時間：2022-07-25 07:42:41
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇計算機系統結構，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
1流水線技術
1.1 流水線的基本概念
計算機系統結構的國際權威美國Stanford大學的John L.Hennessy和UC Berkely大學的 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性能的最有效技術之一”[1]
流水線技術（Pipeline technology）是將一個重復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.靜態流水線（static pipeline）：在同一時間內，流水線的各段只能按同一種功能的連接方式工作。
4.動態流水線（dynamic pipeline）：在同一時間內，當某些段正在實現某種運算時，另一些段卻在實現另一種運算。
5.部件級流水線（component level pipeline）：把處理機的算術邏輯部件分段，以便為各種數據類型進行流水操作。
6.處理機級流水線（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串行地對同一數據流進行處理，每個處理機完成一項任務。
8.標量流水處理機（Scalar pipeline processor）：處理機不具有向量數據表示，僅對標量數據進行流水處理。
9.向量流水處理機（vector pipeline processor）：處理機具有向量數據表示，并通過向量指令對向量的各元素進行處理。
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）：流水線輸出端任務流出的順序與輸入端任務流入的順序完全相同。每一個任務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）：流水線輸出端任務流出的順序與輸入端任務流入的順序可以不同，允許后進入流水線的任務先完成（從輸出端流出）。
1.3流水線的相關與沖突
相關（correlation）是指兩條指令之間存在某種依賴關系。如果兩條指令相關，則他們就有可能不能在流水線中重疊執行或者只能部分重疊執行，
1. 結構相關（structure correlation）：當指令在重疊執行過程中，硬件資源滿足不了指令重疊執行的要求，發生資源沖突時將產生“結構相關”；
2. 數據相關（data correlation）：當一條指令需要用到前面指令的執行結果，而這些指令均在流水線中重疊執行時，就可能引起“數據相關”；
3. 控制相關（control correlation）：當流水線遇到分支指令或其他會改變PC值的指令時就會發生“控制相關”。
流水線沖突（pipeline conflict）是指對于具體的流水線來說，由于相關的存在，使得指令流中的下一條指令不能在指定的時鐘周期執行。流水線沖突有三種類型：
1.結構沖突（structure conflict）：因硬件資源滿足不了指令重疊執行的要求而發生的沖突。解決方法：流水化功能單元；資源重復；暫停流水線。
2.數據沖突（data conflict）：當指令在流水線中重疊執行時，因需要用到前面指令的執行結果而發生的沖突。
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
2.1 指令系統的基本概念
[2]指令系統（instruction system）是指機器所具有的全部指令的集合 ，它反映了計算機所擁有的基本功能。在計算機系統的設計和使用過程中 ，硬件設計人員采用各種手段實現指令系統 ，而軟件設計人員則使用這些指令系統編制各種各樣的系統軟件和應用軟件 ，用這些軟件來填補硬件的指令系統與人們習慣的使用方式之間的語義差距。計算機指令系統分為兩類：復雜指令系統（CISC）和精簡指令系統（RISC）
2.2 復雜指令系統 （ CISC ）
2.2.1CISC的產生
早期的計算機 ，存儲器是一個很昂貴的資源 ，因此希望指令系統能支持生成最短的程序。此外 ，還希望程序執行時所需訪問的程序和數據位的總數越少越好。在微程序出現后 ，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 ，從而提高執行效率。在微代碼中實現功能的另一論點是： 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換成一條機器語言指令 ，這可使編譯軟件的編寫變得非常容易。此外 ，在機器語言中含有類似高級語言的語句指令 ，便能使機器語言與高級語言的間隙減少。這種發展趨向導致了復雜指令系統 （ CISC ）設計風格的形成 ，即認為計算機性能的提高主要依靠增加指令復雜性及其功能來獲取。
2.2.2 CISC 的主要特點
CISC指令系統的主要特點是：
（1）指令系統復雜，具體表現在以下幾個方面：
①指令數多 ，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）絕大多數指令需要多個機器時鐘周期方可執行完畢。
（3）各種指令都可以訪問存儲器。
2.3 精簡指令系統 （RISC）
2.3.1RISC的產生
由于CISC技術在發展中出現了問題 ，計算機系統結構設計的先驅者們嘗試從另一條途徑來支持高級語言及適應 VLSI技術特點。1975年IBM公司 John Cocke提出了精簡指令系統（RISC）的設想。到了1979年，[4]美國UC Berkely大學由 Patterson 教授領導的研究組，首先提出了RISC這一術語 ，并先后研制了 RISC-Ⅰ和 RISC-Ⅱ計算機。1981年美國的Stanford大學在Hennessy教授領導下的研究小組研制了MIPSRISC計算機 ，強調高效的流水和采用編譯方法進行流水調度，使得RISC技術設計風格得到很大補充和發展。到了90年代初，IEEE的Michael Slater 對于RISC的定義作了如下描述：RISC處理器所設計的指令系統應使流水線處理能高效率執行 ，并使優化編譯器能生成優化代碼。
2.3.2 RISC 的主要特點
RISC為使流水線高效率執行 ，應具有下述特征：
（1）簡單而統一格式的指令譯碼；
（2）大部分指令可以單周期執行完成；
（3）只有 LOAD 和 STORE 指令可以訪問存儲器；
（4）簡單的尋址方式 ；
（5）采用延遲轉移技術 ；
（6）采用 LOAD 延遲技術。
RISC為使優化編譯器便于生成優化代碼 ，應具有下述特征：
（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不同的實現方式
兩者的實現方式是不一樣的。對于CISC來說，采用的存儲結構是比較易于實現的數據和指令合一的方式。采用這種存儲結構的原因是CISC具有比較高級的指令語義，同時具有比較長的執行指令的周期。而對于RISC來說，其采用的存儲結構是數據和指令相互分離的結構，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的體系結構的計算機的效率其實并沒有差別。而且相對來說，RISC體系結構更加需要編譯器對指令的優化。CISC具有很大的市場，同時技術的發展也已經相當成熟。RISC體系結構并不能夠直接取代CISC的體系結構。固然，RISC體系結構具有很強的競爭力，但是其邏輯硬布線到目前為止并沒有統一的規定。RISC也并不是傳統意義上的概念，現代的RISC也具有很多明顯的變化，主要表現在：具有分支預測的功能、能夠超標量執行，同時還能夠亂序執行指令。
3.計算機系統結構的發展勢
3.1多線程體系
所謂的多線程技術（multithreading technology）[5]，是一種結合了馮諾依曼的控制流模型以及數據流模型的新興技術。它能夠進行現場的指令級交換以及順序調度。一般說來，在線程中，如果其中一條指令執行，那么相應后面的指令都會相繼執行。線程可以成為計算機中調度執行的基本步驟，同時計算機中可以同時并發運行許多個線程。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。多線程有著許多優點，同時也有一些不足之處。它的優點是能夠在很大程度上提高整個處理器的利用效率，在整體上使計算機的性能提高到一個新的檔次。多線程技術能很好地隱藏幾乎所有的延遲，這是諸如分支預測錯誤延遲技術等其它技術所不具備的。因此，多線程技術能夠在計算機微處理器的結構中具有很高的應用價值。
3.2 高性能計算
[6]高性能計算（high performance computer，HPC）是計算機集群系統，它通過各種互聯技術將多個計算機系統連接在一起，利用所有被連接系統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大的計算機系統，隨著高性能計算的出現，使這一類應用從昂貴的大型外部計算機系統演變為采用商用服務器產品和軟件的高性能計算機集群體。因此，高性能計算系統已經成為解決大型問題計算機系統的發展方向。其中，混合體系統結構已成為HPC發展趨勢。
4.結束語
目前計算機的發展十分迅速，已經在各個方面徹底改變了現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流水線技術，指令系統 ，然后提出了兩種指令系統（RISC和CISC）并對比了兩種不同的體系結構，比較了這兩種體系結構中存在的問題，進而提出計算機體系結構的發展趨勢。
參考文獻：
[1] 鄭煒民 湯志忠等譯John L.Hennessy， David A.Paterson 計算機系統結構：一種定量方法（第二版）[M] 北京：清華大學出版社，2002
[2] 談懷江 計算機指令系統的變化及發展 孝感學院計算機科學系 [J]，2014
[3] 李成錚，魏立津 計算機體系結構的發展及技術問題探討 華中科技大學文華學院 [J]，2008
[4] 劉超.計算機系統結構.[M]中國水利水電出版社，2005.
