網(wǎng)工專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系改革研究

引言

網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)是從計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)派生出來(lái)的一個(gè)新的專(zhuān)業(yè)，也是計(jì)算機(jī)科學(xué)與通信技術(shù)相結(jié)合的一個(gè)專(zhuān)業(yè),主要從事各類(lèi)信息網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)與建設(shè)，從事各種網(wǎng)絡(luò)理論與新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究與開(kāi)發(fā)，是當(dāng)今高校中的一個(gè)熱門(mén)專(zhuān)業(yè)。根據(jù)學(xué)校層次和培養(yǎng)目標(biāo)，可分為研究型、工程建設(shè)型與日常運(yùn)行維護(hù)型。對(duì)于“211”和“985”重點(diǎn)大學(xué)，主要從事網(wǎng)絡(luò)理論與新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究；對(duì)于應(yīng)用型本科院校，主要從事網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、建設(shè)與維護(hù)；對(duì)于高職高專(zhuān)院校，主要從事網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的施工和日常運(yùn)行與維護(hù)。但是，無(wú)論哪種類(lèi)型的學(xué)校,在該專(zhuān)業(yè)的教學(xué)中都少不了要開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)組成原理和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)這兩門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。當(dāng)然，也有只開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)組成原理一門(mén)課的。近年來(lái)，選擇兩門(mén)課程都開(kāi)設(shè)的院校越來(lái)越多。但是，這兩門(mén)課怎樣開(kāi)？各開(kāi)多少學(xué)時(shí)？各講哪些內(nèi)容？就成了值得研究的問(wèn)題。

最初，最簡(jiǎn)單的辦法就是效仿計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè),使用相同的教材和相同的學(xué)時(shí)，做相同的實(shí)驗(yàn)。這樣，占用的學(xué)時(shí)勢(shì)必多了一些。于是，包括西安歐亞學(xué)院在內(nèi)的一些學(xué)校就簡(jiǎn)單地減學(xué)時(shí)。這樣，授課教師也就簡(jiǎn)單地壓縮授課內(nèi)容。按學(xué)時(shí)，能講多少，就講多少；能講到哪里，就講到哪里。這顯然是一種不適宜的作法。再到后來(lái)，就試圖把兩門(mén)課合并起來(lái)。計(jì)算機(jī)組成原理講一半，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)講一半,其結(jié)果是兩門(mén)課程都講不好。近年來(lái)，一些出版社也出版了一些這方面的教材，取名為《計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》或《計(jì)算機(jī)組成原理與體系結(jié)構(gòu)》。但是，好不好？原來(lái)兩門(mén)課程的內(nèi)容各占的比例合適不合適？就值得研究。這，也是我們對(duì)這兩門(mén)課程進(jìn)行研究改革的出發(fā)點(diǎn)。

