计算机系统结构例1

[4]王丽晖. 现代计算机系统结构发展趋势分析，开发展望. 2005：4-5.

[5]欧中宏，袁由光，李海山等. 一种高性价比的容错计算机结构，第十届全国容错计算学术会议.

[6]曾庆华，陈天麟. 可扩展并行计算机系统结构和发展现状，计算机科学. 2003：第30卷，第9期. 158-161.

[7]龚明. 后PC时代计算机系统结构的发展，计算机工程. 2001年3月：第27卷，第3期. 1-2.

[8]范玲玲. 计算机硬件知识体系的结构框架研究，信息产业. 2013：178.

计算机系统结构例2

在计算机应用系统的使用中，公司企业或者用户最为关心的方面就是系统输出的格式以及内容。我们现在从结构化系统设计的角度和方向来看上去就是输出决定输入，大家可以反过来想，输入决定输出，但输入的具体信息只有根据输出所想要的要求来决定最终确定应该输入的信息。所以，只有在应用系统输出设计中达到及时、精准、实用的要求准则，才能最大限度的去满足用户们的要求。所以，结构化系统设计更有利于促进计算机应用系统的开发，甚至在一定程度上起着决定性的作用。在应用系统输入设计方面。一般情况下，对信息的收集和录入这两个方面是相当浪费时间的，所以，输入数据信息的准确性对其输出的结果起到决定性的影响。因此，在计算机应用系统输入设计上的出发点就应该是能够确保提高正确的信息到信息系统中去。结构化系统设计在计算机应用系统输入方面可以更好地解决和改进一些方法，它会使其输入方法更加的简单、迅速、经济、方便。

计算机应用系统在开发的过程中，往往会因为各种各样的外在不利因素，会使其受到影响甚至遭遇病毒的侵害。结构化系统设计可以一定程度上防止或者限制其不利因素的发展，在结构化系统设计下的计算机应用系统开发过程中，数据更精准，信息更可靠，网络更安全，功能更齐全，运行更快捷，设计更方便。计算机应用开发系统中结构化系统设计可以更方便的帮助企业或用户对计算机知识技术的学习，帮助其提高操作计算机应用软件的能力。在这种情况下，系统更容易维护，有更安全的防护措施来防止非法病毒非法用户的侵害。

计算机系统结构例3

中图分类号：TP338 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）11-0088-01

1 可重构并行计算机系统的基本理念

可重构并行计算机系统要依附于软件控制，通过可重用的资源，重构及重组转换为另一个计算体系，以匹配于差异化的相关需要。其具备可重构特性的计算机制我们称其为可重构计算系统。

重构和重组是可重构计算机制转换其基本功能的两种措施，前者即新计算系统的功能外部系统，其在旧的计算系统内并不存在，通过旧计算系统的可重用资源重新组建而成。而后者即新计算系统的功能部件，通常存在于旧的计算系统，经重新组合构建为另一套计算构架。

可重构并行计算机系统的核心体现在可重用资源，在研发FPGA前，可重构计算机系统一般都择取重组的措施；而在FPGA出现后，使重构措施变得具有可行性，经匹配相应的文件，设置各性质与线的链接，进而调节硬件的基本模式。

可重构并行计算机系统是为避免硬件结构和应用无法相适应这一问题。根据处理问题的程度，可把可重构分成下属几种：第一种，门级可重构，以核心门级作为切入点，重构计算机制。也就是把功能部件的逻辑通过FPGA予以深化，在使遇到算法改变的时候，利用调整FPGA的配置去完善其功能。此类重构即电路级可重构；第二种，部件级可重构，初期的重构以功能部件作为切入点，利用对功能部件的重新组合去匹配于差异化的计算机制；第三种，指令级可重构。

在常规处理器单元的基础上设置相应的计算设备，为计算的特殊需要奠定基础，以达到大计算量指令与附属程序的执行，此类深化计算机性能的重构措施即指令级可重构；第四种，芯片级可重构，在多处理器共用的原则上，使处理器位数产生变更、处理设施个数能够和处理器间互连，且能够予以变动的计算机体系，此类体系即芯片级可重构。

2 可重构计算的系统构架

可重构矩阵能够访问指标化处理器单元的高速缓存，不过可重构矩阵能够和常规处理器单元单独执行命令，也能够在指标处理器单元的控制下去执行相应命令。可重构计算的技术核心为可重构矩阵，其中可重构矩阵的组建可以依附于基本门，同样功能部件亦可组建重铸矩阵。可重构计算的技术主要包括下述几类：第一类，可重构阵列元素的组建，明确可重构阵列元泰的功能与其功能实现特性；第二类，可重构阵列元素的物理交互，因为可重构阵列需要匹配于差异化的计算要求，最为有效的物理交互措施即为全连通。第三类，可重构阵列元素的链接控制，差异化的计算需要我们要匹配于差异化的连接模式，怎样控制可重构矩阵元素的连接模式，使其应用更为便捷，需要根据实际情况而定。

3 可重构并行计算机系统计算机体系结构研究的进展

自从计算机发明以来，冯・诺依曼体系结构一直占据计算机体系结构的统治地位，科学家和工程师们在此基础上不断研究硬件和软件，使CPU和存储器技术得到了飞速的发展，也为信息化、网络化奠定了基础。

随着人们对信息化的要求越来越高，冯・诺依曼体系结构已经无法满足人们的技术需求和发展要求，对计算机的要求不再仅仅是高速计算，同时更应具备信息处理和智能升级能力。可重构技术与多核技术的出现为此提供了基础。近年来所发展的计算机体系结构主要包括下述几点：第一，CPU不仅为一核，而是通过多个核组成； 第二，存储设施不在是体系的核心构成因子，取而代之的是信息路径；第三，现阶段计算机已不再是通过五大部件所组成，而是通过一些信息处理节点所构建，每个节点的智能化与集成化越来越高；第四，程序设计涵盖了软件与硬件，生产方给出的产品会是独立封装好的中间件，作为应用方不需要侧重于程序的构架，只要做好专业设计即可。

4 结语

重构和重组是可重构计算机制转换其基本功能的两种措施，前者即新计算系统的功能外部系统，其在旧的计算系统内并不存在，通过旧计算系统的可重用资源重新组建而成。而后者即新计算系统的功能部件，通常存在于旧的计算系统，经重新组合构建为另一套计算构架。

近年来所研究开发的可重构并行计算机系统的核心体现在可重用资源，在研发FPGA前，可重构计算机系统一般都择取重组的措施；而在FPGA出现后，使重构措施变得具有可行性，经匹配相应的文件，设置各性质与线的链接，进而调节硬件的基本模式。

参考文献

计算机系统结构例4

中图分类号：G642 文献标识码：B

1引言

“计算机系统结构”课程是计算机科学与技术专业中重要的专业课程，是一门从组织和结构角度上学习、总体把握和领会计算机系统的课程。因为其理论性较强，知识结构较为复杂，它的实验课设置一直是一个空白。但是，作为一门针对本科高年级学生的计算机综合设计课程，没有相应实验课对学生理解能力的提高和创新能力的培养，所谓的综合设计课程也成了一句空谈，为此，我们使用WinDLX、DLXView、SimpleScalar模拟器(安装在微机上)来仿真计算机，让学生在这个虚拟计算机上设置各种不同高端计算机系统结构技术，然后通过统计数据得到不同计算机系统结构技术对计算机性能的不同影响，最后给出统计结论。

但在实际教学过程中，我们发现，此种“PC机+模拟器”的实验方式形式过于单一，所有的实验都是先在模拟器中给出计算机系统结构技术参数设定，然后运行测试程序，最后根据程序运行结果给出实验结论。对学生而言，所做的工作只是系统结构参数的给定，然后面对一堆运行出来的枯燥数据给出实验结论。由于这些实验全是验证型实验，使得学生没有真正的实验体会，感觉也比较抽象，一个学期下来，整个实验课程没有收到它应有的效果，同时也没能激发出学生的创新性。