關鍵詞：高級計算機系統結構；雙語教學；課程建設；
作者簡介：裴頌文（1981-），男，湖南邵東人，上海理工大學計算機科學與工程系，講師。（上海 200093）
基金項目：本文系上海市教育委員會重點課程建設項目（項目編號：1K-12-302-001）、上海理工大學核心課程建設項目（項目編號：1K-00-302-010）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）01-0076-02
面對國內知名高校計算機專業建設國際化教學的大趨勢，上海理工大學加大計算機專業課程國際化建設的力度，培養國際化教學團隊，開辟國際化精品課程。從課程設置、教材選編、師資隊伍、助教制度、國際交流等五個方面建設一套上海理工大學獨特的國際化教育模式，體現出教育差異化優勢。培養既具有專業背景又能走向國際的計算機專業學生，推進上海理工大學由教學研究型向研究教學型大學轉變，把上海理工大學建設成“卓越工程教育”的上海市旗艦高校、全國工程教育的示范高校。
計算機科學技術的變革日新月異，計算機系統結構的發展突飛猛進，通過引進全英文經典教材實施雙語教學具有重要的意義。在計算機專業本科生課程中實施雙語教學的前期嘗試，效果不盡如人意。主要原因在于：第一，本科生的英語聽力和閱讀能力欠缺，難以有效地理解課程內容；第二，本科生的專業基礎的知識結構尚不完整，無法深入理解計算機系統結構的研究前沿課題。而針對研究生的“高級計算機系統結構”課程采用雙語教學，因為絕大多數研究生都具備大學英語六級的水平，外國留學生也均來自母語是英語的國家，英語聽說能力基本能滿足教學的需求；同時，研究生絕大多數都是計算機相關專業畢業的本科生，具備計算機相關專業的基礎知識。
通過對“高級計算機系統結構”的雙語教學，一方面使得研究生能獲得最新的研究方向和研究熱點，另一方面將進一步提升研究生的專業英語能力，使得研究生在未來的研究和工作中受益。特別是在2011年計算機科學與工程系獲得計算機科學與技術專業和軟件工程專業兩個一級學科碩士學位授予權的發展機遇期，增強計算機系統結構研究領域內的科研力量，擴大科研創新增加科技成果，推進“高級計算機系統結構”課程的雙語教學能力和課程建設，具有重要的現實意義。
一、優化課程設置
計算機系統結構是計算機科學與技術及其相關專業的學位課，其教學內容涵蓋了計算機組成原理、編譯系統、操作系統、數據結構、數字邏輯等計算機專業的基礎課程。因此，國內外著名大學計算機系對這門課程非常重視。據調查，美國的MIT、CMU、UIUC、Stanford 等著名大學都采用最新的計算機系統結構領域內的權威教材，如David A. Patterson等人編寫的《Computer Architecture：A Quantitative Approach》。上海理工大學計算機相關專業的研究生課程“高級計算機系統結構”，進一步量化分析和設計計算機系統結構，多年來一直將該課程列為研究生的學位專業課。從前幾年的教學情況來看，這門課程在課程設置上的主要問題體現在：
最近幾年計算機系統結構發展迅速，如多核處理器、內存技術、總線技術等都取得了飛躍發展，而前幾年的課程內容知識陳舊，難以跟上最新技術的步伐，學生希望接觸到最前沿的學科發展和研究動態。
“高級計算機體系結構”課程，教學內容與本科階段的課程內容差別不大，學生覺得有重復教授的內容出現。
由于計算機系統結構是計算機專業綜合性最強的一門課程，涉及到計算機軟件設計、編譯系統、硬件設計等全面知識，學生學習基礎薄弱，學習起來比較吃力，從而導致愿意從事計算機系統結構前沿研究的學生不多。
學生反映該課程教學內容多，知識結構全面，前沿課題突出，學習難度大。但是，該課程的學時數和學分數嚴重偏少，難以深入理解和講授，不愿意花費大量時間著重學習一門學分偏少的課程。因此，該課程的重要性難以引起學生的重視。
因此，對“高級計算機系統結構”課程采用雙語教學，在課程設置和教學內容上非常重視教學內容的更新，堅持每年更新的內容占15%～20%。因此，本課程決定不選用前幾年教學中的老教材，而選用最新的、全英文版本的《Computer Architecture：A Quantitative Approach（Edition 5）》作為高級計算機系統結構的教材，并且跟蹤計算機系統結構領域內的最新研究成果，組織研究生分組討論和課程報告。不僅讓學生學習計算機系統結構的理論知識和分析方法，引導學生提出新的方法和新的解決方案，而且要求學生采用最新的研究工具，親自動手設計設計實驗，完成方法的驗證，進一步提高學生的動手能力和編程能力。
二、更新教學內容
一方面采用最新版本的、與國際接軌的計算機系統結構量化分析教材，由主講教師進行課堂教學，學生學習；另一方面采用研討式教學方法，在主講教師對前沿課題進行介紹的基礎上，由學生分組就某個領域進行專題研究，并由學生提出新方法或新的解決方案，分享新思想，研討新辦法。如此，采用師生互動方法，學生既學習到了基本方法又能體會到研究最新技術的樂趣，獲得研究成果的成就感。因此，教學內容主要包含計算機系統結構量化分析課程教學和前沿課題研討兩個方面。專題教學內容更新如表1所示。
三、強化師資隊伍
從事國際化教學的教師可以從三個方面進行師資隊伍建設：
加快青年教師國際化交流與培訓的力度，培養本校青年教師骨干，建設一支穩定的全英語或雙語教學隊伍。近幾年連續、有序地派出優秀青年教師到美國、加拿大、澳大利亞等國的著名大學進行教學培訓和合作研究。
引進具有國際教育經歷的教師，開設具有國際特色的專業課程。近幾年連續引進了包括來自德國、日本、美國等國著名大學和研究機構的教授或博士畢業生，提升了教師國際化教學水平的整體實力。
邀請國外專家來華開展學術講座、學術論壇等。通過教師“走出去”、國外教師“引進來”的戰略，可以有效促進學術交流，提高學校知名度，對學校的國際化招生具有重要的作用，對推動上海理工大學國際化教育戰略、促進學校辦學方向的轉移具有重要作用。
四、建設助教制度
建設穩定的助教制度，形成有效的助教評估體系。有助于鞏固國際化教育的成果，提高理論教學的效果，學習國內外著名高校計算機專業的教學經驗，開展綜合性課程設計課程。穩定的助教隊伍對穩定教師的教學精力、提高教師的教學水平有重要的促進作用。其中，需要涉及以下相關制度的改進工作：改進教師教學工作的評估體系，進一步規范教師對課程設計教學彈性工作的認定；設立穩定統一的助教制度，設置助教專項基金，保證助教的適當報酬，提高助教的責任心。學校要有專門的資金和相應的崗位安排。無論是研究生當助教還是新招聘的畢業生當助教，都應該遵守明確的崗位責任和職業規范。
五、促進國際交流
國際交流對提高上海理工大學的國際知名度、提高教師的教學水平、提升教師與學生的研究能力都具有舉足輕重的作用。從以下方面加強建設：設立國際會議資助專項資金，資助學生或青年教師參加高水平的國際會議；積極開展與國外知名大學、教授的合作，加強對上海理工大學專業的介紹；派遣青年教師訪問國外知名大學、研究所等；學校設立專項基金，鼓勵計算機科學與技術等專業籌辦高水平的國際會議；加強學校同海外留學生、各使領館的聯系，促進國際化教育的順利開展。
六、修訂考核方式
由于這門課程著重培養學生的創新能力和實際動手能力，因此學校將以前注重考核基礎知識的學習轉變為著重考核學生創新能力和實際動手進行研究的能力上。因此，修訂后的考核方式如表2所示。
七、結論
通過對“高級計算機系統結構”課程的雙語教學，基本達到了預期的目標，既鍛煉了學生的學習和研究能力又提升了教師的教學水平和教學效果。計劃在鞏固當前雙語教學的基礎上，在后續幾年針對外國留學生開設“高級計算機系統結構”的全英語教學課程，逐步打造計算機系統結構的精品課程，提升課程的教學品質，推進計算機科學與技術專業的國際化建設進程。
參考文獻：
[1]丁紅.計算機系統結構課程雙語教學探索與實踐[J].科技信息，2009，（15）.
[2]范玉濤.計算機科學與技術專業專業雙語教學體系構建[J].計算機教育，2011，（24）．
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[4]陳潔，張燕平，趙姝.計算機系統結構課程教學研究[J].計算機教育，2012，（4）.
關鍵詞：計算機系統結構；教學困境；教學內容；教學模式；討論課
計算機系統結構課程在高校計算機專業培養中是一門重要的本科高年級基礎課，一直占有很重要的位置。它主要圍繞計算機結構中整體及各個部分的優化技術以及量化分析方法，將計算機組成原理、編譯技術、操作系統、高級語言以及匯編語言等軟硬件知識相互貫穿，幫助學生建立計算機系統的完整概念，其重要性是不言而喻的。無論以后從事的是硬件還是軟件設計，這門課都能幫助學生理解軟硬件的關系，在軟件設計中理解硬件的結構與發展趨勢，同時設計硬件時了解軟件的能力與缺陷。這樣的一門課如果真正發揮作用，對計算機專業學生日后盡早適應本領域工作有很大的幫助。而現實情況是，這門課一直以來都是公認的難教、難學、枯燥無趣，真正將其講好講透并不容易。隨著近十年國內廣大教師的努力，這一現象有所改善，但還是存在不少困惑，并未完全體現出該課程的作用。
1.教學困境淺析
教學困境的存在與我國計算機軟、硬件技術落后于美國等先進國家有很大關系。雖然現在我國在超級計算機的設計以及自主知識產權處理器芯片的設計上有了長足進步，但在很多方面還存在差距，有些方面的積累幾乎為零。在這樣的情況下，高校的計算機教育更需要正視這個現狀，并盡力從人才培養這個層面為改善這種落后面貌而努力。
1.1難教的原因
首先這門課對授課教師的要求比較高。教師需要對計算機系統整體設計有很深的理解，通曉軟、硬件相關的結構、編譯、操作系統等多方面知識，并能將它們融會貫通。而實際上，很少有高校教師真正設計過計算機系統，甚至接觸過系統級軟件設計的人都比較少。另一方面，找到一本合適的教材也比較困難。最為經典的教材是由美國的Hennessy和Patterson合編的《計算機系統結構——量化研究方法》。這是一本非常好的參考書，但作為教材，對于國內讀者來說，由于語言上的障礙，英文版的教材可能不能盡得其妙；而且由于諸多翻譯上的弊病，中文版的國外教材也不理想。我國本土教材可能存在著以下幾種困境：其一，知識陳舊，系統性不強；其二，近10-20年的技術在闡述上過于抽象，不成系統，難于理解；其三，大而全，有些技術只在特定時期的特定領域出現過，過于冷僻而且復雜，與其他部分的知識毫無聯系。
