计算机系统结构范文1
关键词：CP；CA；教学内容；内容重复
中图分类号：G642 文献标识码：B
1 引言
“计算机组成原理”(CP)是高校计算机专业学生的一门必修的专业技术基础课，它不仅可使学生剖析和体验计.算机的基本组成和工作原理，掌握计算机系统的基本设计技术，而且可培养学生分析和解决数字系统实际问题的能力，同时也是培养计算机系统分析、系统设计和系统集成技术人员的一个有效的教育环节。它在整个专业课的教学中，起到了承上启下的作用，是“微机接口技术”、“汇编语言程序设计”、“计算机系统结构”等后继课程的基础。该课程以计算机5大部件内容为主线，以内部结构和工作原理为重点，介绍计算机内部各功能部件的结构和工作原理及其构成整机的原理。
“计算机系统结构”(CA)是计算机领域中的一门重要学科，它强调从总体结构和系统分析这一角度来研究计算机系统。学习本课程，对于培养学生系统地、自上而下地分析和解决问题的能力和抽象思维能力有着非常重要的作用。本课程通过讲解计算机体系结构的新发展，把国内外体系结构方面比较成熟的研究成果和关键技术融入课程当中，并把前续的“数字逻辑”、“计算机组成原理”、“操作系统”、“编译原理”、“数据结构”、“汇编语言程序设计”等课程中所需的软硬件知识有机地结合起来，从而建立起计算机系统的完整概念。
由此可见CP与CA有着紧密的联系，在现有的教材中甚至出现了比较多的重复，在学生中引起比较大的反应。本文主要针对这一问题进行研究，拟在理顺这两门课的关系，调整好两门课程的教学内容。
2 教学内容的研究
在cP与CA系列教材中，两门课程出现重复的内容有：计算机系统的层次结构和计算机系统的性能指标；浮点数据的表示、寻址技术、指令格式的优化设计、复杂指令系统(CISC)和精简指令系统(RISC)：高速缓冲存储器(Cache)和虚拟存储器工作原理和地址的映像与变换；输入输出系统的原理和方式、中断系统的工作原理：流水线工作原理。重复的结果不仅占用了CA课程宝贵的课时，而且使学生产生了厌学情绪。CP与cA两门课程究竟如何分工?该不该重复?又该怎么重复?是教学中值得研究的问题，也是亟待解决的问题。
在课程内容的选择上，以教学大纲为依据，按照学科知识体系的完整性和适时性原则组织课程内容。在内容上做到没有知识的简单重复、没有重要知识的缺失，同时要删除已过时知识，并补充新知识，从内容方面激发、吸引学生的学习兴趣。本文重点研究分析重复内容的必要性、可完善性和创新性。
对于计算机系统的层次结构，在CP中作为概述来介绍，以了解微程序在计算机系统层次结构中的位置，可以更好地理解软件、硬件、固件的地位和作用；而在CA里则是从概念和功能上将计算机系统看成多级层次结构，这样有益于理解各种语言的实质和实现途径，探索虚拟机新的实现方法和新的系统设计。所以计算机系统的层次结构的概念在CP课程和CA课程中是必需的内容。
关于计算机系统的性能指标，由于在CP中讲述的是冯・诺依曼体系结构各组成部分的工作原理，所以了解各组成部分的性能指标是必要的；而在CA课程中用性能指标来衡量计算机系统的标准，所以有必要更深入分析CPU时间、MIPS、MFLOPS和成本指标。
对浮点数据的表示，在CP课程中介绍了浮点数据的表示格式和表示范围，在CA课程中不必再重复，只需介绍浮点数的基数的选择、表数精度和表数效率，然后介绍浮点数的IEEE 754表示；当然对于高级数据的表示，在CA课程中是必需的。
对于指令系统，在CP中介绍指令的格式、寻址方式和操作码的扩展编码方式，最后介绍CISC和RISe的概念和示例；在CA课程中主要介绍指令格式的优化，CISC和RISC设计的关键技术。
输入输出系统的原理和方式、中断系统的工作原理在两门课程中是重复最多的一部分，CA较CP多出了通道处理机和输入输出处理机简介，可以归入CP课程。但考虑到中大型计算机的输入输出系统在计算机系统结构中是很重要的部分，所以可以将通道处理机和输入输出处理机在CA中介绍，同时将CP中的系统总线简介也归于系统结构，并从系统设计的角度去介绍。
高速缓冲存储器和虚拟存储器工作原理以及地址的映像和变换在两门课程中也是重复较多的。在CP中可以仅介绍其工作原理；而在CA课程中重点在于其性能分析，深入学习替换算法及其实现，分析提高存储器系统命中率和性能的方法。
对于流水线工作原理，在CP中仅介绍了流水线、数据相关和控制相关的概念，但在CA中要学习流水线处理机、超标量处理机与超流水处理机，其中包括先行控制技术、流水线原理、流水线性能分析、非线性流水线的调度方法、局部数据相关和全局数据相关、超标量超流水超长指令字处理机和向量流水和向量处理机，其内容远多于CP，因此这部分内容完全归入CA比较合理的。
在CA与CP中的未重复的内容，比如向量处理、SIMD并行计算机、SIMD计算机的互连网络、多处理机将作为重点内容在CA中介绍。而在以上分析中，由于CA课程的内容部分归入了CP，所以可以在CA课程中添入新的内容，比如多处理机算法，包括并行搜索算法、串行算法到并行算法的转换、同步并行算法和异步并行算法，并行程序设计语言及其实现方法。最后可以介绍计算机体系结构的新发展，包括数据流计算机、数据库机与知识库机以及面向函数程序设计语言的归纳机。
