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序論：在您撰寫計算機系統(tǒng)結構時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
關鍵詞：計算機系統(tǒng)結構；馮?諾依曼結構；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ENIAC誕生于1946年，在問世將近70年的時間里，計算機共歷經電子管計算機時代、晶體管計算機時代、中小規(guī)模集成電路計算機時代、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機時代和巨大規(guī)模集成電路計算機時代，計算機更新?lián)Q代的一個重要指標就是計算機系統(tǒng)結構。
1 計算機系統(tǒng)結構的基本概念
1.1 計算機系統(tǒng)層次結構的概念
現(xiàn)代計算機系統(tǒng)是由硬件和軟件組合而成的一個有機整體，如果繼續(xù)細分可以分成7層。L0：硬聯(lián)邏輯電路；L1：微程序機器級；L2：機器語言級；L3：操作系統(tǒng)級；L4：匯編語言級；L5：高級語言級；L6：應用語言級。其中L0級由硬件實現(xiàn)；L1級的機器語言是微指令級，用固件來實現(xiàn)；L2級的機器語言是機器指令集，用L1級的微程序進行解釋執(zhí)行；L3級的機器語言由傳統(tǒng)機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，然后再由相應的機器執(zhí)行；L5級的機器語言是高級語言，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級的機器語言適應用語言，一般被翻譯到L5級上。
1.2 計算機系統(tǒng)結構的定義
計算機系統(tǒng)結構較為經典的定義是Amdahl等人在1964年提出的：由程序設計者所看到的一個計算機系統(tǒng)的屬性，即概念性結構和功能特性。由于計算機具有不同的層次結構，所以處在不同層次的程序設計者所看到的計算機的屬性顯然不同。
2 計算機系統(tǒng)結構的發(fā)展
2.1 傳統(tǒng)系統(tǒng)結構
當Amadahl在1964年提出計算機系統(tǒng)結構的定義時，也提出了采用系列機的思想，它的出現(xiàn)被譽為計算機發(fā)展史上的一個重要里程碑。當人們普遍采用系列機思想后，較好的把硬件技術飛速發(fā)展與軟件環(huán)境要求相對穩(wěn)定的矛盾解決了，這就要求系列機的系統(tǒng)結構需要在相當長的時間內保持基本不變。其中，最重要的是保持它的數據表示、指令系統(tǒng)以及其他概念性的結構保持不變。
2.2 馮?諾依曼結構
馮?諾依曼結構（也稱普林斯頓結構）是美國數學家馮?諾依曼在1946年提出的，他將計算機分為五大部件：運算器；控制器；存儲器；輸入設備；輸出設備。其基本思想是存儲程序，主要特點是：（1）單處理機結構，機器以運算器為中心；（2）采用程序存儲思想；（3）指令和數據一樣可以參與運算；（4）數據以二進制表示；（5）將軟件和硬件完全分離；（6）指令由操作碼和操作數組成；（7）指令順序執(zhí)行。
2.3 對馮?諾依曼結構的改進
為了更好的優(yōu)化計算機系統(tǒng)結構，人們不斷對馮?諾依曼結構進行改進，總的來說，共采用兩種方法。一種是在馮?諾依曼結構的基礎上進行“改良”；另一種是采用“革命”的方法，即脫離馮?諾依曼結構，和其工作方式完全不同，統(tǒng)成為非馮?諾依曼結構。
2.4 哈佛結構
哈佛結構的計算機分為三大部件：（1）CPU；（2）程序存儲器；（3）數據存儲器。它的特點是將程序指令和數據分開存儲，由于數據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，使之數字信號處理性能更加優(yōu)越。
2.5 其他系統(tǒng)結構
馮?諾依曼結構開啟了計算機系統(tǒng)結構發(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，因此各國科學家仍然在探索各種非馮?諾依曼結構，比如，數據流計算機，函數式編程語言計算機等都是較為著名的非馮?諾依曼結構。
3 計算機系統(tǒng)結構的分類方法
研究計算機系統(tǒng)結構的分類方法可以幫助我們加深對計算機系統(tǒng)結構和組成特點的認識以及對系統(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
由于計算機系統(tǒng)結構由多級層次構成，因此在設計計算機系統(tǒng)結構時就可以有三種方法：（1）“從下往上”設計；（2）“從上往下”設計；（3）“從中間開始”設計。
4.1 “從下往上”設計
首先根據能夠得到的硬件，參照已經生產出來的各種機器的特點，開發(fā)出將微程序機器級和傳統(tǒng)機器級設計出來，然后依次往上設計，最后將面向機器的虛擬機器級設計出來。在硬件技術高速發(fā)展而軟件技術發(fā)展相對較慢的今天，如果繼續(xù)采用這種設計方法，會導致軟件和硬件的脫離，因此已經很少使用這種方法。
4.2 “從上往下”設計
首先根據應用的需求，確定好整個系統(tǒng)的框架，然后逐層向下進行設計，同時可以兼顧到上層的優(yōu)化，最后設計出微程序機器級和傳統(tǒng)機器級。這種設計方法較好。
4.3 “從中間開始”設計
大多數將“中間”取在傳統(tǒng)機器級和微操作級之間。在設計時，綜合考慮軟硬件，定義好分界面，然后由中間點分別往上、往下同時進行設計。此種方法可以縮短設計周期。
5 結束語
綜上所述，本文對計算機系統(tǒng)結構進行了一些簡單的介紹，它是計算機的靈魂，目前，如何更好地提高系統(tǒng)結構的性能，仍是各國科學家不斷研究的課題。