1網(wǎng)工專(zhuān)業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的需求分析

最初，網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的計(jì)算機(jī)課程，除了計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)、高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)之外，主要是計(jì)算機(jī)組成原理。而這門(mén)課原本是為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)（硬件）專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的，因此在教學(xué)大綱和教材中，一般把二進(jìn)制數(shù)值算法、指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)和指令執(zhí)行過(guò)程講得很深很細(xì)。比如，在講述原碼一位乘除法運(yùn)算之后，又花費(fèi)大量篇幅講述補(bǔ)碼一位乘除法、補(bǔ)碼二位甚至三位乘除法運(yùn)算規(guī)則。在講述指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)和指令執(zhí)行過(guò)程中，既講述指令系統(tǒng)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，又講述指令執(zhí)行過(guò)程中每一個(gè)時(shí)鐘周期控制信號(hào)的產(chǎn)生、流向與控制；既有組合邏輯電路的設(shè)計(jì)，又有微程序控制器的設(shè)計(jì);其中有些邏輯電路或結(jié)構(gòu)圖相當(dāng)復(fù)雜，在教材中占的篇幅大,在教學(xué)中用的時(shí)間長(zhǎng)。另外，還有實(shí)驗(yàn)。其目的是為了使學(xué)生多掌握一些有關(guān)運(yùn)算器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論和方法。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)（硬件）專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要講述大型機(jī)、巨型機(jī)的組成與設(shè)計(jì)思想，包括存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)、標(biāo)量流水技術(shù)、向量流水技術(shù)與向量處理機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、并行處理技術(shù)與陣列機(jī)、脈動(dòng)陣列機(jī)以及大型并行處理機(jī)等。這些內(nèi)容對(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)（硬件）專(zhuān)業(yè)，無(wú)疑是必要的,以便將來(lái)從事微型機(jī)、大型機(jī)、巨型機(jī)的硬軟件設(shè)計(jì)與維護(hù)。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，將來(lái)主要從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論的研究、網(wǎng)絡(luò)工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)與維護(hù)，他們需要懂得計(jì)算機(jī)組成原理,也需要懂得大型機(jī)、巨型機(jī)的組成與工作原理。而問(wèn)題在于這兩門(mén)課程的內(nèi)容，他們各需要多少？

幾年前，我們?cè)跒榫W(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了計(jì)算機(jī)組成原理以后，也開(kāi)設(shè)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。然而在幾年的教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。一是由于專(zhuān)業(yè)不同，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)存在心理障礙，對(duì)于一些復(fù)雜的二進(jìn)制算法、復(fù)雜的邏輯結(jié)構(gòu)圖所展示的指令執(zhí)行過(guò)程感到難以理解，有些厭倦；二是課時(shí)不足,最簡(jiǎn)單的辦法就是壓縮或濃縮課程內(nèi)容。這樣一來(lái)，兩方面的原因影響了教學(xué)的效果，違背初衷。

傳統(tǒng)的《計(jì)算機(jī)組成原理》，甚至經(jīng)典之作，其內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述、運(yùn)算方法和運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、指令系統(tǒng)、中央處理器、總線技術(shù)、輸入輸出系統(tǒng)與外圍設(shè)備等。從字面上看，這些內(nèi)容也是網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)和掌握的。而實(shí)際上，他們將來(lái)并不直接從事CPU及其整機(jī)的研發(fā)與制造，而是更多地從事網(wǎng)絡(luò)理論和新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究，或者使用計(jì)算機(jī)去進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)工程硬軟件的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)，或者從事網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)與維護(hù)。因此，他們需要懂得一些計(jì)算機(jī)的內(nèi)部組成及其工作原理，但是不一定要學(xué)得那么深，那么細(xì)，不一定要掌握補(bǔ)碼二位三位乘除法運(yùn)算和指令執(zhí)行過(guò)程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)。這就如同一個(gè)汽車(chē)駕駛員一樣，他要開(kāi)好車(chē)，需要了解汽車(chē)的組成原理與性能，而并不需要學(xué)習(xí)和掌握汽車(chē)的制造工藝與生產(chǎn)過(guò)程。

至于《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》，其中講述的大型機(jī)、巨型機(jī)的組成方式、工作原理和一些新的體系結(jié)構(gòu)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)是需要的。這是因?yàn)楦黝?lèi)大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都是由大型機(jī)或巨型機(jī)作為服務(wù)器或者進(jìn)行管理的。比如其中的標(biāo)量/向量流水技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多體并行存儲(chǔ)器與磁盤(pán)陣列、多CPU并行處理技術(shù)與并行處理機(jī)、并行算法與并行程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言以及大規(guī)模超級(jí)并行處理機(jī)等，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是需要的。如果缺乏這方面的知識(shí)，若要直接從事未來(lái)大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其相應(yīng)軟件的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)，難免會(huì)遇到這樣或者那樣的問(wèn)題。因此，對(duì)于網(wǎng)工專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，若不開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，顯然是不合時(shí)宜的。