为了让学生更加有硬件实验体会，并发挥学生的创新性思维，我们在原有的“PC机+模拟器”模式下增加一个实验机箱，变成 “实验机箱+PC机+模拟器”模式，经过一个学期的实践，计算机系统结构实验课程有了突破性的进展，取得了较好的效果。

本文其他部分内容如下：第二节介绍原有的“PC机+模拟器”实验模式的具体细节及其弊端；第三节阐明“实验机箱+PC机+模拟器”新模式的由来；第四节说明新模式具体的实验项目改革；最后给出本实验课程教改的特色与创新之处，并作出结论。

2“PC机+模拟器”模式

“计算机系统结构”课程中的实验课程在以往的教学中一直是一个空白。为响应微软亚洲研究院的大力倡导，本课程初期引入由卡内基・梅隆大学提出的“Learning by doing”这一适用于工程教学的行之有效的先进教学理念，对“计算机系统结构”实验课程建设进行初步尝试。

由于这门课程的实验是从无到有的一个过程，因此，在建设初期，我们首先采用的是一个生搬照学的方法。为此，我们找到张晨曦教授在同济大学使用的“计算机系统结构”实验教学资料，然后根据本校学生具体情况对实验内容进行部分筛选，总结出“PC机+模拟器”模式，然后运用到实际教学中。

PC机是我们计算机系统结构实验课程开展的硬件平台，软件平台即我们的Windows操作系统以及安装在其上的各种模拟器，包括WinDLX、DLXView、SimpleScalar模拟器。实验过程中，学生在这些模拟器中设置各种不同参数而获得不同虚拟处理器，然后通过测试程序检测不同系统结构技术对处理器性能的影响。

WinDLX是一个基于Windows的模拟器。它能够以图的方式演示DLX流水线是如何工作的。学生通过改变流水线的结构和时间要求、存储器大小和其他几个控制模拟的参数，获得不同流水线的性能。实验一的流水线相关实验，实验二的循环展开及指令调度实验都是使用此模拟器。

DLXview是一个图形化、交互式的DLX流水线模拟器。该模拟器能够实现对基本流水线、记分牌算法和Tomasulo算法的模拟。通过对内存访问延迟、功能部件的数目、功能部件的延迟的配置，实现不同流水线的模拟。实验三的记分牌和Tomasulo算法实验使用的是此模拟器。

而SimpleScalar模拟器是目前学术界最为流行的体系结构模拟器，是一个单处理器架构的性能模拟器工具集。其工具集包含了非常丰富的工具,可以配置成许多不同体系结构的模拟器。同时，其源代码公开，具有良好可移植性和可扩展性，是开发微处理器芯片前期进行系统结构验证的重要工具。也是使用软件手段模拟和研究CPU系统结构的主要手段。实验四的Cache性能分析中和实验五的虚拟Cache与伪相联Cache使用的是此模拟器。

以上所述实验都是使用模拟器进行计算机系统结构技术参数设定，然后运行测试程序，最后根据程序运行结果给出实验结论，其实验属性全部是验证型实验。对于学生而言，所做的工作仅仅只是系统结构技术参数的给定，和测试程序的运行，最后从一堆运行出来的数据中得到实验结论。

这种软件模拟的方式适合研究生程度以上的学生进行学术研究和理论验证，这也是这些学生对于新思想新理论进行学术论证的常用方法与手段，但是对于发展目标为应用型的本科学生而言，此种实验形式与方法都过于枯燥与单一，整个实验做下来，学生感觉比较抽象，收不到实际效果，更谈不上激发学生创新意识，实验做到最后便流于一种形式，一种走过场。

3新模式的引入

基于计算机系统结构实验课程建设初期所遇到的问题，我们决定重新规划系统结构实验内容。

计算机系统结构实验课程是一门综合实验课程，既然是综合课程，即说它是一个软硬件结合体。在“PC机+模拟器”模式实验中，模拟器的引入可以很好的体现其软的方面，而硬的方面我们则选用学生在前期课程计算机组成原理中使用的教学设备(TND-CM++唐都教学仪器实验箱)入手，以达到事半功倍的学习效果。

计算机组成原理课程是专业必修课程，其教学与实验方面已经形成一个完整而成熟的体系。这是一门在整个计算机科学与技术专业课程中份量很重的课程，也是一门非常重视实验课的课程，除开课程本身的70学时中包括20学时的实验课程，学生还有专门2周的课程设计工作需要完成。这些大量的前期学习与实验实践，为学生熟练掌握和使用实验设备以及对计算机是软硬件综合体的理解打下坚实基础。而计算机系统结构课程本身就是计算机组成原理的后续和提高课程，利用前期的基础作进一步的理论提高和实验提高成了顺理成章的事情。

因此，“实验机箱+PC机+模拟器”模式引入到计算机系统结构实验教学中。在以前的教学中，“实验机箱+PC机”和“模拟器+PC机器”模式是分开使用的，因此PC机分别与两者的结合不是问题，但是当这三者(实验机箱、PC机和模拟器三者)结合在一起时，则需要对它们进行重新分工组合，以达到理想的实验效果，这将在文章的第4节的具体实验项目中详细叙述。

4“实验机箱+PC机+模拟器”模式

4.1“实验机箱+PC机+模拟器”模式简介

“实验机箱+PC机+模拟器”模式是“PC机+模拟器”和“实验机箱+PC机”两者的结合，但这种结合不是简单机械的结合，而是一种有机的结合。在以前的教学中，“PC机+模拟器”方式用于计算机系统结构初期实验课程，“实验机箱+PC机”方式用于计算机组成原理实验课程。但是，由于前一节“PC机+模拟器”方式所提到的弊端，即数据的枯燥性和理解的抽象性问题，我们把具有硬件动手优势的“实验机箱+PC机”方式中的计算机实验机箱引入到此课程实验中。

实验条件准备如下：首先在PC机器中安装Windows操作系统，然后在此操作系统中安装WinDLX、DLXView、SimpleScalar模拟器，同时安装CMPP模拟器(实验设备厂家随实验设备匹配提供)。然后通过RS-232串口与PC微机联机，这样，利用PC机上具有的这些模拟器我们可以在PC 机上编程、向实验机箱系统装载实验程序、然后在图形界面下进行动态调试及运行。另外，系统具有的两路逻辑信号测量平台，使得可在PC机上看到信号测量波形。

我们实验的中心思想是：以计算机硬件为基础，通过软件配置扩充功能，形成一个可能是相当复杂的有机组合的计算机系统。最后通过模拟器中测试数据的统计获得此系统性能的结论数据。

其中的硬件是指我们通过实验机箱把计算机系统中的基础模块通过总线(数据总线、地址总线和控制总线)连接好；而配置软件是指通过CMPP、SimpleScalar模拟软件来进行一些高级配置的扩充，从而形成我们需要的系统结构；最后，通过(WinDLX、DLXView、SimpleScalar)模拟器跑动测试程序以获得此系统结构的性能参数及结论数据。

4.2模式的可行性论证

“实验机箱+PC机+模拟器”模式的可行性论证主要讨论如下问题(其中系统指实验系统，即实验设备)：

(1)PC机与系统的关联：

实验系统安装有一个标准的DB型9针RS-232C 串口插座，使用配套的串行通讯电缆分别插在实验系统及PC 微机的串口，即可实现系统与PC 的联机操作。系统通讯电缆连接方式如图1：