參考文獻
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關鍵詞：高級計算機系統(tǒng)結構，流水線技術，指令系統(tǒng)
1流水線技術
1.1 流水線的基本概念
計算機系統(tǒng)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(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(tài)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(tài)流水線（dynamic pipeline）：在同一時間內，當某些段正在實現(xiàn)某種運算時，另一些段卻在實現(xiàn)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(zhí)行或者只能部分重疊執(zhí)行，
1. 結構相關（structure correlation）：當指令在重疊執(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(zhí)行結果，而這些指令均在流水線中重疊執(zhí)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(fā)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(zhí)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(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；暫停流水線。
2.數據沖突（data conflict）：當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(tǒng)的設計和使用過程中 ，硬件設計人員采用各種手段實現(xiàn)指令系統(tǒng) ，而軟件設計人員則使用這些指令系統(tǒng)編制各種各樣的系統(tǒng)軟件和應用軟件 ，用這些軟件來填補硬件的指令系統(tǒng)與人們習慣的使用方式之間的語義差距。計算機指令系統(tǒng)分為兩類：復雜指令系統(tǒng)（CISC）和精簡指令系統(tǒng)（RISC）
2.2 復雜指令系統(tǒng) （ 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(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據位的總數越少越好。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(fā)展趨向導致了復雜指令系統(tǒng) （ 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(tǒng)的主要特點是：
（1）指令系統(tǒng)復雜，具體表現(xiàn)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(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的產生
由于CISC技術在發(fā)展中出現(xiàn)了問題 ，計算機系統(tǒng)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(tǒng)（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(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處理器所設計的指令系統(tǒng)應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）采用延遲轉移技術 ；
（6）采用 LOAD 延遲技術。
RISC為使優(yōu)化編譯器便于生成優(yōu)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(xiàn)方式
兩者的實現(xiàn)方式是不一樣的。對于CISC來說，采用的存儲結構是比較易于實現(xiàn)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(zhí)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(yōu)化。CISC具有很大的市場，同時技術的發(fā)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(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：具有分支預測的功能、能夠超標量執(zhí)行，同時還能夠亂序執(zhí)行指令。
3.計算機系統(tǒng)結構的發(fā)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(xiàn)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(zhí)行，那么相應后面的指令都會相繼執(zhí)行。線程可以成為計算機中調度執(zhí)行的基本步驟，同時計算機中可以同時并發(fā)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(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(tǒng)，它通過各種互聯(lián)技術將多個計算機系統(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(tǒng)，隨著高性能計算的出現(xiàn)，使這一類應用從昂貴的大型外部計算機系統(tǒng)演變?yōu)椴捎蒙逃梅掌鳟a品和軟件的高性能計算機集群體。因此，高性能計算系統(tǒng)已經成為解決大型問題計算機系統(tǒng)的發(fā)展方向。其中，混合體系統(tǒng)結構已成為HPC發(fā)展趨勢。
