精品課程建設(shè)是一個系統(tǒng)工程，針對教育部－Sun精品課程，我們本著理論與實踐并重、教學(xué)資源科學(xué)管理和多方共享的原則，初步完成了“微處理器組織與設(shè)計”的課程建設(shè)工作。其中取得的一些經(jīng)驗也可為其他精品課程建設(shè)提供參考。

一、課程建設(shè)基礎(chǔ)

微電子學(xué)是國家和各大高校大力支持和發(fā)展的重點學(xué)科。北京大學(xué)微電子學(xué)系為我國微電子產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)了一大批優(yōu)秀人才，已經(jīng)成為我國培養(yǎng)高水平微電子人才的一個重要基地?！拔⑻幚砥鹘M織與設(shè)計”課程是面向微電子學(xué)碩士研究生開設(shè)的專業(yè)必修課。自2002年開課至今已經(jīng)講授了5年。微處理器是一個非常具有代表性的數(shù)字集成電路，就課程性質(zhì)而言，“微處理器組織與設(shè)計”是一門理論與實踐并重的課程。通過該課程的學(xué)習(xí)，要求修課學(xué)生能夠系統(tǒng)地掌握微處理器的體系結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu)和ASIC實現(xiàn)及驗證方法；了解高性能的單片多處理器、多線程處理器的體系結(jié)構(gòu)及其實現(xiàn)；進(jìn)一步較全面地掌握大規(guī)模復(fù)雜數(shù)字集成電路的設(shè)計方法、設(shè)計流程和驗證方法。

通過5年的教學(xué)探索，對于學(xué)生的電路設(shè)計方面的基礎(chǔ)知識掌握狀況、學(xué)習(xí)期間的課后時間分配及實驗?zāi)軌蜻_(dá)到的深度有了充分的了解。每個學(xué)年都根據(jù)上一學(xué)年的教學(xué)效果，不斷地調(diào)整課程的內(nèi)容深度、授課的進(jìn)度并調(diào)整實驗內(nèi)容難度，以期達(dá)到最好的教學(xué)效果。經(jīng)過5年的積累，現(xiàn)在已基本形成了成熟的教學(xué)大綱和完整的實驗數(shù)據(jù)。

二、精品課程建設(shè)的意義

2008年初，北京大學(xué)的“微處理器組織與設(shè)計”成為教育部－Sun精品課程。Sun公司基于GPL2.0協(xié)議已經(jīng)發(fā)布了UltraSPARC-T1處理器設(shè)計的高級描述（HDL，High Level Description）的全部RTL源代碼，一個驗證套件和模擬模型、一個指令集架構(gòu)規(guī)范和Solaris 10操作系統(tǒng)仿真圖像。相關(guān)文檔均可從opensparc.net網(wǎng)站下載。Sun公司的擁有CoolThreads技術(shù)的OpenSPARC-T1處理器是目前具有高吞吐量和極佳環(huán)保特性的處理器，我們的精品課程將在將原有課程的基礎(chǔ)上，引進(jìn)先進(jìn)的SPARC－T1技術(shù)，在加強基本理論的同時，加強實踐的環(huán)節(jié)，使我們的學(xué)生在校園里就能掌握全球微處理器設(shè)計的先進(jìn)技術(shù)和技術(shù)發(fā)展動向，為今后步入實際工作崗位奠定較高的起點。精品課程的建設(shè)將為校園與業(yè)界的進(jìn)一步結(jié)合提供大好機遇。

三、精品課程建設(shè)現(xiàn)狀及問題

在課程建設(shè)過程中，當(dāng)然需要根據(jù)實際的情況作相應(yīng)的調(diào)整。首先是課程內(nèi)容的調(diào)整。如何將SPARC T1技術(shù)引入原有課程？OpenSPARC-T1微處理器是一款64位SPARC V9結(jié)構(gòu)的高集成度的微處理器，它集成了8個SPARC內(nèi)核，每一個SPARC內(nèi)核可以支持4線程的數(shù)據(jù)處理。OpenSPARC-T1沒有強調(diào)單個處理器或者單個處理器核心的計算主頻，而是強調(diào)整體的計算吞吐量，使用這種運行32個并行線程的低功率、低熱的處理器，能夠在計算吞吐量上獲得巨大收獲，就如同將一臺機架服務(wù)器縮至一片芯片之中。