(2)CMPP与系统的关联

系统配套的集成操作软件CMPP具有专为联机操而开发的图形方式操作界面，其操作简便、直观且具有动态调试功能，可完全根据实验系统的数据通路图来实时、动态的显示用户设计的实验数据流的流向、数据值、控制线和各单元的内容。CMPP软件界面如图2：

本系统软件CMPP通过PC 机串行口向实验系统上的单片机控制单元发送指令，由实验系统的单片机直接对程序存储器、微程序控制器进行读写，控制单拍或单步微程序、单步机器指令和程序连续运行等操作，实时监测各数据流和控制流的情况，从而实现实时动态图形方式下的系统跟踪调式和运行。

(3)SimpleScalar模拟器与系统的关联

SimpleScalar工具集是一个用于构建各种模拟程序的系统软件框架，可用于构建各种体系结构模拟器．它提供了一套参考模拟器，包括快速的功能模拟器，用于分支预测评估的模拟器，用于Cache层次评估的模拟器以及一个详细的、动态调度的、多级存储层次的微体系结构模拟器．SimpleScalar还包含一个机器定义框架，允许绝大部分体系结构细节和模拟器的具体实现分离．除了模拟器，SimpleScalar工具集还提供统计分析、调试、验证和可视化支持．SimpleScalar工具集被广泛用于计算机体系结构的研究和教学．例如在2000年，顶级体系结构会议上超过三分之一的文章是使用SimpleScalar来评价设计。

由于Simplescalar的使用广泛性和完整性，我们把它引入我们的实验课程中，但由于这个模拟器与我们的实验系统是各自独立的个体，因此当把这两者融合在一起时就存在一个有机组合问题。Simplescalar模拟器是一个原代码公开的软件，具有良好的可移植性和可扩展性，因此我们希望通过代码的更改，获得SimpleScalar模拟器与实验设备的有机整合。虽然这部分工作我们已经展开，但是工作做得还很不够，这也是我们下一步要继续进行的重点工作之一。

4.3存在的问题

(1) 实验延续性的问题

通常，计算机组成原理课程会开在第五学期，计算机系统结构课程开在第七学期，因此，这两门课程之间有一个学期的间隔，由于这两门实验课程的顺延性较强，因此在计算机系统结构实验课程的设计中，初始实验应先重复计算机组成原理实验课程中综合性强，并在后续系统结构实验课程中需要应用到的实验内容。

(2) 课时偏少而实验内容偏多的问题

计算机系统结构实验课时偏少，一般是8个课时(4个学时)。但是由于其实验内容综合性强，复杂度大，因此很难在一个学时(2个课时)完成一个实验。这就要求老师和学生在实验课之前要做较多的工作，包括老师在实验课之前详细的讲解，学生在课前完成实验预习工作，这样，才能充分利用一个学时的时间完成一次的实验。

(3)SimpleScalar与实验系统的整合问题

前面说过，我们利用SimpleScalar模拟器的开放性代码把SimpleScalar模拟器和实验系统整合在一起，这个工作还需要继续完善。这个工作也是整个计算机系统结构实验课程改革的一个重要的步骤。它是一个需要长期验证、修改和调试以及完善的工作，不是短时间就能完成的工作。

4.4实验项目的设计

(1)CISC(复杂指令集计算机)实验

此实验要求先按照实验连接图把计算机的主要模块通过总线连接起来(这个操作在实验机箱内进行)，然后为这个模型计算机设计包括16条机器指令(包括算术逻辑指令、I/O指令、访问及转移指令和停机指令)的指令集，编写相应的微程序，通过PC机中CMPP模拟器装载和调试程序，以使同学们通过这个过程掌握整机概念，并能综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。

此实验是在前计算机组成原理实验课程中掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统。同时也是对以前所学知识的温习。

(2)RISC(精简指令集计算机)实验

RISC是针对CISC结构存在的问题所提出的思想。它选取使用频率最高，以及很有用但不复杂的指令，这些指令大部分能在一个时钟周期内完成，并且只有Load和store两条指令访存等思想设计的计算机，在此实验中，我们选取使用频度比较高的五条基本指令：MOV、ADD、STORE、LOAD、JMP。然后寻址方式采用寄存器寻址及直接寻址两种方式来设计这个RISC计算机(依照前一实验方法，也是由CMPP模拟器进行调试)。

然后，我们通过在SimpleScalar模拟器中设置参数来比较RISC计算机和CISC计算机，这是通过跑同一测试程序来完成的。结论是：RISC机器执行的速度和效率大大提高。如对于此实验中设计的机器指令在RISC处理器中执行完需9个机器周期，而在复杂模型机实验中，需34个机器周期才能完成。

这样的实验程序的设计，可以让同学们深刻体会到两种不同处理器的运行效率，同时让同学们体会到实验直观性。

(3) 重叠实验

此实验是在RISC模型机实验的基础上，进一步将其构成一台具有重叠功能的模型机。

一条指令的执行包括“取指”和“分析执行”两个阶段，而重叠技术是指把前条指令的“分析和执行”与后条指令的“取指”重叠在一起执行。

在此实验中，计算机“执行部件”数据通路的控制由微程序控制器来完成，而“指令预取”部件的数据通路由一片CPLD 来模拟。以原基本模型机的五条机器指令为例，编写相应的微程序，然后具体上机调试掌握重叠概念。

然后，在SimpleScalar模拟器中设置参数比较RISC计算机和重叠计算机。结论是：重叠计算机执行的速度和效率明显提高。如前所述的同段机器指令在重叠处理器中执行完需要20个机器周期，而在RISC模型机的实验中，需要27个机器周期。

(4) 流水实验

流水可以看作是重叠的引申，一次重叠是一种简单的指令流水线。在流水计算机中，一条指令的执行包括“取指令”、“指令译码”、“取操作数”、“执行”四个子过程(前三阶段由指令分析部件完成，而第四阶段由指令执行部件完成)，而每个子过程可以与其他子过程同时进行，这叫并行性中的并发性。

这种并行性大大提高了计算机的处理效率。本实验除“指令执行部件”为板上的“ALU UNIT”和“REG UNIT”电路构成外，其余全部由CM＋＋板上的一片CPLD 芯片设计，输入设备、输出设备、RAM 及时序仍由板上输入单元、输出显示单元、存储器单元及时序单元电路给出。

实验过程类似于前述实验。

5实验特色与创新

新设计的“实验机箱+PC机+模拟器”实验模式有如下功能特点。

(1) 结构清晰的单元式实验电路，可构造出不同结构及复杂程度的原理性计算机。系统采用部件单元式结构，包括运算器及数据通路、存储器、控制器、信号及时序控制、内总线、外总线、接口及输入输出设备、大规模可编程逻辑器件等计算机部件的单元电路，可使用排线连接方式(实验机箱)或计算机电子自动逻辑设计方式(SimpleScalar等模拟器)，根据自己所设计的模型计算机结构方案，来构造出不同结构及复杂程度的原理性计算机，使学生能够对计算机组成结构有清楚的认识和理解。

(2) 对实验设计具有完全的开放性，增强学生综合设计能力。系统所具有的软硬件结构(实验机箱和模拟器)对实验设计具有完全的开放性，其数据线、地址线、控制线都由学生来操作连接，系统中的运算器结构、控制器结构及微程序指令的格式及定义均可根据教学需要来做灵活改变或重新设计。这对于自行设计各种结构及不同复杂程度的模型计算机提供了强大的软硬件操作平台，从而避免了单纯验证性的实验模式，极大提高了学生计算机系统的综合设计能力。

(3) 通用逻辑器件和大规模可编程逻辑器件相结合，可面向不同层次的学生。系统采用通用逻辑器件和大规模可编程逻辑器件并用的方式，既能给熟练掌握复杂逻辑系统设计的学生提供高档的实验平台，又能对不熟悉这些内容的学生提供易操作的实验平台。符合循序渐进、先基础后提高的教学原则。