4.結束語
目前計算機的發(fā)展十分迅速，已經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流水線技術，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(fā)展趨勢。
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關鍵詞 計算機系統(tǒng)結構 動畫演示法 聯(lián)系比較法 實踐環(huán)節(jié)
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A
0 引言
計算機系統(tǒng)結構是計算機專業(yè)本科生的一門專業(yè)必修課程。課程的目標是提高學生從系統(tǒng)和總體結構的層次來理解和研究計算機系統(tǒng)的能力，幫助學生建立整機系統(tǒng)的概念；使學生掌握計算機系統(tǒng)結構的基本知識，原理和性能評價的方法，了解計算機系統(tǒng)的最新發(fā)展。使學生領會系統(tǒng)結構設計的思想和方法、提高分析和解決問題的能力。但是在教學中一直存在教學內容中原理和概念較多，綜合性強，比較抽象，難學難懂，實驗的硬件條件缺乏，學生學習興趣等不高問題。筆者在多年的教學過程中，不斷吸取其它高校的教學經驗，對計算機系統(tǒng)結構教學進行改進和總結。
1 課程的內容和特點
1.1 課程內容
計算機系統(tǒng)結構課程本科教學時長安排為50學時，實驗為22學時。根據國內外其它院校的教學思路，結合對計算機人才知識結構的要求，課程內容包括概論；指令系統(tǒng)；輸入輸出系統(tǒng)；存儲體系；流水線技術；并行處理機；多處理機和課程實習。重點講授內容為存儲體系和指令級并行技術，存儲系統(tǒng)是體系結構設計中的瓶頸問題，是系統(tǒng)成敗的關鍵；指令級并行技術為計算機體系結構中的經典問題流水線、并行性等設計。而對并行計算機，多處理機只作簡單介紹。從而突出了基本知識，注意和先修課程內容的貫通。
1.2 課程特點
（1）綜合性強。計算機系統(tǒng)結構開設在第7學期，先修課程有：匯編語言程序設計、數據結構、計算機組成原理、操作系統(tǒng)、編譯原理等課程。教學中要求學生綜合應用各課程知識，教學難度較大。（2）理論性強。內容抽象復雜，概念多，學生感到學習難度大，教學處理不好的話，學生的學習積極性不高。（3）缺乏實驗環(huán)境，學生無法獲得對計算機系統(tǒng)結構性能改進的直觀認識。由于大多數高校硬件條件不滿足，故許多高校在開設這門重要課程時，僅僅停留在理論講授上，相應的實踐教學是空白，學生面對枯燥理論，學習興趣缺乏，不利于提高教學質量。
2 教學的探討
根據本課程的特點，教學大綱的要求，從培養(yǎng)學生能力的目標出發(fā)，明確目標，積極引導學生，采取動畫演示、聯(lián)系比較、啟發(fā)式教學法，加強實踐教學，提高了學生學習的興趣和主動性，從而有效地提升了教學效果。
2.1 明確學生的認識
要想提高學生的學習的主動性，首先要讓學生明確該課程的重要性。一部分學生認為該課程與計算機組成原理，操作系統(tǒng)等課程存在一定的重疊，認為只是前面知識的重復。另一部分學生由于面臨就業(yè)和考研壓力，只求通過考試而忽略能力的培養(yǎng)。針對第一部分在學習本課程時闡明該課程與其它課程的關系和區(qū)別。計算機組成原理從硬件系統(tǒng)方面來解釋計算機各組成部分的工作原理。而計算機系統(tǒng)結構跨越了硬件和軟件層次，讓學生理解計算機系統(tǒng)結構的基本原理，這樣編程時才能考慮更周全，編寫更加高效的程序。針對第二部分學生讓其認識到學習不只是為了考試，我們不僅要提高程序和系統(tǒng)的開發(fā)設計能力，還應提高從總體的架構去分析和解決問題的能力。
2.2 明確教學目標
計算機系統(tǒng)結構就是通過采用不同的軟硬件技術設計高性價比的計算機系統(tǒng)，面臨硬件性能達到極限，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系統(tǒng)設計，使學生理解計算機性能的提高的方法。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，當前CPU中都采用超標量超流水線技術，流水線結構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還通過多核的技術來提升速度。這樣，學生在學習時運用所學的知識來分析，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 采取合理的教學方法和教學手段
（1）動畫演示。教學中采用大量的動畫來系統(tǒng)解析教學內容，包括系統(tǒng)的結構、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)的把講解內容展現(xiàn)在學生面前，突出知識的核心思想和關鍵知識點，容易理解和提升學習的興趣。（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)實生活中的事例進行聯(lián)系比較，如與生產流水線相聯(lián)系。目的是使學生更好地理解和掌握教學內容，抓住關鍵思想，聯(lián)系實際，從而提高了教學效果。（3）啟發(fā)式教學法。由于高年級學生都有很好的自學能力，在教學中積極地根據學習的內容提出一些問題，讓學生通過查閱資料，討論學習某個問題。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；計算機處理器的發(fā)展提高到一定的主頻后，主要過多核設計來提升CPU性能等。極大地提高了學生的學習的興趣和積極性。