以上对CP与CA两门课程的重复内容进行了分析研究，拟在理清两门课程的关系，合理解决两门课程的内容重复问题。
3 解决方案
解决该两门课程内容重复的宗旨在于把握CP注重原理介绍，而CA注重高性能设计和并行处理。通过对两门课程的内容的研究和分析，调整后的内容如表1所示。
将表1中CP的第2、5章与CA的第2章、CP的第7章与CA的第3章、CP的第4章与CA的第4章分别进行比较，虽然在章名上有些类似，但其内容并没有重复。一个注重原理，另一个侧重系统性能、并行处理系统以及进一步提高计算机性能的新技术。CP是CA的基础，CA是CP的扩展，从提高计算机系统结构性能的角度出发，从单处理机走向并行处理机，走向新型体系结构的计算机，这正是CA的研究方向，展示了计算机系统结构研究的美好前程。
计算机系统结构范文2
关键词：DS6-K5B；计算机联锁系统；故障
1DS6-K5B计算机联锁系统结构
1.1DS6-K5B的功能及系统结构
DS6-K5B计算机联锁系统结构（见图1）主要包括几个部分：由MMIF电路及单元式操作台组成的控制台、输入输出接口、维护台、检测台以及电源。操作台的运作状态可以通过上面安装的各种指示灯和光带得到完整的体现。操作台的很多按钮只有在行车时可能被使用。
MMIF电路，即通信接口电路，一般是通过联锁机、驱动电路和纽扣取得联系的系统。系统内各部分由联锁机通过光纤进行有效的串行，再通过光转换器将其转换成2个光纤。
显示器、检测机、键盘、打印机共同组成了电务维护台。光纤在维护台中也充当着不可替代的作用，光纤将通信接口板与检测机连接起来，不仅可以实现即时的反应，更能有效实现联锁机与检测机的双向通信，最终形成更为详尽的联系系统信息，以便于对联锁系统进行后期维护。系统管理员可以通过显示器检查或查询，通过键盘修改信息，最后通过打印机打印出来。
联锁机有2个系统，一主一辅，2个系统可以同时工作。主系统的信息交换是由光纤建立的高速通道完成系统间的同步和切换。如果有些站有控显机，那么联锁机的每个系统会分别通过一对光纤经过光分路器与控显双机连接，因此，联锁的每一个系统都能够分别与2台控显机通信。每一个系统都靠一对光纤与监测器的2个光通信接口连接，联锁机的每个系统维护信息都会由此送达至监测机。联锁机的每个系统都有5个通信接口，每个接口都有连接电子终端，并且可以连接1个电子终端机架。
1.2DS6-K5B的主要特征
（1）光缆连接应用在内部各个计算机通信的连接上，使其具备了防雷、抗击干扰和远距离传输等优势。
（2）在输入输出电路上，DS6-K5B使用了京三公司生产的电子终端，在电路的并行方式上使用了双重系统，所以该系统的性能涵盖了故障到安全等各个方面。另外，它采用了静态方式进行输入输出，节省了静态到动态的变换电路，进一步简化了继电器的接口电路。
（3）在联锁处理部件上，双CPU共同使用始终得到了大量的应用，所以它拿能够将其发出的母线信号进行同步比较，一旦出现紧急问题也能保证输出导向安全，同样体现了故障到安全的性能。而联锁双重系统，使用了从式冗余的运作方式，通过高速通道实现所有的数据交换，保证了双重系统的同步运行，进一步确保实现不间断的切换。
2DS6-K5B计算机联锁系统故障分析
2.1常见故障和分析
DS6-K5B计算机系统在日常的运行中，经常会出现一些有规律可循的故障。这些故障经过分析后可被分为2类，即潜伏性故障和非潜伏性故障。这2类故障特点各不相同，非潜伏性故障通常比较容易发现，因此也较容易处理。而潜伏性故障发现难度大一些，这种故障通常没有明显的外在表征，因此发生时不容易被发现。但这类的故障通过分析其原因，可以判断有些故障的发生是可以规避的，它通常是由于人为的疏忽大意造成的。比如说不可抗力、气候的影响、温度的变化或者其他的一些因素。按照其性质的不同，可将其归类为混线故障、断线故障等。混线故障就是指电源接地故障及短路故障。混线故障的维修思路一定要清晰，首先检查其电压是否符合标准，找到其故障原因，彻底进行维修工作。而断线故障，即线路的某些地方出现断线情况而导致设备不能正常使用。
2.2DS5-K5B计算机联锁系统计算机单元故障及分析处理
（1）联锁机故障。最常见的是STD板故障，这种故障会有一些很明显的特征，如接受等突然中断灯灭，或是采集层的指示灯突然停止闪烁，或是STD层的运行灯停止闪烁，这类情况的发生表明其已出现故障，要立即维修。而这样的故障通常为CPU板故障。这类故障最常见的方法是将CPU板及时换掉。
（2）监控机故障。最常见的监控机故障是PC-01网卡故障，出现这个故障会使其相关的一系列灯不闪烁，但其他的灯显示正常，而此时，监控机会提示“联锁机通讯终端”。而当故障发生在以太网时，就会出现监控机和维修机通信终端的提示。另一种是VGA显卡发生故障，而显卡故障最常见的表现就是显示屏没有图像，即使有也是不完整的。这类故障也一定要处理得比较及时，常用方法是换掉整个的PC-01网卡，或者把显卡换掉。但有时出现此类问题，也有可能是因为插座没插稳或插牢，可以拔下来重新再插。