(4) 具有实时调试功能的图形方式操作界面，也可用于多媒体辅助教学。系统具有与PC微机联机实时调试的功能，提供了图形方式的调试界面(CMPP模拟器)，在调试过程中可动态实时显示模型计算机各部件之间的数据传送以及各部件和总线上的所有信息。这种图形调试界面也可用于多媒体辅助教学，从而获得极佳的教学效果。

(5) 多种输入输出方式及逻辑信号测量功能，实验操作及观察更容易。系统提供多种输入输出方式。通过RS-232 串口与PC 微机联机，可在PC 机上进行编程并向系统装载实验程序，在图形界面下进行动态调试及运行。另外还具有两路逻辑信号测量平台，可在PC 机上看到信号测量波形；如单独使用本系统，则可通过开关及LED以二进制码形式进行编程、显示及调试运行。

(6) 实验电路的实时在线检测功能，便于检查接线错误。系统具有实验电路检测功能，通过人机交互方式可实时在线检测各实验单元电路的好坏以及模型机实验线路连接是否正确。

(7) 测试功能的完备性。SimpleScalar工具集所自带的SimpleScalar Spec2000测试程序使得学生可以及时对自己设计出来的计算机系统结构方案进行测试，然后根据测试结果对所设计计算机结构进行及时调整，以提高学生的实验直观性。

6小结

实践证明，此模式把计算机系统结构实验设计成一门软硬件结合的综合实验课程，并真正实现从呆板的“验证为主”到创新的“设计为主”的飞跃。试用一年以来获得较好效果。

参考文献：

计算机系统结构例5

0引言

我校在创建世界一流农业大学的进程中，积极营造交流、开放式、国际化办学的教学氛围，开展深度科研协作，努力实现“产学研紧密结合的世界一流农业大学”。我校自20世纪70年代末开设计算机应用课程以来，曾先后多次调整教学内容，以适应时展的需要。正是在此背景下，在当前信息技术飞速发展的今天，如何开展高等农林院校“计算机组成与系统结构”课程教学，如何改革课程的理论教学、实验教学及课程授课令人深思。

1课程现状

“计算机组成与系统结构”（简称计算机组原）是我校计算机科学与技术、信息管理与信息系统、电子商务和软件工程专业的核心基础课。该门课程呈现出学生难学、教师难教的现象，其原因在于该课程理论性强，概念和知识点繁、杂、抽象。为使学生具备扎实的基础理论和良好的动手实践能力，作者自2006年春开始讲授本门课程，结合多年的教学、教改实践，从以下几方面对该课程的教学进行了一些尝试性探索。

2教学优化过程及实践

2．1优化教学内容，突出重点、难点，补充科技前沿知识由于该课程具有概念繁杂和内容抽象的特点，且每节内容都可扩展开独自形成完整的知识体系，在有限的教学时间内不可能对计算机系统的五大部件和实现技术都进行详细讲解，为此学院及系部每年组织各类教研活动，如集体备课，集体讨论教学大纲，研讨教材重点、难点和疑点，确定实践环节；组织教师之间互相听课，取长补短；新任教师试讲等。2．2强化实验教学设计，提高动手实践能力实验教学是本课程的重要实践环节，是抽象理论的科学验证，有助于提升学生对理论的认知，可激发学生的学习兴趣。我校采用清华大学教学实验机TEC－XP，以验证性实验为主，在实验过程中增加附加的设计型教学实验任务。在授课过程中讲解实验机中的设计思想，让学生清楚了解硬件的连接及程序的实现过程，在实验过程中，通过实验内容逐级深入的方法，使教学试验机的设计思想逐渐渗透，最终实现教学目标。2．3因材施教，运用灵活多变的教学方法及手段为使课堂授课丰富愉悦、内容饱满活泼，为使学生能尽快融会贯通，这就必须对教学内容进行精心设计，多种教学方法相结合并贯穿授课始终。作者结合多年的教学经验总结，极大地提高了学生学习兴趣，极大地提升了教学质量。2．3．1培养学生学习兴趣的互动式板书与PPT教学手段结合教材内容，充分运用现代网络技术，利用图片、动画、视频等多媒体素材设计PPT，帮助学生理解枯燥的计算机组成原理概念，提高学习效果。如第一章计算机系统概论中讲授计算机执行ax2＋bx＋c，以学生熟悉的C语言知识，板书介绍非常重要的地址概念，引导学生熟悉用户程序存放的内存单元地址、自定义变量地址，PPT动画展示运算器的加、乘运算的基本过程。2．3．2客观真实的案例教学法对感性认识不强的计算机组成概念，使用案例教学法可帮助学生消除对计算机的神秘感。如在讲解多体（存储器）交叉存储系统时，通过下述案例，以科技文献及图片素材让学生逐渐了解并掌握大型机（或巨型机）中多体交叉的知识点，有助于后续Cache命令率的学习。2．3．3科学地利用教师的主导作用，运用生活化、形象化的类比教学法作为专职专业课教师，任何时候都可通过课堂中的点滴小事与学生交流，询问他们是否已理解了授课内容和难点、重点知识。作为授课中“人类灵魂的工程师”，真诚关注、鼓励、教育学生注重专业修养，提高综合素质。为避免学生“知其然，不知其所以然”，避免死记硬背，结合日常生活中的实例，采用类比教学法，形象生动、由浅入深地让学生理解计算机中艰涩的概念，最后达到深入浅出的教学效果。如存储器，犹如仓库，计算机中用于存放指令和数据；“按地址寻访”，是指计算机根据地址寻找内存单元和IO部件，地址的概念正如现实生活中区别某人的身份证号码，或现实中的座机号码，或计算机网络中的IP地址。总线中的异步串行通信犹如食堂排队买饭、火车站排队买票等，逐比特的传输；应答信号如通信双方握手一样，成对出现。Cache与主存地址映射过程是本课程的难点和重点，将Cache与主存的地址映射比作火车座位的对应机制，有助于学生对Cache地址映射的理解。讲解寻址方式时，以去宿舍找学生作类比，若已知学生的具体宿舍号，则为直接寻址；若询问宿管办阿姨，则为寄存器间接寻址。介绍运算器的功能时，指出运算器只做一件事，即算术逻辑运算，其余均不参与；控制器的功能就是大总管，控制并管理计算机所有的行为和操作等等。2．3．4强化重点，当堂消化难点，采用专项典型习题讲解法我校采用的教材是由唐朔飞老师主编的国家“十一五”规划教材《计算机组成原理》（第2版）。由于该课程具有很强的理论性以及学生考研的需求，通过对大纲的重点难点知识第四章CPU与存储器的连接、高速缓冲存储器，第六章计算机的运算方法及第十章CU的设计的典型例题、习题进行讲解，能有效巩固、加强学生对所学知识的理解。同时，预留少且精的课后题，以再次加深对知识点的理解，培养学生的思维能力。

3鼓励个性化发展，完善考核方式

课程考核是教学过程的重要组成部分，是实现教学目标和检测学生学习成果的一种手段，贯穿授课及实验过程的始终。本门课程考核的主要内容是学生对整机的基本组成及工作原理的理解程度，以及对基本概念、基本知识的掌握程度。经过多年的教学经验总结，课程考核基本由以下三部分组成。（1）随堂测验（占总成绩的10％）。为了督促和鼓励学生对课程的学习，在重点章节后进行随堂测试，主要考核学生对重点难点内容的理解及掌握情况，随时发现学生在学习过程中存在的各类问题，及时调整教学方向。（2）验证实验及设计型实验（占总成绩的20％）。规范实验教学，严格考勤制度，采用单人单机的形式，主要看重实验过程、实验结果，轻实验报告成绩。对学生的实验验证报告、设计型实验的完成状态以实验截图的形式提交，实验完成后当场验收并给出验收成绩。在所有实验完成后，提交相关代码及实验文档，并给出实验报告成绩。实验成绩由三部分构成：验收成绩占50％，报告成绩占30％，实验考勤占20％。（3）期末考试（占总成绩的70％）。该课程一直沿用闭卷理论考试；课程全部结束后，进行期末考试，全面考核学生对基础理论、基本原理的掌握程度与分析水平。