2.4 加強實踐教學
國內外高校計算機系統(tǒng)結構的實驗一般分為偏重軟件的程序員角度和偏重硬件設計人員角度。計算機科學專業(yè)開設的實驗課程一般偏重軟件人員，強調從程序員的角度去了解整個計算機系統(tǒng)如何運行，為程序的優(yōu)化，可靠性的保證等提供基礎知識，實驗課程一般用高級程序語言和模擬器實現(xiàn)。而計算機工程專業(yè)開設的實驗課程一般偏重硬件，強調從硬件設計人員的角度如何設計和實現(xiàn)整個處理器系統(tǒng)，實驗課程要求用相關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，為了讓學生應用流水線技術，嘗試改進流水線性能的新技術，提高學生對現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的認識，引進了DLX虛擬處理器實驗。利用DLX虛擬處理器可以進行處理器指令系統(tǒng)的設計，流水線的設計與實現(xiàn)、并行處理的設計與實現(xiàn)等帶有新一代處理器思想和技術的實驗。從而充分調動學生的能動性，提高了學生的學習興趣，以及分析問題、解決問題的能力。
關鍵詞：系統(tǒng)結構；系統(tǒng)；數據庫；學習論壇；動態(tài)網頁；在線考試
中圖分類號：G434 文獻標識碼：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）專題輔助教學系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
通過互聯(lián)網，學生可利用遠程資源在網上完成學習的各個環(huán)節(jié)。但是目前很多專題學習輔助教學系統(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，真正實用的教學軟件系統(tǒng)不多
2.專題選擇的范圍不恰當
3.專題內容多雜，針對性差，學科特征有所忽視
4.忽略“師生共建”的原則，建設主體單一化
5.輔助教學系統(tǒng)建設過程與應用過程分離
二、數據庫系統(tǒng)功能設計
（一）數據庫設計方案
1.數據庫設計原則及優(yōu)化
數據庫設計遵循生命周期法等系統(tǒng)方法，強調分步進行和推遲實現(xiàn)。用戶是系統(tǒng)開發(fā)設計的提出者和最終使用者，因此在進行數據庫設計時必須強調用戶參與。數據庫的設計應分階段進行，前一段的結果作為后一階段設計的依據，后一階段也可以向前一階段反饋要求。具體設計步驟如下：
（1）需求分析：通過廣泛、詳細、深入的調查，了解計算機系統(tǒng)結構輔助教學系統(tǒng)的信息需求和處理需求，根據調查結果形成合理的需求分析說明書，作為設計的依據。它包括數據庫所涉及的數據范圍、各項數據的特征描述、數據量等。如數據名稱、類型、是否主碼等。
（2）概念設計：利用數據庫模型表述數據與數據之間的關系。在概念設計的時候先設計與具體的用戶應用相關的設計結構，然后進行視圖集成，經過反復推敲、修改，最后得到一個能正確的反映單位數據及其相關聯(lián)系并能滿足各種處理需求的數據模型。
（3）邏輯設計：將概念數據模型轉換為一DBMS對應的邏輯數據模型，同時也將用戶視圖轉換為外模式。
（4）物理設計：根據具體DBMS的特點設計數據庫內模式，由于計算機系統(tǒng)結構輔助教學系統(tǒng)的數據庫并非大型數據庫所以對系統(tǒng)性能影響不大，但是同樣應該根據處理要求、設備性能等進行精心的設計優(yōu)化。
在分步設計的過程中，如果發(fā)現(xiàn)某一階段的設計不理想，可以立即反饋，對原設計進行修改，通過如此反復進行，實現(xiàn)數據庫的優(yōu)化。
2.數據庫的安全性
計算機系統(tǒng)結構輔助教學系統(tǒng)使用Microsoft Office Access 2003數據庫。為了保證數據庫的安全，限制非授權的存取，數據庫系統(tǒng)具有一個安全與授權子系統(tǒng)。它包括方面的內容：第一，為管理員提供建立用戶帳號和密碼，第二，進行安全性檢查。
在本教學系統(tǒng)中，數據庫安全體現(xiàn)在以下兩個方面：
（1）采用數據庫密碼的登錄。
（2）采用MD5加密算法進行加密。防止了SQL的注入，即使數據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）數據庫系統(tǒng)的功能設計
1.學習論壇模塊數據庫實現(xiàn)的功能
學習論壇系統(tǒng)模塊的結構功能如下所示：
（1）用戶注冊：以嚴格的注冊流程，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，并對非法登陸給予限制。同時登陸時根據權限授予相應的功能，登陸時分三種權限：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，打印，增刪新貼。同時可以搜索相應發(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限，通過斑竹管理相應的論壇，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行限制性的搜索。
（7）資料顯示：顯示當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行修改，刪除。
2.新聞公告模塊及在線考試模塊數據庫實現(xiàn)的功能