（3）通讯线路故障。此类故障是DS6-K5B计算机联锁系统中常见的故障之一，而故障的主要原因是在总线方面，要么是长时间没用而引起插头松动，要么是其插头没插好。出现任何一种情况都会导致联锁机无法与监控机完成通信。处理好这种故障，首先要迅速检查插头是否有松动情况或其他问题出现。只有插头插好了，才能确保联锁机的工作机和备机之间的同步工作。
（4）切换故障问题。当DS6-K5B计算机联锁系统的零层切换板发生问题时，DS6-K5B计算机联锁系统中的联锁机和监控机的通信就会中断，此时通常会出现校核报错。这样的故障会直接导致控制台等相关方面的设备出现问题。如数字仪不能发生动态关联，其动态变化不能及时反映出来。又如控制台的显示屏显示的结果不够全面，或是结果不对。这类故障的处理，最好就是查清楚原因，要么根据实际情况维修，要么直接更换切换板。
2.3日常维护注意事项
DS6-K5B计算机联锁系统的日常维护应当注意以下事项：（1）注意观察联锁I，II两个系统的主从关系是否发生了变化。如果出现了异常情况，切记要按照要求处理。（2）可以通过观察TXD，RXD灯闪烁与否，ET-LINE板的Normal灯稳定点亮与否来判断设备有没有正常工作。（3）观察冗余转换器面板和UPS时，要检查指示灯是否正常点亮（黄灯不亮，红灯亮即是正常），然后再检查是否有报警声，冗余转换器板上的指示灯（A与B）是否点亮。（4）观察各直流稳压电源面板指示的电压值是否为24～26V，2台逻辑24V电源的电流值之和应小于28A。观察各直流稳压电源是否有声光报警。
计算机系统结构范文3
关键词：系统结构；系统能力；教学内容
0、引言
计算机系统结构课程是高等院校计算机科学与技术专业的一门重要专业核心课，在已具备基本的计算机软、硬件知识基础上，从软、硬的总体设计角度出发，研究如何改善计算机系统组织结构以提高系统性能特别是应用程序性能的方法，组织性价比高的计算机系统，着重讨论软、硬件功能的分配以及如何最佳、最合理地实现分配给硬件的功能。该课程对于学生全面理解计算机系统的层次结构、建立计算机整机的概念、了解软硬件之间的关系、培养计算机系统分析设计及开发能力都起到非常重要的作用。
1、加强系统能力培养
2013-2017年教育部高等学校计算机专业教学指导委员会制定的教学指导计划中指出，计算机专业应该培养的四大基本能力包括计算思维能力、算法设计与分析能力、程序设计与实现能力和系统能力。计算机系统结构课程应从全局和系统的角度介绍进行计算机系统设计所必须了解与掌握的专业知识，培养学生的系统认知、系统设计、系统开发和系统应用能力，这4方面就构成了系统能力。四大基本能力及能力点分配见表1，每种基本能力都有相应能力点的分配，其中系统能力占到75%。
当前计算机专业学生最重要的是必须加强系统能力培养。相比其他专业学生的计算机基础和应用能力，计算机专业学生的核心特点和需求是更强调计算机系统能力。其他工科专业（如通信工程、电子工程、自动化专业等）也都开设了一些与计算机相关的课程，如C++程序设计、数据结构、计算机组成原理、汇编语言等。如果把这些课程比作列车车厢，计算机系统结构就是连接这些车厢的挂钩和轨道。没有挂钩，车厢之间就孤立无联系；没有轨道，列车无以依托便无法驰骋。计算机专业的学生区别于其他专业学生最重要的能力就是能否将这些课程所学内容系统地联系起来，能否从总体结构、系统分析这一角度研究计算机系统。
2、从系统层面构建知识体系
ACM和IEEE/CS联合工作组于2012年11月提交了具有指导意义的计算机科学课程教学参考计划Computing Science Curricula 2013，其中明确指出计算机组织与体系结构应当建立在深入理解计算机系统硬件环境与更高级的软件层基础上，要求学生理解计算机系统基本组成、特征、性能及其之间的关系，特别是现在和未来利用并行性所带来的计算机系统性能的改进。
通常计算机系统结构课程面向高年级本科生开设，其原因是该课程涉及与计算机软、硬件相关的方方面面知识，因此孤立学习这门课程不可取，必须从系统层面建立知识体系。课程体系既是一个整体，又应当连贯而有继承性，能够满足本科以及更高层次的教学需求。
计算机系统结构课程与相关课程共同构成的教学体系如图l所示。该体系所包含的知识应当涵盖于计算机专业学生应具备的知识体系中，其中虚线以下部分是针对本科2-4年级学生开设的课程，虚线以上部分是针对本科以上层次开设的相关课程，其中灰色部分课程是与计算机系统结构课程联系最为紧密的课程群。
从系统层面构建知识体系有利于高年级学生将所学知识立体化，形成科学完整的知识体系；注重课程之间的融合与衔接能促使学生真正做到融会贯通，领略到计算机专业最核心、最本质的内涵。
3、教学内容划分与学时安排
以课堂教学为主导的教学活动中，教学内容对学生学习兴趣的培养至关重要，因此有必要对教学内容进行精心合理的设计。
