时间：2022-07-25 07:42:41
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇计算机系统结构，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
1流水线技术
1.1 流水线的基本概念
计算机系统结构的国际权威美国Stanford大学的John L.Hennessy和UC Berkely大学的 David A.Paterson在其名著《Computer Architecture-- A quantitative approach》一书别指出：“流水线过去是，而且将来也很有可能还是提高计算机性能的最有效技术之一”[1]
流水线技术（Pipeline technology）是将一个重复的时序过程分解成为若干个子过程，而每一个子过程都可有效地在其专用功能段上与其他子过程同时执行。流水线中的每个子过程及其功能部件称为流水线的级或段（pipeline stage），流水线的段数称为流水线的深度（pipeline depth），段与段相互连接形成流水线。
1.2 流水线的分
从不同的角度和观点，可以把流水线分成多种不同的种类：
1.单功能流水线（single-function pipeline）：只能完成一种固定功能的流水线
2.多功能流水线（multi-function pipeline ）：流水线的各段可以进行不同的连接，从而使流水线在不同的时间，或者在同一时间完成不同的功能。
3.静态流水线（static pipeline）：在同一时间内，流水线的各段只能按同一种功能的连接方式工作。
4.动态流水线（dynamic pipeline）：在同一时间内，当某些段正在实现某种运算时，另一些段却在实现另一种运算。
5.部件级流水线（component level pipeline）：把处理机的算术逻辑部件分段，以便为各种数据类型进行流水操作。
6.处理机级流水线（processor level pipeline）：把解释指令的过程按照流水方式处理。
7.处宏流水线（macro pipeline）：由两个以上的处理机串行地对同一数据流进行处理，每个处理机完成一项任务。
8.标量流水处理机（Scalar pipeline processor）：处理机不具有向量数据表示，仅对标量数据进行流水处理。
9.向量流水处理机（vector pipeline processor）：处理机具有向量数据表示，并通过向量指令对向量的各元素进行处理。
10.线性流水线（linear pipeline）：流水线的各段串行连接，没有反馈回路。
11.非线性流水线（non-linear pipeline）：流水线中除有串行连接的通路
外，还有反馈回路。
12.顺序流水线（order pipeline）：流水线输出端任务流出的顺序与输入端任务流入的顺序完全相同。每一个任务在流水线的各段中是一个跟着一个顺序流动的。
13.乱序流水线（out-order pipeline）：流水线输出端任务流出的顺序与输入端任务流入的顺序可以不同，允许后进入流水线的任务先完成（从输出端流出）。
1.3流水线的相关与冲突
相关（correlation）是指两条指令之间存在某种依赖关系。如果两条指令相关，则他们就有可能不能在流水线中重叠执行或者只能部分重叠执行，
1. 结构相关（structure correlation）：当指令在重叠执行过程中，硬件资源满足不了指令重叠执行的要求，发生资源冲突时将产生“结构相关”；
2. 数据相关（data correlation）：当一条指令需要用到前面指令的执行结果，而这些指令均在流水线中重叠执行时，就可能引起“数据相关”；
3. 控制相关（control correlation）：当流水线遇到分支指令或其他会改变PC值的指令时就会发生“控制相关”。
流水线冲突（pipeline conflict）是指对于具体的流水线来说，由于相关的存在，使得指令流中的下一条指令不能在指定的时钟周期执行。流水线冲突有三种类型：
1.结构冲突（structure conflict）：因硬件资源满足不了指令重叠执行的要求而发生的冲突。解决方法：流水化功能单元；资源重复；暂停流水线。
2.数据冲突（data conflict）：当指令在流水线中重叠执行时，因需要用到前面指令的执行结果而发生的冲突。
3.控制冲突（control conflict）：流水线遇到分支指令和其他会改变PC值的指令所引起的冲突。
2.指令系统
2.1 指令系统的基本概念
[2]指令系统（instruction system）是指机器所具有的全部指令的集合 ，它反映了计算机所拥有的基本功能。在计算机系统的设计和使用过程中 ，硬件设计人员采用各种手段实现指令系统 ，而软件设计人员则使用这些指令系统编制各种各样的系统软件和应用软件 ，用这些软件来填补硬件的指令系统与人们习惯的使用方式之间的语义差距。计算机指令系统分为两类：复杂指令系统（CISC）和精简指令系统（RISC）
2.2 复杂指令系统 （ CISC ）
2.2.1CISC的产生
早期的计算机 ，存储器是一个很昂贵的资源 ，因此希望指令系统能支持生成最短的程序。此外 ，还希望程序执行时所需访问的程序和数据位的总数越少越好。在微程序出现后 ，将以前由一串指令所完成的功能移到了微代码中 ，从而改进了代码密度。此外 ，它也避免了从主存取指令的较慢动作 ，从而提高执行效率。在微代码中实现功能的另一论点是： 这些功能能较好的支持编译程序。如果一条高级语言的语句能被转换成一条机器语言指令 ，这可使编译软件的编写变得非常容易。此外 ，在机器语言中含有类似高级语言的语句指令 ，便能使机器语言与高级语言的间隙减少。这种发展趋向导致了复杂指令系统 （ CISC ）设计风格的形成 ，即认为计算机性能的提高主要依靠增加指令复杂性及其功能来获取。
2.2.2 CISC 的主要特点
CISC指令系统的主要特点是：
（1）指令系统复杂，具体表现在以下几个方面：
①指令数多 ，一般大于 100条。
② 寻址方式多 ，一般大于 4种。
③ 指令格式多 ，一般大于 4种。
（2）绝大多数指令需要多个机器时钟周期方可执行完毕。
（3）各种指令都可以访问存储器。
2.3 精简指令系统 （RISC）
2.3.1RISC的产生
由于CISC技术在发展中出现了问题 ，计算机系统结构设计的先驱者们尝试从另一条途径来支持高级语言及适应 VLSI技术特点。1975年IBM公司 John Cocke提出了精简指令系统（RISC）的设想。到了1979年，[4]美国UC Berkely大学由 Patterson 教授领导的研究组，首先提出了RISC这一术语 ，并先后研制了 RISC-Ⅰ和 RISC-Ⅱ计算机。1981年美国的Stanford大学在Hennessy教授领导下的研究小组研制了MIPSRISC计算机 ，强调高效的流水和采用编译方法进行流水调度，使得RISC技术设计风格得到很大补充和发展。到了90年代初，IEEE的Michael Slater 对于RISC的定义作了如下描述：RISC处理器所设计的指令系统应使流水线处理能高效率执行 ，并使优化编译器能生成优化代码。
2.3.2 RISC 的主要特点
RISC为使流水线高效率执行 ，应具有下述特征：
（1）简单而统一格式的指令译码；
（2）大部分指令可以单周期执行完成；
（3）只有 LOAD 和 STORE 指令可以访问存储器；
（4）简单的寻址方式 ；
（5）采用延迟转移技术 ；
（6）采用 LOAD 延迟技术。
RISC为使优化编译器便于生成优化代码 ，应具有下述特征：
（1）三地址指令格式 ；
（2）较多的寄存器 ；
（3）对称的指令格式。
2.4 RISC和CISC 的比较
2.4.1不同的实现方式
两者的实现方式是不一样的。对于CISC来说，采用的存储结构是比较易于实现的数据和指令合一的方式。采用这种存储结构的原因是CISC具有比较高级的指令语义，同时具有比较长的执行指令的周期。而对于RISC来说，其采用的存储结构是数据和指令相互分离的结构，这是因为其采取了逻辑的硬布线方式，同时对于指令的读取比较频繁。
2.4.2不同的编译器要求
如果时钟频率相同，同时失去编译器，那么RISC与CISC的体系结构的计算机的效率其实并没有差别。而且相对来说，RISC体系结构更加需要编译器对指令的优化。CISC具有很大的市场，同时技术的发展也已经相当成熟。RISC体系结构并不能够直接取代CISC的体系结构。固然，RISC体系结构具有很强的竞争力，但是其逻辑硬布线到目前为止并没有统一的规定。RISC也并不是传统意义上的概念，现代的RISC也具有很多明显的变化，主要表现在：具有分支预测的功能、能够超标量执行，同时还能够乱序执行指令。
3.计算机系统结构的发展势
3.1多线程体系
所谓的多线程技术（multithreading technology）[5]，是一种结合了冯诺依曼的控制流模型以及数据流模型的新兴技术。它能够进行现场的指令级交换以及顺序调度。一般说来，在线程中，如果其中一条指令执行，那么相应后面的指令都会相继执行。线程可以成为计算机中调度执行的基本步骤，同时计算机中可以同时并发运行许多个线程。这样做的好处是：提高了并行度的效果，同时又能相互隐藏延迟的操作。多线程有着许多优点，同时也有一些不足之处。它的优点是能够在很大程度上提高整个处理器的利用效率，在整体上使计算机的性能提高到一个新的档次。多线程技术能很好地隐藏几乎所有的延迟，这是诸如分支预测错误延迟技术等其它技术所不具备的。因此，多线程技术能够在计算机微处理器的结构中具有很高的应用价值。
3.2 高性能计算
[6]高性能计算（high performance computer，HPC）是计算机集群系统，它通过各种互联技术将多个计算机系统连接在一起，利用所有被连接系统的综合计算能力来处理大型计算问题。高性能计算方法的基本原理就是将问题分为若干部分，而相连的每台计算机均可同时参与问题的解决，从而显著缩短了解决整个问题的计算时间。解决大型计算问题需要功能强大的计算机系统，随着高性能计算的出现，使这一类应用从昂贵的大型外部计算机系统演变为采用商用服务器产品和软件的高性能计算机集群体。因此，高性能计算系统已经成为解决大型问题计算机系统的发展方向。其中，混合体系统结构已成为HPC发展趋势。
4.结束语
目前计算机的发展十分迅速，已经在各个方面彻底改变了现代人们的生活方式和工作方式，人们的沟通以及工作的效率得到了很大程度上的提高。本论文简要介绍了计算机流水线技术，指令系统 ，然后提出了两种指令系统（RISC和CISC）并对比了两种不同的体系结构，比较了这两种体系结构中存在的问题，进而提出计算机体系结构的发展趋势。
参考文献：
[1] 郑炜民 汤志忠等译John L.Hennessy， David A.Paterson 计算机系统结构：一种定量方法（第二版）[M] 北京：清华大学出版社，2002
[2] 谈怀江 计算机指令系统的变化及发展 孝感学院计算机科学系 [J]，2014
[3] 李成铮，魏立津 计算机体系结构的发展及技术问题探讨 华中科技大学文华学院 [J]，2008
[4] 刘超.计算机系统结构.[M]中国水利水电出版社，2005.