在新聞公告模塊中當用戶打開系統(tǒng)首頁后，首先看到的是新聞動態(tài)、站內公告兩個版塊，其中每個版塊均顯示最新的8條信息，并且提示的標題，時間，作者，瀏覽次數。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)模塊與站內公告模塊類似，點擊相應的標題就可以直接進入相應的閱讀，并且可以在百度上搜索與之相關的信息，如圖1。
在線考試模塊，對用戶進行在線測試。這里選擇10道有代表性，不同難度的試題對學生進行測試，目的是驗證學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果，并且給出正確的結果。
3.后臺管理模塊數據庫實現(xiàn)的功能
在后臺管理模塊中當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。
進入后臺管理模塊，在后臺登陸界面中輸入相應的用戶名和密碼，系統(tǒng)隨機產生四位有效驗證碼，在上述三項正確填寫后，進入后臺管理的首頁登陸成功，就可以直接進入管理界面，進行相應信息的管理，如圖2所示。在首頁中，可以對用戶，新聞，公告，頻道欄目，站點信息進行相應的管理。圖3是后臺管理模塊流程圖。
三、結論
我們在研究國內外已有的計算機系統(tǒng)結構輔助教學系統(tǒng)的基礎上，結合師生的實際需要，開發(fā)了新的計算機系統(tǒng)結構輔助教學系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要包括課堂教學、學習論壇、在線考試、課件下載，維客天下，教學大綱，后臺管理等功能模塊。
本文主要介紹了計算機系統(tǒng)結構輔助教學系統(tǒng)數據庫的設計與實現(xiàn)過程。首先，說明了利用JSP創(chuàng)建并運行動態(tài)交互的網絡服務器應用程序生成動態(tài)網頁的方法，然后，系統(tǒng)地闡述了使用數據庫進行網站數據庫的設計、創(chuàng)建、管理和安全維護的方法。最后，介紹了添加數據庫驅動，建立數據連接，完成數據操作，關閉數據庫連接的實現(xiàn)方法。本軟件系統(tǒng)測試結果表明系統(tǒng)的學習功能比較全面、運行良好，為廣大學生提供了一個很好的學習計算機系統(tǒng)結構課程的輔助平臺。
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關鍵詞：計算機系統(tǒng)結構；課程體系；教師團隊；教學改革
1 計算機系統(tǒng)結構課程體系
計算機系統(tǒng)結構課程體系組又稱硬件組，普通高校計算機的學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)學生認為計算機專業(yè)就是編程，學習硬件課程沒有用；3)硬件課程的實驗環(huán)境不容易建立和維護，導致相關實踐環(huán)節(jié)實施時不能達到預期目標。針對計算機系統(tǒng)結構課程體系在教學中存在的問題，我們按照課程先修順序、社會需求，以及從理論到應用的順序，對計算機系統(tǒng)結構課程體系中的課程進行合理安排。
1.1 專業(yè)基礎必修課程
計算機系統(tǒng)結構課程體系所涉及的專業(yè)必修課程是計算機專業(yè)學生的基礎課程，通過這些課程的學習，學生將掌握計算機的基本組成和工作原理，并為計算機應用打下基礎。同時，我們也注意到，這些專業(yè)基礎課程理論性較強，內容抽象、不易理解，課程大多開設在大學階段的前期。
數字邏輯電路是計算機專業(yè)計算機系統(tǒng)結構課程體系的第一門課，該課程的學習目的是使學生掌握從數字系統(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，開設在大一第二學期。計算機組成原理是計算機專業(yè)的核心專業(yè)基礎課程，本課程使學生掌握計算機原理的基本知識，為下一步學習計算機體系結構奠定基礎，并能對當前計算機的最新研究、發(fā)展與應用趨勢有一般性的了解，作為必修課程開設在大二第一學期。匯編語言課程是解決CPU級編程的問題，使學生掌握CPU級語言的特點、編程方法和基本技能，為深入學習后續(xù)課程和從事有關計算機硬件、軟件方面的設計打下基礎，作為必修課程開設在大二第二學期的上半學期。微機原理與接口技術課程以PC機及其兼容機中最常用的80×86系列為主線，講述微型計算機與接口的實現(xiàn)技術，作為必修課程可與匯編語言并行開設在大二第二學期。這兩門課程安排在同一學期，有利于學生掌握。通過兩個學期的實踐，學生對匯編語言的掌握和應用，以及微機原理的接口應用能力大大提高。計算機系統(tǒng)結構講述計算機體系結構，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，作為必修課程開設在大三第一學期。
1.2 專業(yè)應用選修課程
在大三第一學期結束后，學生已學完計算機專業(yè)硬件和軟件相關基礎課程，具有一定的計算機應用和開發(fā)的能力。從大三第二學期開始，計算機系統(tǒng)結構課程體系將面向計算機應用開設兩門任選課程，它有利于學生就業(yè)，縮短學校到社會的過渡時間。
單片機原理及應用課程以MC-51系列單片機為基礎介紹硬件和軟件的組成，以及程序設計技能。為將來步入微計算機的信息處理和測控系統(tǒng)領域的學生提供一個基礎平臺，作為任選課程開設在大三的第二學期。嵌入式系統(tǒng)及其開發(fā)課程使學生了解嵌入式系統(tǒng)結構和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的相關技術，掌握其軟硬件設計方法，提高學生的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能力和經驗，建議作為任選課程開設在大四的第一學期。
2 教師團隊的建立
