程妍

摘 要：獨(dú)立學(xué)院是一個(gè)新的辦學(xué)體制，在獨(dú)立學(xué)院開展計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)本科教學(xué)不能一味沿襲傳統(tǒng)研究型高等學(xué)校的教學(xué)模式，應(yīng)按照獨(dú)立學(xué)院的發(fā)展目標(biāo)和人才培養(yǎng)要求形成一套獨(dú)立學(xué)院特有的課程建設(shè)方案。本文將介紹該課程體系建設(shè)的情況，其中包括對教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、課程討論、教學(xué)實(shí)踐等方面所作的調(diào)整和改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：獨(dú)立學(xué)院 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) 課程建設(shè)

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）03（b）-0167-02

我校獨(dú)立學(xué)院成立于2002年，它是依托母體學(xué)校的教育教學(xué)資源和管理資源建立的，但又有別于母?！?傳統(tǒng)研究型高校的一個(gè)新的辦學(xué)體制。我校獨(dú)立學(xué)院根據(jù)生源特點(diǎn)及辦學(xué)理念，明確學(xué)院人才培養(yǎng)模式為“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”，注重本科學(xué)歷教育與職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)一體化，著重培養(yǎng)適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展的高素質(zhì)應(yīng)用型管理人才和技術(shù)人才。因此要求獨(dú)立學(xué)院針對“三本”的特點(diǎn)和人才培養(yǎng)目標(biāo)重新建設(shè)各專業(yè)課程，確定相應(yīng)的課程教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，調(diào)整教學(xué)方法、教學(xué)模式及教學(xué)內(nèi)容，逐步形成完善的自有教學(xué)文件體系。

本人同時(shí)承擔(dān)本校及其獨(dú)立學(xué)院的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程教學(xué)工作，在長期的教學(xué)中不斷探索和建設(shè)區(qū)別與傳統(tǒng)本科教學(xué)的、符合獨(dú)立學(xué)院辦學(xué)目標(biāo)和要求的課程體系。本文將介紹該課程體系建設(shè)的情況及改革思考，其中包括對教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、課程討論、教學(xué)實(shí)踐等方面所作的調(diào)整和改進(jìn)，以求與同類兄弟院校的同行交流經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)獨(dú)立學(xué)院課程建設(shè)的改革發(fā)展。

1 課程建設(shè)的內(nèi)容和特點(diǎn)

1.1 課程特點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)

“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課和必修課。它強(qiáng)調(diào)從總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)分析這一角度來研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通過學(xué)習(xí)本課程，能把在“計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)、編譯原理、匯編語言程序設(shè)計(jì)”等課程中所學(xué)的軟、硬件知識有機(jī)地結(jié)合起來，從而建立起計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的完整概念。教學(xué)目標(biāo)是通過對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所必須了解與掌握的專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生們系統(tǒng)地、自上而下地分析和解決問題的能力，使學(xué)生能全面評價(jià)和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

1.2 課程教學(xué)內(nèi)容

“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”理論教學(xué)時(shí)長為50學(xué)時(shí)，內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本概念及發(fā)展、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析、指令系統(tǒng)、流水線技術(shù)、存儲層次、輸入輸出系統(tǒng)、多處理機(jī)及機(jī)群計(jì)算機(jī)，其中重點(diǎn)講授內(nèi)容為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析、流水線技術(shù)及存儲層次[1]。前者是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)量化設(shè)計(jì)的基本原則；流水線是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)典的已成熟應(yīng)用的技術(shù)；存儲層次則是設(shè)計(jì)中的瓶頸問題，本課程提到了十幾種提高存儲性能的方法，在實(shí)際應(yīng)用中還存在很多軟硬件優(yōu)化折中的方法。

由于“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一個(gè)二級學(xué)科，該學(xué)科方向主要研究如何改進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以提高系統(tǒng)的整體性能，并用定量的技術(shù)分析新的體系結(jié)構(gòu)。此方向包含了很多前沿研究熱點(diǎn)，每年都有大量新技術(shù)、新方法產(chǎn)生。為了在課堂教學(xué)中能及時(shí)體現(xiàn)目前該學(xué)科的研究發(fā)展現(xiàn)狀，我們在教學(xué)內(nèi)容中增加了以下專題介紹：“超級計(jì)算機(jī)的發(fā)展、微處理器體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)、存儲結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)、面向體系結(jié)構(gòu)的并行計(jì)算模型和編程模型、體系結(jié)構(gòu)性能評測與模擬器工具、面向體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用性能優(yōu)化”。通過這些專題介紹擴(kuò)展了課堂教學(xué)的覆蓋面，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生對本課程所代表的學(xué)科方向有了更深的了解，有助于將來學(xué)生就業(yè)方向、研究方向的選擇。

1.3 課程討論的設(shè)計(jì)