关键词：高级计算机系统结构；双语教学；课程建设；
作者简介：裴颂文（1981-），男，湖南邵东人，上海理工大学计算机科学与工程系，讲师。（上海 200093）
基金项目：本文系上海市教育委员会重点课程建设项目（项目编号：1K-12-302-001）、上海理工大学核心课程建设项目（项目编号：1K-00-302-010）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）01-0076-02
面对国内知名高校计算机专业建设国际化教学的大趋势，上海理工大学加大计算机专业课程国际化建设的力度，培养国际化教学团队，开辟国际化精品课程。从课程设置、教材选编、师资队伍、助教制度、国际交流等五个方面建设一套上海理工大学独特的国际化教育模式，体现出教育差异化优势。培养既具有专业背景又能走向国际的计算机专业学生，推进上海理工大学由教学研究型向研究教学型大学转变，把上海理工大学建设成“卓越工程教育”的上海市旗舰高校、全国工程教育的示范高校。
计算机科学技术的变革日新月异，计算机系统结构的发展突飞猛进，通过引进全英文经典教材实施双语教学具有重要的意义。在计算机专业本科生课程中实施双语教学的前期尝试，效果不尽如人意。主要原因在于：第一，本科生的英语听力和阅读能力欠缺，难以有效地理解课程内容；第二，本科生的专业基础的知识结构尚不完整，无法深入理解计算机系统结构的研究前沿课题。而针对研究生的“高级计算机系统结构”课程采用双语教学，因为绝大多数研究生都具备大学英语六级的水平，外国留学生也均来自母语是英语的国家，英语听说能力基本能满足教学的需求；同时，研究生绝大多数都是计算机相关专业毕业的本科生，具备计算机相关专业的基础知识。
通过对“高级计算机系统结构”的双语教学，一方面使得研究生能获得最新的研究方向和研究热点，另一方面将进一步提升研究生的专业英语能力，使得研究生在未来的研究和工作中受益。特别是在2011年计算机科学与工程系获得计算机科学与技术专业和软件工程专业两个一级学科硕士学位授予权的发展机遇期，增强计算机系统结构研究领域内的科研力量，扩大科研创新增加科技成果，推进“高级计算机系统结构”课程的双语教学能力和课程建设，具有重要的现实意义。
一、优化课程设置
计算机系统结构是计算机科学与技术及其相关专业的学位课，其教学内容涵盖了计算机组成原理、编译系统、操作系统、数据结构、数字逻辑等计算机专业的基础课程。因此，国内外著名大学计算机系对这门课程非常重视。据调查，美国的MIT、CMU、UIUC、Stanford 等著名大学都采用最新的计算机系统结构领域内的权威教材，如David A. Patterson等人编写的《Computer Architecture：A Quantitative Approach》。上海理工大学计算机相关专业的研究生课程“高级计算机系统结构”，进一步量化分析和设计计算机系统结构，多年来一直将该课程列为研究生的学位专业课。从前几年的教学情况来看，这门课程在课程设置上的主要问题体现在：
最近几年计算机系统结构发展迅速，如多核处理器、内存技术、总线技术等都取得了飞跃发展，而前几年的课程内容知识陈旧，难以跟上最新技术的步伐，学生希望接触到最前沿的学科发展和研究动态。
“高级计算机体系结构”课程，教学内容与本科阶段的课程内容差别不大，学生觉得有重复教授的内容出现。
由于计算机系统结构是计算机专业综合性最强的一门课程，涉及到计算机软件设计、编译系统、硬件设计等全面知识，学生学习基础薄弱，学习起来比较吃力，从而导致愿意从事计算机系统结构前沿研究的学生不多。
学生反映该课程教学内容多，知识结构全面，前沿课题突出，学习难度大。但是，该课程的学时数和学分数严重偏少，难以深入理解和讲授，不愿意花费大量时间着重学习一门学分偏少的课程。因此，该课程的重要性难以引起学生的重视。
因此，对“高级计算机系统结构”课程采用双语教学，在课程设置和教学内容上非常重视教学内容的更新，坚持每年更新的内容占15%～20%。因此，本课程决定不选用前几年教学中的老教材，而选用最新的、全英文版本的《Computer Architecture：A Quantitative Approach（Edition 5）》作为高级计算机系统结构的教材，并且跟踪计算机系统结构领域内的最新研究成果，组织研究生分组讨论和课程报告。不仅让学生学习计算机系统结构的理论知识和分析方法，引导学生提出新的方法和新的解决方案，而且要求学生采用最新的研究工具，亲自动手设计设计实验，完成方法的验证，进一步提高学生的动手能力和编程能力。
二、更新教学内容
一方面采用最新版本的、与国际接轨的计算机系统结构量化分析教材，由主讲教师进行课堂教学，学生学习；另一方面采用研讨式教学方法，在主讲教师对前沿课题进行介绍的基础上，由学生分组就某个领域进行专题研究，并由学生提出新方法或新的解决方案，分享新思想，研讨新办法。如此，采用师生互动方法，学生既学习到了基本方法又能体会到研究最新技术的乐趣，获得研究成果的成就感。因此，教学内容主要包含计算机系统结构量化分析课程教学和前沿课题研讨两个方面。专题教学内容更新如表1所示。
三、强化师资队伍
从事国际化教学的教师可以从三个方面进行师资队伍建设：
加快青年教师国际化交流与培训的力度，培养本校青年教师骨干，建设一支稳定的全英语或双语教学队伍。近几年连续、有序地派出优秀青年教师到美国、加拿大、澳大利亚等国的著名大学进行教学培训和合作研究。
引进具有国际教育经历的教师，开设具有国际特色的专业课程。近几年连续引进了包括来自德国、日本、美国等国著名大学和研究机构的教授或博士毕业生，提升了教师国际化教学水平的整体实力。
邀请国外专家来华开展学术讲座、学术论坛等。通过教师“走出去”、国外教师“引进来”的战略，可以有效促进学术交流，提高学校知名度，对学校的国际化招生具有重要的作用，对推动上海理工大学国际化教育战略、促进学校办学方向的转移具有重要作用。
四、建设助教制度
建设稳定的助教制度，形成有效的助教评估体系。有助于巩固国际化教育的成果，提高理论教学的效果，学习国内外著名高校计算机专业的教学经验，开展综合性课程设计课程。稳定的助教队伍对稳定教师的教学精力、提高教师的教学水平有重要的促进作用。其中，需要涉及以下相关制度的改进工作：改进教师教学工作的评估体系，进一步规范教师对课程设计教学弹性工作的认定；设立稳定统一的助教制度，设置助教专项基金，保证助教的适当报酬，提高助教的责任心。学校要有专门的资金和相应的岗位安排。无论是研究生当助教还是新招聘的毕业生当助教，都应该遵守明确的岗位责任和职业规范。
五、促进国际交流
国际交流对提高上海理工大学的国际知名度、提高教师的教学水平、提升教师与学生的研究能力都具有举足轻重的作用。从以下方面加强建设：设立国际会议资助专项资金，资助学生或青年教师参加高水平的国际会议；积极开展与国外知名大学、教授的合作，加强对上海理工大学专业的介绍；派遣青年教师访问国外知名大学、研究所等；学校设立专项基金，鼓励计算机科学与技术等专业筹办高水平的国际会议；加强学校同海外留学生、各使领馆的联系，促进国际化教育的顺利开展。
六、修订考核方式
由于这门课程着重培养学生的创新能力和实际动手能力，因此学校将以前注重考核基础知识的学习转变为着重考核学生创新能力和实际动手进行研究的能力上。因此，修订后的考核方式如表2所示。
七、结论
通过对“高级计算机系统结构”课程的双语教学，基本达到了预期的目标，既锻炼了学生的学习和研究能力又提升了教师的教学水平和教学效果。计划在巩固当前双语教学的基础上，在后续几年针对外国留学生开设“高级计算机系统结构”的全英语教学课程，逐步打造计算机系统结构的精品课程，提升课程的教学品质，推进计算机科学与技术专业的国际化建设进程。
参考文献：
[1]丁红.计算机系统结构课程双语教学探索与实践[J].科技信息，2009，（15）.
[2]范玉涛.计算机科学与技术专业专业双语教学体系构建[J].计算机教育，2011，（24）．
[3]张晨曦，王志英，刘依，等．“计算机系统结构”课程内容体系的研究[J].计算机教育，2009，（20）.
[4]陈洁，张燕平，赵姝.计算机系统结构课程教学研究[J].计算机教育，2012，（4）.
