寧建紅

【摘要】本文分析了計算機(jī)專業(yè)目前存在的問題，確立了注重計算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)的計算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)思路。并以此進(jìn)行了人才培養(yǎng)方案的修訂，建立了計算機(jī)系統(tǒng)能力綜合實(shí)驗(yàn)箱+開發(fā)板的實(shí)驗(yàn)平臺，該平臺在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上可以進(jìn)行整體設(shè)計，各課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有一定的延續(xù)性。圍繞系統(tǒng)觀，該平臺可以進(jìn)行各課程間教學(xué)內(nèi)容的貫通，有助于各相關(guān)課程的授課教師進(jìn)行新的教學(xué)改革。

【關(guān)鍵詞】計算機(jī)系統(tǒng)能力；實(shí)驗(yàn)平臺；教學(xué)改革

一、專業(yè)現(xiàn)狀

就我校計算機(jī)專業(yè)而言，經(jīng)過近十幾年的發(fā)展，目前是上海市特色本科專業(yè)，其建設(shè)成果也獲得了上海市教學(xué)成果二等獎，在人才培養(yǎng)上取得了一些成績，但目前也遇到了一些發(fā)展的問題。如在人才培養(yǎng)方案的設(shè)計上缺乏系統(tǒng)觀、課程體系之間缺乏貫穿于銜接、課程內(nèi)容也無法反映滿足后PC時代對計算機(jī)專業(yè)人才知識的要求等。2017年我校對人才培養(yǎng)方案進(jìn)行了重新修訂，將課程體系進(jìn)行重新整合，構(gòu)建了四個能力模塊，在計算機(jī)系統(tǒng)工程設(shè)計模塊中突出系統(tǒng)能力培養(yǎng)，增加了新的銜接課程計算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)（1）、計算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)（2），該課程是一門綜合課程，注重培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)能力，將計算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)原理、編譯原理等課程進(jìn)行有效銜接，讓學(xué)生建立計算機(jī)系統(tǒng)的完整概念，形成系統(tǒng)觀和系統(tǒng)思維。根據(jù)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程的要求，需要建立計算機(jī)系統(tǒng)能力綜合實(shí)驗(yàn)箱+開發(fā)板的實(shí)驗(yàn)平臺，該平臺能夠完成計算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)課程的多項實(shí)驗(yàn)，同時還可以完成計算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)原理的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，滿足本專業(yè)的教學(xué)與實(shí)踐的要求。

二、建立基于系統(tǒng)觀的計算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺

以培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀為目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)改革，將自主設(shè)計“一臺功能計算機(jī)、一個操作系統(tǒng)核心”確立為教學(xué)目標(biāo)，充分利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室資源，整合數(shù)字電路與邏輯設(shè)計、計算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)（1）、計算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)（2）、計算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)原理、編譯原理等核心課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，建立統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺。各門課程提供針對統(tǒng)一平臺的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，注重先行課程及后繼課程之間的技術(shù)關(guān)聯(lián)，達(dá)到“層層遞進(jìn) 、逐步深化”的實(shí)驗(yàn)效果。在實(shí)驗(yàn)體系規(guī)劃上強(qiáng)調(diào)按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和工程規(guī)模開發(fā)系統(tǒng)，同時注重探索系統(tǒng)開發(fā)的工程化方法以提高學(xué)生達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度。通過該平臺讓學(xué)生能理解計算機(jī)系統(tǒng)的整體性、關(guān)聯(lián)性、層次性、動態(tài)性和開放性，掌握計算機(jī)軟硬件協(xié)同工作及相互作用機(jī)制，并綜合運(yùn)用多種知識與技術(shù)完成全系統(tǒng)開發(fā)的能力。學(xué)生可以利用所學(xué)知識對計算機(jī)系統(tǒng)綜合技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新型研究，為參加全國大學(xué)生系統(tǒng)能力競賽奠定基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)平臺中的開發(fā)板可以讓學(xué)生動手進(jìn)行CPU的設(shè)計，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合，加深學(xué)生對整機(jī)概念的認(rèn)識，進(jìn)一步弄清計算機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和時空關(guān)系，學(xué)會指令功能的電路實(shí)現(xiàn)方法和技巧，從而提高自行設(shè)計、調(diào)試分析的獨(dú)立工作能力?？梢酝瓿赏靶我莆黄鳌?位加減法器、具有32個8位寄存器的寄存器、簡單ALU、原碼乘法器、32位交叉存儲的存儲器、邏輯電路小系統(tǒng)設(shè)計和MIPS 5級流水線ALU等實(shí)驗(yàn)。

計算機(jī)系統(tǒng)能力綜合實(shí)驗(yàn)箱是一個貫通計算機(jī)課程體系的一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。體現(xiàn)了針對不同課程的教學(xué)思想、思維方法、和解決問題方法的一體化支持。采用開放式體系構(gòu)架和32位存儲層次結(jié)構(gòu)，通用性強(qiáng)，適應(yīng)性靈活。采用基于FPGA實(shí)體的虛擬實(shí)驗(yàn)箱和SOC集成技術(shù)，支持教師開發(fā)個性化的實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新設(shè)計，能夠支持?jǐn)?shù)字電路與邏輯設(shè)計、計算機(jī)組成原理、計算機(jī)接口技術(shù)、操作系統(tǒng)原理、編譯原理、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等課程的實(shí)踐教學(xué)?？梢酝瓿捎嬎銠C(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生的計算機(jī)系統(tǒng)能力實(shí)驗(yàn)，如：MIPS匯編程序開發(fā)環(huán)境、QtSpim匯編、調(diào)試、FPGA開發(fā)工具Xilinx ISE使用、單周期類MIPS微處理器設(shè)計、存儲器映射I/O接口設(shè)計、簡單VGA接口設(shè)計、基于FPGA的嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計、基于IP核的并行I/O接口實(shí)驗(yàn)、并行存儲器接口設(shè)計、DMA技術(shù)實(shí)驗(yàn)和人機(jī)接口實(shí)驗(yàn)等。還可以進(jìn)行操作系統(tǒng)原理的相關(guān)實(shí)驗(yàn)：如內(nèi)核初始化、實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入、VGA顯示功能、實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)、添加內(nèi)存管理、系統(tǒng)調(diào)用、添加時鐘中斷、實(shí)現(xiàn)進(jìn)程管理等。

對于實(shí)踐環(huán)節(jié)來說，該實(shí)驗(yàn)平臺在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上可以進(jìn)行整體設(shè)計，各課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有一定的延續(xù)性?？梢愿玫赝七M(jìn)各課程間教學(xué)內(nèi)容的貫通，也有助于各相關(guān)課程的授課教師進(jìn)行新的教學(xué)改革。

三、結(jié)語

隨著計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的不斷進(jìn)步，新的計算系統(tǒng)及其應(yīng)用日益深化，尤其以“四類新型計算系統(tǒng)”和“四化主要特征”為代表對計算機(jī)專業(yè)人才的知識結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新能力提出更高的要求。傳統(tǒng)計算機(jī)專業(yè)的教學(xué)體系和內(nèi)容已經(jīng)不適應(yīng)社會、 技術(shù)發(fā)展的需要。培養(yǎng)學(xué)生的計算機(jī)系統(tǒng)能力成為計算機(jī)專業(yè)教學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)之一。實(shí)踐教學(xué)是提高課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生能力的重要手段。在新的課程體系下搭建注重系統(tǒng)能力培養(yǎng)的計算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺刻不容緩。

參考文獻(xiàn)

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