4总结

鉴于我校地处西北及正处于“创建世界一流农业大学”战略时期，以及计算机组成与系统结构课程的特殊性、重要性，这就决定了该课程的教学改革与实践是一项大工程，需要从理论授课、实验验证、课程考核等多方面同时进行教学优化，以上整个教学过程优化的思考与实践，已取得了较好的效果。作为高等农业院校，我院的本科毕业生受到了国内知名IT公司的好评和青睐，在华为、阿里巴巴、百度、迅雷、网易、美团网、去哪网等公司就业，不少已是部门负责人，连续四年一次性就业率达98％，年薪10万元以上的毕业生每年在12人次以上。虽然取得了一些成绩，但距离世界一流农业大学的创新型人才培养还有一些距离。“计算机组成与系统结构”的课程教学优化需要做的工作还有很多，各种教学方法、教学手段也并不是一成不变的。随着网络技术、信息技术的不断发展，专业教师只有不断进行学习、更新、优化、探索、总结，才能持续有效地提高教学效果、教学质量，持续有效地满足新时代下学生不断增长的求知需求。

作者:黄铝文 陈 勇 李书琴 张志勇 单位:西北农林科技大学

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计算机系统结构例6

将计算机与现代工业结合在一起，形成计算机辅助工业设计系统，不仅符合现代工业未来的发展趋势，也使现代工业得到了更深层次的发展。现代工业设计需要考虑的不仅是工业产品的设计目标，还要做到产品与人、环境之间的紧密联系。基于这样的发展目标，计算机辅助工业设计系统可以使现代工业设计向这一方向进行深化发展，实现深层次的发展目标。

1计算机辅助工业设计概念

要想对计算机辅助工业设计系统进行分析，就需要先对其概念进行相关分析掌握。计算机辅助工业设计这一系统之所以会得到应用与发展，主要还是建立在计算机技术的发展与工业设计发展这两方面主要内容上的，这两方面的发展是计算机辅助工业设计系统得以产生的重要基础。计算机辅助工业设计系统主要指的就是在工业设计的各个环节与相关内容中，将先进的计算机技术进行引入应用，让计算机技术对现代工业设计工作起到积极的促进作用与辅助作用。这一系统的主要应用，可以帮助相关人员将计算机技术与现代工业设计中的内容进行整合联系，使现代工业设计得到更为合理的发展。与此同时，将计算机技术与现代工业设计进行结合，主要可以在工业设计中的产品设计、环境设计、色彩设计等方面起到积极的促进作用。

2计算机辅助工业设计系统体系结构及主要技术

2.1计算机辅助工业设计系统体系

计算机辅助工业设计系统的体系架构，主要是根据计算机辅助工业设计体系在未来的发展趋势所确定的。计算机辅助工业设计在未来的发展趋势，主要有以下几个方面：应用软件、应用技术及相应的设计方法。基于以上三点主要内容，计算机辅助工业设计体系的架构可。可以清晰看出，在计算机辅助工业设计的主体系之中，有设计方法学这一主要层面，在这一层面中，还包括了相应的知识基础与设计方法的相关内容层面。在知识基础这一部分相关内容中，主要包括了相关的设计符号、计算机图形学、人工智能等多种内容，并且还包括了工业设计的相关知识与计算机知识。这一部分的重点内容主要是计算机技术在现代工业的应用过程中与工程技术等进行交叉，在交叉过程中所体现出来的新的方法与知识。此外，这一部分的设计符号、计算机图形学等主要内容在该系统未来应用中会具有很强的重要性和现实意义。这些相关内容的深化发展不仅可以推动计算机辅助工业设计系统的合理运行，还能实现较为先进的人机交互及智能设计等。这一系统中的计算机应用层，也可以被称作是系统的支持层，内部主要包含了工业设计所要使用的主要方法及工业设计的相应基础。在工业设计的基础部分内容中，主要包括了工业产品自身的模型与实现信息交流的主要平台。工业产品的自身模型就是为了将工业产品的各种内部信息进行统一的整合与分类，如产品的设计过程、用户的具体需求及产品本身体现的信息等。这些信息被整合在一起，可以利用相应的框架来进行表示，将工业产品的整体设计过程全部表现出来。信息交流平台是为了产品的各部分信息进行沟通交流才建立的，为的是提高产品在设计过程中各项信息之间交流的准确性，为工业产品设计奠定坚实的基础并提供相应保障。工业产品设计过程中的信息在进行沟通交流的时候，一般采用的是类的方式或组件方式。采用这两种方式进行交流，可以很好地提高信息交流的效率，保证信息交流的准确性与时效性，为产品设计提供相应的科学依据。除了上述两个层面之外，计算机辅助工业设计系统还包括了设计应用层这一主要内容，这一部分主要就是为了体现计算机技术在工业设计的相关过程当中到底是如何进行的。这一部分内容主要包括了需求分析、概念设计、再设计等环节，可以很好地将用户自身的具体需求与工业设计的主要环节进行紧密结合，保证产品设计可以符合用户的具体需求。这样一来，就使得计算机辅助工业设计体系具备了较强的实践作用，保证了工业设计的具体过程与内在的科学性。

2.2计算机辅助工业设计系统主要使用的技术

2.2.1CAD技术在工业设计的过程中，CAD技术的应用范围相对较广，具有一定的现实意义。CAD技术的具体应用，可以很好地将设计师自身的内在创意进行很好地体现，并且可以进行效果很好的视觉传递。将CAD技术用于视觉传递这一环节，主要需要依靠计算机技术的支持。在具体的应用过程中，CAD技术的的传播性相对较好，可以帮助设计师完成视觉传递，保证产品的视觉效果。

2.2.2ASP技术ASP技术主要指的就是动态服务器页面，在工业设计中应用这一技术，可以使工业设计变得相对柔和，更好地满足制造业发展。某工业设计公司在设计产品的过程中，就应用了ASP技术。该公司的工作人员先将ASP技术作为一种媒介，再利用CAID软件进行相应的计算，让ASP技术提品的部署、托管等服务。这样一来，ASP技术就发挥了自身的实际作用，也保证了工业产品设计的最终效果。该设计公司在应用了ASP技术之后，不仅保证了工业设计的合理运行与相关发展，也使产品的设计更加符合用户的需求及市场需求，保证了产品的设计效果。

3计算机辅助工业设计的未来发展趋势

计算机辅助工业设计系统的应用效果相对较好，符合现代工业在未来的主要发展趋势，因而具有广阔的发展空间，具体表现在以下几个方面：第一，建立知识库。计算机辅助工业设计系统在未来的发展趋势，首先就体现在知识库的建立方面。工业设计师可以将所要进行表达的产品内在形态、产品的外在颜色、产品设计所使用的材料等集中建立在一个知识库中。这样一来，就很方便工业设计师进行更高层次的创新型产品设计，加强工业设计具体效果。第二，丰富生成方法。目前，计算机辅助工业设计系统在产品生成方法方面相对较为薄弱，设计师一般都是通过将点或线进行一定程度的改变，来生成曲面造型等不同的产品造型。计算机辅助工业设计系统在未来的应用与发展，可以让设计师通过草图就将产品形态进行生成，提高产品生成效率。第三，虚拟设计。计算机辅助工业设计体系在未来的发展，还可以进行虚拟设计。设计师只要将这一系统应用在特定环境中，就可以进行虚拟设计，实现多种感官的同时交流。一般来说，要想实现虚拟设计，离不开先进的多媒体技术及虚拟的网络环境。