2現(xiàn)有教學(xué)方法與教材分析

在進(jìn)入21世紀(jì)以后，我們也發(fā)現(xiàn)許多學(xué)校都在對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理課進(jìn)行改革，其方法有二。

一是在計(jì)算機(jī)組成原理課中擴(kuò)充流水線技術(shù)和并行處理技術(shù)與并行計(jì)算機(jī)，有的甚至把計(jì)算機(jī)組成原理改名為計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)。對(duì)此，我們也查閱了多家出版社出版的多種《計(jì)算機(jī)組成原理》和《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》的教材。其中多數(shù)是在原《計(jì)算機(jī)組成原理》的基礎(chǔ)上增加一兩章，講述流水線技術(shù)和并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，對(duì)于二進(jìn)制算法、運(yùn)算器和控制器的組成與工作原理、指令優(yōu)化設(shè)計(jì)及執(zhí)行過(guò)程，依舊篇幅很大，依舊寫(xiě)得很深很細(xì)。而對(duì)于上述大型機(jī)、巨型機(jī)的許多新思想、新技術(shù)，涉及甚少?？傮w上看，流水線技術(shù)和并行處理機(jī)體系結(jié)構(gòu)的篇幅僅占全書(shū)的10%左右。

二是為網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)增開(kāi)一門(mén)并行處理技術(shù)或并行處理技術(shù)與并行計(jì)算機(jī)，或者也像我們一樣開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。由于增加了一門(mén)課程，無(wú)疑對(duì)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)起到了很好的補(bǔ)充作用。但是，前導(dǎo)課程計(jì)算機(jī)組成原理依舊，許多內(nèi)容對(duì)于網(wǎng)工專(zhuān)業(yè)未必需要。另外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的許多概念和內(nèi)容與前導(dǎo)課程計(jì)算機(jī)組成原理中的內(nèi)容重復(fù)。刪去不講,學(xué)生會(huì)提意見(jiàn)，厚厚一本書(shū)，刪去那么多的內(nèi)容，何必要我們買(mǎi)這本書(shū)呢？因此，這就需要研究如何取舍，如何把《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》與《計(jì)算機(jī)組成原理》融為一體。

3合理取舍和組合

3.1合理取舍

由于網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)不同于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)，他們大多數(shù)人將來(lái)不從事計(jì)算機(jī)及其體系結(jié)構(gòu)的研發(fā)設(shè)計(jì)或生產(chǎn),因此可對(duì)傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)組成原理課中的許多內(nèi)容進(jìn)行壓縮,可把有些原本要求學(xué)生記憶掌握的內(nèi)容，改為了解，比如二進(jìn)制數(shù)的各種繁瑣算法與運(yùn)算過(guò)程、指令執(zhí)行的細(xì)微過(guò)程、微程序控制器的編碼方法與設(shè)計(jì)等，這些內(nèi)容只需要了解或者理解就行了。有些內(nèi)容可與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的相關(guān)內(nèi)容融合，比如計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)表示、指令系統(tǒng)與優(yōu)化設(shè)計(jì)、總線技術(shù)、數(shù)據(jù)輸入輸出系統(tǒng)、存儲(chǔ)器工作原理與體系結(jié)構(gòu)等。這樣，一方面刪去一些繁瑣內(nèi)容，有利于教師授課，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)、理解和記憶；另一方面，也避免了一些內(nèi)容在兩門(mén)課程中重復(fù)出現(xiàn)重復(fù)講授的現(xiàn)象。出于這樣的指導(dǎo)思想，我們把計(jì)算機(jī)組成原理和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合為一門(mén)課，即計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

