多核精品課程建設與拓展

計算機硬件技術的飛速發展，給計算機科學研究帶來了新的契機與挑戰。多核是計算機、集成電路發展的結果，對計算機教學產生了深遠影響。浙江大學計算機專業在研究生課程“多核計算”精品課程建設中積累了一定的經驗；并在本科生中的開設與推廣進行了有益的嘗試。

1 多核課程定位

眾所周知，在計算機產業中，硬件和軟件的發展一向是相輔相成、互相促進的。多核這場硬件的革命自然也帶動了軟件的革命。隨著計算機體系結構的發展，多核平臺得到了越來越廣泛的應用。多核平臺與并行計算理論相結合，以多線程并行的方式使應用程序性能大為提高。

結合多核產業技術性和國際化需求，浙江大學計算機學院對多核教學課程內容體系、實踐體系、教學方法和手段、實驗環境建設、教材與教學論文建設、課程推廣等多方面進行改革。在結合浙江大學計算機學院在體系結構、多核調優軟件這兩方面的優勢的同時，借鑒CC2004和CE2005的課程體系設計理念，緊密聯系學院各門課程的技術要點，建立系統的面向多核軟件設計為主的課程內容體系。

概括起來，這個體系可以分成三個層次：首先是前序知識介紹。包括計算機體系結構、大規模集成電路、多核芯片、多核系統軟件、并行編譯技術，等。其次是重點掌握知識介紹，包括并行算法的基本原理、多線程設計方法，OpenMP、MPI設計方法，等。最后是提高和深入知識介紹，包括多核性能分析、多線程糾錯、多核調優，等。

2 課程實施與改革

2．1知識點劃分

多核技術涉及的知識點如圖1所示。這些多核技術相關的知識點都需要在多核課程中涉及。

所有這些多核技術相關的知識點中，一部分屬于多核編程技術與技巧，可以結合多核編程工具與性能調優工具，通過編程實踐鍛煉學生對多核編程能力的培養。另一部分屬于并行計算機與數字芯片技術方向的最前沿，可以作為研究生的課程，擴大學生們的知識面，了解計算機體系結構，并行計算和芯片設計技術等領域的最新熱點。

2．2教學大綱體系建設

課程組多次組織國內高校召開多核課程體系的研討會，與高校教師們研討多核課程的內容架構，互相促進課程體系的完善。另外，還積極走出國門，參與2007年印度舉辦的亞洲學術論壇，與亞洲各大學分享課程組的教學成果。課程組多次參與教育方面的國際會議，充分與國際教育家探討該課程的國際化建設。

教學隊伍中除了本校教師以外，還邀請了國外著名專家進行授課，2005年以來，邀請了日本法政大學李亞民教授累計講授了48課時課程，2007年，邀請了英特爾公司資深工程師進行課程講座。

2．3教學實踐與教學改革

以往的程序設計教學，或少有具體實驗案例，或過于側重某個具體案例分析而忽略了知識結構的完整培養；或只注重于硬件底層開發技術卻未能有上層軟件的輔助，或只注重于上層軟件開發卻未能深入到硬件底層，形成不了一個完整的多核系統解決方案。針對上述問題，課程組提出以多核硬件體系結構為切入點，采用理論指導、課程實驗奠基，走出課堂融入社會與產業應用相結合的教學理念，并以此設計完成一套多核系統課程實驗體系。

在課外實踐上，課程小組采用項目申請討論形式，讓學生進行自由發揮，鼓勵學生提出自己的研究方案，對于具有創新意義的方案，課程小組依托多核實驗室，支持學生參加學生科研項目(SRTP)和多核程序設計競賽，并給予一定的專項科研經費的支持，授予第二課堂學分，極大的激發了學生的實踐熱情。課程組還獲得了國家大學生創新計劃的支持。

2. 4教學條件與教學環境建設

為了建立良好、可持續發展的教學環境，課程組加強教學條件建設，挖掘網絡資源，并通過自主開發、校企合作等方式建立了良好的教學實驗條件。

課程小組利用所依靠的強大教學與科研力量開辦了專門的教學網站(網址為multicore．zju．edu．cn或multicore．net．cn)。網站內容包括了多核教學課件、實驗代碼、最新的多核研究文獻等內容，充分調動了學生學習多核課程的積極性，起到了良好的效果。

考慮到大多數開發人員都沒有雙核機器，Intel提供的開發軟件價格貴，而多核環境下的編程開發是趨勢。因此，網站還提供了2臺多核的計算機，連接在網通與電信的網絡上，提供遠程桌面連接，使缺少多核軟硬件的同學們能方便地使用這兩臺計算機。使用中保證“單人單機模式”，多核服務器實行單用戶使用制度，在任何時段只有一個用戶登錄使用，保證獨自享受多核的處理能力。

近兩年來，多核技術突飛猛進，硬件平臺進步十分明顯。為了跟上發展潮流，為學生提供最前沿的信息和知識，教學組在保證教學體系不變的情況下，對實驗設備、教學內容、實驗設置等進行了多次更新，其中在短短一年內，實驗設備進行了五次大規模的跟新換代。

(1)2006年4月，英特爾捐贈了inteI core due計算機12臺，軟件12套。

(2)2006年7月，購置了80套intelcore due計算機。

(3)2006年10月，英特爾贈送了80套軟件授權。

(4)2007年4月，英特爾贈送了8核計算機、4核服務器各1套。

(5)2007年5月，購置了50套intelcote 2 due(酷睿2)計算機。

3 總結

浙江大學計算機學科在多核精品課程建設過程中積累了一定的經驗，通過教學大綱、國際合作、競賽組織、實驗環境更新等手段，取得了課程建設的第一手資料，為進一步推廣多核課程作鋪墊。