教材的困境也反映了難教的現實。隨著新技術的涌現，教材總是落后于現狀。并不是說，我們將近年來該領域有影響的論文看一遍，就可將它們拿到課堂上講。一方面，在眾多新技術中，如何甄別出哪些是有發展前景？哪些又只是曇花一現？另一方面，如果未在該領域或方向上有較為深入的研究，要透徹理解這些新的技術也存在困難。如果只是泛泛地講解新的技術名詞，念念論文的摘要，為的是向學生或聽課的領導炫耀一下，這可能是一種不負責的做法。計算機系統結構課程需要系統的知識體系，那些無法與現有體系相關聯的技術，講起來益處不大。
1.2枯燥難學的原因
學生難學只能在教師身上找原因。因為沒有教不好的學生，只有不會教的老師。原因可能有幾個方面：首先，早先選用的教材，知識較為陳舊，50年前的技術離現實較遠，學生不知上課講的東西有什么用，教師講起來其實也覺無味。這方面大家已經意識到并有了很大的改善；其次，有些先進的技術或算法本身不是很好理解，需要學生集中精力聽，并積極思考才能有所領悟；再者，由于計算機系統結構所涵蓋的內容過于豐富，教師在講解時必然會將其簡化和抽象，這使得學生在學習時有時會感到枯燥。
1.3解決問題的思路
作為該領域的教師，只有承認困境，正視現實，才有可能找到解決問題的方法。最為重要的是教師要有改善現狀的強烈愿望和責任感。下面筆者將從內容組織、教學方法以及教與學互動幾個方面給出自己教學中的做法與感受。
2.內容的組織
內容的組織是核心。筆者認為教學過程中真正吸引學生的是內容，因為有意義的教學內容本身就有吸引力。學生對有意義的知識本能地有著較強的學習興趣，教師只需要將知識系統地呈現給他們即可。
2.1教學內容的內在邏輯性與現實性
關鍵是教師如何讓內容“有意義”且“系統地呈現”。這兩點是關聯的，一方面，知識與現實要有關聯，這樣就有了意義和價值；另一方面知識要體現前后的邏輯性，這就是系統性。
比如，對于處理器結構，一般會講解指令流水線的工作原理、性能分析及流水線相關知識點。而有一些教材在講指令流水線時，只用偽指令（用算術操作符表示），這部分內容本來就抽象，指令也沒有具體的形式，使學生很難理解指令流水線的關鍵思想。因此首先給出一個精簡的MIRS指令集是相當有益處的，當然也可以是任何其他的精簡指令集。一方面，學生能夠直觀地體會前面講解指令系統設計中諸多抽象的原則，同時也更容易理解在指令流水線中為什么這么設計。在講解后續指令流水的相關及沖突時，具體的指令形式也有利于教師講清楚各種沖突問題。只有搞清楚問題是怎么出現的，才可能理解后面的旁路技術或沖突檢測方法等；只有對分支指令在流水線中的沖突有了比較直觀的理解，后續的靜態分支預測、動態分支預測、硬件推測執行等才有可能變得有意義。
在講完流水線技術的原理、性能評價和沖突及其解決方法后，這一章似乎可以結束了。但是如果在最后加上流水線的實現這一節，會是一個非常好的處理。給出具體的一個指令流水線的數據通路，并給出不同指令在每一流水段的操作，試圖引導學生給出旁路檢測及控制的方法，通過設計多路選擇器的控制信號來理解流水線設計中的旁路實現。這部分內容引領學生直觀理解指令流水線的實現，還將前面學習的計算機組成原理中的控制器設計內容聯系起來，讓設計的計算機更進一步接近現實中使用的機器結構。
互聯網絡部分內容的組織一直是比較令人費神的，教學效果不好。一部分教材只是介紹了互聯網絡的基本概念及互聯網絡的經典拓撲結構等。就算是由美國的Hennessy和Patterson合編的《計算機系統結構——量化研究方法》的第三版，對這部分的組織也不是很好。最主要的問題就是互聯網絡的范疇非常廣，關鍵是如何在計算機系統結構中介紹其中的互聯。計算機網絡課程中介紹過的網絡介質、報文格式、包緩沖區、擁塞控制等知識，在這里并非用不上，而是在此處大而全地介紹不可能將真正重要的問題講清楚，篇幅也不允許。所以大而全的講計算機內部、計算機之間的各種網絡以及網絡所涉及的方方面面，教學效果并不好，而簡單地介紹網絡的拓撲結構及其性能參數等又比較抽象，容易讓人不知所云，且與整個知識體系關聯不大，不能起到將系統的軟硬件知識貫穿起來的作用。因此我們可以首先將互聯網絡的范圍限定一下，比如在計算機系統內部組件的互聯，以及小、中規模的多處理機系統中的互聯，然后將并行問題及并行算法、并行編程提供的通信原語與底層的互連結構相互關聯，講清為什么要這樣互聯，適合解決什么樣的并行問題；講清當前主流的多處理機系統中相應的數據網絡、控制網絡及管理網絡的結構與軟件使用情況。講清或許存在一點困難，不過起碼要將這些知識串起來，并與操作系統及并行編程的相關知識關聯起來，這有很大的好處。
2.2拉近課堂與現實研究的距離
筆者認為對新技術的泛泛介紹不是沒有意義，但對于高年級的本科生來說，更為重要的是讓他們通過上這門課，逐步了解現實科研在哪里，以及與課堂上講的知識距離有多遠。通過教師自身的研究經歷，將課堂上講的知識逐步引到現實科研或本領域當下研究的熱點問題中，才是真正有用的。中國科技大學網站上有唐錫南博士的相關講座，該講座是針對體系結構方向的研究生及高年級本科生而開的，授訓對象都上過系統結構這門課，教學目標是對該課程的掌握作進一步地提高。該講座在網上反響挺好，筆者比較受啟發，也許這對上好計算機系統結構課也是有幫助的。比如在講多處理機系統中的Cache一致性的問題時，他逐步引到具體實現中的一些困難，問題層層展開，有些問題可能需要一些手段來解決，有些問題恐怕還是難題。學生學習最重要不是學到答案，而是學會發現問題在哪兒以及解決問題的思路和方法，當他們了解到該領域前沿的研究思路時，必將增進自己未來解決問題的信心。比如，在講多處理機系統時，從相應原理開始講解，然后是現實硬件實現中可能有的變化及原因、并行軟件運行中出現的問題，最后將硬件追求卓越性能與軟件要求正確性及友好性的沖突展現在學生面前，再說明軟硬件相互依存的道理，這比直接說明軟硬件關系具體而生動，聽起來也有趣。簡明地講清問題之間的關系，解決的程度，未解決的問題及難點所在，這對于開闊學生思路、增加學生對該領域探索的興趣都比較有效。
3.變化的教學模式
傳統的教學模式并沒有過時，但有時新的模式可以發揮更好的效果。其次，一成不變的講課模式從學期開始直至學期末容易令人厭煩，所以探討變化的教學模式對于提高教學效果顯然是有意義的。
3.1實踐環節的介入
實踐環節可以與課堂講授相互穿插，不需要將理論部分全部講完再安排。比如講流水線及指令級并行時，適時地將相應的指令流水線的模擬器介紹給學生，讓他們去體會指令的時空概念以及指令問的各種相關的影響，教師輔導時多問學生為什么。再比如講存儲層次時，Cache優化技術是其中比較重要的內容，這時也最好讓學生實際使用相應模擬器去測，通過改變其參數來比較相關性能，可以引導學生通過分析復雜系統模擬器的結構來了解相應原理，或通過實現過程相對簡單的模擬器來體會實現過程中的細節問題，這些都是比原理本身更為有用的學習體驗。
3.2難一點的議題留給討論課
對于高年級的本科生來說，他們的精力相當旺盛，自身的學習能力也比剛入學時強很多。此時將一些需要思考、理解的內容交給他們自學和交流，其效果可能會令人大吃一驚。通過自學，很多學生在課下花了不少功夫，并在學生間進行了充分的討論和互助。課上討論時，可以讓學生主持，這會讓學生興奮，而且下面的學生往往很活躍，想通過為難一下上面的學生來展示一下自己。每一位學生其實都有著相當強的自尊心，所以這種形式會促進學生問的討論。經驗表明，往往平時表現一般的學生這時都有相當好的表現，他們自己也比較自信。如果學生說錯了，不要馬上說出來，而是將問題解析一下再次拋給大家，看看大家有什么想法，慢慢地大家都比較放松，讓問題在討論中逐步接近解決。
這樣的討論模式有時也會出現教師無法預料的情景，比如學生提出一些教師也未考慮過的問題，此時可能會給教師帶來一些緊張感。遇到這種狀態時，教師首先可以憑借平時深入的備課，稍作思考（可能5～10秒），問題可能就得到可以解決。這時討論就變得更為引人入勝，學生的積極思考實際影響了討論的導向，這種情況沒什么不好。教師要有承擔風險的勇氣，同時還可享受到當堂弄清某些事情的興奮。另一方面，教師需要逐步積累處置這種情景的經驗，自己要意識到，同時試圖讓學生也意識到，有一些問題需要仔細的考慮，并不能馬上得出結論，還有一些問題是一些開放的問題，并且承諾關于此問題教師經過一些時間的思考（可能一個課間休息，或下一次課）后，一定會給大家一個負責任的答復。這樣學生會覺得討論有趣，不會害怕犯錯而拘謹；教師也在這個過程中感受到學生更為積極的學習狀態，并因此受到鼓勵。
4.了解并督促學生
教學的過程是教師與學生互動的過程。教師的每一次教學過程都不會一模一樣。他要根據教學對象的不同，做出相應的內容調整，也要根據每堂課學生的狀態做出相應的節奏調整。只有學生能夠接收、愿意接收，教學才可能有效。
適時的提問可以讓學生適當地緊張起來，但對于答錯或說不出結果的學生，不要批評，讓其周圍的學生代為回答，然后一起坐下。對于講解中的一些重要部分也可以通過提問來引起注意，經常的提問讓教師更了解每個學生，同時學生與教師之間的關系更加緊密。作業的及時檢查也是必要的，每次課前可以在黑板上將一些普遍性的問題進行分析、講解。教師對作業的及時反饋可以提高學生的積極性，另一方面對于知識的復習與融會貫通都有幫助，學生從中可以體會到—個教師的責任心，這是非常重要的。教師的工作態度會影響學生，特別是有影響的、有一定聲望的教師，他們的教學態度對學生的影響可能持續一生。
