才培養(yǎng)項(xiàng)目

微軟亞洲研究院聯(lián)手上海交通大學(xué)和美國(guó)卡內(nèi)基?梅隆大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)高素質(zhì)人才。根據(jù)“卡內(nèi)基?梅隆大學(xué)-上海交通大學(xué)-微軟亞洲研究院”三方達(dá)成的協(xié)議，上海交通大學(xué)、卡內(nèi)基?梅隆大學(xué)每年將互換5名優(yōu)秀本科學(xué)生進(jìn)行為期一學(xué)期的學(xué)習(xí)，在兩校學(xué)習(xí)之后，這些學(xué)生將到微軟亞洲研究院進(jìn)行為期三個(gè)月的實(shí)習(xí)，其間他們將參與實(shí)際項(xiàng)目的研發(fā)工作。這一“產(chǎn)學(xué)研”跨國(guó)合作的模式，將為中國(guó)培養(yǎng)高素質(zhì)的“IT國(guó)際人”提供一種有效的便捷渠道。到目前為止，上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院經(jīng)過(guò)嚴(yán)格挑選，已選派了十多位優(yōu)秀的本科生去卡內(nèi)基?梅隆大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程系學(xué)習(xí)，這些學(xué)生分別來(lái)自計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系、自動(dòng)化系和電子工程系。卡內(nèi)基?梅隆大學(xué)也已選派了多名交換生來(lái)上海交通大學(xué)和微軟亞洲研究院學(xué)習(xí)和實(shí)習(xí)。經(jīng)過(guò)三方的聯(lián)合培養(yǎng)，不僅拓寬了學(xué)生的視野，而且進(jìn)一步提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)。在參加該項(xiàng)目的學(xué)生中，有的同學(xué)已在本領(lǐng)域高水平的國(guó)際雜志和會(huì)議上發(fā)表了多篇學(xué)術(shù)論文。此外隨著三方合作的進(jìn)一步深入和上海交通大學(xué)國(guó)際化辦學(xué)的進(jìn)一步深化，將會(huì)使上海交通大學(xué)更多的本科生同學(xué)有機(jī)會(huì)親密接觸世界知名學(xué)府和研究院。

第8篇：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)范文

集成電路技術(shù)的發(fā)展，使集成電路和處理器的關(guān)系密不可分。隨著多核技術(shù)的出現(xiàn)，處理器已經(jīng)變成構(gòu)成系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）的基本單元，因此，從集成電路的功能級(jí)設(shè)計(jì)層面講，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)采用的方法就是大規(guī)模集成電路（VLSI）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。從卓越人才培養(yǎng)的角度，VLSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)是微處理器的邏輯實(shí)現(xiàn)手段，而數(shù)字邏輯是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。學(xué)生的數(shù)字邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和VLSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力直接決定了其計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。因此提升學(xué)生計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的關(guān)鍵是提升學(xué)生的數(shù)字邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和VLSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。為了切實(shí)提高計(jì)算機(jī)工程專(zhuān)業(yè)方向本科學(xué)生的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，教學(xué)改革研究工作的目標(biāo)確定為：以數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)方法為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、以硬件描述語(yǔ)言為設(shè)計(jì)工具、以硬件仿真系統(tǒng)為設(shè)計(jì)環(huán)境、以FPGA為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)手段、以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)和主線(xiàn)，將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐完整地貫穿于專(zhuān)業(yè)核心課程之中；教學(xué)改革研究思路確定為：系統(tǒng)視角、整體優(yōu)先、設(shè)計(jì)牽引、講做結(jié)合、注重能力。該研究思路不同于一般的課程群，不是簡(jiǎn)單的知識(shí)點(diǎn)的審視，是“自頂向下”的觀點(diǎn)和“自底向上”的實(shí)現(xiàn)的一種結(jié)合方法，最終目標(biāo)是提升計(jì)算機(jī)工程專(zhuān)業(yè)方向本科學(xué)生的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