关键词：计算机系统结构；教学困境；教学内容；教学模式；讨论课
计算机系统结构课程在高校计算机专业培养中是一门重要的本科高年级基础课，一直占有很重要的位置。它主要围绕计算机结构中整体及各个部分的优化技术以及量化分析方法，将计算机组成原理、编译技术、操作系统、高级语言以及汇编语言等软硬件知识相互贯穿，帮助学生建立计算机系统的完整概念，其重要性是不言而喻的。无论以后从事的是硬件还是软件设计，这门课都能帮助学生理解软硬件的关系，在软件设计中理解硬件的结构与发展趋势，同时设计硬件时了解软件的能力与缺陷。这样的一门课如果真正发挥作用，对计算机专业学生日后尽早适应本领域工作有很大的帮助。而现实情况是，这门课一直以来都是公认的难教、难学、枯燥无趣，真正将其讲好讲透并不容易。随着近十年国内广大教师的努力，这一现象有所改善，但还是存在不少困惑，并未完全体现出该课程的作用。
1.教学困境浅析
教学困境的存在与我国计算机软、硬件技术落后于美国等先进国家有很大关系。虽然现在我国在超级计算机的设计以及自主知识产权处理器芯片的设计上有了长足进步，但在很多方面还存在差距，有些方面的积累几乎为零。在这样的情况下，高校的计算机教育更需要正视这个现状，并尽力从人才培养这个层面为改善这种落后面貌而努力。
1.1难教的原因
首先这门课对授课教师的要求比较高。教师需要对计算机系统整体设计有很深的理解，通晓软、硬件相关的结构、编译、操作系统等多方面知识，并能将它们融会贯通。而实际上，很少有高校教师真正设计过计算机系统，甚至接触过系统级软件设计的人都比较少。另一方面，找到一本合适的教材也比较困难。最为经典的教材是由美国的Hennessy和Patterson合编的《计算机系统结构——量化研究方法》。这是一本非常好的参考书，但作为教材，对于国内读者来说，由于语言上的障碍，英文版的教材可能不能尽得其妙；而且由于诸多翻译上的弊病，中文版的国外教材也不理想。我国本土教材可能存在着以下几种困境：其一，知识陈旧，系统性不强；其二，近10-20年的技术在阐述上过于抽象，不成系统，难于理解；其三，大而全，有些技术只在特定时期的特定领域出现过，过于冷僻而且复杂，与其他部分的知识毫无联系。
教材的困境也反映了难教的现实。随着新技术的涌现，教材总是落后于现状。并不是说，我们将近年来该领域有影响的论文看一遍，就可将它们拿到课堂上讲。一方面，在众多新技术中，如何甄别出哪些是有发展前景？哪些又只是昙花一现？另一方面，如果未在该领域或方向上有较为深入的研究，要透彻理解这些新的技术也存在困难。如果只是泛泛地讲解新的技术名词，念念论文的摘要，为的是向学生或听课的领导炫耀一下，这可能是一种不负责的做法。计算机系统结构课程需要系统的知识体系，那些无法与现有体系相关联的技术，讲起来益处不大。
1.2枯燥难学的原因
学生难学只能在教师身上找原因。因为没有教不好的学生，只有不会教的老师。原因可能有几个方面：首先，早先选用的教材，知识较为陈旧，50年前的技术离现实较远，学生不知上课讲的东西有什么用，教师讲起来其实也觉无味。这方面大家已经意识到并有了很大的改善；其次，有些先进的技术或算法本身不是很好理解，需要学生集中精力听，并积极思考才能有所领悟；再者，由于计算机系统结构所涵盖的内容过于丰富，教师在讲解时必然会将其简化和抽象，这使得学生在学习时有时会感到枯燥。
1.3解决问题的思路
作为该领域的教师，只有承认困境，正视现实，才有可能找到解决问题的方法。最为重要的是教师要有改善现状的强烈愿望和责任感。下面笔者将从内容组织、教学方法以及教与学互动几个方面给出自己教学中的做法与感受。
2.内容的组织
内容的组织是核心。笔者认为教学过程中真正吸引学生的是内容，因为有意义的教学内容本身就有吸引力。学生对有意义的知识本能地有着较强的学习兴趣，教师只需要将知识系统地呈现给他们即可。
2.1教学内容的内在逻辑性与现实性
关键是教师如何让内容“有意义”且“系统地呈现”。这两点是关联的，一方面，知识与现实要有关联，这样就有了意义和价值；另一方面知识要体现前后的逻辑性，这就是系统性。
比如，对于处理器结构，一般会讲解指令流水线的工作原理、性能分析及流水线相关知识点。而有一些教材在讲指令流水线时，只用伪指令（用算术操作符表示），这部分内容本来就抽象，指令也没有具体的形式，使学生很难理解指令流水线的关键思想。因此首先给出一个精简的MIRS指令集是相当有益处的，当然也可以是任何其他的精简指令集。一方面，学生能够直观地体会前面讲解指令系统设计中诸多抽象的原则，同时也更容易理解在指令流水线中为什么这么设计。在讲解后续指令流水的相关及冲突时，具体的指令形式也有利于教师讲清楚各种冲突问题。只有搞清楚问题是怎么出现的，才可能理解后面的旁路技术或冲突检测方法等；只有对分支指令在流水线中的冲突有了比较直观的理解，后续的静态分支预测、动态分支预测、硬件推测执行等才有可能变得有意义。
在讲完流水线技术的原理、性能评价和冲突及其解决方法后，这一章似乎可以结束了。但是如果在最后加上流水线的实现这一节，会是一个非常好的处理。给出具体的一个指令流水线的数据通路，并给出不同指令在每一流水段的操作，试图引导学生给出旁路检测及控制的方法，通过设计多路选择器的控制信号来理解流水线设计中的旁路实现。这部分内容引领学生直观理解指令流水线的实现，还将前面学习的计算机组成原理中的控制器设计内容联系起来，让设计的计算机更进一步接近现实中使用的机器结构。
互联网络部分内容的组织一直是比较令人费神的，教学效果不好。一部分教材只是介绍了互联网络的基本概念及互联网络的经典拓扑结构等。就算是由美国的Hennessy和Patterson合编的《计算机系统结构——量化研究方法》的第三版，对这部分的组织也不是很好。最主要的问题就是互联网络的范畴非常广，关键是如何在计算机系统结构中介绍其中的互联。计算机网络课程中介绍过的网络介质、报文格式、包缓冲区、拥塞控制等知识，在这里并非用不上，而是在此处大而全地介绍不可能将真正重要的问题讲清楚，篇幅也不允许。所以大而全的讲计算机内部、计算机之间的各种网络以及网络所涉及的方方面面，教学效果并不好，而简单地介绍网络的拓扑结构及其性能参数等又比较抽象，容易让人不知所云，且与整个知识体系关联不大，不能起到将系统的软硬件知识贯穿起来的作用。因此我们可以首先将互联网络的范围限定一下，比如在计算机系统内部组件的互联，以及小、中规模的多处理机系统中的互联，然后将并行问题及并行算法、并行编程提供的通信原语与底层的互连结构相互关联，讲清为什么要这样互联，适合解决什么样的并行问题；讲清当前主流的多处理机系统中相应的数据网络、控制网络及管理网络的结构与软件使用情况。讲清或许存在一点困难，不过起码要将这些知识串起来，并与操作系统及并行编程的相关知识关联起来，这有很大的好处。
2.2拉近课堂与现实研究的距离
笔者认为对新技术的泛泛介绍不是没有意义，但对于高年级的本科生来说，更为重要的是让他们通过上这门课，逐步了解现实科研在哪里，以及与课堂上讲的知识距离有多远。通过教师自身的研究经历，将课堂上讲的知识逐步引到现实科研或本领域当下研究的热点问题中，才是真正有用的。中国科技大学网站上有唐锡南博士的相关讲座，该讲座是针对体系结构方向的研究生及高年级本科生而开的，授训对象都上过系统结构这门课，教学目标是对该课程的掌握作进一步地提高。该讲座在网上反响挺好，笔者比较受启发，也许这对上好计算机系统结构课也是有帮助的。比如在讲多处理机系统中的Cache一致性的问题时，他逐步引到具体实现中的一些困难，问题层层展开，有些问题可能需要一些手段来解决，有些问题恐怕还是难题。学生学习最重要不是学到答案，而是学会发现问题在哪儿以及解决问题的思路和方法，当他们了解到该领域前沿的研究思路时，必将增进自己未来解决问题的信心。比如，在讲多处理机系统时，从相应原理开始讲解，然后是现实硬件实现中可能有的变化及原因、并行软件运行中出现的问题，最后将硬件追求卓越性能与软件要求正确性及友好性的冲突展现在学生面前，再说明软硬件相互依存的道理，这比直接说明软硬件关系具体而生动，听起来也有趣。简明地讲清问题之间的关系，解决的程度，未解决的问题及难点所在，这对于开阔学生思路、增加学生对该领域探索的兴趣都比较有效。
3.变化的教学模式
传统的教学模式并没有过时，但有时新的模式可以发挥更好的效果。其次，一成不变的讲课模式从学期开始直至学期末容易令人厌烦，所以探讨变化的教学模式对于提高教学效果显然是有意义的。
3.1实践环节的介入
实践环节可以与课堂讲授相互穿插，不需要将理论部分全部讲完再安排。比如讲流水线及指令级并行时，适时地将相应的指令流水线的模拟器介绍给学生，让他们去体会指令的时空概念以及指令问的各种相关的影响，教师辅导时多问学生为什么。再比如讲存储层次时，Cache优化技术是其中比较重要的内容，这时也最好让学生实际使用相应模拟器去测，通过改变其参数来比较相关性能，可以引导学生通过分析复杂系统模拟器的结构来了解相应原理，或通过实现过程相对简单的模拟器来体会实现过程中的细节问题，这些都是比原理本身更为有用的学习体验。
3.2难一点的议题留给讨论课