為了提高教學質量，提高教師教學水平，我們建立了計算機系統(tǒng)結構課程體系教師團隊，并為每門課程設置一名首席教師，并配備2～4名主講教師。教師團隊建立后，每星期舉行一次教學活動，提出授課中存在的問題，討論學生的接受能力，最后給出先修課程和后續(xù)課程的調整方案。實踐證明，教師團隊的成立提高了教學質量，受到廣大師生的好評，結合教學的相關教學教研項目逐漸增多。反過來，相應的教改項目的實施又促進了教學質量，形成了教學效果的良性循環(huán)。
3 教材的選擇
眾所周知，教材直接影響教學效果和教學質量。計算機系統(tǒng)結構課程體系抽象、難懂，其課程教材的選用一直是我校計算機專業(yè)教學中的一個重要問題。由于計算機專業(yè)的學生普遍認為自己將來的就業(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系統(tǒng)結構課程體系的教材成為教學的一大難題。下面，我們以計算機系統(tǒng)結構為例介紹教材的選擇。
3.1 國內外同類教材優(yōu)缺點
目前，國內的計算機系統(tǒng)結構教材主要由國內一些重點大學的專家編寫，教學對象為重點大學計算機專業(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專業(yè)學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，部分內容過時，對體系結構新進展介紹不多，上述問題導致學生缺乏學習興趣，教學效果也不理想，不太適合普通二本院校計算機專業(yè)學生使用。
3.2 自編教材情況
為了改變計算機系統(tǒng)結構課程教學在普通二本院校計算機專業(yè)學生中存在的上述問題，我們經過調查論證、搜集素材，并與本省其他院校協(xié)商，結合授課教師切身體會以及學生在學習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習的計算機系統(tǒng)結構教材。
自編教材《計算機系統(tǒng)結構》2009年7月由清華大學出版社出版，該教材在遵循教育部計算機系統(tǒng)結構課程教學大綱基礎上，采用“量化研究方法”，系統(tǒng)講述了現(xiàn)代計算機系統(tǒng)結構的基本概念、基本原理、基本結構和基本分析方法，以及當前系統(tǒng)結構領域的主要進展。摒棄了目前傳統(tǒng)教材中已經過時的理論知識，精簡了授課內容，突出了重點難點，較好地適應了普通二本院校計算機系統(tǒng)結構課程教學需要。
該教材內容編排大體是按照計算機系統(tǒng)結構的發(fā)展歷程，即馮?諾依曼體系結構一改進的馮?諾依曼體系結構――非馮?諾依曼體系結構這條線索。以經典馮?諾依曼體系結構(第2章)為基礎，介紹現(xiàn)代通用計算機系統(tǒng)結構的基本概念、基本原理、基本結構和基本分析方法以及和相關領域的最新研究成果，內容主要包括數據表示與指令系統(tǒng)設計(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(第6章)、并行處理機技術(第7章)，以及計算機系統(tǒng)結構進展(第8章)。
參加該教材編寫的人員來自不同本科院校，均為擔任計算機系統(tǒng)結構課程的主講教師，該教材在著重論述體系結構的基本概念、基本原理、基本結構和基本分析方法的基礎上，強調量化的分析方法，使學生能夠能更具體、實際地分析和理解計算機體系結構。教材內容選擇上不再覆蓋整個系統(tǒng)結構，而是重點論述現(xiàn)代大多數計算機都采用的比較成熟的思想、結構和方法等，通過大量的實例分析，深入淺出地闡述計算機體系結構所涉及的各個方面內容。在結構上，強 調從總體結構、系統(tǒng)分析這一角度來研究計算機系統(tǒng)，將計算機組成原理、數據結構、操作系統(tǒng)、匯編語言程序設計等課程中所學的軟、硬件知識有機地結合起來，從而使學生建立起計算機系統(tǒng)的完整概念，教學效果良好。
4 開放式的教學模式
計算機系統(tǒng)結構課程體系強調培養(yǎng)學生的綜合能力，強調知識、能力、素質的協(xié)調發(fā)展，傳統(tǒng)單一的課堂知識傳授已經不能滿足學生的要求，而相關課程本身存在理論性強、抽象難懂的特點。所以，我們在傳統(tǒng)教學模式的基礎上提出開發(fā)式教學方式，以提高學生探究能力和學習興趣。開放式的教學模式主要包括以下4個方面內容。
1)匯聚師生共同力量，提高現(xiàn)代化教學介質課件的質量。
傳統(tǒng)的課堂教育是教學模式的基礎，在首席教師主持下，發(fā)揮教師團隊的力量，利用現(xiàn)代教育技術和信息技術，開發(fā)符合學生接受能力的高質量教學課件。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)動學生參與課程網站建設，在師生間建立互動鏈，提高學生自主學習的積極性。
2)根據先修課程內容，實施啟發(fā)式教學。
課程講授采用啟發(fā)式教學。計算機系統(tǒng)結構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容啟發(fā)當前課程中的內容，以便于學生理解，同時，提高學生的綜合能力。例如，講授計算機系統(tǒng)結構中“指令集優(yōu)化”章節(jié)時，先讓大家回憶匯編語言中80×86型計算機的指令集的條數，然后，提出計算機的指令條數和格式如何確定，最后，層層深入，給出計算機系統(tǒng)結構針對指令集研究的內容和解決方法。又如，講授計算機系統(tǒng)結構中操作碼優(yōu)化的章節(jié)時，結合數字邏輯電路中的邏輯設計，分析不同編碼方式的優(yōu)缺點和采用擴展的Huffman編碼理由，以及計算機如何辨析不同的操作碼，以便加深學生理解。
3)開展多樣化教學方式，提高學生自主學習的興趣。