2研究?jī)?nèi)容

計(jì)算機(jī)工程專(zhuān)業(yè)方向的主干課程包括數(shù)字邏輯、計(jì)算機(jī)組成原理、匯編語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、VLSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。課程各有目標(biāo)，課程之間有宏觀上的先后順序，有微觀上的相互穿插，有內(nèi)容上的重疊。經(jīng)過(guò)近幾年的教學(xué)研究和改革，各門(mén)課程都發(fā)生了非常大的變化[1]：VLSI課程中會(huì)涉及算術(shù)邏輯單元的設(shè)計(jì)甚至處理器設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容；匯編語(yǔ)言的作用已經(jīng)從編程工具轉(zhuǎn)變?yōu)槊枋龊屠斫庥?jì)算機(jī)系統(tǒng)工作原理的有效工具；HDL語(yǔ)言和仿真工具不再專(zhuān)屬于數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通用語(yǔ)言和工具。但是，由于總目標(biāo)不明確，導(dǎo)致課程分頭講，實(shí)驗(yàn)分頭做，總體學(xué)時(shí)不少，最終效果欠佳。筆者的主要研究?jī)?nèi)容以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為目標(biāo)，從能力培養(yǎng)的視角看待和理解數(shù)字邏輯、計(jì)算機(jī)組成原理、匯編語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試、VLSI、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等課程，借鑒CDIO的思想，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)實(shí)踐貫穿整個(gè)計(jì)算機(jī)工程專(zhuān)業(yè)方向人才培養(yǎng)過(guò)程。

2.1重新審視和修訂教學(xué)計(jì)劃

在研究過(guò)程中，我們首先整理涉及的各門(mén)課程的全部知識(shí)點(diǎn)，對(duì)相互影響的重要知識(shí)點(diǎn)整體排序，整合相近和相似的知識(shí)點(diǎn)，歸并出一些重要的專(zhuān)題，提出有利于培養(yǎng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的完整實(shí)踐教學(xué)體系，全線(xiàn)引入HDL語(yǔ)言，全線(xiàn)引入基于FPGA開(kāi)發(fā)板的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，緊密配合理論課、設(shè)計(jì)方法課、實(shí)踐課，形成“學(xué)習(xí)—構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)”的完整過(guò)程。

2.2數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)課程內(nèi)容的改革

數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)課程改革的研究重點(diǎn)是設(shè)法強(qiáng)化和提升學(xué)生使用硬件描述語(yǔ)言說(shuō)明硬件系統(tǒng)的能力，將硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言的介紹提前到課程的開(kāi)始部分，使學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)過(guò)程中就開(kāi)始使用硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言，相當(dāng)于使學(xué)生掌握了一個(gè)設(shè)計(jì)工具，為計(jì)算機(jī)組成原理課程和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程提供支持，另外，從教學(xué)上形成學(xué)習(xí)數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)就是學(xué)習(xí)集成電路設(shè)計(jì)的理念。數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)課程的實(shí)驗(yàn)既有使用邏輯電路器件搭建實(shí)驗(yàn)電路的傳統(tǒng)型實(shí)驗(yàn)，又有使用FPGA開(kāi)發(fā)板的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

2.3計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)改革

計(jì)算機(jī)組成原理課程借鑒“深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”教材中的思想，調(diào)整了部分課程內(nèi)容和授課重點(diǎn)，比如，在數(shù)據(jù)表示部分增加了C語(yǔ)言的整數(shù)表示以及比較運(yùn)算的示例，在存儲(chǔ)器部分增加了程序訪(fǎng)問(wèn)局部性原理的C語(yǔ)言示例，在指令系統(tǒng)部分增加了尋址方式的C語(yǔ)言示例等。增加C語(yǔ)言的示例是進(jìn)行教學(xué)視角調(diào)整的一種嘗試，由于學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)C語(yǔ)言，已經(jīng)初步掌握了編程方法，但是并不清楚程序在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，特別是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)底層硬件中是如何表示、如何執(zhí)行的。通過(guò)在計(jì)算機(jī)組成原理課程中增加一些C語(yǔ)言的示例，讓學(xué)生真正理解程序的執(zhí)行過(guò)程。