对于高年级的本科生来说，他们的精力相当旺盛，自身的学习能力也比刚入学时强很多。此时将一些需要思考、理解的内容交给他们自学和交流，其效果可能会令人大吃一惊。通过自学，很多学生在课下花了不少功夫，并在学生间进行了充分的讨论和互助。课上讨论时，可以让学生主持，这会让学生兴奋，而且下面的学生往往很活跃，想通过为难一下上面的学生来展示一下自己。每一位学生其实都有着相当强的自尊心，所以这种形式会促进学生问的讨论。经验表明，往往平时表现一般的学生这时都有相当好的表现，他们自己也比较自信。如果学生说错了，不要马上说出来，而是将问题解析一下再次抛给大家，看看大家有什么想法，慢慢地大家都比较放松，让问题在讨论中逐步接近解决。
这样的讨论模式有时也会出现教师无法预料的情景，比如学生提出一些教师也未考虑过的问题，此时可能会给教师带来一些紧张感。遇到这种状态时，教师首先可以凭借平时深入的备课，稍作思考（可能5～10秒），问题可能就得到可以解决。这时讨论就变得更为引人入胜，学生的积极思考实际影响了讨论的导向，这种情况没什么不好。教师要有承担风险的勇气，同时还可享受到当堂弄清某些事情的兴奋。另一方面，教师需要逐步积累处置这种情景的经验，自己要意识到，同时试图让学生也意识到，有一些问题需要仔细的考虑，并不能马上得出结论，还有一些问题是一些开放的问题，并且承诺关于此问题教师经过一些时间的思考（可能一个课间休息，或下一次课）后，一定会给大家一个负责任的答复。这样学生会觉得讨论有趣，不会害怕犯错而拘谨；教师也在这个过程中感受到学生更为积极的学习状态，并因此受到鼓励。
4.了解并督促学生
教学的过程是教师与学生互动的过程。教师的每一次教学过程都不会一模一样。他要根据教学对象的不同，做出相应的内容调整，也要根据每堂课学生的状态做出相应的节奏调整。只有学生能够接收、愿意接收，教学才可能有效。
适时的提问可以让学生适当地紧张起来，但对于答错或说不出结果的学生，不要批评，让其周围的学生代为回答，然后一起坐下。对于讲解中的一些重要部分也可以通过提问来引起注意，经常的提问让教师更了解每个学生，同时学生与教师之间的关系更加紧密。作业的及时检查也是必要的，每次课前可以在黑板上将一些普遍性的问题进行分析、讲解。教师对作业的及时反馈可以提高学生的积极性，另一方面对于知识的复习与融会贯通都有帮助，学生从中可以体会到—个教师的责任心，这是非常重要的。教师的工作态度会影响学生，特别是有影响的、有一定声望的教师，他们的教学态度对学生的影响可能持续一生。
集成电路技术的发展，使集成电路和处理器的关系密不可分。随着多核技术的出现，处理器已经变成构成系统级芯片（SoC）的基本单元，因此，从集成电路的功能级设计层面讲，计算机系统设计实现采用的方法就是大规模集成电路（VLSI）系统的设计方法。从卓越人才培养的角度，VLSI系统设计是微处理器的逻辑实现手段，而数字逻辑是计算机组成的物理实现基础。学生的数字逻辑系统设计能力和VLSI系统设计能力直接决定了其计算机系统设计能力。因此提升学生计算机系统设计能力的关键是提升学生的数字逻辑系统设计能力和VLSI系统设计能力。为了切实提高计算机工程专业方向本科学生的计算机系统设计能力，教学改革研究工作的目标确定为：以数字逻辑设计方法为设计基础、以硬件描述语言为设计工具、以硬件仿真系统为设计环境、以FPGA为系统实现手段、以计算机系统设计实现为目标和主线，将计算机系统设计实践完整地贯穿于专业核心课程之中；教学改革研究思路确定为：系统视角、整体优先、设计牵引、讲做结合、注重能力。该研究思路不同于一般的课程群，不是简单的知识点的审视，是“自顶向下”的观点和“自底向上”的实现的一种结合方法，最终目标是提升计算机工程专业方向本科学生的计算机系统设计能力。
2研究内容
计算机工程专业方向的主干课程包括数字逻辑、计算机组成原理、汇编语言、计算机系统结构、嵌入式系统、计算机设计与调试、计算机系统设计、VLSI系统设计等。课程各有目标，课程之间有宏观上的先后顺序，有微观上的相互穿插，有内容上的重叠。经过近几年的教学研究和改革，各门课程都发生了非常大的变化[1]：VLSI课程中会涉及算术逻辑单元的设计甚至处理器设计方面的内容；汇编语言的作用已经从编程工具转变为描述和理解计算机系统工作原理的有效工具；HDL语言和仿真工具不再专属于数字逻辑电路设计领域，已经成为计算机系统设计的通用语言和工具。但是，由于总目标不明确，导致课程分头讲，实验分头做，总体学时不少，最终效果欠佳。笔者的主要研究内容以计算机系统设计为目标，从能力培养的视角看待和理解数字逻辑、计算机组成原理、汇编语言、计算机系统结构、嵌入式系统、计算机设计与调试、VLSI、计算机系统设计等课程，借鉴CDIO的思想，将系统设计思想和设计实践贯穿整个计算机工程专业方向人才培养过程。
2.1重新审视和修订教学计划
在研究过程中，我们首先整理涉及的各门课程的全部知识点，对相互影响的重要知识点整体排序，整合相近和相似的知识点，归并出一些重要的专题，提出有利于培养计算机系统设计能力的完整实践教学体系，全线引入HDL语言，全线引入基于FPGA开发板的设计实验，紧密配合理论课、设计方法课、实践课，形成“学习—构思—设计—实现”的完整过程。
2.2数字逻辑电路设计课程内容的改革
数字逻辑电路设计课程改革的研究重点是设法强化和提升学生使用硬件描述语言说明硬件系统的能力，将硬件设计语言的介绍提前到课程的开始部分，使学生在学习数字逻辑电路设计过程中就开始使用硬件设计语言，相当于使学生掌握了一个设计工具，为计算机组成原理课程和计算机系统结构课程提供支持，另外，从教学上形成学习数字逻辑电路设计就是学习集成电路设计的理念。数字逻辑电路设计课程的实验既有使用逻辑电路器件搭建实验电路的传统型实验，又有使用FPGA开发板的设计实验。
2.3计算机组成原理课程的教学改革
计算机组成原理课程借鉴“深入理解计算机系统”教材中的思想，调整了部分课程内容和授课重点，比如，在数据表示部分增加了C语言的整数表示以及比较运算的示例，在存储器部分增加了程序访问局部性原理的C语言示例，在指令系统部分增加了寻址方式的C语言示例等。增加C语言的示例是进行教学视角调整的一种尝试，由于学生已经学习过C语言，已经初步掌握了编程方法，但是并不清楚程序在计算机内部，特别是在计算机系统底层硬件中是如何表示、如何执行的。通过在计算机组成原理课程中增加一些C语言的示例，让学生真正理解程序的执行过程。
2.4计算机系统结构课程内容的调整
计算机系统结构课程在课程内容方面进行了一些调整，主要为了更好地与计算机组成原理和计算机设计与调试等课程衔接。增加多核处理器和多线程调度等方面的内容；对教材中给出的一些具体处理器实例给予更多关注，比如Pentium、PowerPC和MIPS处理器实例等；重视向量运算和向量处理器部分的内容。
2.5计算机设计与调试课程实践教学改革
计算机设计与调试课程把以往让学生设计实现一个有十几条基本指令的微程序控制器改变为设计实现向量协处理器；以PowerPCRISC处理器的指令系统为参考，把设计PowerPC扩展指令协处理器AltiVec模块中的VSFX指令部分作为教学内容。整个设计任务分为8个相互联系、难度逐步增加的子任务，通过教师引导、分组讨论、学生实践、实现设计、完成测试等一系列教学环节，让学生完成协处理器中的部分设计工作并熟悉完整的协处理器的设计与调试方法。
2.6嵌入式系统设计课程实践教学改革
嵌入式系统设计课程开发出嵌入式系统计算机结构及相关软件的综合实验，使硬件与软件相结合，强化对学生计算机综合开发应用能力的培养，提高学生的实践能力。综合实验要求学生完成一个嵌入式系统开发实现的全过程，包括完成硬件、软件的功能分配，进行主控数字系统硬件的设计和制作，设计驱动和功能软件，硬件、软件的分别测试与综合测试等。
2.7VSLI系统设计课程实践教学改革
VSLI系统设计课程的实践教学改革，把实践分为3种类型：课程实验、自主实验和课程设计，3种类型的实验全部基于Nexys3FPGA开发板进行设计。课程实验包括XilinxFPGA设计流程、Nexys3FPGA开发板主要模块接口设计和基于IP的数字电路设计等。自主实验部分的题目类型包括：串—并转换电路、FIFO存储器设计、大数加法器设计和FIR数字滤波器设计等。课程设计部分的题目类型包括密码协处理器设计、数字信号协处理器设计和图像处理协处理器设计等。
3实验室建设
天津大学计算机科学与技术学院2006年建立了数字逻辑电路设计实验室、计算机组成实验室、计算机系统结构实验室、嵌入式系统实验室，建立了超大规模集成电路设计与应用研究所。实验室配备了数字逻辑实验台、计算机组成原理实验台、计算机系统结构实验台（带有FPGA模块）、嵌入式系统设计实验台等教学实验设备。这些实验室和实验设备能够满足常规的计算机系统实验，但对计算机系统设计能力培养的支持还不够。为此，学院2013年与美国Xilinx公司合作，建立了天津大学—美国Xilinx公司计算机系统设计联合实验室，实验室配备了50多块Nexys3FPGA开发板，实验时可以满足每人一块开发板的要求。超大规模集成电路设计与应用研究所于2012年引进BEECube公司先进的BEE3系统，该系统基于计算机系统的第三代商用FPGA系统，包括4个Virtex5FXTFPGA芯片，以及高达64GB的DDR2ECCDRAM和8个用于模块间通信的10GigE接口。有了Nexys3FPGA开发板和BEE3系统，我们具备了实现学生设计的各种计算机系统的设备平台，为培养学生计算机系统设计能力提供了强有力的支撑。
