網(wǎng)工專業(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
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引言
網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)是從計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)派生出來的一個(gè)新的專業(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)專業(yè),主要從事各類信息網(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)的研究與開發(fā),是當(dāng)今高校中的一個(gè)熱門專業(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,無論哪種類型的學(xué)校,在該專業(yè)的教學(xué)中都少不了要開設(shè)計(jì)算機(jī)組成原理和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)這兩門專業(yè)基礎(chǔ)課。當(dāng)然,也有只開設(shè)計(jì)算機(jī)組成原理一門課的。近年來,選擇兩門課程都開設(shè)的院校越來越多。但是,這兩門課怎樣開?各開多少學(xué)時(shí)?各講哪些內(nèi)容?就成了值得研究的問題。
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,就試圖把兩門課合并起來。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)果是兩門課程都講不好。近年來,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?原來兩門課程的內(nèi)容各占的比例合適不合適?就值得研究。這,也是我們對(duì)這兩門課程進(jìn)行研究改革的出發(fā)點(diǎn)。
1網(wǎng)工專業(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)工程專業(yè)開設(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)語言程序設(shè)計(jì)之外,主要是計(jì)算機(jī)組成原理。而這門課原本是為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)(硬件)專業(yè)開設(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)專業(yè)開設(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)專業(yè),無疑是必要的,以便將來從事微型機(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)工程專業(yè)來說,將來主要從事計(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。而問題在于這兩門課程的內(nèi)容,他們各需要多少?
幾年前,我們?cè)跒榫W(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)開設(shè)了計(jì)算機(jī)組成原理以后,也開設(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)了一些問題。一是由于專業(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,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)行過程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)。這就如同一個(gè)汽車駕駛員一樣,他要開好車,需要了解汽車的組成原理與性能,而并不需要學(xué)習(xí)和掌握汽車的制造工藝與生產(chǎn)過程。
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)工程專業(yè)的學(xué)生來說,應(yīng)當(dāng)是需要的。這是因?yàn)楦黝惔笮陀?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)工程專業(yè)的學(xué)生來說,無疑是需要的。如果缺乏這方面的知識(shí),若要直接從事未來大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其相應(yīng)軟件的開發(fā)與設(shè)計(jì),難免會(huì)遇到這樣或者那樣的問題。因此,對(duì)于網(wǎng)工專業(yè)的學(xué)生,若不開設(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)行過程,依舊篇幅很大,依舊寫得很深很細(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)的篇幅僅占全書的10%左右。
二是為網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)增開一門并行處理技術(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設(shè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。由于增加了一門課程,無疑對(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,厚厚一本書,刪去那么多的內(nèi)容,何必要我們買這本書呢?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)工程專業(yè)不同于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè),他們大多數(shù)人將來不從事計(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)算過程、指令執(zhí)行的細(xì)微過程、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)工程專業(yè),本課程應(yīng)屬專業(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設(shè)的一門課程。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)的類型、系統(tǒng)性能分析的方法等列入第1章,使學(xué)生一開始就接觸到計(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。其目的是為沒有開設(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)算過程。由于網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的學(xué)生一般將來不去設(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、磁盤存儲(chǔ)器的組成與工作原理、光盤存儲(chǔ)器的組成與工作原理、多體并行存儲(chǔ)器與磁盤陣列、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,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、組合邏輯控制器硬件組成、時(shí)序與指令執(zhí)行過程、微程序控制器的組成和工作過程、總線結(jié)構(gòu)與分類、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)行過程,僅講述指令執(zhí)行過程中的時(shí)序控制,簡(jiǎn)化指令執(zhí)行的詳細(xì)過程與復(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)器無沖突訪問、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
通過以上組合,把原本兩門課的內(nèi)容合為一門。在計(jì)算機(jī)組成原理方面,刪繁就簡(jiǎn),有利于網(wǎng)工專業(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)生僅通過一門課程,就能學(xué)習(xí)和掌握單CPU計(jì)算機(jī)以及各類大型機(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