2.4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容的調(diào)整

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程在課程內(nèi)容方面進(jìn)行了一些調(diào)整，主要為了更好地與計(jì)算機(jī)組成原理和計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試等課程銜接。增加多核處理器和多線(xiàn)程調(diào)度等方面的內(nèi)容；對(duì)教材中給出的一些具體處理器實(shí)例給予更多關(guān)注，比如Pentium、PowerPC和MIPS處理器實(shí)例等；重視向量運(yùn)算和向量處理器部分的內(nèi)容。

2.5計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試課程實(shí)踐教學(xué)改革

計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試課程把以往讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)有十幾條基本指令的微程序控制器改變?yōu)樵O(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)向量協(xié)處理器；以PowerPCRISC處理器的指令系統(tǒng)為參考，把設(shè)計(jì)PowerPC擴(kuò)展指令協(xié)處理器AltiVec模塊中的VSFX指令部分作為教學(xué)內(nèi)容。整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)分為8個(gè)相互聯(lián)系、難度逐步增加的子任務(wù)，通過(guò)教師引導(dǎo)、分組討論、學(xué)生實(shí)踐、實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、完成測(cè)試等一系列教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生完成協(xié)處理器中的部分設(shè)計(jì)工作并熟悉完整的協(xié)處理器的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法。

2.6嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程實(shí)踐教學(xué)改革

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程開(kāi)發(fā)出嵌入式系統(tǒng)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)及相關(guān)軟件的綜合實(shí)驗(yàn)，使硬件與軟件相結(jié)合，強(qiáng)化對(duì)學(xué)生計(jì)算機(jī)綜合開(kāi)發(fā)應(yīng)用能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。綜合實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生完成一個(gè)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的全過(guò)程，包括完成硬件、軟件的功能分配，進(jìn)行主控?cái)?shù)字系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)和制作，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)和功能軟件，硬件、軟件的分別測(cè)試與綜合測(cè)試等。

2.7VSLI系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程實(shí)踐教學(xué)改革

VSLI系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的實(shí)踐教學(xué)改革，把實(shí)踐分為3種類(lèi)型：課程實(shí)驗(yàn)、自主實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，3種類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)全部基于Nexys3FPGA開(kāi)發(fā)板進(jìn)行設(shè)計(jì)。課程實(shí)驗(yàn)包括XilinxFPGA設(shè)計(jì)流程、Nexys3FPGA開(kāi)發(fā)板主要模塊接口設(shè)計(jì)和基于IP的數(shù)字電路設(shè)計(jì)等。自主實(shí)驗(yàn)部分的題目類(lèi)型包括：串—并轉(zhuǎn)換電路、FIFO存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)、大數(shù)加法器設(shè)計(jì)和FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)等。課程設(shè)計(jì)部分的題目類(lèi)型包括密碼協(xié)處理器設(shè)計(jì)、數(shù)字信號(hào)協(xié)處理器設(shè)計(jì)和圖像處理協(xié)處理器設(shè)計(jì)等。

3實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

天津大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2006年建立了數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)組成實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室、嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，建立了超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究所。實(shí)驗(yàn)室配備了數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)臺(tái)、計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)臺(tái)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)臺(tái)（帶有FPGA模塊）、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)等教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。這些實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)設(shè)備能夠滿(mǎn)足常規(guī)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，但對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的支持還不夠。為此，學(xué)院2013年與美國(guó)Xilinx公司合作，建立了天津大學(xué)—美國(guó)Xilinx公司計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室配備了50多塊Nexys3FPGA開(kāi)發(fā)板，實(shí)驗(yàn)時(shí)可以滿(mǎn)足每人一塊開(kāi)發(fā)板的要求。超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究所于2012年引進(jìn)BEECube公司先進(jìn)的BEE3系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的第三代商用FPGA系統(tǒng)，包括4個(gè)Virtex5FXTFPGA芯片，以及高達(dá)64GB的DDR2ECCDRAM和8個(gè)用于模塊間通信的10GigE接口。有了Nexys3FPGA開(kāi)發(fā)板和BEE3系統(tǒng)，我們具備了實(shí)現(xiàn)學(xué)生設(shè)計(jì)的各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備平臺(tái)，為培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力提供了強(qiáng)有力的支撐。