目前信息工程大学计算机系统结构课程的教学分为3个不同层次：一是计算机专业本科必修课程；二是针对研究生阶段的高性能计算机体系结构；三是面向非计算机专业（电子工程专业、芯片专业等）开设的计算机系统结构选修课程。教师应当针对不同授课对象适当调整教学内容的学时安排，通过查阅网上公开资源，将信息工程大学针对计算机专业本科开设的计算机系统结构教学学时安排与美国加利福尼亚大学伯克利分校（UC Berkeley）、美国威斯康星大学（WISC）、国防科技大学等进行对比，对比情况见表2。
从表2可以看出，我们对教学内容的划分与各大名校相比较为一致，结构较为合理。其中国防科技大学和信息工程大学的高级专题主要是介绍多处理机系统、机群系统的基本工作原理，为研究生阶段的后续课程学习打下基础。美国加利福尼亚大学伯克利分校针对本科生开设的高级专题部分占到总学时数（60学时）的20%且内容丰富，主要讲授GPU体系结构中的数据级并行、多核结构下的线程级并行及相关内容，对专题的拓展程度较为深入。美国威斯康星大学对计算机系统结构课程仅就本科生阶段分为3个层次，总学时70学时，随着课程不断进阶，教师对讲授内容的延展程度和深入程度不断加强，高级专题涉及计算机系统的保护与安全、并行算法、并行检测的原则、矢量化编译器、互连网络、阵列处理机、多处理器的同步、数据一致性、数据流计算机和其他特殊用途的处理器结构等一系列知识。
信息工程大学自2012年针对计算机系统结构课程实施教学改革以来，把该课程的实验部分集中在寒暑假实践周进行，将课堂讲授部分学时压缩为36学时。与国防科技大学相比，尤其是与国外名校相比，我们更注重基础知识的教学，高级专题部分所占比重较少，计算机专业的其他课程中也存在类似情况。
4、面向系统能力的教学内容设计
计算机系统结构课程由于涉及多门计算机专业的软、硬件课程，知识体系庞大，各门课程的教学内容交叉多，对讲授该门课程的教师要求很高，不仅要熟悉该课程内容，还要准确把握相关课程尤其是课程间的教学融合点。
计算机系统结构介绍了计算机系统的内部工作原理以及软硬件分界面的权衡策略，对计算机的整体性能进行评价和改进，从而建立计算机软硬件整机的概念。美国普渡大学fPurdueUniversity）计算机科学系资深教授科默fDouglasE，Comer）博士曾经在他的著作中指出：计算机系统结构课程将计算机软硬件知识统一起来，在许多计算机科学（Computer Science）的教学计划中，计算机系统结构是惟一一门能让学生接触到与编程相关的计算机结构方面的课程。
表3列出了计算机组成原理、计算机系统结构、计算机操作系统等课程的教学融合点，同时将不同课程的授课内容进行横向对比，旨在找到核心课程之间教学融合点的区别与联系，使得课程衔接更加顺畅，教学重点更加突出。
由表3可以看出，计算机组成原理（CP）强调基本运行原理，计算机系统结构（CA）强调性能优化方法，而操作系统（0s）则侧重从系统软件角度管理计算机软硬件资源；Os多用软件的方法解决问题，CP则从硬件的角度思考问题，cA在软件和硬件之间权衡考虑后取一个折衷，讨论具有最佳性价比的软硬件资源分配方法以及软硬件界面的划分。
比如，教师在cP中讲三大部件连接结构时应该在细化部件讲授的基础上讲清楚最根本的全局通路，在CA中讲结构时应该屏蔽硬件细节，重点讨论系统全局结构和优化方法。如果忽视全局概念，就容易陷入模块化讲授的误区，导致衔接出现断层。
再比如，CP中在汇编级讲清指令集接口，讲清CA中汇编级的描述与cP的关系，而在cA中则要讲清高级语言、编译、操作系统和硬件结构的关系以及性能分析中各方面带来的影响，否则容易令学生对系统软件层面产生误解，弄不清流水线硬件结构与指令集的关系。
教师在讲授时应采取不同的策略，从而达到不同的教学目的，面向系统能力的授课对教师本身就是一种挑战。学生在教师指导下将新的教学内容与之前所学课程的教学内容联系起来，从而更容易把握关键点，在已经熟知或略有了解的知识领域换一种角度和思路展开分析和研究，提高学习兴趣。
面向系统能力进行教学内容设计可以让学生更多地了解学习该课程的意义。计算机系统结构课程中的内容有利于学生理解程序设计中不同选择和取舍带来的影响，从而提高程序的效率。学生通过学习硬件工作原理可以改善编程的过程，能够更迅速地查明故障来源，从而减少程序中的错误，而理解计算机的工作原理与系统结构则有助于学生今后从事系统级的程序开发或参与设计一个真实的计算机系统。
计算机系统结构范文4
[论文摘要]本文针对《计算机系统结构》课程的特点，讨论在教学过程中采用“引导”的方式进行教学，树立明确的学习目标，多种教学方式相结合，注重能力培养，努力提高教学质量。
一、引言
《计算机系统结构》是计算机学科体系的一门重要课程，它是以算法为核心，语言为描述，硬件和软件作为实现工具的互为联系又互为制约的结构技术。课程以计算机系统结构中硬中有软、软中有硬、相互转换、彼此渗透的观点，从原理、结构和实现技术等方面系统地对现代计算机的并行处理进行深入的分析和探讨，使学生建立起“整机”概念，培养其具有一定体系结构技术的应用能力。“计算机系统结构”涉及到多门其他专业课如《数据结构》、《计算机组成原理》、《操作系统》的知识，是一门综合性很强的课程，非常典型地体现出计算机学科互相融合的特点。通过该课程的学习能够提高学生系统思维和综合分析的能力，努力提高这门课程的教学质量有着重要的意义。