集成電路技術的發展，使集成電路和處理器的關系密不可分。隨著多核技術的出現，處理器已經變成構成系統級芯片（SoC）的基本單元，因此，從集成電路的功能級設計層面講，計算機系統設計實現采用的方法就是大規模集成電路（VLSI）系統的設計方法。從卓越人才培養的角度，VLSI系統設計是微處理器的邏輯實現手段，而數字邏輯是計算機組成的物理實現基礎。學生的數字邏輯系統設計能力和VLSI系統設計能力直接決定了其計算機系統設計能力。因此提升學生計算機系統設計能力的關鍵是提升學生的數字邏輯系統設計能力和VLSI系統設計能力。為了切實提高計算機工程專業方向本科學生的計算機系統設計能力，教學改革研究工作的目標確定為：以數字邏輯設計方法為設計基礎、以硬件描述語言為設計工具、以硬件仿真系統為設計環境、以FPGA為系統實現手段、以計算機系統設計實現為目標和主線，將計算機系統設計實踐完整地貫穿于專業核心課程之中；教學改革研究思路確定為：系統視角、整體優先、設計牽引、講做結合、注重能力。該研究思路不同于一般的課程群，不是簡單的知識點的審視，是“自頂向下”的觀點和“自底向上”的實現的一種結合方法，最終目標是提升計算機工程專業方向本科學生的計算機系統設計能力。
2研究內容
計算機工程專業方向的主干課程包括數字邏輯、計算機組成原理、匯編語言、計算機系統結構、嵌入式系統、計算機設計與調試、計算機系統設計、VLSI系統設計等。課程各有目標，課程之間有宏觀上的先后順序，有微觀上的相互穿插，有內容上的重疊。經過近幾年的教學研究和改革，各門課程都發生了非常大的變化[1]：VLSI課程中會涉及算術邏輯單元的設計甚至處理器設計方面的內容；匯編語言的作用已經從編程工具轉變為描述和理解計算機系統工作原理的有效工具；HDL語言和仿真工具不再專屬于數字邏輯電路設計領域，已經成為計算機系統設計的通用語言和工具。但是，由于總目標不明確，導致課程分頭講，實驗分頭做，總體學時不少，最終效果欠佳。筆者的主要研究內容以計算機系統設計為目標，從能力培養的視角看待和理解數字邏輯、計算機組成原理、匯編語言、計算機系統結構、嵌入式系統、計算機設計與調試、VLSI、計算機系統設計等課程，借鑒CDIO的思想，將系統設計思想和設計實踐貫穿整個計算機工程專業方向人才培養過程。
2.1重新審視和修訂教學計劃
在研究過程中，我們首先整理涉及的各門課程的全部知識點，對相互影響的重要知識點整體排序，整合相近和相似的知識點，歸并出一些重要的專題，提出有利于培養計算機系統設計能力的完整實踐教學體系，全線引入HDL語言，全線引入基于FPGA開發板的設計實驗，緊密配合理論課、設計方法課、實踐課，形成“學習—構思—設計—實現”的完整過程。
2.2數字邏輯電路設計課程內容的改革
數字邏輯電路設計課程改革的研究重點是設法強化和提升學生使用硬件描述語言說明硬件系統的能力，將硬件設計語言的介紹提前到課程的開始部分，使學生在學習數字邏輯電路設計過程中就開始使用硬件設計語言，相當于使學生掌握了一個設計工具，為計算機組成原理課程和計算機系統結構課程提供支持，另外，從教學上形成學習數字邏輯電路設計就是學習集成電路設計的理念。數字邏輯電路設計課程的實驗既有使用邏輯電路器件搭建實驗電路的傳統型實驗，又有使用FPGA開發板的設計實驗。
2.3計算機組成原理課程的教學改革
計算機組成原理課程借鑒“深入理解計算機系統”教材中的思想，調整了部分課程內容和授課重點，比如，在數據表示部分增加了C語言的整數表示以及比較運算的示例，在存儲器部分增加了程序訪問局部性原理的C語言示例，在指令系統部分增加了尋址方式的C語言示例等。增加C語言的示例是進行教學視角調整的一種嘗試，由于學生已經學習過C語言，已經初步掌握了編程方法，但是并不清楚程序在計算機內部，特別是在計算機系統底層硬件中是如何表示、如何執行的。通過在計算機組成原理課程中增加一些C語言的示例，讓學生真正理解程序的執行過程。
2.4計算機系統結構課程內容的調整
計算機系統結構課程在課程內容方面進行了一些調整，主要為了更好地與計算機組成原理和計算機設計與調試等課程銜接。增加多核處理器和多線程調度等方面的內容；對教材中給出的一些具體處理器實例給予更多關注，比如Pentium、PowerPC和MIPS處理器實例等；重視向量運算和向量處理器部分的內容。
2.5計算機設計與調試課程實踐教學改革
計算機設計與調試課程把以往讓學生設計實現一個有十幾條基本指令的微程序控制器改變為設計實現向量協處理器；以PowerPCRISC處理器的指令系統為參考，把設計PowerPC擴展指令協處理器AltiVec模塊中的VSFX指令部分作為教學內容。整個設計任務分為8個相互聯系、難度逐步增加的子任務，通過教師引導、分組討論、學生實踐、實現設計、完成測試等一系列教學環節，讓學生完成協處理器中的部分設計工作并熟悉完整的協處理器的設計與調試方法。
2.6嵌入式系統設計課程實踐教學改革
嵌入式系統設計課程開發出嵌入式系統計算機結構及相關軟件的綜合實驗，使硬件與軟件相結合，強化對學生計算機綜合開發應用能力的培養，提高學生的實踐能力。綜合實驗要求學生完成一個嵌入式系統開發實現的全過程，包括完成硬件、軟件的功能分配，進行主控數字系統硬件的設計和制作，設計驅動和功能軟件，硬件、軟件的分別測試與綜合測試等。
2.7VSLI系統設計課程實踐教學改革
VSLI系統設計課程的實踐教學改革，把實踐分為3種類型：課程實驗、自主實驗和課程設計，3種類型的實驗全部基于Nexys3FPGA開發板進行設計。課程實驗包括XilinxFPGA設計流程、Nexys3FPGA開發板主要模塊接口設計和基于IP的數字電路設計等。自主實驗部分的題目類型包括：串—并轉換電路、FIFO存儲器設計、大數加法器設計和FIR數字濾波器設計等。課程設計部分的題目類型包括密碼協處理器設計、數字信號協處理器設計和圖像處理協處理器設計等。
3實驗室建設
天津大學計算機科學與技術學院2006年建立了數字邏輯電路設計實驗室、計算機組成實驗室、計算機系統結構實驗室、嵌入式系統實驗室，建立了超大規模集成電路設計與應用研究所。實驗室配備了數字邏輯實驗臺、計算機組成原理實驗臺、計算機系統結構實驗臺（帶有FPGA模塊）、嵌入式系統設計實驗臺等教學實驗設備。這些實驗室和實驗設備能夠滿足常規的計算機系統實驗，但對計算機系統設計能力培養的支持還不夠。為此，學院2013年與美國Xilinx公司合作，建立了天津大學—美國Xilinx公司計算機系統設計聯合實驗室，實驗室配備了50多塊Nexys3FPGA開發板，實驗時可以滿足每人一塊開發板的要求。超大規模集成電路設計與應用研究所于2012年引進BEECube公司先進的BEE3系統，該系統基于計算機系統的第三代商用FPGA系統，包括4個Virtex5FXTFPGA芯片，以及高達64GB的DDR2ECCDRAM和8個用于模塊間通信的10GigE接口。有了Nexys3FPGA開發板和BEE3系統，我們具備了實現學生設計的各種計算機系統的設備平臺，為培養學生計算機系統設計能力提供了強有力的支撐。
4結語
關鍵詞：計算機組成與結構 課程構建 教學創新
中圖分類號：G202 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（a）-0158-01
《計算機組成與結構》課程是計算機本科專業基礎課之一，在整個計算機專業課程體系中，具有承前啟后的作用。同時，該課程涉及的內容位于硬、軟件的結合處，不僅與計算機系統結構中的底層數字電路設計密切相關，還與頂層的操作系統、數據結構等軟件技術緊密相連。該課程對于學生全面理解計算機硬、軟件之間的關系，培養對計算機系統的分析、設計、應用及開發能力都起著不可替代的重要作用。
《計算機組成與結構》課程包括計算機的組成原理以及體系結構兩大部分內容[1]。計算機組成原理是計算機通用的系統結構使用的一般性的邏輯實現方法；計算機的體系結構介紹了計算機的概念性結構以及功能特點，明確了計算機軟件和硬件的界面。計算機的組成原理和體系結構既有內在的相互聯系，又有外在區別，所以將其綜合到一起，成為一門基礎專業課。
1 教學現狀及存在的問題
很久以來，《計算機組成以結構》成了公認的難教又難學的課程，很多專業人士不斷努力嘗試不同的方式想要提高該課程的教學質量[2～4]。該課程到現在存在的一些主要問題是：（1）學生覺得課程難學，不容易學會：由于該課程學習難度大、內容相對抽象、學習效果難以立即實踐檢驗，從而對部分學生的學習積極性產生消極影響；（2）教材內容無法全面反映該學科最新發展動態：由于計算機學科的高速發展特性，許多新概念、新技術、新知識無法反映在當前教材中；（3）課堂教學對多媒體課件的過度依賴。多媒體課件雖然具有直觀、表現能力強的特點，但是在邏輯性強的定量分析教學中，比起板書等教學方式所具有的細致性和深入性還顯現出相當的不足；（4）實驗設計和安排還不夠完善：很多學生完全按照本課程實驗指導書的步驟完成實驗，并沒有真正理解實驗的目的和意圖；（5）教師和學生自己對學生能力的培養的認識還不完全到位。
基于以上對《計算機組成與結構課程》的教學過程中存在問題的分析，結合我校人才培養目標。我們從教學內容設置、理論教學方法、實踐教學規劃、課程考核制度四個方面具體提出本課程的建設方案。
2 課程構建
2.1 現有教學內容增補與教學計劃的安排
教學內容的增補主要集中在三個方面：（1）本課程的基礎知識的補充，包括邏輯代數基礎和邏輯電路的設計方法；（2）《計算機組織與體系結構》教材內容的補充，包括指令級并行軟硬件設計方法、超線程技術、多處理機同步與通信機制、Cache失效性分析以及計算機體系結構的量化分析方法和設計原理；（3）最新技術成果的補充，包括多核處理器技術、多線程技術的最新設計方法和工作機制。
在課程安排上，要確保實驗教學內容和理論教學內容進度保持一致，其中實驗教學和理論教學的可是比為1∶3.5，所以安排56課時理論教學就要相對應安排16課時實驗教學。除此之外，有經歷的學生可以組織參加其他大學生創新實驗等，這樣可以把實驗教學和理論教學相呼應，加深印象，還可以使學生具有一定的實踐能力以及創新設計。理論教學計劃如下。
（1）計算機系統概論（講授1學時）；（2）計算機的邏輯部件（講授3學時）；（3）運算方法和運算部件（講授10學時，課堂討論1學時，實驗4學時）；（4）主存儲器（講授3學時）；（5）指令系統（講授4學時，實驗4學時）；（6）中央處理器（講授10學時，實驗4學時）；（7）存儲系統（講授時，課堂討論1學時）；（8）輔助存儲器（講授4學時）；（9）I/O設備（講授2學時）；（10）I/O系統（講授6學時，實驗4學時）；（11）計算機系統（講授2學時）。