4結(jié)語(yǔ)

第9篇：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)范文

“編譯原理”、“操作系統(tǒng)”和“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的三門(mén)核心課程,在計(jì)算機(jī)科學(xué)的教學(xué)體系中占有重要地位。學(xué)生對(duì)于這三門(mén)課程的掌握程度在一定程度上反映了他們對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的掌握情況;進(jìn)一步講,能否確切理解編譯程序、操作系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)及它們?cè)谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)中的層次地位,直接反映了學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的整體把握程度。遺憾的是,受限于目前的教學(xué)大綱和學(xué)時(shí),這三門(mén)課程的教學(xué)很少涉及對(duì)相關(guān)課程的介紹和聯(lián)系,只注重課程自身教學(xué)內(nèi)容的講解和分析,導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法理解所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用背景,產(chǎn)生學(xué)無(wú)所用的想法。

由于編譯課程內(nèi)容具有較強(qiáng)的理論性、邏輯性和實(shí)踐性,學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中感到過(guò)于抽象和難以理解。編譯教學(xué)內(nèi)容涉及到程序設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等相關(guān)課程,掌握編譯技術(shù)有助于加深學(xué)生對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理解[1]。目前,編譯課程的教學(xué)更多關(guān)注自身內(nèi)容的講解和傳授,與其他課程橫向聯(lián)系的內(nèi)容相對(duì)較少。許多學(xué)校雖然開(kāi)設(shè)了實(shí)驗(yàn)課及相應(yīng)的課程設(shè)計(jì),但只對(duì)編譯理論中的某些算法或編譯系統(tǒng)的某一階段功能進(jìn)行單純的實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證,缺少實(shí)際背景。另外,現(xiàn)行的編譯教材大部分都是從編譯技術(shù)本身的角度撰寫(xiě)的,為的是讓學(xué)生掌握編譯的基

本理論與思想[2]。所有這些最終導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法對(duì)高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)每條指令的執(zhí)行過(guò)程有清晰的認(rèn)識(shí)和理解,因而不能實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的融會(huì)貫通。計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的理論基礎(chǔ)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)具有非常重要的作用[3],因此課程間封閉的教學(xué)方式不利于專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)和提高。

目前,這一現(xiàn)狀在短時(shí)間內(nèi)很難改變。筆者認(rèn)為應(yīng)以編譯課程為切入點(diǎn),在教學(xué)過(guò)程中加強(qiáng)相關(guān)課程的聯(lián)系,促進(jìn)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的交叉融合。

1以編譯課程為切入點(diǎn),強(qiáng)化專(zhuān)業(yè)知識(shí)融會(huì)貫通

編譯程序在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同層次中處于核心地位,在程序設(shè)計(jì)及運(yùn)行過(guò)程中起到橋梁和紐帶作用,因此應(yīng)以編譯課程為切入點(diǎn),促進(jìn)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的融合。按照教學(xué)大綱安排,學(xué)生入學(xué)后首先要學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的相關(guān)課程,進(jìn)入高年級(jí)后,主要學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和編譯原理等核心專(zhuān)業(yè)課程,它們之間的關(guān)系如圖1所示。由圖1可以看出,編譯程序在從程序設(shè)計(jì)到程序運(yùn)行產(chǎn)生輸出結(jié)果這一過(guò)程中處于核心地位,編譯系統(tǒng)對(duì)用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序