由于“系统结构”内容抽象，不易理解，且目前各高校在该课程的教学中实践环节的设计都比较薄弱，有的院校甚至没有安排实验，因此难以激发学生的学习兴趣，教学难度比较大。因此，需要在目前的教学条件下，综合应用多种教学方式和手段，引导学生积极思考和自主学习。
二、课程教学改革总结
（一）课程教学改革的基本思路
教学过程中教师不单要教会学生课程的知识，更重要的是教会学生如何思考，如何进行创造性思维。wWw.133229.cOM具备了创造性思维能力，学生不仅可以学会教师传授的知识，而且能够触类旁通，举一返三，在自身的思维实践中获取更多的知识。教师为学生服务，以培养学生的能力为目标。在师生角色上，教师是主导，学生是主体，主要采用“引导”的方式进行教学，把学习的主动权交给学生。
（二）课程教学内容的安排
以教学大纲为根据安排本课程内容，着眼于有关计算机系统结构的基本概念、基本原理、基本结构和基本分析方法，同时适当介绍近几年来系统结构的重要进展和今后的发展方向。课程选择西安电子科技大学出版社出版的《计算机系统结构》（第四版，李学干编著）作为教材，该书曾获得部级优秀教材一等奖和优秀教学成果二等奖，内容丰富，配有学习指导和大量习题。
本课程的主要内容包括：计算机系统结构的基础理论、数据表示与指令系统、输入输出系统、存储体系、重叠与流水和并行处理机等。以前面五个部分为重点教学内容，讲解时注意与先修课《计算机组成原理与数字逻辑》的衔接，特别要体现出“系统结构”侧重于设计方法和设计思想的描述这个不同点。
（三）课程教学手段的运用
（1）树立明确的学习目标
在课程正式开始之前先对“系统结构”的主要内容、学习重点和基本学习方法作一个总体性介绍，使学生对该课程有一个大致的认识；在课程的每一章开始讲解之前，首先也要明确指出这一章的学习目标，让学生把这个目标贯穿在学习过程中。例如，第一章系统结构的基础理论就是要抓住系统结构的基本概念、系统结构、组成与实现的关系以及软硬取舍的基本原则、计算机系统的设计思路；第四章存储体系的学习目标就是要理解虚拟存储器和高速缓冲存储器的管理方式与原理。如此，学生学习的目的更加明确，更容易抓住学习的重点。
（2）多种教学方式相结合
课堂教学宜采用多媒体教学与传统板书教学相结合的方式。多媒体教学无疑是目前高等院校普遍采用的优秀教学手段，以其形象的图文与特效演示对于加深学生理解知识点很有帮助；而传统板书教学也有其适用的场合，比如在介绍指令系统操作码的哈弗曼编码、发生中断时程序的运行过程以及流水线时-空图画法时就应该采用板书来演示，这样不仅能与学生有良好的互动，还能够更清晰地讲解知识要点。
另外，课外时间可以充分利用网络来强化教学效果，比如，利用论坛教学课件、提供阅读资料，利用电子邮件进行答疑辅导，这些对拓展学生的知识面、提高教学效率很有好处。
（3）启发式教学，注重能力的培养
“系统结构”是一门理论居多的课程，单向灌输算法思想必然不利于知识的掌握。授课时应多采用设计提问，启发思维的教学方法，引导学生自己去发现问题、分析问题和解决问题。
在教学工作中，还要注意培养学生良好的学习方法和自学能力。引导学生在学习过程中不断总结自己的学习方法，学会运用各种手段来获取知识，例如，可以布置学生课外通过查找资料完成有关“系统结构”最新发展的小论文。
三、课程教学改革实践案例
（1）堆栈型替换算法原理的教学案例
在存储体系这一章中，虚拟存储器替换算法的实现是教学的重点，同时也是难点。如果按照教材内容编排的顺序，直接给出抽象的逻辑表达式介绍堆栈型替换算法的定义，势必不利于学生对算法的理解。取而代之，先举出实例，比如使用lru法对页地址流进行一次堆栈处理，从处理结果总结出主存页数与命中率的关系，由此来说明命中率随主存页数的增加而单调上升，至少不会下降[1]，具有这种特性的算法就称为堆栈型替换算法。此时再引出逻辑表达式，将表达式的各个部分与实例相对应，进行归纳，给出堆栈型替换算法的定义，这样，学生就顺理成章地理解了算法的内涵。从教学效果来看，绝大部分学生能够准确地掌握该替换算法的涵义和替换过程。
（2）改进指令系统的教学案例
在数据表示与指令系统这一章中，介绍指令系统设计和改进的两个主要方向时，cisc和risc是一对需要学生重点理解的概念。前者是按增强指令功能的方向发展指令系统，而后者是按简化指令功能的方向改进指令系统。学生应该了解两者设计思想有哪些不同点，cisc和risc分别采用哪些基本技术，有哪些典型的应用，它们分别存在哪些不足和问题，为什么说今后的发展应是cisc和risc的结合。为了说明这些问题，可以让学生自己去查找实例资料，了解ibm 370、intel i486、ibm6150、intel i860这几个处理机采用的技术，让他们自己去分析查找答案。通过这种教学方式，不仅加深了学生对知识的理解，而且提高了他们查阅资料的能力。