4结语
关键词：计算机组成与结构 课程构建 教学创新
中图分类号：G202 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（a）-0158-01
《计算机组成与结构》课程是计算机本科专业基础课之一，在整个计算机专业课程体系中，具有承前启后的作用。同时，该课程涉及的内容位于硬、软件的结合处，不仅与计算机系统结构中的底层数字电路设计密切相关，还与顶层的操作系统、数据结构等软件技术紧密相连。该课程对于学生全面理解计算机硬、软件之间的关系，培养对计算机系统的分析、设计、应用及开发能力都起着不可替代的重要作用。
《计算机组成与结构》课程包括计算机的组成原理以及体系结构两大部分内容[1]。计算机组成原理是计算机通用的系统结构使用的一般性的逻辑实现方法；计算机的体系结构介绍了计算机的概念性结构以及功能特点，明确了计算机软件和硬件的界面。计算机的组成原理和体系结构既有内在的相互联系，又有外在区别，所以将其综合到一起，成为一门基础专业课。
1 教学现状及存在的问题
很久以来，《计算机组成以结构》成了公认的难教又难学的课程，很多专业人士不断努力尝试不同的方式想要提高该课程的教学质量[2～4]。该课程到现在存在的一些主要问题是：（1）学生觉得课程难学，不容易学会：由于该课程学习难度大、内容相对抽象、学习效果难以立即实践检验，从而对部分学生的学习积极性产生消极影响；（2）教材内容无法全面反映该学科最新发展动态：由于计算机学科的高速发展特性，许多新概念、新技术、新知识无法反映在当前教材中；（3）课堂教学对多媒体课件的过度依赖。多媒体课件虽然具有直观、表现能力强的特点，但是在逻辑性强的定量分析教学中，比起板书等教学方式所具有的细致性和深入性还显现出相当的不足；（4）实验设计和安排还不够完善：很多学生完全按照本课程实验指导书的步骤完成实验，并没有真正理解实验的目的和意图；（5）教师和学生自己对学生能力的培养的认识还不完全到位。
基于以上对《计算机组成与结构课程》的教学过程中存在问题的分析，结合我校人才培养目标。我们从教学内容设置、理论教学方法、实践教学规划、课程考核制度四个方面具体提出本课程的建设方案。
2 课程构建
2.1 现有教学内容增补与教学计划的安排
教学内容的增补主要集中在三个方面：（1）本课程的基础知识的补充，包括逻辑代数基础和逻辑电路的设计方法；（2）《计算机组织与体系结构》教材内容的补充，包括指令级并行软硬件设计方法、超线程技术、多处理机同步与通信机制、Cache失效性分析以及计算机体系结构的量化分析方法和设计原理；（3）最新技术成果的补充，包括多核处理器技术、多线程技术的最新设计方法和工作机制。
在课程安排上，要确保实验教学内容和理论教学内容进度保持一致，其中实验教学和理论教学的可是比为1∶3.5，所以安排56课时理论教学就要相对应安排16课时实验教学。除此之外，有经历的学生可以组织参加其他大学生创新实验等，这样可以把实验教学和理论教学相呼应，加深印象，还可以使学生具有一定的实践能力以及创新设计。理论教学计划如下。
（1）计算机系统概论（讲授1学时）；（2）计算机的逻辑部件（讲授3学时）；（3）运算方法和运算部件（讲授10学时，课堂讨论1学时，实验4学时）；（4）主存储器（讲授3学时）；（5）指令系统（讲授4学时，实验4学时）；（6）中央处理器（讲授10学时，实验4学时）；（7）存储系统（讲授时，课堂讨论1学时）；（8）辅助存储器（讲授4学时）；（9）I/O设备（讲授2学时）；（10）I/O系统（讲授6学时，实验4学时）；（11）计算机系统（讲授2学时）。
2.2 理论教学方法的改进
在理论知识教学过程中，将近年来计算机硬件发展的新技术并作为学生课后自学的内容，注重基础理论与最新技术的融合。另外在教学过程中，注重与学生的交流互动，并向学生提出启发式和开放式的问题，引导学生深入思考。最大限度地克服该课程知识比较抽象，理论学习比较枯燥的不足。
理论课程全部采用课堂教学方式，以多媒体课件和板书相结合的方式。在充分发挥多媒体教学动画技术或Flash技术的直观性和生动性优势，充分展现基础性方法和原理的动态执行过程的同时，又保留了板书在计算机系统结构定量分析时的细致性和严谨特点。
2.3 实践教学规划
在实践教学方面，我们在实验内容和实验方式上进行教学改革。在实验内容上，分别针对基础性原理、综合性知识和创新实验有针对性的开展实践教学。
对于实验方式，我们的教改措施主要有：（1）理论教学的老师亲自指导实验，避免理论教学和实验教学的脱节，导致实验课马虎过关的现象；（2）具体实验前，由老师讲解实验步骤和注意事项。同时鼓励学生在课后通过即时通讯工具或教学平台提供的学生论坛相互交流实验经验和提出问题；（3）实验的教学检查采用分组答辩的形式，由学生团队自由组织并分工，撰写实验报告、答辩PPT及回答提问。
2.4 课程考核制度
理论教学和实验教学单独考核并采用量化考核措施。主要的考核项目为：学生的出勤率（10%）、作业完成情况（10%）、实验环节（10%）、期末考试成绩（70%）。
3 结语
近几年来，针对《计算机组成与结构》教与学的困难，以及教学效果的不完善之处，我们对该课程进行深入的探讨，并在教学中进行大胆的改革尝试，使得理论教学效果和实验教学质量得以明显提高。很多同学由以前害怕学习《计算机组成与结构》课程转变为对《计算机组成与结构》的怀有强烈兴趣，并获得了更多直观的体会，进一步正确理解了计算机组成和计算机体系结构的作用和意义，达到了我们课程建设的预期目标。
参考文献
[1] 郑丽萍，秦杰，王献荣.计算机组成原理与计算机系统结构的教学内容衔接[J].计算机教育，2010（11）：52-55.
[2] 何会民，潘雪增.“计算机组成与设计”课程教学创新改革[J].高等理科教育， 2007（4）：74-77.
智能终端是过程层的关键设备，智能终端是一类嵌入式计算机系统设备，因此其体系结构框架与嵌入式系统体系结构是一致的。
智能终端作为嵌入式系统的一个应用方向，其应用场景设定较为明确，因此，其体系结构比普通嵌入式系统结构更加明确，粒度更细，且拥有一些自身的特点。从硬件上看，智能终端普遍采用的还是计算机经典的体系结构——冯·诺依曼结构，即由运算器（Calculator，也叫算术逻辑部件ALU）、控制器（Controller）、存储器（Memory）、输入设备（InputDevice）和输出设备（OutputDevice）5大部件组成，其中的运算器和控制器构成了计算机的核心部件—中央处理器（CenterProcessUnit，简称CPU）。一般而言，由于目前通信协议栈不断增多，多媒体与信息处理也越来越复杂，往往将某些通用的应用放在独立的处理单元中去处理，因而形成一种松耦合的主从式多计算机系统。每一个处理单元都可以看作一个单独的计算机系统，运行着不同的程序。
（来源：文章屋网 ）
计算机的总线分为:控制总线、数据总线和地址总线。
总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构，它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线，微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。总线是一种共享型的数据传送设备。虽然总线上可联接多个设备，但任一时刻通常只能有一对设备参与数据传输。按信息传输的形式，总线可分为并行总线和串行总线两种。并行总线对n位二进制信息用n条传输线同时传送，其特点是传输速度快，但系统结构较复杂，它用于计算机系统内的各部件之间的连接；串行总线对多位二进制信息共用一条传输线，多位二进制信息按时间先后顺序通过总线，它的特点是结构简单，但其传输速度较慢。
（来源：文章屋网 ）
(1)计算机软件开发环节现状。
我们知道对计算机软件的开发是一件技术工作,计算机系统是很复杂的处理信息系统,要通过软件俩统一各个部件使其工作状态都能够和谐有效体现是不太现实的。经常来说,计算机体系结构是利用这种思想对系统进行层次上的简化,但是层次简化后的系统对目前的研究水平来说,还是难以突破的。目前流行的编程语言C语言来说,由于这些语言都是串行结构的,所以利用这个对系统内部模拟也是很耗时的,一旦中间环节有某些失误,也会导致整个编程系统瘫痪。
(2)系统软件模拟运行器运行精度现状。
当前,计算机系统软件模拟运行器运行精度低。究其主要原因是自身开发中不合理设计或者操作不合理。目前的软件模拟运行器研发主要有三个步骤,第一是理论研究思路,第二是按照理论进行设计符合标准的模拟器,第三是实现模拟器的功能正常运行。而这三个步骤中由于失误会造成研发的失败,比如,在第一步中,由于对计算机系统的各种需求没有做到正确分析,导致研发失败,对第二个步骤来说,失误是因为没有正确构建内部结构,所以导致模拟器的错误设计,模拟器精度差的原因是因为模拟器运行时间较长。