3.2合理組合

針對(duì)網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)，本課程應(yīng)屬專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)字邏輯與電路以后可開(kāi)設(shè)的一門(mén)課程。其目的在于使學(xué)生學(xué)習(xí)了解計(jì)算機(jī)的基本組成原理，包括計(jì)算機(jī)層次結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)表示、數(shù)值編碼與簡(jiǎn)單二進(jìn)制運(yùn)算、運(yùn)算器與控制器的組成與工作原理、指令系統(tǒng)及指令優(yōu)化設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)輸入輸出系統(tǒng)及常用外圍設(shè)備等；在此基礎(chǔ)上，再去學(xué)習(xí)和掌握有關(guān)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的相關(guān)內(nèi)容，包括標(biāo)量流水技術(shù)、向量流水與向量處理機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)與陣列機(jī)、脈動(dòng)陣列機(jī)、并行處理技術(shù)與大規(guī)模和超大規(guī)模處理機(jī)的組成與工作原理。這樣，在同一門(mén)課程中使學(xué)生既學(xué)習(xí)單一CPU的計(jì)算機(jī)組成原理，又學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在編排順序上，把計(jì)算機(jī)層次結(jié)構(gòu)等內(nèi)容融入到計(jì)算機(jī)組成原理中去，避免一些內(nèi)容交叉重復(fù)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)單一CPU組成及工作原理的同時(shí)，學(xué)習(xí)和了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的有關(guān)知識(shí)和概念。

4各章主要內(nèi)容與教學(xué)要求

該門(mén)課程和相應(yīng)的教材共分為13章，其中前8章以傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)組成原理為主，結(jié)合章節(jié)內(nèi)容融入原本屬于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的知識(shí)和內(nèi)容；后5章以傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容為主，也可謂是對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理的擴(kuò)展或者補(bǔ)充。

第1章計(jì)算機(jī)概述。主要講述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成、性能指標(biāo)、層次結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用與其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展。其改進(jìn)是把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的計(jì)算機(jī)層次結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型、系統(tǒng)性能分析的方法等列入第1章，使學(xué)生一開(kāi)始就接觸到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的概念、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)與性能分析方法、多CPU結(jié)構(gòu)，認(rèn)識(shí)和理解在計(jì)算機(jī)層次結(jié)構(gòu)中的每一層就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的含義，了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)三者之間的關(guān)系，學(xué)習(xí)和掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能與性能分析的方法。

第2章邏輯代數(shù)與數(shù)字電路。主要講述邏輯代數(shù)、門(mén)電路與觸發(fā)器、組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路等。其目的是為沒(méi)有開(kāi)設(shè)數(shù)字電路課程的學(xué)生鋪墊一些計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)。如果學(xué)生在先導(dǎo)課程中開(kāi)設(shè)了數(shù)字電路，該章可以從略。

第3章計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示與編碼。主要講述數(shù)值型數(shù)據(jù)表示、IEEE754編碼標(biāo)準(zhǔn)及非數(shù)值型數(shù)據(jù)表示，使學(xué)生學(xué)習(xí)和了解計(jì)算機(jī)中的各種數(shù)據(jù)類(lèi)型及表示方法，包括整型數(shù)據(jù)（原碼、補(bǔ)碼、反碼）表示、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示、向量數(shù)據(jù)表示、自定義數(shù)據(jù)表示、邏輯型/字符型/中文漢字/多媒體信息數(shù)字化數(shù)據(jù)表示及IEEE754編碼標(biāo)準(zhǔn)，為學(xué)生學(xué)習(xí)有關(guān)算法和信息處理打下基礎(chǔ)。其改進(jìn)是把IEEE754標(biāo)準(zhǔn)，向量數(shù)據(jù)表示、自定義數(shù)據(jù)表示等融入其中，使學(xué)生在學(xué)習(xí)基本數(shù)據(jù)表示的同時(shí)，了解到大型并行處理機(jī)中數(shù)據(jù)表示的方法以及IEEE754標(biāo)準(zhǔn)。