另外，其他章节也有可以扩展的问题，比如，第7章多处理机的讲解可以结合目前热门的多核处理器，这两者的主要问题是一致的；更进一步地，可以让学生去了解单芯片多处理器(cmp)与同时多线程处理器(simultaneousmultithreading，smt)，这两种体系结构可以充分利用指令级并行性和线程级并行性，从而显著提高性能。
四、结束语
《计算机系统结构》这门课的内容可分为两个部分：第一是介绍计算机系统的基本组成，第二是分析提高系统性能的方法。把握好这两个方面，学生理解和掌握系统结构就容易得多。在教学过程中，合理安排进度，明确学习目标，采用多种教学方式，与实例紧密结合，积极引导启发，使枯燥的理论知识变为形象的感性认识，提高学生学习的兴趣，可取得较好的教学效果。
计算机系统结构范文5
关键词：渡口坝水电站；监控系统；控制器
1 概述
渡口坝水电站坝址位于梅溪河干流上游的渡口坝新政河段，厂址位于打烂沟河段，距坝址区28.4km。电站开发方式为高坝，长引水隧洞及地面厂房组成的引水式发电枢纽，选用两台单机容量为64.5MW立轴混流式机组。本枢纽工程由混凝土双曲拱坝、引水隧洞、调压室、压力管道、户外220kV开关站组成。
渡口坝水电站计算机监控系统的主要监控对象包括：两台水轮发电机组及附属设备、两台主变压器及附属设备、220kV断路器、隔离开关及接地开关、检修排水系统、渗漏排水系统、高低压气系统、10kV厂用电系统、0.4kV厂用电系统、220V直流系统、通风空调系统、火灾报警及消防系统及其它。
2 设计原则
（1）按“无人值班”（少人值守）、“分层管理、集中控制”原则进行设计和配置。（2）系统性能要求满足集成性、开放性、实时性、可靠性、安全性等性能指标。（3）系统的硬软件均采用模块化设计，既能保证在硬件方面对系统中现有的设备增加功能（或在系统中添加新的设备），又能保证在软件方面便于软件的扩展和升级。（4）满足《电力二次系统安全防护规定》及《电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定》的要求。（5）分层分布式结构设计，采用高级应用软件（AGC、AVC）及其它应用软件运行。（6）采用不间断电源UPS供电，重要设备采用交直流双供电，电源设有过压过流保护及电源故障信号。
3 监控系统结构
3.1 系统总体结构
根据渡口坝水电站实际情况和特点，本监控系统为分层分布式结构，由厂站层和现地控制单元层两部分组成，功能和数据库为分布式结构，即功能分布和分布式数据库系统。各单元数据库分布在各个LCU中。电站网络主干采用光纤组成100Mbps工业以太网双网结构，传输速率为自适应式，采用TCP/IP协议，遵循IEEE802.3标准。
3.2 系统各节点硬件配置
3.2.1 厂站层设备
厂站层包括：两台套操作员工作站、一台套工程师/培训工作站、两台通讯服务器、一套报表及电话语音工作站、DMIS数据申报终端、一套GPS同步时钟装置、一套UPS装置、一套网络设备、一套调试终端和一整套控制台、两台打印设备。
3.2.2 现地控制单元层设备
现地控制单元包括：两套机组LCU（LCU1～CU2）、一套开关站LCU（LCU3）、一套公用LCU（LCU4）。
3.3 网络结构
网络主干采用光纤组成100Mbps工业以太网双环网结构，传输速率为自适应式，采用TCP/IP协议，遵循IEEE802.3标准。
在中控室配置两台模块化工业以太网交换机，每台设置两个100M光纤口，用于组网，提供16个10/100M RJ45口，用于和控制室服务器和操作员站连接。在每个现地LCU控制柜，配置2台模块化工业以太网交换机，每台设置两个100M光纤口，用于组网，提供6个10/100M RJ45口，用于与控制柜内PLC的以太网通讯模块连接。传输介质为光纤。
电站厂站层与外部系统网的通信，如与DMIS系统、计量系统和水调系统之间通过物理隔离装置隔离，所有外部节点对监控系统电站信息网的访问均被禁止。在LCU以下采用现场总线或串行通信方式用以连接各现地智能监测设备。
4 系统特点
4.1 应用基于UNIX体系的计算机监控系统软件
本监控系统采用许继电气和美国微软联合开发的SJK-8000新一代全开放、全分布式结构的基于UNIX和Windows 2000操作系统，具有良好的实时性、开放性、可扩充性和高可靠性等技术性能指标的符合开放系统互联标准的汉化多任务、多用户操作系统，实现了全厂机组、公用系统、开关站系统的监视及控制和生产过程的管理，形成一个完整的开放网络型分层、分布式的电站闭环过程控制系统。该系统不仅能满足目前的使用需求，还可以根据将来的需要进行扩展。
4.2 现地控制单元采用双电源模块
现地控制单元采用GE Fanuc PACSystems RX3i可编程控制器，采用140CPU67160及140系列I/O模块，现地LCU采用单CPU、双电源模块的方式。机组现地控制单元设置了人机界面，界面介质采用彩色液晶触摸屏。既可用作为现地参数监视的显示窗口，又可作为在现地对现地设备进行控制的控制台。彩色液晶触摸屏和机组LCU连接采用通讯方式，每台LCU保留了专用的接口，能使便携式计算机接入，对LCU进行更深一步的调试和监控。