2对计算机体系结构软件模拟技术的未来探析
(1)计算机体系结构软件模拟技术的发展需要高水平的研发人员。
随着人类经济社会的不断向前发展,对计算机技术使用的不断深入,那么对计算机相关的信息处理系统工具要求也是越来越高。所以,作为计算机技术的研发工作人员,一定在顺应时代需求的基础上,不断加强对自己自身素质水平的提高,掌握丰富的计算机体系结构模拟技术知识,学习以往经验,根据需要不断创新技术,为计算机体系结构软件模拟技术的研发做不断地努力,来满足社会的需求,促进计算机体系结构软件模拟技术的不断发展。
(2)计算机模拟器新技术。
采取多种形式研究模式,需要我们基于现有技术水平的基础上,吸收国外先进的经验同时,不断创新开发模拟器新技术,并将不断优化模拟器的总体内部结构来作为研发总要课题。模拟器其本身的运行速度是制约模拟器和计算机体系结构软件技术开发的重要条件,所以未来对计算机体系结构软件模拟技术的研应该将重点放在便捷式且开放式的体系研究中去。就目前来说,模拟器的开发已经深入到跟踪技术和驱动模拟技术领域,但这些都是在静态的驱动模型上完成的,即使这种执行的静态驱动模型比较普遍,但是随着用户要求提高,技术要求提高,对其的研究不能只停留在这个阶段。
(3)计算机结构的仿真和计算机系统结构的新型模拟技术。
这两种模拟技术也是最近几十年来发展中最为突出的新型模拟技术,仿真系统模型是指用计算机的软件或硬件对计算机某种模型结果进行仿真模拟,目的是利用在一个机体上实现对另一计算机的已知功能,使二者出现相同的计算结果。计算机模型的模拟是指利用计算机工作的硬件或软件简单的模拟计算过程,只是常用来对计算机的性能与功能的预测及开发。也是主要注重研究计算过程,对结果时不太重视的。所以,我国的计算机体系结构软件模拟技术应该不断在这两种代表性技术的基础上不断研发新型的模拟技术。来促近我国计算机体系结构软件模拟技术的进一步发展,为经济社会的发展提供更好的服务。
3结语
关键词：系统能力培养；应用型计算机专业；教学改革
1概述
随着移动互联网、物联网、云计算和大数据等新一代信息技术的兴起，大量智能硬件如智能手机、传感器、电子标签、可穿戴设备等进入到人们日常生活中，计算机科学与计算机产业正在发生深刻的变革，需要一大批“综合应用硬件和软件进行计算机系统设计”的卓越工程师。因此，对计算机专业人才的培养要求正在由“程序”设计向“系统”设计层面转移。ACM和IEEE联合公布的CS2013计算机科学课程指南特别强调加强系统能力的培养。教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会提出：计算机专业人才应具备四大专业能力，包括计算思维能力、算法设计与分析能力、程序设计与实现能力、系统能力，其中系统能力占总能力点的75%。因此，在移动互联时代，培养具备系统能力的计算机专业人才已成为国内外教育专家的普遍共识。吉林大学珠海学院是广东省普通本科高校向应用型本科高校转变的试点单位，顺应产业转型升级和创新驱动发展需求，围绕区域经济社会发展战略重点，实施了面向系统能力培养的计算机专业应用型人才培养模式，纠正学生“欺软怕硬”的学习观念，提高学生软硬件协同设计的能力，培养学生成为一名具有系统能力的“软硬件贯通”的计算机专业创新人才。
2课程体系的构建
计算机专业传统课程体系是按照层次结构划分各门课程，无意中割裂了计算机系统各个层次之间的关联，客观上导致了每门课程只是关注各自的知识体系的完整性，课程讲授内容是相互独立的。学生虽然学习了各门课程中计算机系统的相关知识，但是就如“盲人摸象”一样，很难形成一个对计算机系统的整体认识。所以面向系统能力培养的课程体系需要重构培养学生对计算机系统认知、分析、设计和应用能力的教学模块，其中最关键就是要求学生能以程序员的视角理解计算机硬件设计，从硬件设计者的角度理解程序的执行，掌握计算机系统各抽象层的实现及其相互转换机制、计算机软硬件间的关联关系及相互影响。我们分析了应用型计算机专业学生所需知识结构，坚持“因材施教，分类指导”的指导方针，制订了注重系统能力培养的课程体系：一是专业基础课程，如数字逻辑设计、程序设计基础等；二是专业核心课程，如计算机组成与结构、操作系统、计算机系统综合课程设计等；三是专业应用课程，如嵌入式系统设计、嵌入式操作系统、智能手机软件设计、物联网控制技术等。作为一所应用型本科高校，考虑学生实际情况和培养目标，没有设置编译原理、形式语言与自动机等理论性较强的课程。
3课程教学内容的调整
计算机系统由于涉及多门计算机专业的软、硬件课程，知识体系庞大，各门课程的教学内容交叉多。所以计算机系统能力建设需要多门课程之间的衔接与联动，仅仅对某一门课程进行教学内容调整并不能取得良好效果，我们确定要以数字逻辑设计、计算机组成与结构、操作系统等课程作为主线，将所有与计算机系统密切相关的课程都有机串联融合起来，构建基于课程群的系统能力建设模式。课程教学内容的调整思路是：从程序设计视角出发，改变传统软硬件分离的教学方法，理顺各层次课程之间的衔接关系，改变各门课程知识结构离散、部分内容重叠的现象，给学生提供了一个完整而清晰的学习路线。数字逻辑设计课程的教学重点在逻辑器件应用和数字系统设计能力。因此，以组合逻辑与时序逻辑作为基础，加入FP⁃GA设计知识，引入EDA设计工具和Verilog硬件描述语言，加强以计算机功能部件作为设计实例的教学，能设计基本逻辑部件与组件如编码器、译码器、计数器、寄存器、多路选择器、算术逻辑运算单元等，掌握复杂系统状态机设计能力和时序分析能力，为计算机系统的设计打下基础。计算机组成与结构课程重点解析计算机硬件系统基本组成、运行原理和协同工作机制，分析计算机组成对系统性能的影响，阐述计算机系统的基本设计方法，帮助学生建立计算机整机系统的概念。课程教学需增加有关计算机硬件系统、操作系统、软件系统如何协同工作的知识点，例如将指令执行过程和异常、中断、存储访问、I/O访问等重要概念和技术结合起来进行介绍；讲述与程序设计有密切关系的体系结构内容，如数据表示、信息存放、操作数寻址、过程调用、程序访问局部性等。操作系统课程的理论教学定位于操作系统的组成及运行机理，侧重从系统软件角度管理计算机软硬件资源，以Linux为例讲述操作系统的基本概念和方法、设计原理和实现技术，主要内容包括进程管理、内存管理、文件系统、设备管理、系统调用与中断处理、任务调度和切换等知识点，特别需强调软硬件依赖关系和协同工作机制，即操作系统与CPU之间在中断、同步等方面的衔接关系。
4课程教学方式的改革
计算机系统课程如果按照传统教学方式，一般是先在课堂讲授相关理论知识，再到实验室做实验。由于计算机系统各层次课程涉及的知识点十分繁杂而抽象，学生只会越学越觉得计算机系统高深莫测，既枯燥无味又不容易掌握，久而久之就会产生对硬件的畏难情绪，而且在实验之前还需要花费时间进行复习。计算机系统课程教学借鉴CDIO工程教育模式，以解决“教师本位”向“学生本位”转变的问题，将课堂教学与实验教学融为一体，采用“做中学”和“按需教”的教学组织模式。其目的就是通过对计算机系统课程的教学与实验环节的一体化设计，综合设计教学与实验内容，使学生在“做”的过程中，通过自己的动手体验，通过自己对知识的获取、归纳与总结，能够深刻理解计算机系统整体概念，获得远超课堂教学的教学效果。计算机系统课程将采用“项目驱动、案例导向”的教学模式进行启发式教学，以计算机系统设计项目为手段，采用FPGA+ARM+Linux作为统一实验平台，按照“基本逻辑部件、计算机功能部件、计算机综合系统”的思想逐层开展，将计算机系统设计实践完整地贯穿于各层次课程之中，构建了一个阶段化、层次化、系统化的教学实验体系，形成“学习、构思、设计、实现”的CDIO工程教育完整过程。首先，数字逻辑设计课程需要从门电路开始来设计基本逻辑部件如译码器、选择器、寄存器等，使学生能熟悉EDA设计的全过程；然后，计算机组成与结构课程通过计算机功能部件如运算器、控制器、存储器和I/O接口的设计，锻炼学生的工程实践能力；最终，计算机系统综合课程设计则增加指令系统、中断、数据通路的设计，并将计算机各功能部件通过总线互联为一个完整的计算机系统，使学生全面理解计算机系统层次结构，理清软硬件之间的联系，加深对计算机整个系统的理解。
5结论
在移动互联时代，计算机专业人才培养由强调程序设计变为强调系统设计，学生是否能够建立计算机系统观、具备计算机系统设计能力是计算机专业创新人才培养关键标志。我们根据学校发展定位、师资学生情况和课程建设现状，重新规划计算机系统课程体系，调整优化教学内容和教学方式，将系统能力的培养落实到计算机专业教学实践中。计算机系统能力的培养是一项系统工程，面向系统能力培养的教学改革仍需要在实施过程中不断进行完善。
参考文献：
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[3]高小鹏.计算机专业系统能力培养的技术途径[J].中国大学教学,2014(8):53-57.