第4章運(yùn)算方法與運(yùn)算器。主要講述定點(diǎn)數(shù)加減乘除法運(yùn)算規(guī)則與電路實(shí)現(xiàn)、浮點(diǎn)數(shù)加減乘除運(yùn)算過(guò)程。由于網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生一般將來(lái)不去設(shè)計(jì)這部分電路，因此只需了解計(jì)算方法和實(shí)現(xiàn)過(guò)程就可以了。其改進(jìn)是簡(jiǎn)化一般《計(jì)算機(jī)組成原理》對(duì)于運(yùn)算方法和運(yùn)算器過(guò)細(xì)描述的內(nèi)容，比如略去補(bǔ)碼一位兩位乘除法運(yùn)算、指令執(zhí)行過(guò)程中的細(xì)節(jié)以及一些復(fù)雜的邏輯電路圖，重點(diǎn)講述補(bǔ)碼加減法運(yùn)算與實(shí)現(xiàn)、定點(diǎn)數(shù)原碼一位乘除法運(yùn)算與實(shí)現(xiàn)、浮點(diǎn)數(shù)加減乘除運(yùn)算方法，然后介紹一種簡(jiǎn)單運(yùn)算器的工作過(guò)程，使學(xué)生建立起運(yùn)算器整體工作的概念。

第5章指令與指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要講述指令的定義、指令格式、指令類(lèi)型、指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)、地址分配與尋址方式、按內(nèi)容尋址方式、CISC/RISC計(jì)算機(jī)的風(fēng)格特點(diǎn)與發(fā)展、RISC計(jì)算機(jī)的新技術(shù)與指令系統(tǒng)舉例。主要改進(jìn)是融入指令碼優(yōu)化設(shè)計(jì)（即霍夫曼編碼）、按內(nèi)容尋址和CISC/RISC計(jì)算機(jī)的風(fēng)格特點(diǎn)與發(fā)展。這樣，把指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)方法融為一體，使學(xué)生在學(xué)習(xí)指令系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)規(guī)則的同時(shí)，了解指令碼優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法、按內(nèi)容尋址的方法以及CISC/RISC計(jì)算機(jī)的風(fēng)格特點(diǎn)與發(fā)展。

第6章存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)。主要講述存儲(chǔ)器的基本概念、存儲(chǔ)器分類(lèi)與層次結(jié)構(gòu)、主存儲(chǔ)器的基本組成與技術(shù)指標(biāo)、半導(dǎo)體RAM/ROM存儲(chǔ)器工作原理、主存儲(chǔ)器與CPU的連接與容量擴(kuò)展、磁盤(pán)存儲(chǔ)器的組成與工作原理、光盤(pán)存儲(chǔ)器的組成與工作原理、多體并行存儲(chǔ)器與磁盤(pán)陣列、高速緩沖存儲(chǔ)器Cache的組成與工作原理、虛擬存儲(chǔ)器的基本概念與管理方式、虛擬地址快速變換法及保護(hù)措施。主要改進(jìn)是融入多體并行存儲(chǔ)器與磁盤(pán)陣列、Cache組成與工作原理、虛擬存儲(chǔ)器的基本概念與管理方式、虛擬地址快速變換法及保護(hù)措施。這些，一般是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中才能講到,這里與計(jì)算機(jī)組成原理中的存儲(chǔ)器工作原理結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)一般存儲(chǔ)器組成原理的同時(shí)學(xué)習(xí)大型機(jī)、巨型機(jī)中存儲(chǔ)器的組成及工作機(jī)理，同時(shí)也避免了一些內(nèi)容在兩門(mén)課程中重復(fù)講述。