進(jìn)行編譯,編譯過(guò)程中會(huì)用到源語(yǔ)言自身的規(guī)范和庫(kù)程序,需要操作系統(tǒng)提供的庫(kù)程序和接口以及目標(biāo)體系結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息生成可執(zhí)行的二進(jìn)制程序?？蓤?zhí)行程序根據(jù)用戶(hù)的需要,由操作系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行,并與下層的硬件系統(tǒng)產(chǎn)生密切的關(guān)系。本文由收集整理為此,編譯課程的部分內(nèi)容需要程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、操作系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)等課程作為支撐,這樣學(xué)生才能更好地理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從軟件設(shè)計(jì)到程序執(zhí)行的完整過(guò)程。

正是由于編譯系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中處于重要地位,以編譯課程為切入點(diǎn),在教學(xué)過(guò)程中加強(qiáng)核心課程之間的橫向聯(lián)系,不僅有助于實(shí)現(xiàn)編譯課程抽象內(nèi)容形象化,也有助于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。另外,隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展與更新,嵌入式計(jì)算、并行計(jì)算與可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)逐漸得到發(fā)展和普及,這些都使編譯系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系變得比以往更加密切。一種新結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)需要新編譯系統(tǒng)的支持才能真正發(fā)揮作用,因此在編譯課程的教學(xué)中加強(qiáng)與其他課程的聯(lián)系,也是符合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的大趨勢(shì)。

2以編譯課程為切入點(diǎn)的可能性分析

以編譯課程為切入點(diǎn),強(qiáng)化各個(gè)核心專(zhuān)業(yè)課程之間的關(guān)聯(lián),其可能性概括如下:

(1) “編譯原理”是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)課程,且在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中具有重要地位。

(2) 編譯課程開(kāi)課的學(xué)期較為合適。我們查閱了國(guó)內(nèi)部分高校的教學(xué)計(jì)劃,研究了計(jì)算機(jī)核心專(zhuān)業(yè)課程的課程安排。如表1所示,在我們調(diào)查的高校中,除北京大學(xué)、北京航空航天大學(xué)和西安交通大學(xué)外,近一半高校編譯課程的開(kāi)課學(xué)期多位于程序設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)等課程之后,或與操作系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)等課程同時(shí)講授,因此在編譯課程的講授過(guò)程中穿插聯(lián)系相關(guān)課程的內(nèi)容比較合理。通過(guò)對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行整理歸納、鞏固與提升,能夠取得較好的教學(xué)效果。

(3) 編譯課程多次涉及其他專(zhuān)業(yè)課程的內(nèi)容,例如“編譯原理教學(xué)引論”部分要講授程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展歷史、編譯程序在計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)中的重要地位等內(nèi)容;講授“編譯運(yùn)行時(shí)的環(huán)境”部分時(shí),一定學(xué)時(shí)用于講述存儲(chǔ)分配,特別是基于棧的運(yùn)行時(shí)環(huán)境的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配和基于堆的運(yùn)行時(shí)環(huán)境的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配部分,與操作系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容相互滲透;在“代碼生成和優(yōu)化”部分,尤其是過(guò)程(函數(shù))調(diào)用的翻譯部分,針對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化部分,亦需要體系結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)作為支撐。反觀操作系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)等課程的教學(xué)內(nèi)容,與其他課程的聯(lián)系則相對(duì)較少。

基于以上幾點(diǎn)認(rèn)識(shí),我們認(rèn)為,以編譯課程為切入點(diǎn),充分利用有限的學(xué)時(shí),在部分教學(xué)內(nèi)容中強(qiáng)化與其他核心課程的關(guān)聯(lián),實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)知識(shí)融會(huì)貫通的可能性是存在的。

3關(guān)于課程教學(xué)的幾點(diǎn)建議

如前所述,目前教與學(xué)的實(shí)際情況不利于學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的融會(huì)貫通,在注重軟件能力培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)學(xué)院中,學(xué)生對(duì)圖1的陰影部分知之甚少,而對(duì)陰影前后兩部分的內(nèi)容更加熟悉,掌握程度更高。所以,學(xué)生沒(méi)有從總體上對(duì)所學(xué)知識(shí)建立完整的知識(shí)體系,對(duì)所學(xué)專(zhuān)業(yè)課程沒(méi)有構(gòu)成清晰的輪廓和概括。