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[关键词]计算机系统;电力营销;工作内容;应用
中图分类号：TP 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0070-01
一、电力营销中计算机系统分析的基本原则
电力营销中计算机系统的建立需要遵循哪些原则呢？具体来廛，主要表现在以下两个方面。
（一）遵循客户至上原则，客户的需求是电力企业发展的重要驱动力，在市场经济环境下，竞争越来越激烈，为了提高电力企业的竞争力，电力营销中必须在更大程度上满足客户的需求。
（二）遵循以效益为核心的原则。在我国，虽然很多电力企业都是国有企业，在运行过程中需要兼顾社会效益。但是，作为一个企业，获取经济利益是它的最终目的。在激烈的市场竞争中立于不败之地，简而言之，在电力营销中建设计算机系统需要遵循以利益为核心的基本原则。
二、计算机系统在电力营销中的工作内涵
计算机系统在电力营销中的所建立起的电力营销信息管理系统工作内容大致包括五个方面：
（一）系统规则。（1）确定电力营销目标与电力营销管理系统结构。系统规划主要是用于确定计算机系统在电力营销中的功能与结构，还有系统的目标。
（2）了解新形势的需要。因社会不断在发展变化，因此电力营销必须改变现有的营销机制，结合社会发展的需要转变自身观念，分析存在的问题，现在企业管理流程存在许多问题，这些问题需要及时的发现与处理。
（二）系统分析。基于计算机系统的电力营销信息管理系统分析主要是对现有的信息乾地调研，而后通过不同的方式来对这些信息进行描述和处理，并且分析这些信息的合理性，最后为新系统提出更合理的方案。
（三）系统设计。系统设计主要是根据系统分析所得出的各种系统功能信息的关键数据来对新系统进行设计。确定新系统的应用软件结构。在设计时应采用模块化的设计，并且采用流程化的管理机制，从而才能够适应不同岗位的工作。开发Client/Service程序。与其它的Windows 应用程序相互作用。
（四）系统实施。系统实施的任务包括有硬件设备的招标与购置，已经后期的安装调试。
（五）系统运行与评价。系统运行于评价的主要任务是要维护新系统的运行，对运行过程进行管理，同时对新系统从各个综合方面进行评价。
三、电力营销系统的软件与硬件的构成
（一）硬件要求
由于计算机技术的高速发展，计算机速度越来越快，windows操作系统已成为计算机的主流操作系统，为了保证系统的正常运行，要求计算机最少要能运行Windows 98，64M以上内存，具有500M以上的硬盘剩余空间，另外还要有宽行针打印机输出票据和各种报表。
（二）软件构成
在Windows 98或Windows 2000下，利用计算机可视化编程语言VFP6.0对从基本用户电表抄得的表码进行录入，然后以供电所、用电线路等为基本单位进行统计、分析、综合、核算、开票等处理，生成所需要的各类数据。
（三）票据形成
在主管税局的监理下，根据电力行业的要求，使用定制的盖有税务局印章的各种发票、以及各种发票打印出各类用户电费发票、以及变电所，用电线路等各种。
四、系统设计与实现
（一）编程语言的选择
（1）兼容性好。
（2）创建应用程序快速、方便。
（3）开发能力更强大。
（二）模块设计
系统主要有以下模块组成。
变更信息、抄表管理、单据发票、电费报表管理、电费基础信息、电费计算、历史查询、系统维护、异常查询等。
（三）系统特点
（1）系统使用方便，数据处理快速、准确，票据和报表内容详细、直观、全面，可使用户或领导对所需内容一目了然。
（2）界面友好，操作灵活。
（3）使用完善的数据处理技术，保证用户在使用中不会因为突然的停电等原因而引起数据丢失或混乱的现象。
五、计算机系统在电力营销中的建设总体要求
（一）客户至上的服务体系，在市场经济大背景之下，企业应重视客户的要求，因为电力营销是电力企业的对外窗口，所有的业务都必须以满足客户的需求来作为驱动。
（二）以效益为核心的管理体系
为了在如今的买方市场中得到更大的利益，电力企业必须扩大客户群体，提高电力产品的销售量，同时在内部做好成本管理控制，将企业效益放在第一位。
六、计算机系统在电力营销中的运用
（一）电能量计量系统。客户系统是一个包括了计量档案管理子系统、报表管理子系统，报警管理子系统等多个关系到电力营销方面的系统。
（二）客户服务系统。客户服务系统是电力营销对外的业务窗口，任务是受理各种业务和查询各种业务还有专门用于发送业务通知的子系统，以及各种供用户使用和查询的综合服务系统。
（三）电力营销系统。计算机系统在电力营销中的应用便是电力营销系统。电力营销系统主要任务是处理供电公司给客户提供的电力数据，该系统包括了业扩子系统、电费计量系统、用电监察系统，综合查询子系统等各种与企业电力营销息息相关的子系统。
（四）地区调度自动化系统。该系统主要用于实现状态估计、负荷预报等工作，常用软件有SCADA和PAS应用，这些软件都是用于采集和监控事实电网数据，同时分析电网稳定性。
（五）配网自动化系统。配网自动化系统主要提供了配网SCADA/DMS 和配网实时状态监控还有数据维护，查询统计等基本功能，这些功能都是基于企业配电工作管理的。
（六）在线管理系统。在线管理系统主要是针对地区电厂的系统，用于实施采集和监控变电站的计量信息，对主网线损进行监测和分析。
（七）MIS信息管理系统。此系统由多个子系统组成的信息管理系统，如：调度管理子系统，变电管理子系统，安全监察管理子系统，科技管理子系统等。
（八）财务管理系统。财务管理系统是对电力企业的账单和财务指标还有财务报表等进行管理和分析，处理各种财务信息。
结束语
电力营销是电力企业取得经济效益的主要模块，因此必须重视提高电力营销的质量和能力，通过将计算机系统运用在电力营销之中，不但能够为电力营销提供先进的网络技术，还能够对电力营销业务进行更好的管理，摆脱传统陈旧的管理模式。
参考文献
[1] 王平，计算机系统在电力营销中的应用[J]，华东科技（学术版），2014，07（08）：112-113.
【关键词】轨道交通；AFC系统；网络通信
如今，全自动收费系统（AFC）得到了广泛应用，它集中了很多种先进技术，如计算机技术、信息收集和处理技术、机械制造技术等，促使自动化售票和检票得到了实现，智能化程度较高。相较于传统的纸票售票方式，自动售检票系统更加的便捷和准确，可以将人工售检票模式中的各种缺点给有效克服掉，如较多的财务漏洞、较高的出错率、较大的劳动强度等，可以避免有假票或者人情票问题的出现，促使管理水平得到了提高。
1 轨道交通AFC系统结构及其功能
一是轨道交通AFC系统结构：轨道交通AFC系统有效集中了多项高新技术，如计算机、网络通信技术等，促使轨道交通售票、检票、清分、管理以及统计等各项功能得以自动化实现。轨道交通AFC系统的架构体系一共有4层，分别是车站终端设备、车站计算机系统、线路中央计算机系统、清分系统等；通过通信接口有效连接了系统的各个层次，数据的传输是利用通信模块来实现的。为了促使轨道交通网络化要求得到满足，就需要对通信接口和通信方式进行统一制定。
二是AFC系统各层功能概述：车站终端设备包括自动售票机、半自动售票机、自动检票机等，发售车票、进出站检票以及票卡充值是它的主要功能；车站计算机下发的命令、参数和文件等可以被终端设备所接收到，对交易数据进行存储，并且向上层系统上传交易数据、审计数据以及设备运行状态数据等。
车站计算机系统主要是对车站各个终端设备上传的交易数据进行接收和存储，处理之后，向上层系统上传。对上层系统的各类系统运行参数、命令等进行接收，处理过之后，向车站终端设备进行转发；对车站终端设备进行实时监控，将各个设备的运行状态以及故障等信息给显示出来。
线路中央计算机系统主要是对清分系统下传的运行参数、命令、票价表等数据进行接收，进行处理过之后，下发出去。对下层系统上传的交易数据进行接收，处理过之后向上级系统上传。
清分系统主要是对运行参数、命令以及票价表等进行设置和下发，对线路中央计算机系统上传的各种原始交易数据进行接收和处理，并且将各种统计分析报告给生成出来，对报表进行打印。
2 轨道交通AFC系统数据流程
一是终端设备数据上传：通常情况下，可以将车站设备的数据划分为多种类型，如交易数据；寄存器数据、状态数据、维护管理数据、收益管理数据等，由设备产生这些数据，然后向上层系统进行上传。设备生成数据之后，设备需要检查数据的合法性，然后结合数据的类别，来分别进行传送；车站计算机系统对这些数据进行接收，之后归入数据库，向线路中央计算机系统进行转发；这些数据被线路中央计算机系统接收到之后，会向轨道交通清分系统进行转发。
二是线路中央计算机数据下传：RTCHS的参数可以被中央计算机所接收，并且对本线路的设备参数进行设置。要结合参数的特性，来启用或者保存中央计算机自身使用的参数，如果参数需要下载，中央计算机需要向相关的车站计算机及时下发参数；车站计算机对中央计算机的参数进行接收。如果参数需要下载，车站计算机需要向相关的车站终端设备中主动下发参数，车站终端设备对车站计算机的参数进行接收。
3 轨道交通AFC系统通信方式
一是通信协议的选择：其中，CORBA、Socket接口等是如今经常用到的数据传输方式，在TCP/IP网络中，最为常用的API应用程序接口就是Socket接口技术；将面向连接协议的Socket模型应用到实时数据传输中，因为一系列的数据纠错功能可以由本协议所提供，以便能够通过网络来向对及时准确的传输数据。可以利用TCP/IP协议来实现轨道交通AFC系统各个层之间的通信。
二是基于TCP/IP协议的四种通信方式：首先是两节点同步短连接，客户端和服务器之间的一种重要同步通信方式就是两节点同步短连接，客户端指的是主动发起连接的一方，而服务器对数据接收之后，需要做出应答。采用这种通信方式，客户端和服务器之间数据传输的可靠性就可以得到实现。
其次是两节点异步短连接，相较于同步短连接来讲，这种通信方式有着最大的差异就是服务器不会做出应答，那么就无法保证可以成功的向服务器传输客户端的数据。
然后是两节点异步长连接，在客户端和服务器之间的异步通信方式中，非常重要的一种就是两节点异步长连接，数据被客户端和服务器所接收到之后，不会做出应答，因此，将这种通信方式应用过来，客户端和服务器之间数据传输的可靠性也无法得到保证。
最后是多节点同步短连接，多节点之间要想实现同步通信，非常重要的一种方式就是多节点同步短连接，采用这种通信方式，客户端和服务器之间数据传输的可靠性就可以得到有效保证。
4 利用多线程技术和同步短连接通信方式设计AFC系统通信模型
AFC系统具有较多的任务，在任何一个时刻，本系统任意两层之间都可能在对不同的业务进行处理，因此，就需要在独立的线程中去处理每一个业务。具体来讲，从服务器的角度上理解，本系统可以对来自终端设备的连接请求进行实时监听，并且生成Socket，通过Socket的句柄值，来对线程进行创建，以便收发数据；从客户端的角度上来讲，如果需要与某个终端设备进行通信，它可以对线程进行创建，并且将Socket生成于线程中，然后连接客户端，来收发数据。
5 结语
通过上文的叙述分析我们可以得知，轨道交通AFC系统综合了多项先进技术，具备较多的功能；而其功能的实现，会直接受到通信方式的影响。因此，就需要对轨道交通AFC系统网络通信设计产生足够的重视，对比各种通信方式，对AFC系统通信模块的功能需求充分考虑，将整个系统的通信框架给科学设计出来。
参考文献：
[1]苏青.自动售检票系统在城市轨道交通中的普及应用[J].内江科技，2007（12）.
[2]王健，张宁，黄亮.南京地铁AFC系统网络化建设思路和再思考[J].都市快轨交通，2011（4）.
[3]邓先平，陈凤敏.我国城市轨道交通AFC系统的现状及发展[J].都市快轨交通，2005（3）.