4.3 现地控制单元配置现地智能设备接口
每个现地控制单元均配置有现地智能设备的接口。机组LCU（LCU1-LCU2）与机组微机调速器、微机励磁、微机保护装置等接口， 开关站LCU（LCU3）及公用LCU（LCU4）与相应继电保护系统等接口，采用现场总线方式接入LCU，实现了智能装置的通讯功能。
4.4 采用AGC、AVC自动控制
AGC自动发电控制对电站各机组有功功率的控制，分别设置“联控/单控”控制方式。某机组于“联控”时，该机组参加AGC联合控制，处于“单控”时，该机组不参加AGC联合控制，但可接受操作员对该机组的其它方式控制。AVC对电站各机组无功功率的控制，按机组分别设置“联控/单控”方式。当某机组处于“联控”时，该机组参与AVC联合控制，当某机组处于“单控”时，该机组不参与AVC联合控制，但可接受其它方式控制。AVC对机组的“联控/单控”控制方式可由电站或上级调度操作员设定。当采用给定母线电压值或限值方式时，AVC应自动调整参加联合控制的机组的无功功率，自动维持母线电压。
5 结束语
渡口坝水电站计算机监控系统已投入运行，其运行状况稳定、可靠、安全。由许继电气和美国微软联合开发的SJK-8000系统体现了实时性、可靠性、安全性。在渡口坝水电站的生产运行中，提高了全厂的自动化管理水平，减轻了运行人员的工作量和劳动强度，提高了安全运行水平，具有良好的经济和社会效益，有一定的借鉴意义。
参考文献
[1]DL/T578-2008.水电厂计算机监控系统基本技术条件[M].北京：中国电力出版社，2008.
[2]DL/T5065-2009.水力发电厂计算机监控系统设计规定[M].北京：中国电力出版社，2010.
计算机系统结构范文6
关键词：问题驱动；计算机系统结构；教学方式；教学效果
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）14-0145-02
“计算机系统结构”（Computer Architecture）一词的含义有多种说法，并无统一的定义。它是Amdahl等人在1964年提出的。他们把系统结构定义为由程序设计者所看到的一个计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性。这实际上是计算机系统的外特性。《计算机系统结构》课程研究计算机系统结构演化以及影响计算机软硬件系统设计，《计算机系统结构》研究的内容主要包括：数据表示、寻址方式、指令系统、中断系统、存储系统、输入输出系统、流水线处理机、超标量处理机、互连网络、向量处理机和并行处理机等，使学习者能够比较全面地掌握计算机系统的基本概念、基本原理、基本结构和基本分析方法，并建立起计算机系统的完整概念。
基于《计算机系统结构》课程的特点，传统的授课模式和方法往往不能达到教学目的。许多学生在学习《计算机系统结构》课程时会认为乏味无趣，无法领会该课程的学习目的，最终导致学生的学习效果不理想。结合高等教育的培养目标和学生的特点，考虑学生面临的就业问题，采取怎样的教学方法如何培养学生分析问题、解决问题的能力，使他们毕业之后能较快地适应工作需要，成为高等院校教育中的一个亟待解决的问题。[1]针对上述问题，本文提出问题驱动法来弥补《计算机系统结构》教学中的弊端。
一、问题驱动法
所谓问题驱动法就是在学习过程中，在问题的驱动下，紧紧围绕一个主题，进行自发的探索和相互协作的学习，完成教学任务的同时，引导学生产生实践活动，形成良好的学习习惯。问题驱动是一种建立在建构主义教学理论基础上的教学法，要求任务的目标性和教学情境的创建，使学生带着真实的问题在探索中学习。[2]问题驱动式学习旨在通过独立分析和解决问题的过程来培养学生自主学习能力以及解决具体问题时的协作学习的能力。所谓的自主学习，就是以学生作为学习的主体，通过学生自己的努力，自觉、主动、积极地获取知识。它要求学生在学习过程中独立地分析、探索、实践，充分发挥自身主动性，根据自身行动的反馈信息来形成对客观事物的认识和解决实际问题的方法。协作学习是在自主学习的基础上，通过小组协商讨论的形式，进一步加深对知识的理解和认识。学生通过协作学习，可以看到问题的不同侧面和解决方案，拓宽了学生解决问题的思路，对知识点也会有新的认识与理解。在计算机系统结构的实验教学部分，重点培养学生自主学习与协作学习相结合的能力，具体实施时将实验题目设计为必做题目和选做题目。教师制定必做题目，可以有目的地帮助学生夯实基础知识。教师在制定实验题目时应注意以下几个方面：一是选用难易适当的题目，通过该题目，学生能够较容易地理解和掌握计算机系统结构的基本理论与方法；二是题目要紧贴学生的日常生活和学习，有助于激发学生的学习兴趣，调动他们的积极性；三是题目要充分应用到理论知识点，理论与实践相结合，真正达到学以致用，增强学生的实践能力，激发他们潜在的学习兴趣。