第7章控制器與總線結(jié)構(gòu)。主要講述控制器的功能、分類(lèi)、組合邏輯控制器硬件組成、時(shí)序與指令執(zhí)行過(guò)程、微程序控制器的組成和工作過(guò)程、總線結(jié)構(gòu)與分類(lèi)、總線的組成與連接方式、總線操作時(shí)序與控制方式等。這里，對(duì)于時(shí)序與指令執(zhí)行過(guò)程，僅講述指令執(zhí)行過(guò)程中的時(shí)序控制，簡(jiǎn)化指令執(zhí)行的詳細(xì)過(guò)程與復(fù)雜邏輯電路；對(duì)于微程序控制器，以講清微指令與微程序的基本概念以及微程序執(zhí)行過(guò)程為原則。同時(shí)，融入總線結(jié)構(gòu)，以助于學(xué)生理解運(yùn)算器的整體結(jié)構(gòu)與控制過(guò)程。

第8章輸入輸出系統(tǒng)。主要講述I/O接口的組成與工作原理、CPU與外部設(shè)備連接、I/O接口尋址與I/O控制方式，包括直接程序控制、中斷控制方式、DMA方式、輸入輸出處理機(jī)方式以及外圍處理機(jī)(PeripheralProcessorUnit，PPU)方式。

第9章標(biāo)量流水線技術(shù)。主要講述標(biāo)量流水線工作原理、標(biāo)量流水線分類(lèi)與性能分析、流水線主要障礙與控制、流水線動(dòng)態(tài)調(diào)度、指令級(jí)流水線、超級(jí)標(biāo)量流水線、超長(zhǎng)指令字、展開(kāi)循環(huán)體后調(diào)度、軟件流水法以及超級(jí)標(biāo)量流水機(jī)舉例等。

第10章向量流水與向量處理機(jī)。主要講述向量流水的概念與工作原理、向量處理機(jī)的基本組成、向量啟動(dòng)時(shí)間與結(jié)果流出時(shí)間、向量操作長(zhǎng)度控制與向量訪問(wèn)步長(zhǎng)、向量處理與增強(qiáng)向量處理性能的方法、向量化編譯技術(shù)、向量處理機(jī)舉例等。

第11章互連網(wǎng)絡(luò)。主要講述互連網(wǎng)絡(luò)的功能與特征、互連函數(shù)、靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)、靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與特性、動(dòng)態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)、總線互連方式、交叉開(kāi)關(guān)互連方式、多級(jí)網(wǎng)絡(luò)互連方式等。

第12章并行處理技術(shù)與陣列機(jī)組成原理。主要講述并行處理的概念、并行性的開(kāi)發(fā)途徑、SIMD陣列機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)、陣列機(jī)并行算法、并行存儲(chǔ)器無(wú)沖突訪問(wèn)、典型SIMD陣列機(jī)舉例、脈動(dòng)陣列機(jī)的組成原理與特點(diǎn)、面向特定算法的脈動(dòng)陣列機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、通用脈動(dòng)陣列機(jī)的結(jié)構(gòu)等。

第13章并行多處理機(jī)。主要講述并行多處理機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與類(lèi)型、緊耦合并行多處理機(jī)、松耦合并行多處理機(jī)、并行多處理機(jī)中Cache的一致性、程序并行性分析與并行程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、并行多處理機(jī)操作系統(tǒng)的概念、并行多處理機(jī)調(diào)度策略、并行多處理機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)、大規(guī)模并行處理機(jī)、并行向量多處理機(jī)、機(jī)群以及大規(guī)模MPP機(jī)舉例等。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上組合，把原本兩門(mén)課的內(nèi)容合為一門(mén)。在計(jì)算機(jī)組成原理方面，刪繁就簡(jiǎn)，有利于網(wǎng)工專(zhuān)業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)。把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容與計(jì)算機(jī)組成原理合并，可使學(xué)生僅通過(guò)一門(mén)課程，就能學(xué)習(xí)和掌握單CPU計(jì)算機(jī)以及各類(lèi)大型機(jī)、巨型機(jī)的組成原理、實(shí)現(xiàn)技術(shù)與特點(diǎn)，減少內(nèi)容重復(fù),節(jié)省課時(shí)。

20211024_6174349639f3e__網(wǎng)工專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系改革研究