為了帶動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，本課程增強(qiáng)了對教學(xué)過程中學(xué)生學(xué)習(xí)情況的考查，將平時(shí)成績的構(gòu)成調(diào)整為40%，其中平時(shí)作業(yè)及課堂表現(xiàn)占10%，課程實(shí)踐占10%，課程討論占20%。從平時(shí)成績的構(gòu)成可以看到課程討論很重要，占平時(shí)成績考核的一半。課程討論采取課程學(xué)習(xí)小組的形式完成，即開學(xué)之初學(xué)生自由組合形成若干個(gè)由3～5人構(gòu)成的課程學(xué)習(xí)小組，在教學(xué)過程中隨著課程內(nèi)容的講授給各課程學(xué)習(xí)小組布置不同的學(xué)習(xí)任務(wù)。具體實(shí)施方法：（1）首先在每章教學(xué)結(jié)束時(shí)，針對該章內(nèi)容及相應(yīng)的專題設(shè)置若干子題目并布置給學(xué)習(xí)小組，要求小組成員圍繞該子題目查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，然后將搜集的信息整理制作成課件并在課堂上介紹。（2）為了檢查小組的每個(gè)成員是否都參與其中，老師每次將隨機(jī)選擇一名成員講述任務(wù)的完成情況，并組織其它小組的同學(xué)對其提問，并展開討論，最后綜合上述表現(xiàn)給出考核成績。

通過學(xué)習(xí)小組的形式開展課程討論可以促使學(xué)生克服畏難情緒，共同合作完成任務(wù)。另外由于課程討論安排在相應(yīng)專題介紹之前，因此，更有利于對專題內(nèi)容的理解，使課堂教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)、相關(guān)文獻(xiàn)資料的自學(xué)理解、前沿技術(shù)專題的介紹擴(kuò)展有機(jī)地結(jié)合在了一起。通過上述教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置，加大了對學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的督促、監(jiān)管和考查力度，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，取得了比較好的學(xué)習(xí)效果。

1.4 課程實(shí)踐

本課程暫時(shí)未開設(shè)實(shí)驗(yàn)課，針對課程內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)操作通過課外實(shí)踐的形式布置給學(xué)習(xí)小組完成。實(shí)踐內(nèi)容與計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程中處理器性能評價(jià)、指令系統(tǒng)、流水線等方面的教學(xué)內(nèi)容相對應(yīng)，需要用到WinDLX模擬器。該模擬器模擬DLX流水線處理器的工作過程，利用該模擬器，學(xué)生可以在模擬的環(huán)境中驗(yàn)證和應(yīng)用所學(xué)的知識。因此要求學(xué)生要熟練掌握WinDLX模擬器的操作和使用，了解DLX指令集結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，理解流水線的工作過程，掌握流水線中各種相關(guān)的產(chǎn)生原因和解決方法。根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)踐能力將課程實(shí)踐分為兩個(gè)層次，學(xué)習(xí)小組可以商討選擇其中一個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)。

第一個(gè)層次是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)—— 模擬驗(yàn)證流水線的相關(guān)。該實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生在DLX模擬器上加載和執(zhí)行若干個(gè)DLX程序，通過模擬找出存在相關(guān)的指令以及導(dǎo)致相關(guān)的部件；然后記錄由此相關(guān)引起的暫停時(shí)鐘周期數(shù)，計(jì)算暫停時(shí)鐘周期數(shù)占總執(zhí)行周期數(shù)的百分比；最后論述各相關(guān)對CPU性能的影響，討論解決流水線相關(guān)的方法[2]。在實(shí)驗(yàn)過程中，允許學(xué)生對系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)進(jìn)行改變，對程序的執(zhí)行進(jìn)行多種控制，記錄獲得的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

第二個(gè)層次是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)—— 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)單流出的5級32位DLX整數(shù)流水線。該實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生按照教材所描述的流水線結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)流水線的IF、ID、EX、MEM、WB段，然后在其上進(jìn)行功能仿真[3]。

通過課程實(shí)踐有利于學(xué)生對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解和應(yīng)用，同時(shí)，也提高了學(xué)生的動(dòng)手操作能力。

1.5 綜述

綜上所述，表1按課程章節(jié)順序列出了計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程建設(shè)的各項(xiàng)內(nèi)容。

表中課程討論只列出了部分熱點(diǎn)題目，每年還會根據(jù)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的新技術(shù)進(jìn)行更新，另外專題內(nèi)容也會及時(shí)調(diào)整。通過這種形式促使學(xué)生積極關(guān)注計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的新動(dòng)向，有效地延伸了課堂教學(xué)，有助于學(xué)生對計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)這個(gè)學(xué)科方向的全面認(rèn)識。

2 結(jié)語

獨(dú)立學(xué)院是一個(gè)新的辦學(xué)體制，在獨(dú)立學(xué)院開展計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)本科教學(xué)不能一味沿襲傳統(tǒng)研究型高等學(xué)校的教學(xué)模式，應(yīng)按照獨(dú)立學(xué)院的發(fā)展目標(biāo)和人才培養(yǎng)要求積極調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、考核方法、教學(xué)模式，完善教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)環(huán)節(jié)等，形成一套獨(dú)立學(xué)院特有的課程建設(shè)方案。本文在上述方面提出了一些建議，并在實(shí)踐中取得了一定的效果，今后還將進(jìn)一步改進(jìn)完善，如根據(jù)課程實(shí)踐所總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)開設(shè)實(shí)驗(yàn)課、增加并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及并行計(jì)算與其它工程科研領(lǐng)域相結(jié)合的專題介紹等，以期獲得更好的教學(xué)實(shí)踐效果和專業(yè)引導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

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[2] 張晨曦.國家級精品課程—— 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[EB/OL].http：//sse.#edu.cn/arch/index.htm.同濟(jì)大學(xué)軟件學(xué)院，2010.

[3] 沈立，肖儂，王志英.計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)[M].清華大學(xué)出版社，2010.