而在實際的課程建設(shè)過程中，由于課時關(guān)系，所設(shè)計實現(xiàn)的微處理器復(fù)雜度不能過大，否則學(xué)生難以完成實驗。OpenSPARC-T1是一個8核32線程的微處理器。這樣規(guī)模巨大的微處理器引入課程作為教學(xué)實例是不現(xiàn)實的。為了適應(yīng)教學(xué)要求，我們將其裁減為單核2線程1級cache的微處理器作為教學(xué)實例，并編寫相應(yīng)的教材和實驗教程試用。

相比較而言，原有的課程試驗數(shù)據(jù)沒有完整的RTL代碼，課程中用于實驗的微處理器體系結(jié)構(gòu)是完全自主定義的，因此存在以下問題：

（1）沒有相應(yīng)的程序編譯開發(fā)環(huán)境。微處理器測試時使用的軟件只能通過手工編寫機器碼實現(xiàn)，使軟件驗證受到極大的限制。

（2）微處理器下載到FPGA驗證板時，不能支持boot操作系統(tǒng)，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

課程引入OPENSPARC T1微處理器后則可以完全克服上述缺點。

（1）SPARC是現(xiàn)在主流的幾種微處理器結(jié)構(gòu)。

（2）OPENSPARC T1是完全開源的，我們可以得到完整的RTL級設(shè)計。易于建立起完整的實驗數(shù)據(jù)。

（3）有完全的軟件開發(fā)環(huán)境。

（4）有完整的FPGA實驗板驗證教程，在Sun公司的支持下可以很快引入到課程中。

（5）Sun公司與教育部展開戰(zhàn)略合作，我們可以得到很好的技術(shù)服務(wù)與技術(shù)支持。這對于課程建設(shè)是非常重要的，可以大大縮短課程建設(shè)時間。

另一個非常重要的方面在于必須進(jìn)一步加強師資隊伍的建設(shè)。教學(xué)團(tuán)隊的建設(shè)是一個長期而持續(xù)的過程。在之前的幾年里，該課程的講授主要由一位老師完成，試驗的教學(xué)內(nèi)容需要1～2位助教來協(xié)助完成?，F(xiàn)在的精品課更加強調(diào)試驗的環(huán)節(jié)，所以在實踐部分必須增加師資力量。針對SPARC T1技術(shù)和FPGA試驗平臺，Sun公司能夠組織相關(guān)的教師培訓(xùn)。我們可以充分利用這些資源，建設(shè)好自己的教學(xué)團(tuán)隊。

其次，在教學(xué)資源的管理和共享方面同樣需要加強。為了更好地發(fā)揮精品課的作用，讓更多的學(xué)生（不僅是該課程的修課學(xué)生）能夠方便地得到相關(guān)的知識，課程網(wǎng)站的建設(shè)必須大力加強，其中包括課程基本情況、課程講義、課程試驗數(shù)據(jù)下載、相關(guān)參考資料的更新和下載等等。另外，課程網(wǎng)站也可以提供相關(guān)網(wǎng)站鏈接（例如：OpenSPARC網(wǎng)站，Opensparc.net是一個免費的、積極的、開源社團(tuán)的資源網(wǎng)站）和技術(shù)討論區(qū)，以便渴望知識的學(xué)生們能夠高效地查找需要的資料，并且進(jìn)行相關(guān)技術(shù)討論。

四、精品課程建設(shè)過程中的幾點體會

在“微處理器組織與設(shè)計”教育部－Sun精品課程的建設(shè)過程中，我們遇到了一些問題，但同時也探索了一些解決問題的方法，并積累了一些經(jīng)驗。幾點體會如下：

1.課程教學(xué)與科研工作互相促進(jìn)