從提高學生自主學習興趣出發(fā)，以課堂講授為主，采用學生講課、小組討論和專題報告等多樣化的教學方法。例如，針對計算機系統(tǒng)結構中現(xiàn)代非-馮，諾依曼結構的新發(fā)展，舉行專題報告，每個小組討論一種結構，通過參閱各種參考資料和網上資源對所分配的專題開展自主學習、交流、討論和研究，最后，各小組分別進行專題講座，多樣化的教學方式培養(yǎng)了學生的綜合能力和創(chuàng)新能力。
5 加強課程實踐環(huán)節(jié)，與社會需求接軌
計算機系統(tǒng)結構課程體系的實踐性很強，實踐環(huán)節(jié)是整個教學過程中的重要環(huán)節(jié)，也是學生對理論知識進行內化和升華的重要手段。然而，計算機系統(tǒng)結構課程體系所要求的實驗環(huán)境不易建立和維護，實驗題目不易選取。因此，大多數高校計算機系統(tǒng)結構課程的實踐流于形式，不能真正提高學生綜合能力和利用所學理論知識解決實際問題的實踐動手能力，也不能培養(yǎng)和鍛煉學生的自主開發(fā)的創(chuàng)新能力。針對計算機系統(tǒng)結構課程體系實踐環(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。計算機系統(tǒng)結構課程體系中的所有課程都有實驗課，而大多數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，學生不能進行硬件的設計，同時，又沒有能力進行軟件的編寫，大部分學生將實驗當做任務來完成，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)揮學生自己的能動性。
2)結合教學內容，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生開發(fā)的實驗項目。如果實驗項目過難，學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；因此，項目應來源于生產活動，是相對完整和相對獨立的事件，與企業(yè)實際生產過程或現(xiàn)實使用有直接的關系，具有一定的應用性。例如，設置單片機實驗項目――“聲控燈”，既能將理論知識和實踐技能結合在一起，又能調動學生解決問題的興趣。
3)以學生為主體，充分發(fā)揮教師的協(xié)助作用。
在教學過程中，要充分發(fā)揮學生的主動性和創(chuàng)新精神，讓學生根據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 結語
通過兩個學期的實踐，我校計算機系統(tǒng)結構課程體系教學取得了良好的教學效果，首先，從學生角度看，將計算機底層的硬件基礎課放在大學生在校教育的前期，有利于學生掌握基本原理和基本知識；應用性強的課程放在后期，有利于學生與社會需求的接軌。其次，從教師角度看，將計算機系統(tǒng)結構課程體系的教師組織起來建立教師團隊，有利于教學效果的提高，便于教改活動的組織。適當的教材選取，可以調動學生的學習積極性。同時，優(yōu)質的教學課件和多形式的教學模式，將課堂教學變得生動、形象，把過去的“重教輕學”的教學模式轉向“師生互動”的教學模式。將學生被動聽講的課堂變?yōu)楣膭顚W生主動參與討論，引導學生積極探索，以提高學生素質。最后，實踐環(huán)節(jié)的改革能使學生將硬件課程內容融會貫通，合理的實驗項目設置充分調動學生學習的積極性。
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關鍵詞：精品課建設；教學內容改革；計算機系統(tǒng)結構
中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）09-0048-02
“計算機系統(tǒng)結構”課是“計算機科學與技術”專業(yè)本科生開設的一門專業(yè)必修課，開設時間為本科第六學期，48學時（理論課42學時；實驗課6學時）。它是一門綜合課程，從全局和系統(tǒng)的角度介紹計算機系統(tǒng)設計所必須了解和掌握的知識，把前續(xù)的“計算機組成原理”、“操作系統(tǒng)”、“編譯原理”、“數據結構”、“匯編語言程序設計”等課程中所學的軟硬件知識有機的結合起來，從而建立起計算機系統(tǒng)的完整概念。學習本課程旨在使學生從總體結構、系統(tǒng)分析這一角度來研究計算機系統(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。由哈爾濱工程大學計算機科學與技術學院硬件教學團隊承擔的“計算機系統(tǒng)結構”課程在2003年評為省級精品課程基礎上，于2008年又被評為“教育部—Intel”精品課。精品課程建設是教育部組織開展的旨在提高高等院校教學水平而推出的“高等學校教學質量和教學改革工程”中的具有戰(zhàn)略意義的舉措之一，是高等學校教學改革與建設的一項具有標志性的工作[1-2]。本文以本科生課程教學為核心，根據本課程教學內容特點，詳細介紹課程教學內容建設及改革思考，以求交流同行經驗，促進課程建設更快發(fā)展。
一、課程內容和特點
我?！坝嬎銠C系統(tǒng)結構”本科生課程主要采用李學干教授等編著的《計算機系統(tǒng)結構》作為教材，內容主要包括計算機系統(tǒng)結構概論、數據表示、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等內容[3]。想要順利學習這門課程的內容，需要學生很好地掌握“計算機組成原理”、“操作系統(tǒng)”、“編譯原理”、“數據結構”、“匯編語言程序設計”等課程的知識點。如在講解“RISC結構采用的基本技術”時，其中一項基本技術是“優(yōu)化設計編譯系統(tǒng)”，涉及到常規(guī)的優(yōu)化技術和手段，如將公用的子表達式消除、將常量移到循環(huán)體外等編譯優(yōu)化技術。在“計算機系統(tǒng)結構”課程中只能通過舉例的方式列舉某些優(yōu)化技術，而詳細的優(yōu)化技術的原理需要學生在編譯技術課程中詳細學習。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“計算機系統(tǒng)結構”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。學生要清晰地掌握這個知識點，就需要在之前開設的“操作系統(tǒng)”、“計算機組成原理”課程中掌握其中涉及到的基本原理。因此，在講授計算機系統(tǒng)結構課程時，一個很重要的問題就是如何劃分同其他課程有“交叉”的授課內容。實質上這個“交叉”僅是知識覆蓋面上的交叉，并不是實質的知識點的交叉。