4结语

计算机辅助工业设计系统不仅可以将先进的计算机技术与现代工业结合在一起，还能保证现代工业设计的效率与效果，促进其未来的合理发展与深度转变。想要合理应用计算机辅助工业设计系统，需要相关人员先对其自身的概念及系统体系进行分析，还要着重把握系统内部应用较为广泛的CAD技术，并且要对这一系统的未来发展趋势进行预见性分析。只有这样，才能保证计算机辅助工业设计系统的应用效果。

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计算机系统结构例7

随着计算需求的不断增长，由于复杂的芯片工艺与功耗成本限制，处理器的性能提升从原有的主频提高转为多内核发展。很快，一些大型机制造厂商，如IBM、Sun开始利用并行计算设计出了多核处理器(例如：IBM推出的CELL异构多核处理器，Sun公司推出的OpenSparc T1开源多核处理器[1])，这些处理器在一块芯片上集成多个计算内核，成倍地提高了计算速度。2006年，以Intel与AMD为代表的处理器制造商在年初和年底相继推出双核、四核处理器，紧接着，在2007年1月，Intel展示了配置两个四核处理器的八核计算机，这标志多核处理器开始全面进入市场，宣告计算机真正进入多核时代。

所谓“多核(Multi-core)”，即指一块芯片上集成多个处理核，各自拥有独立的控制和计算部件，无需共享关键资源。多核技术的发展给大学计算机教育带来新的课题，即在多处理器环境下，计算机系统结构、计算机操作系统、编译原理和应用软件的编程模型等都发生了很大的变化，促使大学计算机的教学需要做出针对性的变化。

计算机系统结构(Computer Architecture)，作为研究计算机系统结构演化以及影响计算机硬件与软件系统设计的一门重要课程，在介绍计算机系统结构原理、分析设计方法、性能评价、发展趋势和新的实现技术上，需要增加多核技术这个重要的新知识点。在过去相当长的一段时间里，由于不具备开设计算机系统结构和多核技术相关实验的硬件平台和软件环境，

国内很多高校开设计算机系统结构课程时均未开设该课程的实验，特别是多核技术方面的实验，以至于学生没有实验教学和体验式实践而很难掌握该课程的知识。

为了更好地应对新的“多核”时代，电子科技大学的计算机科学与工程学院、信息与软件工程学院(原示范性软件学院)从2007年开始在计算机系统结构课程教学中引入多核技术。一是在理论教学上增加处理器体系结构、系统架构和程序设计内容，从三个方面给学生展现了一个比较完整的多核技术概览图景；二是在实验平台建设上设计多核实验，从实践环节上来锻炼学生的动手能力和提升其创新能力。

1实验教学的现状

在计算机系统结构课程中设计多核实验，须从计算机系统结构与多核知识的课堂教学成果入手，把握多核技术的理论教学动态。然后重点调查国内高校在多核实验教学方面的研究现状，为计算机系统结构中的多核技术实验设计提供必要的技术支持和可行性研究。

事实上，计算机系统结构课程重在培养计算机专业本科生的抽象思维能力、自顶向下系统分析和创新能力。全国重点和普通高校中几乎都开设了这门课程，出现了大量的课程教学与教研成果[2-12]。虽然课程教学成果多，但是实验教研成果小，而且还缺乏多核知识点的引入或多核体系更新不足。

作者简介：于永斌，男，副教授，研究方向为计算机系统结构、大规模集成电路设计与应用。

关于多核技术，清华大学的王小鸽[13]提供了理解多核技术、并行计算与未来计算机发展的视角。薛巍[14]从并行计算基础、高性能计算前沿技术研讨课、多线程/多核CPU逻辑设计短期课程等方面介绍了清华大学多核课程建设成果。吴继雁[15]简要地分析与总结了多核技术及发展趋势。北京交通大学计算机学院的刘近光和梁满贵[16]介绍了基于MIPS体系结构的多核处理器特点。浙江大学的陈天洲等[17-21]介绍了多核程序设计课程和进行了多核精品课程建设探索与实践，并主持了教育部骨干教师多核技术培训，对多核技术的教学科研做出了很大的贡献。武汉大学电子信息学院的杨剑锋等[22]介绍了“多核架构及编程技术”这一教育部-Intel精品课程建设成果。北京工业大学计算机学院的方娟[23]探讨了多核教学内容和教学模式。与这些多核技术的教学成果相比较，由于多核硬件实验平台与软件环境的难构造，使得多核技术方面的实验研究成果特别少。根据作者的可查文献，中山大学教学实验中心的程小雄和伍丽华[24]进行了基于FPGA的多核技术课创新实验探索，介绍了在现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)芯片和SoPC(片上可编程系统)、NOIS-II等工具软件所组成的软硬件平台下，开展多核技术课程创新实验的研究；并在新组成的多核系统中，移植和扩展了µC/OS-II操作系统，还设置了相关的实验环境和若干实验项目，对提高学生的综合实验能力具有积极的作用。

通过对计算机系统结构和多核技术课堂教研与实验教学动态的充分调研，我们不难得到多核技术在国内课堂与实验教学中的实施状况，虽有新增多核课程或修改原有课程(如：计算机系统结构、高级计算机体系结构或高等计算机系统结构)的教学内容，但较少涉及多核技术方面的实验教学。基于这样的背景，在计算机系统结构中设计多核实验，这对学生的实验能力和综合素质提高具有特别重要的作用。

2多核实验的设计

在计算机系统结构课程中设计多核实验，需要把握多核本质和其技术要点。多核的本质是为了解决高性能计算和并行计算问题，它在硬件和软件两个方面改变了传统的计算机系统结构。由此，多核技术的发展使得计算机系统结构的教学发生了变化，这种变化主要来自于多核技术所带来的新知识点。多核技术所涉及的知识点可归纳为硬件和软件两个方面，具体如下：

1) 多核硬件方面的知识点。

(1) 多核下的硬件设计技术，包括Cache与存储一致性、网络互联、IO管理；

(2)多核芯片与传统单核微处理器的区别，多核SoC(System on a Chip)芯片技术；

(3) 嵌入式多核芯片技术以及典型多核芯片：Cell、OpenSparc、Intel双核芯片、AMD双核芯片等；

(4) 并行体系与多核体系结构、多核平台结构与芯片组支持技术。

2) 多核软件方面的知识点。

(1) 多核操作系统、多核系统软件对并行编程的支持、多核API优化函数库，多核平台上编译工具；

(2) 多线程编程对多核的支持，Windows/Linux多核多线程编程技术；

(3) OpenMP多线程编程及性能优化，MPI (Message Passing Interface)编程及性能优化；

(4) 多核多线程程序的性能评测方法与工具。

基于上述的多核知识点，联系计算机系统结构原有实验，可在硬件平台和多核软件工具上设计多核实验。

多核实验，包括两个方面的实验内容。一是在FPGA芯片上设计多个同构或异构处理器内核，并进行操作系统的移植，最终做出一个可实际运行的多内核计算机系统；通过该实验，可增长学生对实验的兴趣，更深刻理解多核技术的知识点。二是Windows/Linux多核多线程编程实验，利用多核软件工具进行编程；在Windows平台下，利用Win32API、MFC或.Net Framework提供的接口来实现；若在Linux平台下，利用IEEE POSIX标准定义的API进行多线程编程。对于综合设计，可设计为学生课外的有关多核技术设计、实验或发展趋势调研的课程设计、创新设计或毕业设计，训练学生面对实际应用问题的综合分析、方案设计、多种程序设计结构的综合使用和实际工程问题的综合解决能力。