為了強(qiáng)化編譯課程的教學(xué)效果,教師需要將課程教學(xué)置于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)大的背景環(huán)境之中,重點(diǎn)闡述編譯程序在計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)中的重要性,與其他核心專(zhuān)業(yè)課程之間的聯(lián)系,同時(shí)運(yùn)用實(shí)例教學(xué),使學(xué)生從抽象的教學(xué)內(nèi)容中解脫出來(lái),真正感受到所學(xué)知識(shí)的可用性和有用性。鑒于此,我們對(duì)編譯課程的教學(xué)提出如下幾點(diǎn)建議:

(1) 在引言部分強(qiáng)調(diào)編譯課程與其他課程的關(guān)系,重點(diǎn)

說(shuō)明編譯程序在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用和層次地位。需要說(shuō)明的是,教師不應(yīng)只強(qiáng)調(diào)編譯程序自身的地位和作用,還要將其放入圖1所示的背景中,使學(xué)生能夠理解編譯程序在從語(yǔ)言到程序執(zhí)行過(guò)程中所處的位置和作用,加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)大背景的認(rèn)識(shí)。

(2) 在運(yùn)行環(huán)境、代碼生成和優(yōu)化部分,教師應(yīng)結(jié)合操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)內(nèi)容進(jìn)行講解,使學(xué)生能更好地理解目標(biāo)代碼格式、函數(shù)調(diào)用方式、基于棧的存儲(chǔ)管理、代碼優(yōu)化的原因和目標(biāo)等概念。

例1:對(duì)可優(yōu)化的簡(jiǎn)單程序源碼,使用同一編譯程序多次編譯,每次編譯時(shí)指定不同的優(yōu)化級(jí)別,通過(guò)分析編譯程序生成的匯編源碼比較生成的可執(zhí)行程序運(yùn)行性能,向?qū)W生解釋編譯程序在編譯過(guò)程中實(shí)施的優(yōu)化措施,說(shuō)明優(yōu)化的目的和效果。

例2:針對(duì)最簡(jiǎn)單的c語(yǔ)言helloworld程序,通過(guò)分析其在具體平臺(tái)上編譯后的運(yùn)行時(shí)函數(shù)調(diào)用圖(包括操作系統(tǒng)api),說(shuō)明用戶(hù)編寫(xiě)的程序與語(yǔ)言庫(kù)、系統(tǒng)庫(kù)之間的關(guān)系。

例3:結(jié)合具體型號(hào)的dsp處理器(例如tms320 c6000系列)及其調(diào)試模式下指令的執(zhí)行過(guò)程,說(shuō)明針

對(duì)具體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行編譯優(yōu)化的必要性和重要性。

(3) 建議針對(duì)目前常用的系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)小型完整的實(shí)踐課程,實(shí)踐內(nèi)容應(yīng)適量涉及體系結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容。針對(duì)常見(jiàn)的處理器架構(gòu)和操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐課程,可以使學(xué)生在實(shí)際的系統(tǒng)中觀察到實(shí)踐結(jié)果,通過(guò)實(shí)際操作和驗(yàn)證增強(qiáng)感官認(rèn)識(shí),對(duì)所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通。

例:針對(duì)學(xué)生熟悉的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(c或者java)、經(jīng)常使用的操作系統(tǒng)(windows或者linux)、常見(jiàn)處理器架構(gòu)(例如x86),設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單完整的實(shí)踐課程。教師提供能夠處理一小部分語(yǔ)法子集的完整編譯程序,供學(xué)生學(xué)習(xí),作為實(shí)踐過(guò)程的參照。學(xué)生可以將一小部分沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)法子集作為實(shí)踐任務(wù),完善已有的編譯程序,實(shí)現(xiàn)從詞法分析到代碼生成的各部分功能。最后應(yīng)能使增強(qiáng)的編譯程序在現(xiàn)有的系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)行,編譯源碼文件并生成可運(yùn)行的應(yīng)用程序。