2.2 理論教學方法的改進
在理論知識教學過程中，將近年來計算機硬件發展的新技術并作為學生課后自學的內容，注重基礎理論與最新技術的融合。另外在教學過程中，注重與學生的交流互動，并向學生提出啟發式和開放式的問題，引導學生深入思考。最大限度地克服該課程知識比較抽象，理論學習比較枯燥的不足。
理論課程全部采用課堂教學方式，以多媒體課件和板書相結合的方式。在充分發揮多媒體教學動畫技術或Flash技術的直觀性和生動性優勢，充分展現基礎性方法和原理的動態執行過程的同時，又保留了板書在計算機系統結構定量分析時的細致性和嚴謹特點。
2.3 實踐教學規劃
在實踐教學方面，我們在實驗內容和實驗方式上進行教學改革。在實驗內容上，分別針對基礎性原理、綜合性知識和創新實驗有針對性的開展實踐教學。
對于實驗方式，我們的教改措施主要有：（1）理論教學的老師親自指導實驗，避免理論教學和實驗教學的脫節，導致實驗課馬虎過關的現象；（2）具體實驗前，由老師講解實驗步驟和注意事項。同時鼓勵學生在課后通過即時通訊工具或教學平臺提供的學生論壇相互交流實驗經驗和提出問題；（3）實驗的教學檢查采用分組答辯的形式，由學生團隊自由組織并分工，撰寫實驗報告、答辯PPT及回答提問。
2.4 課程考核制度
理論教學和實驗教學單獨考核并采用量化考核措施。主要的考核項目為：學生的出勤率（10%）、作業完成情況（10%）、實驗環節（10%）、期末考試成績（70%）。
3 結語
近幾年來，針對《計算機組成與結構》教與學的困難，以及教學效果的不完善之處，我們對該課程進行深入的探討，并在教學中進行大膽的改革嘗試，使得理論教學效果和實驗教學質量得以明顯提高。很多同學由以前害怕學習《計算機組成與結構》課程轉變為對《計算機組成與結構》的懷有強烈興趣，并獲得了更多直觀的體會，進一步正確理解了計算機組成和計算機體系結構的作用和意義，達到了我們課程建設的預期目標。
參考文獻
[1] 鄭麗萍，秦杰，王獻榮.計算機組成原理與計算機系統結構的教學內容銜接[J].計算機教育，2010（11）：52-55.
[2] 何會民，潘雪增.“計算機組成與設計”課程教學創新改革[J].高等理科教育， 2007（4）：74-77.
智能終端是過程層的關鍵設備，智能終端是一類嵌入式計算機系統設備，因此其體系結構框架與嵌入式系統體系結構是一致的。
智能終端作為嵌入式系統的一個應用方向，其應用場景設定較為明確，因此，其體系結構比普通嵌入式系統結構更加明確，粒度更細，且擁有一些自身的特點。從硬件上看，智能終端普遍采用的還是計算機經典的體系結構——馮·諾依曼結構，即由運算器（Calculator，也叫算術邏輯部件ALU）、控制器（Controller）、存儲器（Memory）、輸入設備（InputDevice）和輸出設備（OutputDevice）5大部件組成，其中的運算器和控制器構成了計算機的核心部件—中央處理器（CenterProcessUnit，簡稱CPU）。一般而言，由于目前通信協議棧不斷增多，多媒體與信息處理也越來越復雜，往往將某些通用的應用放在獨立的處理單元中去處理，因而形成一種松耦合的主從式多計算機系統。每一個處理單元都可以看作一個單獨的計算機系統，運行著不同的程序。
（來源：文章屋網 ）
計算機的總線分為:控制總線、數據總線和地址總線。
總線（Bus）是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導線組成的傳輸線束，按照計算機所傳輸的信息種類，計算機的總線可以劃分為數據總線、地址總線和控制總線，分別用來傳輸數據、數據地址和控制信號?？偩€是一種內部結構，它是cpu、內存、輸入、輸出設備傳遞信息的公用通道，主機的各個部件通過總線相連接，外部設備通過相應的接口電路再與總線相連接，從而形成了計算機硬件系統。在計算機系統中，各個部件之間傳送信息的公共通路叫總線，微型計算機是以總線結構來連接各個功能部件的。總線是一種共享型的數據傳送設備。雖然總線上可聯接多個設備，但任一時刻通常只能有一對設備參與數據傳輸。按信息傳輸的形式，總線可分為并行總線和串行總線兩種。并行總線對n位二進制信息用n條傳輸線同時傳送，其特點是傳輸速度快，但系統結構較復雜，它用于計算機系統內的各部件之間的連接；串行總線對多位二進制信息共用一條傳輸線，多位二進制信息按時間先后順序通過總線，它的特點是結構簡單，但其傳輸速度較慢。
（來源：文章屋網 ）
(1)計算機軟件開發環節現狀。
我們知道對計算機軟件的開發是一件技術工作,計算機系統是很復雜的處理信息系統,要通過軟件倆統一各個部件使其工作狀態都能夠和諧有效體現是不太現實的。經常來說,計算機體系結構是利用這種思想對系統進行層次上的簡化,但是層次簡化后的系統對目前的研究水平來說,還是難以突破的。目前流行的編程語言C語言來說,由于這些語言都是串行結構的,所以利用這個對系統內部模擬也是很耗時的,一旦中間環節有某些失誤,也會導致整個編程系統癱瘓。
(2)系統軟件模擬運行器運行精度現狀。
當前,計算機系統軟件模擬運行器運行精度低。究其主要原因是自身開發中不合理設計或者操作不合理。目前的軟件模擬運行器研發主要有三個步驟,第一是理論研究思路,第二是按照理論進行設計符合標準的模擬器,第三是實現模擬器的功能正常運行。而這三個步驟中由于失誤會造成研發的失敗,比如,在第一步中,由于對計算機系統的各種需求沒有做到正確分析,導致研發失敗,對第二個步驟來說,失誤是因為沒有正確構建內部結構,所以導致模擬器的錯誤設計,模擬器精度差的原因是因為模擬器運行時間較長。
2對計算機體系結構軟件模擬技術的未來探析
(1)計算機體系結構軟件模擬技術的發展需要高水平的研發人員。
隨著人類經濟社會的不斷向前發展,對計算機技術使用的不斷深入,那么對計算機相關的信息處理系統工具要求也是越來越高。所以,作為計算機技術的研發工作人員,一定在順應時代需求的基礎上,不斷加強對自己自身素質水平的提高,掌握豐富的計算機體系結構模擬技術知識,學習以往經驗,根據需要不斷創新技術,為計算機體系結構軟件模擬技術的研發做不斷地努力,來滿足社會的需求,促進計算機體系結構軟件模擬技術的不斷發展。
(2)計算機模擬器新技術。
采取多種形式研究模式,需要我們基于現有技術水平的基礎上,吸收國外先進的經驗同時,不斷創新開發模擬器新技術,并將不斷優化模擬器的總體內部結構來作為研發總要課題。模擬器其本身的運行速度是制約模擬器和計算機體系結構軟件技術開發的重要條件,所以未來對計算機體系結構軟件模擬技術的研應該將重點放在便捷式且開放式的體系研究中去。就目前來說,模擬器的開發已經深入到跟蹤技術和驅動模擬技術領域,但這些都是在靜態的驅動模型上完成的,即使這種執行的靜態驅動模型比較普遍,但是隨著用戶要求提高,技術要求提高,對其的研究不能只停留在這個階段。
(3)計算機結構的仿真和計算機系統結構的新型模擬技術。
這兩種模擬技術也是最近幾十年來發展中最為突出的新型模擬技術,仿真系統模型是指用計算機的軟件或硬件對計算機某種模型結果進行仿真模擬,目的是利用在一個機體上實現對另一計算機的已知功能,使二者出現相同的計算結果。計算機模型的模擬是指利用計算機工作的硬件或軟件簡單的模擬計算過程,只是常用來對計算機的性能與功能的預測及開發。也是主要注重研究計算過程,對結果時不太重視的。所以,我國的計算機體系結構軟件模擬技術應該不斷在這兩種代表性技術的基礎上不斷研發新型的模擬技術。來促近我國計算機體系結構軟件模擬技術的進一步發展,為經濟社會的發展提供更好的服務。
3結語
關鍵詞：系統能力培養；應用型計算機專業；教學改革
1概述
隨著移動互聯網、物聯網、云計算和大數據等新一代信息技術的興起，大量智能硬件如智能手機、傳感器、電子標簽、可穿戴設備等進入到人們日常生活中，計算機科學與計算機產業正在發生深刻的變革，需要一大批“綜合應用硬件和軟件進行計算機系統設計”的卓越工程師。因此，對計算機專業人才的培養要求正在由“程序”設計向“系統”設計層面轉移。ACM和IEEE聯合公布的CS2013計算機科學課程指南特別強調加強系統能力的培養。教育部高等學校計算機類專業教學指導委員會提出：計算機專業人才應具備四大專業能力，包括計算思維能力、算法設計與分析能力、程序設計與實現能力、系統能力，其中系統能力占總能力點的75%。因此，在移動互聯時代，培養具備系統能力的計算機專業人才已成為國內外教育專家的普遍共識。吉林大學珠海學院是廣東省普通本科高校向應用型本科高校轉變的試點單位，順應產業轉型升級和創新驅動發展需求，圍繞區域經濟社會發展戰略重點，實施了面向系統能力培養的計算機專業應用型人才培養模式，糾正學生“欺軟怕硬”的學習觀念，提高學生軟硬件協同設計的能力，培養學生成為一名具有系統能力的“軟硬件貫通”的計算機專業創新人才。
2課程體系的構建
計算機專業傳統課程體系是按照層次結構劃分各門課程，無意中割裂了計算機系統各個層次之間的關聯，客觀上導致了每門課程只是關注各自的知識體系的完整性，課程講授內容是相互獨立的。學生雖然學習了各門課程中計算機系統的相關知識，但是就如“盲人摸象”一樣，很難形成一個對計算機系統的整體認識。所以面向系統能力培養的課程體系需要重構培養學生對計算機系統認知、分析、設計和應用能力的教學模塊，其中最關鍵就是要求學生能以程序員的視角理解計算機硬件設計，從硬件設計者的角度理解程序的執行，掌握計算機系統各抽象層的實現及其相互轉換機制、計算機軟硬件間的關聯關系及相互影響。我們分析了應用型計算機專業學生所需知識結構，堅持“因材施教，分類指導”的指導方針，制訂了注重系統能力培養的課程體系：一是專業基礎課程，如數字邏輯設計、程序設計基礎等；二是專業核心課程，如計算機組成與結構、操作系統、計算機系統綜合課程設計等；三是專業應用課程，如嵌入式系統設計、嵌入式操作系統、智能手機軟件設計、物聯網控制技術等。作為一所應用型本科高校，考慮學生實際情況和培養目標，沒有設置編譯原理、形式語言與自動機等理論性較強的課程。
3課程教學內容的調整