在计算机系统结构中设计多核实验，希望达到如下目标。

1) 设计多核实验，发展计算机系统结构课程教学与实验实践内容，按照Intel多核技术大学合作计划[25]，实现高校与Intel的合作；

2) 理解普适的多核思想和硬件设计理念[26, 27]，普及并行计算技术，使广大的本科生能在以后的程序设计与开发中可以发挥多核计算优势；

3) 通过多核实验，强化计算机专业本科生和未来的科研人员的实验动手能力，激发兴趣爱好

和创造潜能，帮助他们更有效地开展进一步的科研工作。

3结语

计算机系统结构中多核实验的尝试性设计，旨在教学实践中不断完善和创新，充分体现多核技术的革命。应用FPGA技术设计多核实验，是一种培养学生创新能力的尝试，一种引导学生从感性上理解多核技术内涵的实验创新，有利于促进计算机系统结构课程在多核时代的发展。

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Multi-core Experiment Design of Computer Architecture

YU Yongbin, XU Jie, WANG Hua, ZHANG Fengli, LIAO Jianming, ZHOU Shijie

计算机系统结构例8

一般情况下，我们所熟知的计算机应用系统就是由硬件系统、软件系统和应用软件共同组成的。在实际应用中，计算机应用系统的生命周期很大程度上主要由系统调查、系统分析以及系统统计再加上随后的实施和系统维护总共分为五个阶段。本篇文章主要分析在计算机应用开发系统当中，结构化的系统设计这个方面在其中的所起到的什么样的作用和在系统中占据着怎样的地位。

1 结构化系统设计

结构化系统设计是一套能够合理的运用标准的设计准则和图表工具的系统化平台。它可以把整个系统合理的从各个方面进行自上而下的分解，它的最终目的就是准确的处理好模块功能以及对其系统数据的结构模型化。

系统设计又被称为新系统的物理设计，它主要考虑的是在所进行的各个方面中各种具体的设计，它是一种新形势下对其功能要求发展的需要。在这里结构化系统设计就是指一个系统它由层次化和许多的程序软件模块共同组成，然后其中的每一个系统模块都是只有一个入口和一个出口，它所具有的功能实际上就是“输入”和“输出”这两个方面本身所具有的功能。

结构化系统设计本身所具备的一些特点。它可以更形象更方便的采用图像图片表达工具，比如我们平常所看到的系统结构图等。总之，结构化系统设计的最终目标就是提升其运行效率和速度，现在在计算机应用开发系统当中，结构化系统设计的作用尤为明显。同时，结构化系统设计具有可修改性质和系统工作中安全运行可靠防干扰等性质。

2 结构化系统设计在计算机应用开发系统中的作用

计算机应用系统目前在发展方向方面比较注重的研究方向就是在各个不同的领域对其理论、方法、技术等方面的应用。例如：企业管理办公自动化；家庭自动化；工厂生产自动化；信息系统等。在国内乃至在世界上被广泛应用于各行各业的发展中。

计算机应用系统在系统开发方面对技术的要求非常高，实际上对计算机应用系统的开发可以简单地理解为是对计算机技术上的第二次开发。计算机应用系统在其开发的过程中大致可分为五个不同的阶段，分别是：规划阶段；分析阶段；设计阶段；实现阶段；运行和维护阶段。我们从计算机应用系统的开发过程中可以看出，中间非常重要同时也是最为关键的一个发展阶段就是设计阶段。设计阶段既是前两个发展阶段的结果又是后两个发展阶段实现的基础和前提。再应用系统的设计阶段，首先是对计算机系统的构成和对其硬件、软件技术上的要求的分析。在这一阶段程序繁琐、信息复杂、过程中容易出现的问题也比较多。所以，在这种情况下，结构化系统设计的优势和作用就体现出来了。

在计算机应用系统的使用中，公司企业或者用户最为关心的方面就是系统输出的格式以及内容。我们现在从结构化系统设计的角度和方向来看上去就是输出决定输入，大家可以反过来想，输入决定输出，但输入的具体信息只有根据输出所想要的要求来决定最终确定应该输入的信息。所以，只有在应用系统输出设计中达到及时、精准、实用的要求准则，才能最大限度的去满足用户们的要求。所以，结构化系统设计更有利于促进计算机应用系统的开发，甚至在一定程度上起着决定性的作用。

在应用系统输入设计方面。一般情况下，对信息的收集和录入这两个方面是相当浪费时间的，所以，输入数据信息的准确性对其输出的结果起到决定性的影响。因此，在计算机应用系统输入设计上的出发点就应该是能够确保提高正确的信息到信息系统中去。结构化系统设计在计算机应用系统输入方面可以更好地解决和改进一些方法，它会使其输入方法更加的简单、迅速、经济、方便。

计算机应用系统在开发的过程中，往往会因为各种各样的外在不利因素，会使其受到影响甚至遭遇病毒的侵害。结构化系统设计可以一定程度上防止或者限制其不利因素的发展，在结构化系统设计下的计算机应用系统开发过程中，数据更精准，信息更可靠，网络更安全，功能更齐全，运行更快捷，设计更方便。

计算机应用开发系统中结构化系统设计可以更方便的帮助企业或用户对计算机知识技术的学习，帮助其提高操作计算机应用软件的能力。在这种情况下，系统更容易维护，有更安全的防护措施来防止非法病毒非法用户的侵害。

3 总结

本文重点分析了结构化系统设计在计算机应用开发系统中的地位及作用。最后我们可以得知，系统设计只是计算机应用开发系统中的一个阶段，但它的影响却是起着决定作用的，在系统设计这一阶段，如果无法对之前的规划和分析做好总结和研究设计，那么也就无法更好地实现之后的应用和运行，或者说是这一阶段发展的健康好坏直接决定着整个系统应用开发的质量。结构化系统设计可以更好地更全面的将这一阶段的发展发挥到效率最大化，具有精准、及时、功能齐全等特点。它更有利于计算机应用系统及其技术的开发，可以更有效的帮助企业和用户的使用。

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计算机系统结构例9

关键词：课程设置；教学内容；整合

中国分类号：G642

文献标识码：B

1两门课程的开设情况

“计算机组成原理”是计算机专业本科生必修的重要核心硬件基础课程之一。计算机专业本科生都会开设该课程。该课程从单处理计算机系统的概念出发介绍硬件和软件两部分，其硬件部分主要包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大功能部件，通过总线构成一个完整的硬件系统。通过学习本课程，学生能建立清晰的“整机”概念，能够掌握计算机的一般组成原理和内部运行机理。

“计算机系统结构”是计算机及相关学科的专业基础课程，是计算机硬件与结构方面重要的一门课程。部分应用技术型计算机专业本科生没有开设该课程。我们学校就没有开设。该课程主要研究软件、硬件功能分配和对软件、硬件界面的确定，即确定哪些功能由软件完成，哪些功能由硬件实现。从总体结构和系统分析这一角度来研究计算机系统。本课程的学习目的是建立计算机系统的完整概念，学习计算机系统的分析方法和设计方法，掌握新型计算机系统的基本结构及其工作原理。

2国外相关教材内容

目前国外有很多类似教材包含了近乎两门课程的教学内容。美国计算机专家William Stallings编著的世界著名计算机教材Computer Organization and Architecture ：Designing for Performance(Seventh Editon)是介绍当代计算机体系主流技术的最新技术的优秀教材。该书以Intel Pentium 4和IBM/Motorola PowerPC作为考察实例，将当代计算机系统性能问题和计算机组织与体系结构的基本概念及原理紧密联系起来。主要内容有CPU性能设计、指令流水线、整数和浮点算术、微程序设计的控制器；RISC处理器和超标量处理器；最新的IA-64体系结构和Itanium处理器；PCI新型系统总线规范；cache存储器组织、cache一致性问题和MESI协议；包括行总线和最近研发的InfiniBand；最后是多个处理器的并行组织，包括对称多处理机、机群系统、非均匀存储器存取(NUMA)系统。