二、教學內容改革探討
1.與“計算機組成原理”的內容劃分及協(xié)調。在同與“計算機系統(tǒng)結構”課程內容有“交叉”的課程中，最容易造成授課內容劃分不清楚的是“計算機組成原理”課程。如何合理劃分這兩門課內容是課程教學組織過程中需要關注的重要問題之一。表1詳細描述了“計算機組成原理”和“計算機系統(tǒng)結構”在教學內容和教學目標上的不同，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和具體的知識點并不相同?！坝嬎銠C組成原理”課程重點講解基本概念和基本運行原理，而“計算機系統(tǒng)結構”課程主要講授高級語言、編譯、操作系統(tǒng)和硬件結構的關系及從量化的角度重點講解如何優(yōu)化計算機性能。如兩門課程講授內容都包括了“指令系統(tǒng)”，“計算機組成原理”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“計算機系統(tǒng)結構”課程則從計算機系統(tǒng)優(yōu)化的角度引出“變址尋址”和“基址尋址”技術。在“計算機系統(tǒng)結構”課程的“數據表示”章節(jié)中指出，為了提高計算機的運算速度，對向量、陣列數據結構的實現(xiàn)提供直接支持，才增設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”技術是在“程序在主存中的定位技術”章節(jié)中講解的，其主要解決在不準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)課程內容。所以，“計算機組成原理”和“計算機系統(tǒng)結構”課程在講授內容的面上有重疊，但是講授的目的和重點是不同的。
2.教學內容的更新.隨著計算機技術的發(fā)展，近年來我們逐步從以下幾個方面對“計算機系統(tǒng)結構”課程內容進行更新：①不斷更新課程中的實例內容.我校的“計算機系統(tǒng)結構”課程的教學內容立足于基礎性、前沿性和時代性，重視結合實際案例，與時俱進，及時吸收和反映本學科的最新研究成果，合理地維持“更新與保留”的適當比例。如講授“指令系統(tǒng)的發(fā)展和改進”章節(jié)時，教材中詳細描述了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機器上采用的技術，學生聽起來枯燥、乏味。我們對課程內容進行了適當的更新，從現(xiàn)在比較“火”的嵌入式智能手機的微處理器設計說起，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加大課程內容的深度.“計算機系統(tǒng)結構”是將“計算機組成原理”、“操作系統(tǒng)”、“編譯原理”、“數據結構”、“匯編語言程序設計”等課程中所需的軟硬件知識有機結合起來的課程，所以在講授課程內容時需要以問題為切入點，從高層次應用入手，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)學生思考：大家在采用C語言編程聲明結構體數據類型時，是否考慮了其中各種成員變量的聲明順序。也就是說當結構體中成員變量的聲明順序不同時，對計算機的存儲資源會產生什么樣的影響？此時就要考慮編譯器為每個結構體成員變量分配內存時，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“計算機系統(tǒng)結構”課程需要掌握的知識點上，在這個過程中既幫助學生梳理了之前學習的專業(yè)內容，又達到幫助學生學習從總體結構、系統(tǒng)分析這一角度來研究計算機系統(tǒng)，培養(yǎng)他們系統(tǒng)地分析和解決問題的能力的目的。③引入部分多核技術知識點.由于Intel、IBM及AMD等公司的多核技術的出現(xiàn)，改變了原有的片上單核處理器的架構，分別出現(xiàn)了同構多核和異構多核架構，這要求計算機系統(tǒng)結構的設計者和學習者需要充分研究多核架構技術，這樣才能有助于實現(xiàn)程序的性能優(yōu)化。為了使本科學生更多的了解多核處理器結構，針對課程的特點及難點，以單核處理器體系結構為教學基礎，適當擴充片上多核處理器架構的介紹，這樣保證學生扎實的掌握基礎知識的同時，又可以緊跟技術發(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，其教學內容的錘煉優(yōu)化、不斷更新，教學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、認真思考、總結經驗，甚至需要幾代人的努力。本文將“計算機系統(tǒng)結構”課程中的教學實踐進行歸納總結，闡述了其中關于教學內容改革的做法，以求交流同行經驗，促進課程建設更快發(fā)展。在改革教學內容的實踐中，我們發(fā)現(xiàn)精品課的建設需要以學科建設為立足點，同樣也可以建設精品課為契機，促進學科、專業(yè)的進一步發(fā)展。
參考文獻：
[1]陳國定，吳立言，李建華，等.精品課程建設的思考與啟迪（機械類課程報告論壇文集）[G].北京：高等教育出版社，2006.