計算機系統由于涉及多門計算機專業的軟、硬件課程，知識體系龐大，各門課程的教學內容交叉多。所以計算機系統能力建設需要多門課程之間的銜接與聯動，僅僅對某一門課程進行教學內容調整并不能取得良好效果，我們確定要以數字邏輯設計、計算機組成與結構、操作系統等課程作為主線，將所有與計算機系統密切相關的課程都有機串聯融合起來，構建基于課程群的系統能力建設模式。課程教學內容的調整思路是：從程序設計視角出發，改變傳統軟硬件分離的教學方法，理順各層次課程之間的銜接關系，改變各門課程知識結構離散、部分內容重疊的現象，給學生提供了一個完整而清晰的學習路線。數字邏輯設計課程的教學重點在邏輯器件應用和數字系統設計能力。因此，以組合邏輯與時序邏輯作為基礎，加入FP⁃GA設計知識，引入EDA設計工具和Verilog硬件描述語言，加強以計算機功能部件作為設計實例的教學，能設計基本邏輯部件與組件如編碼器、譯碼器、計數器、寄存器、多路選擇器、算術邏輯運算單元等，掌握復雜系統狀態機設計能力和時序分析能力，為計算機系統的設計打下基礎。計算機組成與結構課程重點解析計算機硬件系統基本組成、運行原理和協同工作機制，分析計算機組成對系統性能的影響，闡述計算機系統的基本設計方法，幫助學生建立計算機整機系統的概念。課程教學需增加有關計算機硬件系統、操作系統、軟件系統如何協同工作的知識點，例如將指令執行過程和異常、中斷、存儲訪問、I/O訪問等重要概念和技術結合起來進行介紹；講述與程序設計有密切關系的體系結構內容，如數據表示、信息存放、操作數尋址、過程調用、程序訪問局部性等。操作系統課程的理論教學定位于操作系統的組成及運行機理，側重從系統軟件角度管理計算機軟硬件資源，以Linux為例講述操作系統的基本概念和方法、設計原理和實現技術，主要內容包括進程管理、內存管理、文件系統、設備管理、系統調用與中斷處理、任務調度和切換等知識點，特別需強調軟硬件依賴關系和協同工作機制，即操作系統與CPU之間在中斷、同步等方面的銜接關系。
4課程教學方式的改革
計算機系統課程如果按照傳統教學方式，一般是先在課堂講授相關理論知識，再到實驗室做實驗。由于計算機系統各層次課程涉及的知識點十分繁雜而抽象，學生只會越學越覺得計算機系統高深莫測，既枯燥無味又不容易掌握，久而久之就會產生對硬件的畏難情緒，而且在實驗之前還需要花費時間進行復習。計算機系統課程教學借鑒CDIO工程教育模式，以解決“教師本位”向“學生本位”轉變的問題，將課堂教學與實驗教學融為一體，采用“做中學”和“按需教”的教學組織模式。其目的就是通過對計算機系統課程的教學與實驗環節的一體化設計，綜合設計教學與實驗內容，使學生在“做”的過程中，通過自己的動手體驗，通過自己對知識的獲取、歸納與總結，能夠深刻理解計算機系統整體概念，獲得遠超課堂教學的教學效果。計算機系統課程將采用“項目驅動、案例導向”的教學模式進行啟發式教學，以計算機系統設計項目為手段，采用FPGA+ARM+Linux作為統一實驗平臺，按照“基本邏輯部件、計算機功能部件、計算機綜合系統”的思想逐層開展，將計算機系統設計實踐完整地貫穿于各層次課程之中，構建了一個階段化、層次化、系統化的教學實驗體系，形成“學習、構思、設計、實現”的CDIO工程教育完整過程。首先，數字邏輯設計課程需要從門電路開始來設計基本邏輯部件如譯碼器、選擇器、寄存器等，使學生能熟悉EDA設計的全過程；然后，計算機組成與結構課程通過計算機功能部件如運算器、控制器、存儲器和I/O接口的設計，鍛煉學生的工程實踐能力；最終，計算機系統綜合課程設計則增加指令系統、中斷、數據通路的設計，并將計算機各功能部件通過總線互聯為一個完整的計算機系統，使學生全面理解計算機系統層次結構，理清軟硬件之間的聯系，加深對計算機整個系統的理解。
5結論
在移動互聯時代，計算機專業人才培養由強調程序設計變為強調系統設計，學生是否能夠建立計算機系統觀、具備計算機系統設計能力是計算機專業創新人才培養關鍵標志。我們根據學校發展定位、師資學生情況和課程建設現狀，重新規劃計算機系統課程體系，調整優化教學內容和教學方式，將系統能力的培養落實到計算機專業教學實踐中。計算機系統能力的培養是一項系統工程，面向系統能力培養的教學改革仍需要在實施過程中不斷進行完善。
參考文獻：
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[關鍵詞]計算機系統;電力營銷;工作內容;應用
中圖分類號：TP 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）27-0070-01
一、電力營銷中計算機系統分析的基本原則
電力營銷中計算機系統的建立需要遵循哪些原則呢？具體來廛，主要表現在以下兩個方面。
（一）遵循客戶至上原則，客戶的需求是電力企業發展的重要驅動力，在市場經濟環境下，競爭越來越激烈，為了提高電力企業的競爭力，電力營銷中必須在更大程度上滿足客戶的需求。
（二）遵循以效益為核心的原則。在我國，雖然很多電力企業都是國有企業，在運行過程中需要兼顧社會效益。但是，作為一個企業，獲取經濟利益是它的最終目的。在激烈的市場競爭中立于不敗之地，簡而言之，在電力營銷中建設計算機系統需要遵循以利益為核心的基本原則。
二、計算機系統在電力營銷中的工作內涵
計算機系統在電力營銷中的所建立起的電力營銷信息管理系統工作內容大致包括五個方面：
（一）系統規則。（1）確定電力營銷目標與電力營銷管理系統結構。系統規劃主要是用于確定計算機系統在電力營銷中的功能與結構，還有系統的目標。
（2）了解新形勢的需要。因社會不斷在發展變化，因此電力營銷必須改變現有的營銷機制，結合社會發展的需要轉變自身觀念，分析存在的問題，現在企業管理流程存在許多問題，這些問題需要及時的發現與處理。
（二）系統分析?；谟嬎銠C系統的電力營銷信息管理系統分析主要是對現有的信息乾地調研，而后通過不同的方式來對這些信息進行描述和處理，并且分析這些信息的合理性，最后為新系統提出更合理的方案。
（三）系統設計。系統設計主要是根據系統分析所得出的各種系統功能信息的關鍵數據來對新系統進行設計。確定新系統的應用軟件結構。在設計時應采用模塊化的設計，并且采用流程化的管理機制，從而才能夠適應不同崗位的工作。開發Client/Service程序。與其它的Windows 應用程序相互作用。
（四）系統實施。系統實施的任務包括有硬件設備的招標與購置，已經后期的安裝調試。
（五）系統運行與評價。系統運行于評價的主要任務是要維護新系統的運行，對運行過程進行管理，同時對新系統從各個綜合方面進行評價。
三、電力營銷系統的軟件與硬件的構成
（一）硬件要求
由于計算機技術的高速發展，計算機速度越來越快，windows操作系統已成為計算機的主流操作系統，為了保證系統的正常運行，要求計算機最少要能運行Windows 98，64M以上內存，具有500M以上的硬盤剩余空間，另外還要有寬行針打印機輸出票據和各種報表。
（二）軟件構成
在Windows 98或Windows 2000下，利用計算機可視化編程語言VFP6.0對從基本用戶電表抄得的表碼進行錄入，然后以供電所、用電線路等為基本單位進行統計、分析、綜合、核算、開票等處理，生成所需要的各類數據。
（三）票據形成
在主管稅局的監理下，根據電力行業的要求，使用定制的蓋有稅務局印章的各種發票、以及各種發票打印出各類用戶電費發票、以及變電所，用電線路等各種。
四、系統設計與實現
（一）編程語言的選擇
（1）兼容性好。
（2）創建應用程序快速、方便。
（3）開發能力更強大。
（二）模塊設計
系統主要有以下模塊組成。
變更信息、抄表管理、單據發票、電費報表管理、電費基礎信息、電費計算、歷史查詢、系統維護、異常查詢等。
（三）系統特點
（1）系統使用方便，數據處理快速、準確，票據和報表內容詳細、直觀、全面，可使用戶或領導對所需內容一目了然。
（2）界面友好，操作靈活。
（3）使用完善的數據處理技術，保證用戶在使用中不會因為突然的停電等原因而引起數據丟失或混亂的現象。
五、計算機系統在電力營銷中的建設總體要求
（一）客戶至上的服務體系，在市場經濟大背景之下，企業應重視客戶的要求，因為電力營銷是電力企業的對外窗口，所有的業務都必須以滿足客戶的需求來作為驅動。
（二）以效益為核心的管理體系
為了在如今的買方市場中得到更大的利益，電力企業必須擴大客戶群體，提高電力產品的銷售量，同時在內部做好成本管理控制，將企業效益放在第一位。
六、計算機系統在電力營銷中的運用
（一）電能量計量系統?？蛻粝到y是一個包括了計量檔案管理子系統、報表管理子系統，報警管理子系統等多個關系到電力營銷方面的系統。
（二）客戶服務系統?？蛻舴障到y是電力營銷對外的業務窗口，任務是受理各種業務和查詢各種業務還有專門用于發送業務通知的子系統，以及各種供用戶使用和查詢的綜合服務系統。
（三）電力營銷系統。計算機系統在電力營銷中的應用便是電力營銷系統。電力營銷系統主要任務是處理供電公司給客戶提供的電力數據，該系統包括了業擴子系統、電費計量系統、用電監察系統，綜合查詢子系統等各種與企業電力營銷息息相關的子系統。
（四）地區調度自動化系統。該系統主要用于實現狀態估計、負荷預報等工作，常用軟件有SCADA和PAS應用，這些軟件都是用于采集和監控事實電網數據，同時分析電網穩定性。
（五）配網自動化系統。配網自動化系統主要提供了配網SCADA/DMS 和配網實時狀態監控還有數據維護，查詢統計等基本功能，這些功能都是基于企業配電工作管理的。
（六）在線管理系統。在線管理系統主要是針對地區電廠的系統，用于實施采集和監控變電站的計量信息，對主網線損進行監測和分析。
（七）MIS信息管理系統。此系統由多個子系統組成的信息管理系統，如：調度管理子系統，變電管理子系統，安全監察管理子系統，科技管理子系統等。
（八）財務管理系統。財務管理系統是對電力企業的賬單和財務指標還有財務報表等進行管理和分析，處理各種財務信息。
結束語
電力營銷是電力企業取得經濟效益的主要模塊，因此必須重視提高電力營銷的質量和能力，通過將計算機系統運用在電力營銷之中，不但能夠為電力營銷提供先進的網絡技術，還能夠對電力營銷業務進行更好的管理，擺脫傳統陳舊的管理模式。
參考文獻
[1] 王平，計算機系統在電力營銷中的應用[J]，華東科技（學術版），2014，07（08）：112-113.