3两门课程的比较和整合

应用技术型本科计算机专业课程的设置应做到面向市场、灵活有效，要对教学内容进行精选，把体现当代科学技术发展特征、多学科知识交叉与渗透的趋势和动向反映出来。整合后的内容如下表所示。

整合后的实验主要是运算器及设计实验、存储器及设计实验、控制器及设计实验、系统总线控制实验、模型计算机实验等。

整合后的课程设计主要是设计指令系统实现基本模型计算机、基于CPLD的模型计算机、基于RISC处理器的模型计算机、基于重叠技术的模型计算机、基于流水线技术的模型计算机等。注意根据课程进度进行相应的具体的实验项目，此外还要兼顾先简后难。可以先进性简单的验证式实验，然后稍有难度的设计性实验，最后是较大难度的综合性实践。

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[3] 柴志雷． “计算机组成与体系结构”教学初探[J]． 考试周刊,2007,(27)．

计算机系统结构例10

一、引言

《计算机系统结构》是计算机学科体系的一门重要课程，它是以算法为核心，语言为描述，硬件和软件作为实现工具的互为联系又互为制约的结构技术。课程以计算机系统结构中硬中有软、软中有硬、相互转换、彼此渗透的观点，从原理、结构和实现技术等方面系统地对现代计算机的并行处理进行深入的分析和探讨，使学生建立起“整机”概念，培养其具有一定体系结构技术的应用能力。“计算机系统结构”涉及到多门其他专业课如《数据结构》、《计算机组成原理》、《操作系统》的知识，是一门综合性很强的课程，非常典型地体现出计算机学科互相融合的特点。通过该课程的学习能够提高学生系统思维和综合分析的能力，努力提高这门课程的教学质量有着重要的意义。

由于“系统结构”内容抽象，不易理解，且目前各高校在该课程的教学中实践环节的设计都比较薄弱，有的院校甚至没有安排实验，因此难以激发学生的学习兴趣，教学难度比较大。因此，需要在目前的教学条件下，综合应用多种教学方式和手段，引导学生积极思考和自主学习。

二、课程教学改革总结

（一）课程教学改革的基本思路

教学过程中教师不单要教会学生课程的知识，更重要的是教会学生如何思考，如何进行创造性思维。具备了创造性思维能力，学生不仅可以学会教师传授的知识，而且能够触类旁通，举一返三，在自身的思维实践中获取更多的知识。教师为学生服务，以培养学生的能力为目标。在师生角色上，教师是主导，学生是主体，主要采用“引导”的方式进行教学，把学习的主动权交给学生。

（二）课程教学内容的安排

以教学大纲为根据安排本课程内容，着眼于有关计算机系统结构的基本概念、基本原理、基本结构和基本分析方法，同时适当介绍近几年来系统结构的重要进展和今后的发展方向。课程选择西安电子科技大学出版社出版的《计算机系统结构》（第四版，李学干编著）作为教材，该书曾获得部级优秀教材一等奖和优秀教学成果二等奖，内容丰富，配有学习指导和大量习题。

本课程的主要内容包括：计算机系统结构的基础理论、数据表示与指令系统、输入输出系统、存储体系、重叠与流水和并行处理机等。以前面五个部分为重点教学内容，讲解时注意与先修课《计算机组成原理与数字逻辑》的衔接，特别要体现出“系统结构”侧重于设计方法和设计思想的描述这个不同点。

（三）课程教学手段的运用

（1）树立明确的学习目标

在课程正式开始之前先对“系统结构”的主要内容、学习重点和基本学习方法作一个总体性介绍，使学生对该课程有一个大致的认识；在课程的每一章开始讲解之前，首先也要明确指出这一章的学习目标，让学生把这个目标贯穿在学习过程中。例如，第一章系统结构的基础理论就是要抓住系统结构的基本概念、系统结构、组成与实现的关系以及软硬取舍的基本原则、计算机系统的设计思路；第四章存储体系的学习目标就是要理解虚拟存储器和高速缓冲存储器的管理方式与原理。如此，学生学习的目的更加明确，更容易抓住学习的重点。

（2）多种教学方式相结合

课堂教学宜采用多媒体教学与传统板书教学相结合的方式。多媒体教学无疑是目前高等院校普遍采用的优秀教学手段，以其形象的图文与特效演示对于加深学生理解知识点很有帮助；而传统板书教学也有其适用的场合，比如在介绍指令系统操作码的哈弗曼编码、发生中断时程序的运行过程以及流水线时-空图画法时就应该采用板书来演示，这样不仅能与学生有良好的互动，还能够更清晰地讲解知识要点。

另外，课外时间可以充分利用网络来强化教学效果，比如，利用论坛教学课件、提供阅读资料，利用电子邮件进行答疑辅导，这些对拓展学生的知识面、提高教学效率很有好处。

（3）启发式教学，注重能力的培养

“系统结构”是一门理论居多的课程，单向灌输算法思想必然不利于知识的掌握。授课时应多采用设计提问，启发思维的教学方法，引导学生自己去发现问题、分析问题和解决问题。

在教学工作中，还要注意培养学生良好的学习方法和自学能力。引导学生在学习过程中不断总结自己的学习方法，学会运用各种手段来获取知识，例如，可以布置学生课外通过查找资料完成有关“系统结构”最新发展的小论文。

三、课程教学改革实践案例

（1）堆栈型替换算法原理的教学案例

在存储体系这一章中，虚拟存储器替换算法的实现是教学的重点，同时也是难点。如果按照教材内容编排的顺序，直接给出抽象的逻辑表达式介绍堆栈型替换算法的定义，势必不利于学生对算法的理解。取而代之，先举出实例，比如使用lru法对页地址流进行一次堆栈处理，从处理结果总结出主存页数与命中率的关系，由此来说明命中率随主存页数的增加而单调上升，至少不会下降[1]，具有这种特性的算法就称为堆栈型替换算法。此时再引出逻辑表达式，将表达式的各个部分与实例相对应，进行归纳，给出堆栈型替换算法的定义，这样，学生就顺理成章地理解了算法的内涵。从教学效果来看，绝大部分学生能够准确地掌握该替换算法的涵义和替换过程。

（2）改进指令系统的教学案例

在数据表示与指令系统这一章中，介绍指令系统设计和改进的两个主要方向时，cisc和risc是一对需要学生重点理解的概念。前者是按增强指令功能的方向发展指令系统，而后者是按简化指令功能的方向改进指令系统。学生应该了解两者设计思想有哪些不同点，cisc和risc分别采用哪些基本技术，有哪些典型的应用，它们分别存在哪些不足和问题，为什么说今后的发展应是cisc和risc的结合。为了说明这些问题，可以让学生自己去查找实例资料，了解ibm 370、intel i486、ibm6150、intel i860这几个处理机采用的技术，让他们自己去分析查找答案。通过这种教学方式，不仅加深了学生对知识的理解，而且提高了他们查阅资料的能力。

另外，其他章节也有可以扩展的问题，比如，第7章多处理机的讲解可以结合目前热门的多核处理器，这两者的主要问题是一致的；更进一步地，可以让学生去了解单芯片多处理器(cmp)与同时多线程处理器(simultaneousmultithreading，smt)，这两种体系结构可以充分利用指令级并行性和线程级并行性，从而显著提高性能。

四、结束语