教員的科研工作可以促進(jìn)課程教學(xué)，而教學(xué)活動也會促進(jìn)教員的科研工作，同時促進(jìn)學(xué)生的科研活動。承擔(dān)本課程教學(xué)工作的教員都長期從事微處理器設(shè)計研究和其它VLSI數(shù)字集成電路的設(shè)計研究工作，在長期的研究實踐工作中積累了大量的設(shè)計經(jīng)驗和經(jīng)典實例。把科研活動取得的認(rèn)識、成果及時引入到教學(xué)內(nèi)容中，既可促進(jìn)教員對尚在研究中的技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)整理和分析，也有利于保持教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性。一方面開闊了學(xué)生的視野，使得學(xué)生不但掌握本領(lǐng)域中的成熟技術(shù)，而且對其中的前沿問題和方向有一定的認(rèn)識；另一方面也避免了枯燥的概念、方法、技術(shù)的陳述，通過教員與學(xué)生之間的交互，促使教員、學(xué)生從不同的角度來分析科研工作中的問題，促進(jìn)科研工作的進(jìn)步。

2.激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情

為了實現(xiàn)讓每個修課學(xué)生都有收獲的目標(biāo)，我們從多個角度激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。（1）把具體技術(shù)與實現(xiàn)原理結(jié)合起來：課程講義是針對試驗中實現(xiàn)的OpenSPARC-T1微處理器為基礎(chǔ)設(shè)計的，從而使學(xué)生在進(jìn)行試驗之前已經(jīng)初步掌握其知識架構(gòu)；（2）讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中獲得成就感：課程為學(xué)生設(shè)計了全套的試驗數(shù)據(jù)、程序編譯開發(fā)環(huán)境和操作系統(tǒng)，通過FPGA實現(xiàn)的處理器將是一顆真正可工作起來的處理器，配合板上其它邏輯電路，即可實現(xiàn)所要求的功能。

3.及時引入先進(jìn)的技術(shù)和成果

作為一門面向研究生的課程，讓學(xué)生了解國內(nèi)外微處理器發(fā)展的前沿和方向，既是課程必備的內(nèi)容、也是學(xué)生的期望。“微處理器組織與設(shè)計”課程在“教育部－Sun精品課程”項目的資助下，通過對Sun公司的OPENSPARC T1的詳細(xì)講解，學(xué)生們可以通過具體的一顆處理器的設(shè)計實現(xiàn)過程掌握、了解相關(guān)微處理器設(shè)計的知識，同時配合最新的資料支持和論壇討論，可以使學(xué)生們得到最大的收獲。

4.充分調(diào)配師資資源

針對現(xiàn)在多名教師配合授課的現(xiàn)狀，每學(xué)年上課之前教學(xué)團(tuán)隊負(fù)責(zé)人要召開教學(xué)動員會，并確認(rèn)教學(xué)任務(wù)分工。我們的精品課現(xiàn)在由三名教師擔(dān)當(dāng)任課，一名教師主要負(fù)責(zé)授課內(nèi)容、一名教師主要負(fù)責(zé)試驗課程部分、一名教師負(fù)責(zé)教學(xué)資源管理和技術(shù)論壇維護(hù)。任務(wù)分工清楚，各司其職，積極配合，充分交流，有利于高效地完成教學(xué)任務(wù)。

5.課程資源管理和分享

精品課較之其他課程在教學(xué)資源管理和共享方面需要付出更多的精力。如何管理好、共享好教學(xué)資源？我們的教學(xué)團(tuán)隊安排了重點負(fù)責(zé)該塊任務(wù)的教師，其主要任務(wù)在于整理教學(xué)講義、并且不斷搜集相關(guān)資料、更新參考文獻(xiàn)，同時重點負(fù)責(zé)技術(shù)論壇的答疑。而網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的任務(wù)，主要由北大微電子學(xué)系自己的網(wǎng)絡(luò)管理員負(fù)責(zé)。

五、結(jié)束語

在北京大學(xué)“微處理器組織與設(shè)計”教育部－Sun精品課程的建設(shè)工程中，我們遇到了一些問題，但同時也探索了一些解決問題的方法，并積累了一些經(jīng)驗。其中取得的這些經(jīng)驗也希望為其他精品課程的建設(shè)提供參考。