【關鍵詞】軌道交通；AFC系統；網絡通信
如今，全自動收費系統（AFC）得到了廣泛應用，它集中了很多種先進技術，如計算機技術、信息收集和處理技術、機械制造技術等，促使自動化售票和檢票得到了實現，智能化程度較高。相較于傳統的紙票售票方式，自動售檢票系統更加的便捷和準確，可以將人工售檢票模式中的各種缺點給有效克服掉，如較多的財務漏洞、較高的出錯率、較大的勞動強度等，可以避免有假票或者人情票問題的出現，促使管理水平得到了提高。
1 軌道交通AFC系統結構及其功能
一是軌道交通AFC系統結構：軌道交通AFC系統有效集中了多項高新技術，如計算機、網絡通信技術等，促使軌道交通售票、檢票、清分、管理以及統計等各項功能得以自動化實現。軌道交通AFC系統的架構體系一共有4層，分別是車站終端設備、車站計算機系統、線路中央計算機系統、清分系統等；通過通信接口有效連接了系統的各個層次，數據的傳輸是利用通信模塊來實現的。為了促使軌道交通網絡化要求得到滿足，就需要對通信接口和通信方式進行統一制定。
二是AFC系統各層功能概述：車站終端設備包括自動售票機、半自動售票機、自動檢票機等，發售車票、進出站檢票以及票卡充值是它的主要功能；車站計算機下發的命令、參數和文件等可以被終端設備所接收到，對交易數據進行存儲，并且向上層系統上傳交易數據、審計數據以及設備運行狀態數據等。
車站計算機系統主要是對車站各個終端設備上傳的交易數據進行接收和存儲，處理之后，向上層系統上傳。對上層系統的各類系統運行參數、命令等進行接收，處理過之后，向車站終端設備進行轉發；對車站終端設備進行實時監控，將各個設備的運行狀態以及故障等信息給顯示出來。
線路中央計算機系統主要是對清分系統下傳的運行參數、命令、票價表等數據進行接收，進行處理過之后，下發出去。對下層系統上傳的交易數據進行接收，處理過之后向上級系統上傳。
清分系統主要是對運行參數、命令以及票價表等進行設置和下發，對線路中央計算機系統上傳的各種原始交易數據進行接收和處理，并且將各種統計分析報告給生成出來，對報表進行打印。
2 軌道交通AFC系統數據流程
一是終端設備數據上傳：通常情況下，可以將車站設備的數據劃分為多種類型，如交易數據；寄存器數據、狀態數據、維護管理數據、收益管理數據等，由設備產生這些數據，然后向上層系統進行上傳。設備生成數據之后，設備需要檢查數據的合法性，然后結合數據的類別，來分別進行傳送；車站計算機系統對這些數據進行接收，之后歸入數據庫，向線路中央計算機系統進行轉發；這些數據被線路中央計算機系統接收到之后，會向軌道交通清分系統進行轉發。
二是線路中央計算機數據下傳：RTCHS的參數可以被中央計算機所接收，并且對本線路的設備參數進行設置。要結合參數的特性，來啟用或者保存中央計算機自身使用的參數，如果參數需要下載，中央計算機需要向相關的車站計算機及時下發參數；車站計算機對中央計算機的參數進行接收。如果參數需要下載，車站計算機需要向相關的車站終端設備中主動下發參數，車站終端設備對車站計算機的參數進行接收。
3 軌道交通AFC系統通信方式
一是通信協議的選擇：其中，CORBA、Socket接口等是如今經常用到的數據傳輸方式，在TCP/IP網絡中，最為常用的API應用程序接口就是Socket接口技術；將面向連接協議的Socket模型應用到實時數據傳輸中，因為一系列的數據糾錯功能可以由本協議所提供，以便能夠通過網絡來向對及時準確的傳輸數據?？梢岳肨CP/IP協議來實現軌道交通AFC系統各個層之間的通信。
二是基于TCP/IP協議的四種通信方式：首先是兩節點同步短連接，客戶端和服務器之間的一種重要同步通信方式就是兩節點同步短連接，客戶端指的是主動發起連接的一方，而服務器對數據接收之后，需要做出應答。采用這種通信方式，客戶端和服務器之間數據傳輸的可靠性就可以得到實現。
其次是兩節點異步短連接，相較于同步短連接來講，這種通信方式有著最大的差異就是服務器不會做出應答，那么就無法保證可以成功的向服務器傳輸客戶端的數據。
然后是兩節點異步長連接，在客戶端和服務器之間的異步通信方式中，非常重要的一種就是兩節點異步長連接，數據被客戶端和服務器所接收到之后，不會做出應答，因此，將這種通信方式應用過來，客戶端和服務器之間數據傳輸的可靠性也無法得到保證。
最后是多節點同步短連接，多節點之間要想實現同步通信，非常重要的一種方式就是多節點同步短連接，采用這種通信方式，客戶端和服務器之間數據傳輸的可靠性就可以得到有效保證。
4 利用多線程技術和同步短連接通信方式設計AFC系統通信模型
AFC系統具有較多的任務，在任何一個時刻，本系統任意兩層之間都可能在對不同的業務進行處理，因此，就需要在獨立的線程中去處理每一個業務。具體來講，從服務器的角度上理解，本系統可以對來自終端設備的連接請求進行實時監聽，并且生成Socket，通過Socket的句柄值，來對線程進行創建，以便收發數據；從客戶端的角度上來講，如果需要與某個終端設備進行通信，它可以對線程進行創建，并且將Socket生成于線程中，然后連接客戶端，來收發數據。
5 結語
通過上文的敘述分析我們可以得知，軌道交通AFC系統綜合了多項先進技術，具備較多的功能；而其功能的實現，會直接受到通信方式的影響。因此，就需要對軌道交通AFC系統網絡通信設計產生足夠的重視，對比各種通信方式，對AFC系統通信模塊的功能需求充分考慮，將整個系統的通信框架給科學設計出來。
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摘要：本文介紹了我校對計算機硬件實驗課程體系及實踐教學環節進行的改革，建立了“基礎層－應用層－提高層”三層體系結構的硬件課程群實驗體系，并對多層次、系列化的硬件實踐教學模式及訓練模式進行了探討。
關鍵詞：硬件課程群；實驗體系；實驗內容；實踐能力
中圖分類號：G642
文獻標識碼：B
我校計算機專業自99級開始進行了較大規模的擴招，但由于師資力量跟不上、實驗條件和實驗內容相對落后等原因，造成計算機硬件教育存在層次單一、教學內容滯后、理論與實踐脫節等問題，學生普遍存在著“重軟怕硬”的現象，畢業后硬件設計能力差，軟件開發缺少后勁。為提高學生的硬件動手能力，增強畢業生的社會適應性，學院自2002年開始進行計算機硬件課程群建設及相應的硬件課程群實驗體系建設，包括“計算機組成原理”等九門硬件課程及5門相關的實踐課程。本文對我院計算機硬件課程群實驗體系建設及硬件實踐教學環節的改革進行了探討與總結。
1構建科學完整的硬件課程群實驗體系
在原有的課程體系下，我院為本科生開設的硬件實驗教學課程有“數字邏輯實驗”、“計算機組成實驗”、“微機接口實驗”、“單片機實驗”。由于實驗條件的限制，各課程實驗內容相對獨立，綜合性、系統性較差；尚有部分硬件主干課程沒有對應的實驗課程，如系統結構。實驗課程體系存在諸多問題。
(1) 缺乏對學生系統設計能力的培養。傳統的硬件設計和軟件設計相分離的設計方法成為阻礙設計和實現復雜、大規模系統的關鍵因素。系統平臺的搭建、軟硬件的協同設計驗證和軟硬件功能模塊的可重用性已成為現階段設計方法的熱點。培養學生具有系統設計的思想成為當務之急。
(2) 缺乏對學生可編程芯片設計能力及EDA技術的培養。可編程芯片與EDA技術是現代電子設計的發展趨勢，將可編程芯片設計及EDA技術引入實驗教學中是時展的需要。
(3) 缺乏綜合性的實踐課程，學生的創新能力發揮受限。由于實驗條件限制，原有的多數實驗是基于純硬件邏輯設計的，只是在面包板上用器件構建小系統，功能擴展性差；并且只能開設數量有限、技術含量較低的實驗，學生無法開展自主的綜合性設計，無法進行創新能力的培養。