[3]这种问题驱动式的教学方式，不仅激发了学生自主求知的欲望，而且让学生也体会到了实验成功的喜悦。选做题目注重培养学生的实践操作能力以及创新思维。在此阶段教师以“导师”的身份出现，学生充分发挥主体作用，变过去“被动”学习为“主动”学习，在教师的指导和帮助下，主动搜集和查阅一些参考书、网络学习资源，通过自主探索和协作学习找出解决问题的方法，提高自主学习能力。当学生在解决问题时，可自由组合成组，2～3人适宜，明确分工，发挥各自长处，协作完成学习任务。教师对整个组的进程进行跟进指导。小组可以定期开小组会议，大家围绕一个主题展开讨论，取长补短，充分发挥共同学习、协作的精神，共同完成任务。所有题目采取一组一题制，避免抄袭。由此一来，学生在问题驱动的环境下，将生硬的课程知识生动具体地应用到实际项目中，进而对计算机系统结构中的重点、难点知识进一步完善和重构，有效提升了自身的实践操作能力。
二、“计算机系统结构”教学问题的有效设计
在设计问题时，必须考虑到学生现有的知识结构和能力水平。问题可分为了解、理解、掌握三个层次。了解指能够记住或复现已学过的知识和操作方法；理解指对已学习过的知识及操作方法能够用自己的语言进行表述、判断和运用；掌握指能用所学过的知识和操作方法去解决简单问题。在本课程中，了解是指初步理解硬件的工作原理；理解是指学会进行硬件分析并且能够完成实验；掌握是指能够按要求设计硬件电路并且在做实验时能有错误立即自我纠正[4]。笔者设计如下驱动问题：
第一个问题：验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能。要求熟练掌握各个引脚功能，在实验中完成各种运算，并且理解利用74LS182设计16位超前进位加法器。
第二个问题：掌握静态随机存储器RAM工作特性及数据的读写方法。并且要求了解计算机系统中使用的主要几种存储器的性能参数，工作原理和优缺点；学会存储器的位扩展、字扩展和位/字扩展方法。能够按照题目要求设计各种容量和字长的存储器；如何使用并行存储器来提高存储器的访问速度？
第三个问题：（1）掌握微程序控制器的组成原理。（2）掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行。
第四个问题：（1）在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其构造成一台基本模型计算机。（2）为该模型机定义五条机器指令，并编写相应的微程序，调试掌握整机概念。要求首先设计数据通路框图及微程序流程图。[5]
第五个问题：多核技术中的并行体系与多核体系结构包括哪些知识点？
三、建立起自主探索与协作的实践环节
问题驱动式学习旨在通过独立分析和解决问题的过程来培养学生自主学习能力以及解决具体问题时的协作学习的能力。所谓的自主学习，就是以学生作为学习的主体，通过学生自己的努力，自觉、主动、积极地获取知识。它要求学生在学习过程中独立地分析、探索、实践，充分发挥自身主动性，根据自身行动的反馈信息来形成对客观事物的认识和解决实际问题的方法。协作学习是在自主学习的基础上，通过小组协商讨论的形式，进一步加深对知识的理解和认识。学生通过协作学习，可以看到问题的不同侧面和解决方案，拓宽了学生解决问题的思路，对知识点也会有新的认识与理解。
四、建立起公平的实验评价环节
教师对学生的实验结果给出正确的评价，同时在实验结果的基础上扩展纵向或横向思维，拓宽学生的思路，激发学生对计算机系统结构的学习兴趣和竞争意识。在课程中，以小组为单位来完成实验，然后大家交流心得，相互点评。评价的标准如下：一是在实验中反映出学生对计算机系统结构知识点的掌握应用情况；二是小组内部成员的合作沟通能力；三是学生自主学习能力；四是学生的创新能力等。当要求学生在大家面前展示自己的实验结果时，他们往往会完成得更好，细枝末节的问题也会考虑到。与此同时，同学间的相互交流能够集思广益，取长补短。通过实践证明，公平的实验评价环节是有效的、很有必要的，能巩固知识、完善结构、开阔思路。[6]
五、总结
基于“问题驱动”的教学模式有很多，在《计算机系统结构》课程中就是让学生在一个个典型的硬件工作原理和硬件处理“问题”的驱动下展开教学活动，引导学生由简到繁、由易到难、循序渐进地解答一系列“问题”，从而得到清晰的思路、方法和知识脉络，在解答“问题”的过程中，培养学生分析问题、解决问题以及掌握计算机硬件工作原理和处理信息的原理。进一步理解计算机软件和硬件的协同工作机制，从而激发学生的求知欲望，提高学生的实战能力。
参考文献：
[1]刘梦龙.运用任务驱动教学法培养学生自主学习和协作学习的能力[J].职大学报：自然科学版，2003，（02）：115-116+54.
[2]王治.“任务驱动”教学法在《计算机系统结构》教学中的应用[J].硅谷，2009，（11）：155.
[3]邓家宏.试论基于任务驱动的信息技术课程教学法[J].四川教育学院报，2005，（Zl）：170-171.
[4]张晨曦，王志英.计算机系统结构[M].北京：高等教育出版社，2008：43-47.