摘要：本文介绍了我校对计算机硬件实验课程体系及实践教学环节进行的改革，建立了“基础层－应用层－提高层”三层体系结构的硬件课程群实验体系，并对多层次、系列化的硬件实践教学模式及训练模式进行了探讨。
关键词：硬件课程群；实验体系；实验内容；实践能力
中图分类号：G642
文献标识码：B
我校计算机专业自99级开始进行了较大规模的扩招，但由于师资力量跟不上、实验条件和实验内容相对落后等原因，造成计算机硬件教育存在层次单一、教学内容滞后、理论与实践脱节等问题，学生普遍存在着“重软怕硬”的现象，毕业后硬件设计能力差，软件开发缺少后劲。为提高学生的硬件动手能力，增强毕业生的社会适应性，学院自2002年开始进行计算机硬件课程群建设及相应的硬件课程群实验体系建设，包括“计算机组成原理”等九门硬件课程及5门相关的实践课程。本文对我院计算机硬件课程群实验体系建设及硬件实践教学环节的改革进行了探讨与总结。
1构建科学完整的硬件课程群实验体系
在原有的课程体系下，我院为本科生开设的硬件实验教学课程有“数字逻辑实验”、“计算机组成实验”、“微机接口实验”、“单片机实验”。由于实验条件的限制，各课程实验内容相对独立，综合性、系统性较差；尚有部分硬件主干课程没有对应的实验课程，如系统结构。实验课程体系存在诸多问题。
(1) 缺乏对学生系统设计能力的培养。传统的硬件设计和软件设计相分离的设计方法成为阻碍设计和实现复杂、大规模系统的关键因素。系统平台的搭建、软硬件的协同设计验证和软硬件功能模块的可重用性已成为现阶段设计方法的热点。培养学生具有系统设计的思想成为当务之急。
(2) 缺乏对学生可编程芯片设计能力及EDA技术的培养。可编程芯片与EDA技术是现代电子设计的发展趋势，将可编程芯片设计及EDA技术引入实验教学中是时展的需要。
(3) 缺乏综合性的实践课程，学生的创新能力发挥受限。由于实验条件限制，原有的多数实验是基于纯硬件逻辑设计的，只是在面包板上用器件构建小系统，功能扩展性差；并且只能开设数量有限、技术含量较低的实验，学生无法开展自主的综合性设计，无法进行创新能力的培养。
为此，经过充分调研和论证，我院首先从修改03级教学计划入手，对课程体系中的多门课程进行了调整，同时理顺各门课程间的关系，构建起了新的硬件课程体系。该课程体系由必修课程、选修课程及配套实践三部分组成。必修课包括“组成原理”、“接口技术”、“系统结构”等基础课程。为适应社会需求，在选修课中删去原有的“诊断与容错”等一些过时的课程，增加“数据采集”、“计算机控制技术”、“嵌入式系统”等社会需求较强、实用价值高的应用性课程，同时新开了“模型机设计与组装”、“硬件综合实践”等实践课程。在07版教学计划中，又新增了“DSP原理与应用”、“嵌入式系统实践”等新课程，保证课程体系的实用性与先进性。
硬件系列课程从体系结构上划分为三个层次：基础层、应用层和提高层，其课程间的关系如图1所示。基础层为“数字电路”与“组成原理”。“数字电路”课程虽然在教学体系上不属于计算机硬件系列课程，但它是计算机硬件系统的技术基础，是必修的前续课；“组成原理”介绍计算机的基本组成和工作原理，解决整机概念；通过“电工电子实习”与“模型机设计与组装”两门实践课程，强化学生的硬件动手能力。在应用层中，通过“接口技术”介绍应用层的接口和相关外设，以“嵌入式系统”等四门实用性强的课程作为选修课，每门课程都配有相应的实验环节，并通过“硬件综合实践”、“嵌入式系统实践”强化学生对基础知识的掌握和综合应用。提高层为“系统结构”及“性能测试与分析”实践课程，通过学习和实践，能够使学生比较全面地掌握计算机系统的基本概念、基本原理、基本结构、基本分析方法、基本设计方法和性能评价方法，并建立起计算机系统的完整概念。
在硬件课程群实验体系建设过程中，突出强调课程体系的系统性和完备性。从第1学期到第7学期硬件实验不断线，层次逐步提高，实验内容衔接连贯。注意各硬件实践的相互次序和互补，使硬件实践训练层次化、系列化，以此来系统强化学生的硬件动手能力。同时调整各课程的开设顺序，理顺每门课与前导课和后续课之间的关系，从而保证硬件课程体系的系统性和完备性。
注：所有必修课程与选修课程均开设课内实验，包括验证实验(20%)、设计实验(80%)；实践课程单独开设，包括综合实验(80%)、探索实验(20%)。
2改革实验教学内容与模式
计算机硬件系列课程的重要特点之一是工程性、实践性强。为了使学生在学过该系列课程后具备较强的实际动手能力和计算机应用系统的开发能力，应在实验教学内容的设置上体现出基础性、系统性、实用性和先进性，既要重视计算机硬件的基础内容，又要结合当今电子与计算机的最新发展。为此，我们对该硬件系列课程的实验教学内容和教学模式进行了改革创新。
2.1优化实验内容，引进实验新技术，提高硬件设计的效率和兴趣
随着计算机硬件技术的日益发展，各种各样的微处理器不断更新，功能不断增强，以FPGA为代表的数字系统现场集成技术取得了惊人的发展，嵌入式系统设计也逐步成为主流。为了使学生跟上时代潮流，了解最新技术，需要不断引入新设备、新技术，提高硬件设计的效率和兴趣。如更新的“组成原理”和“系统结构”实验台，通过RS232串口与PC机相连，可在PC机上编程并向系统装载实验程序，还可在PC机的图形界面下进行动态调试并观察实验的运行，使学生像设计软件一样来设计硬件，做到了硬件设计软件化，大大提高了硬件设计的效率和兴趣。“模型机设计与组装”，将CPLD和FPGA等技术引入，用CPLD来设计复杂模型机。“汇编语言”和“接口技术”补充Windows下设备驱动程序的设计与实现，增加PCI、USB的应用等内容。“系统结构”通过局域网组建小型的微机机群，研究探索多处理机操作系统，试验并行程序的运行与任务分配调控等功能。为适应当前嵌入式芯片的迅速普及应用，新开设了“嵌入式系统设计”课程设计。针对学生已学过多门硬件课程，但仍不能完成一个完整的、可独立工作的计算机系统设计问题，新开设了“硬件综合实践”，使同学亲自体会设计一台微型计算机系统的全过程。
2.2建立“验证型－设计型－综合型－探索型”的多层次实践教学模式
在实验教学内容的改革上，本着“加强基础、拓宽专业、注重实践、提高素质”的方针，将实验项目分为4类，即验证型、设计型、综合型、探索型,实验项目由浅入深，循序渐进。在所有硬件必修和选修课程中，全部开设课内实验。课内实验由验证实验(20%)、设计实验(80%)组成。所有实践课程都单独开设实验，包括综合实验(80%)、探索实验(20%)。这样，课内课程中开设“验证型”和“设计型”的实验，在后续课程设计中，开设“综合型”和“探索型”的实验，形成“验证型－设计型－综合型－探索型”的多层次实践教学模式，系统强化学生的综合设计和硬件动手能力。
在验证型实验中，注重使学生巩固基本理论，进一步掌握基本概念和基本技能。在设计型的实验中，注重培养学生的创新意识、设计能力和动手实践能力。在这一类实验中，以学生动手为主，教师辅导为辅，只给定实验的课题及达到的目的，中间过程需学生自己去查阅资料和设计方案，直至最后调试完成。在综合型实验中，注重培养学生综合运用所学知识的能力，使学生受到更为实际、更加全面的科学研究的训练。综合实验的特点是没有现成的模式可循，学生需要独立完成硬、软件设计和调试。在调试过程中，学生自己动手分析解决实验中出现的问题，虽然有一定的难度和深度，但对学生很有吸引力，能使学生从应付实验变为主动实验，不仅提高了基本操作技能，也发挥了学生的主观能动性和创造性。课程设计的部分内容属于探索型实验，学生可以自主选择感兴趣的课题及相关开发工具，写出设计书，交给指导教师审核后实施。在这一过程中，学生需要查阅大量的资料，培养了学生的自学能力、研究设计能力、独立分析问题及解决问题的能力和创新能力。
2.3确立“系列化硬件实践训练”方案
硬件实践训练由“课程实验－课程设计－综合训练－毕业设计”四个系列组成。课程实验――所有硬件课程都开设。课程设计――在“嵌入式系统”、“组成原理”等重点课程中开设，在这些课程的课内实验中进行部件或模块实验，在课程设计中进行综合性、创新性设计。综合训练――通过“硬件综合实践”展开。该课程安排在大四开设，是一门综合性设计实践课程，也是对前面所学课程的一个全面应用和总结，在硬件课程群建设中起着“总练兵”的作用。通过让学生亲自设计一台小型计算机控制系统，包括计算机的各个部件和功能，“麻雀虽小，五脏俱全”，旨在让学生真真切切感受到如何设计一个可独立工作的计算机系统，强化和提高学生的综合实践能力，培养学生的创新思维和创造能力。毕业设计――每年精选一定数量的硬件毕业设计题目，提供实验场所、设备及材料，让对硬件感兴趣的同学去实现自己的设计，放飞自己的理想。学生以接近于实际应用环境，完成高质量综合设计为训练手段，以掌握计算机硬件结构与应用系统设计作为主要训练目的，使学生对计算机的整个硬件系统有较全面、较系统的掌握。要求学生能够根据需要设计出一定规模的计算机硬件应用系统实例，从模板设计、制作、总线的走向、计算机部件选取、工作原理的分析、部件在模板上的部局、部件的焊接、运算能力的调试、结果正误的判断分析等流程的设计到具体的制作，直至最后写出毕业论文，使学生建立系统的概念与工程的概念。
3结束语
上述改革取得了令人满意的效果。大学生对计算机硬件实验课程学习的兴趣增强了，实验室开放期间，有更多的学生走进了硬件实验室。在毕业设计时，有更多的学生选择了与计算机硬件系统设计和开发相关的课题。学生做完硬件综合实习和硬件毕业设计课题后，普遍充满自豪感和成就感，感到硬件设计及底层软件开发不再可怕。通过这样的训练，提高了其综合设计能力和创新能力，同时也锻炼了他们的团队合作精神，步入单位就能直接胜任计算机应用系统设计、开发的工作，实现高校、学生、用人单位等各方面的多赢。同时我们也应该看到，随着新技术的不断发展，计算机硬件系列课程及其实验体系的建设和实验内容的改革是一项长期不懈的工作，需要不断完善。
参考文献
[1] 罗家奇,李云,葛桂萍等. 计算机硬件系统实验教学改革的研究[J]. 实验室研究与探索,2007,26(8):98-99.
[2] 武俊鹏,孟昭林. 计算机硬件实验课程体系的改革探索[J]. 实验技术与管理,2005,22,(10):107-109.