為此，經過充分調研和論證，我院首先從修改03級教學計劃入手，對課程體系中的多門課程進行了調整，同時理順各門課程間的關系，構建起了新的硬件課程體系。該課程體系由必修課程、選修課程及配套實踐三部分組成。必修課包括“組成原理”、“接口技術”、“系統結構”等基礎課程。為適應社會需求，在選修課中刪去原有的“診斷與容錯”等一些過時的課程，增加“數據采集”、“計算機控制技術”、“嵌入式系統”等社會需求較強、實用價值高的應用性課程，同時新開了“模型機設計與組裝”、“硬件綜合實踐”等實踐課程。在07版教學計劃中，又新增了“DSP原理與應用”、“嵌入式系統實踐”等新課程，保證課程體系的實用性與先進性。
硬件系列課程從體系結構上劃分為三個層次：基礎層、應用層和提高層，其課程間的關系如圖1所示。基礎層為“數字電路”與“組成原理”?！皵底蛛娐贰闭n程雖然在教學體系上不屬于計算機硬件系列課程，但它是計算機硬件系統的技術基礎，是必修的前續課；“組成原理”介紹計算機的基本組成和工作原理，解決整機概念；通過“電工電子實習”與“模型機設計與組裝”兩門實踐課程，強化學生的硬件動手能力。在應用層中，通過“接口技術”介紹應用層的接口和相關外設，以“嵌入式系統”等四門實用性強的課程作為選修課，每門課程都配有相應的實驗環節，并通過“硬件綜合實踐”、“嵌入式系統實踐”強化學生對基礎知識的掌握和綜合應用。提高層為“系統結構”及“性能測試與分析”實踐課程，通過學習和實踐，能夠使學生比較全面地掌握計算機系統的基本概念、基本原理、基本結構、基本分析方法、基本設計方法和性能評價方法，并建立起計算機系統的完整概念。
在硬件課程群實驗體系建設過程中，突出強調課程體系的系統性和完備性。從第1學期到第7學期硬件實驗不斷線，層次逐步提高，實驗內容銜接連貫。注意各硬件實踐的相互次序和互補，使硬件實踐訓練層次化、系列化，以此來系統強化學生的硬件動手能力。同時調整各課程的開設順序，理順每門課與前導課和后續課之間的關系，從而保證硬件課程體系的系統性和完備性。
注：所有必修課程與選修課程均開設課內實驗，包括驗證實驗(20%)、設計實驗(80%)；實踐課程單獨開設，包括綜合實驗(80%)、探索實驗(20%)。
2改革實驗教學內容與模式
計算機硬件系列課程的重要特點之一是工程性、實踐性強。為了使學生在學過該系列課程后具備較強的實際動手能力和計算機應用系統的開發能力，應在實驗教學內容的設置上體現出基礎性、系統性、實用性和先進性，既要重視計算機硬件的基礎內容，又要結合當今電子與計算機的最新發展。為此，我們對該硬件系列課程的實驗教學內容和教學模式進行了改革創新。
2.1優化實驗內容，引進實驗新技術，提高硬件設計的效率和興趣
隨著計算機硬件技術的日益發展，各種各樣的微處理器不斷更新，功能不斷增強，以FPGA為代表的數字系統現場集成技術取得了驚人的發展，嵌入式系統設計也逐步成為主流。為了使學生跟上時代潮流，了解最新技術，需要不斷引入新設備、新技術，提高硬件設計的效率和興趣。如更新的“組成原理”和“系統結構”實驗臺，通過RS232串口與PC機相連，可在PC機上編程并向系統裝載實驗程序，還可在PC機的圖形界面下進行動態調試并觀察實驗的運行，使學生像設計軟件一樣來設計硬件，做到了硬件設計軟件化，大大提高了硬件設計的效率和興趣?！澳Ｐ蜋C設計與組裝”，將CPLD和FPGA等技術引入，用CPLD來設計復雜模型機。“匯編語言”和“接口技術”補充Windows下設備驅動程序的設計與實現，增加PCI、USB的應用等內容?！跋到y結構”通過局域網組建小型的微機機群，研究探索多處理機操作系統，試驗并行程序的運行與任務分配調控等功能。為適應當前嵌入式芯片的迅速普及應用，新開設了“嵌入式系統設計”課程設計。針對學生已學過多門硬件課程，但仍不能完成一個完整的、可獨立工作的計算機系統設計問題，新開設了“硬件綜合實踐”，使同學親自體會設計一臺微型計算機系統的全過程。
2.2建立“驗證型－設計型－綜合型－探索型”的多層次實踐教學模式
在實驗教學內容的改革上，本著“加強基礎、拓寬專業、注重實踐、提高素質”的方針，將實驗項目分為4類，即驗證型、設計型、綜合型、探索型,實驗項目由淺入深，循序漸進。在所有硬件必修和選修課程中，全部開設課內實驗。課內實驗由驗證實驗(20%)、設計實驗(80%)組成。所有實踐課程都單獨開設實驗，包括綜合實驗(80%)、探索實驗(20%)。這樣，課內課程中開設“驗證型”和“設計型”的實驗，在后續課程設計中，開設“綜合型”和“探索型”的實驗，形成“驗證型－設計型－綜合型－探索型”的多層次實踐教學模式，系統強化學生的綜合設計和硬件動手能力。
在驗證型實驗中，注重使學生鞏固基本理論，進一步掌握基本概念和基本技能。在設計型的實驗中，注重培養學生的創新意識、設計能力和動手實踐能力。在這一類實驗中，以學生動手為主，教師輔導為輔，只給定實驗的課題及達到的目的，中間過程需學生自己去查閱資料和設計方案，直至最后調試完成。在綜合型實驗中，注重培養學生綜合運用所學知識的能力，使學生受到更為實際、更加全面的科學研究的訓練。綜合實驗的特點是沒有現成的模式可循，學生需要獨立完成硬、軟件設計和調試。在調試過程中，學生自己動手分析解決實驗中出現的問題，雖然有一定的難度和深度，但對學生很有吸引力，能使學生從應付實驗變為主動實驗，不僅提高了基本操作技能，也發揮了學生的主觀能動性和創造性。課程設計的部分內容屬于探索型實驗，學生可以自主選擇感興趣的課題及相關開發工具，寫出設計書，交給指導教師審核后實施。在這一過程中，學生需要查閱大量的資料，培養了學生的自學能力、研究設計能力、獨立分析問題及解決問題的能力和創新能力。
2.3確立“系列化硬件實踐訓練”方案
硬件實踐訓練由“課程實驗－課程設計－綜合訓練－畢業設計”四個系列組成。課程實驗――所有硬件課程都開設。課程設計――在“嵌入式系統”、“組成原理”等重點課程中開設，在這些課程的課內實驗中進行部件或模塊實驗，在課程設計中進行綜合性、創新性設計。綜合訓練――通過“硬件綜合實踐”展開。該課程安排在大四開設，是一門綜合性設計實踐課程，也是對前面所學課程的一個全面應用和總結，在硬件課程群建設中起著“總練兵”的作用。通過讓學生親自設計一臺小型計算機控制系統，包括計算機的各個部件和功能，“麻雀雖小，五臟俱全”，旨在讓學生真真切切感受到如何設計一個可獨立工作的計算機系統，強化和提高學生的綜合實踐能力，培養學生的創新思維和創造能力。畢業設計――每年精選一定數量的硬件畢業設計題目，提供實驗場所、設備及材料，讓對硬件感興趣的同學去實現自己的設計，放飛自己的理想。學生以接近于實際應用環境，完成高質量綜合設計為訓練手段，以掌握計算機硬件結構與應用系統設計作為主要訓練目的，使學生對計算機的整個硬件系統有較全面、較系統的掌握。要求學生能夠根據需要設計出一定規模的計算機硬件應用系統實例，從模板設計、制作、總線的走向、計算機部件選取、工作原理的分析、部件在模板上的部局、部件的焊接、運算能力的調試、結果正誤的判斷分析等流程的設計到具體的制作，直至最后寫出畢業論文，使學生建立系統的概念與工程的概念。
3結束語
上述改革取得了令人滿意的效果。大學生對計算機硬件實驗課程學習的興趣增強了，實驗室開放期間，有更多的學生走進了硬件實驗室。在畢業設計時，有更多的學生選擇了與計算機硬件系統設計和開發相關的課題。學生做完硬件綜合實習和硬件畢業設計課題后，普遍充滿自豪感和成就感，感到硬件設計及底層軟件開發不再可怕。通過這樣的訓練，提高了其綜合設計能力和創新能力，同時也鍛煉了他們的團隊合作精神，步入單位就能直接勝任計算機應用系統設計、開發的工作，實現高校、學生、用人單位等各方面的多贏。同時我們也應該看到，隨著新技術的不斷發展，計算機硬件系列課程及其實驗體系的建設和實驗內容的改革是一項長期不懈的工作，需要不斷完善。
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