計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生系統(tǒng)能力培養(yǎng)和系統(tǒng)課程體系設(shè)置研究

王志英　周興社　袁春風(fēng)等

摘要：計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生需要更多地關(guān)心計(jì)算系統(tǒng)的整體特性，培養(yǎng)自身計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力，這也是工程教育的特征。文章分析計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)，介紹系統(tǒng)能力的主要內(nèi)涵及培養(yǎng)需求，闡述系統(tǒng)能力培養(yǎng)和課程體系設(shè)置的總體思路。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)專業(yè)；工程教育；系統(tǒng)能力；系統(tǒng)課程

1.計(jì)算技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)分析

計(jì)算技術(shù)在20世紀(jì)個(gè)人機(jī)普及和Internet快速發(fā)展的基礎(chǔ)上，從初期的科學(xué)計(jì)算與信息處理進(jìn)人21世紀(jì)的以移動(dòng)互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)計(jì)算為主要特征的新型網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。在這一過程中，計(jì)算技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)呈現(xiàn)出“四類新型計(jì)算系統(tǒng)”和“四化主要特征”，這對計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新能力提出更高的要求。

1.1四類新型計(jì)算系統(tǒng)

1）嵌入式計(jì)算系統(tǒng)。

在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能家電、三網(wǎng)融合等行業(yè)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，以嵌入式計(jì)算為主要形態(tài)的計(jì)算系統(tǒng)——嵌入式計(jì)算系統(tǒng)有著舉足輕重和廣泛的作用，并日益呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的開放特點(diǎn)。

2）移動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)。

在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能家電以及新型裝備中，均以移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，移動(dòng)計(jì)算成為關(guān)鍵技術(shù)，它將使計(jì)算機(jī)或其他信息智能終端設(shè)備在無線環(huán)境下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸及資源共享，其作用是將有用、準(zhǔn)確、及時(shí)的信息提供給任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的任何客戶，這將極大地改變?nèi)藗兊纳罘绞胶凸ぷ鞣绞健?/p>

3）并行計(jì)算系統(tǒng)。

隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的飛速進(jìn)步和體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，多核/眾核處理機(jī)硬件日趨普及，這使得昔日高端的并行計(jì)算呈現(xiàn)出普適化的發(fā)展趨勢；多核技術(shù)對計(jì)算系統(tǒng)微體系結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)軟件與編程環(huán)境均有很大影響；同時(shí)，云計(jì)算也是建立在由廉價(jià)服務(wù)器組成的大規(guī)模集群并行計(jì)算的基礎(chǔ)之上，因此，并行計(jì)算將成為各類計(jì)算系統(tǒng)的基礎(chǔ)技術(shù)。

4）基于服務(wù)的計(jì)算系統(tǒng)。

無論是云計(jì)算，還是其他現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用軟件系統(tǒng)，均以服務(wù)計(jì)算為核心技術(shù)。服務(wù)計(jì)算是指面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（Service，orientedArchitecture，SOA）和面向服務(wù)的計(jì)算（Service oriented Computing，SOC）技術(shù)，是標(biāo)識(shí)分布式系統(tǒng)和軟件集成領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步的里程碑。服務(wù)作為一種自治、開放以及與平臺(tái)無關(guān)的網(wǎng)絡(luò)化構(gòu)件，可使分布式應(yīng)用具有更好的復(fù)用性、靈活性和可增長性。Web服務(wù)技術(shù)是當(dāng)前SOA的主流實(shí)現(xiàn)方式，已經(jīng)形成規(guī)范的服務(wù)定義、服務(wù)組合以及服務(wù)訪問。

1.2“四化”主要特征

1）網(wǎng)絡(luò)化。

當(dāng)今的計(jì)算系統(tǒng)必然與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)。盡管各種有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)所具有的通信方式、通信能力與通信品質(zhì)有較大區(qū)別，但它使得與其相聯(lián)的計(jì)算系統(tǒng)能力得以充分延伸，更能滿足應(yīng)用需求。網(wǎng)絡(luò)化對計(jì)算系統(tǒng)的開放適應(yīng)能力、協(xié)同工作能力等也提出了更高的要求。

2）多媒體化。

多媒體具有計(jì)算機(jī)綜合處理多種媒體信息的集成性、實(shí)時(shí)性與交互性特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)通過多媒體技術(shù)可以處理人類生活中最直接、最普遍的信息，從而使計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域及功能得到極大的擴(kuò)展，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)交互界面和手段更加友好和方便，非專業(yè)人員也可以方便地使用和操作計(jì)算機(jī)。

3）大數(shù)據(jù)化。

從各種類型的數(shù)據(jù)中快速獲得有價(jià)值信息的能力稱為大數(shù)據(jù)技術(shù)。大數(shù)據(jù)具有體量巨大、類型繁多、價(jià)值密度低、處理速度快等特點(diǎn)。大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨給各行各業(yè)的數(shù)據(jù)處理與業(yè)務(wù)發(fā)展等帶來重要變革，也對計(jì)算系統(tǒng)的新型計(jì)算模型、大規(guī)模并行處理、分布式數(shù)據(jù)存貯、高效數(shù)據(jù)處理機(jī)制等提出新的挑戰(zhàn)。

4）智能化。

智能化將影響計(jì)算系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、軟件形態(tài)、處理算法以及應(yīng)用界面等。例如，智能手機(jī)的智能搜索引擎是結(jié)合了人工智能技術(shù)的新一代搜索引擎，不僅具有傳統(tǒng)的快速檢索、相關(guān)度排序等功能，還具有用戶角色登記、用戶興趣自動(dòng)識(shí)別、內(nèi)容的語義理解、智能信息化過濾和推送等功能，其追求的目標(biāo)是根據(jù)用戶的請求，從可以獲得的網(wǎng)絡(luò)資源中檢索出對用戶最有價(jià)值的信息。

2.系統(tǒng)能力的主要內(nèi)涵及培養(yǎng)需求

2.1主要內(nèi)涵

計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的系統(tǒng)能力核心是在掌握計(jì)算系統(tǒng)基本原理基礎(chǔ)上，熟悉如何進(jìn)一步開發(fā)構(gòu)建以計(jì)算技術(shù)為核心的應(yīng)用系統(tǒng)。這需要學(xué)生更多地掌握計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)部各軟件/硬件部分的關(guān)聯(lián)關(guān)系與邏輯層次，了解計(jì)算系統(tǒng)呈現(xiàn)的外部特性以及與人和物理世界的交互模式。系統(tǒng)觀的教育體現(xiàn)出工程教育特征，相比較其他專業(yè)學(xué)生的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)和應(yīng)用能力，計(jì)算機(jī)專業(yè)更強(qiáng)調(diào)對學(xué)生計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力的培養(yǎng)。因此，計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的知識(shí)體系不僅需要更新與擴(kuò)展，而且其系統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力必須得到強(qiáng)化與提升。

2.2培養(yǎng)需求

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的不斷進(jìn)步，信息產(chǎn)業(yè)形態(tài)發(fā)生重要變化，新型計(jì)算系統(tǒng)應(yīng)用日益深化，計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)也必須“與時(shí)俱進(jìn)”，體現(xiàn)計(jì)算技術(shù)與信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展對學(xué)生系統(tǒng)能力培養(yǎng)的需求。教育思想要突顯系統(tǒng)觀教育理念，教學(xué)內(nèi)容要體現(xiàn)新型計(jì)算系統(tǒng)原理，在實(shí)踐環(huán)節(jié)中展現(xiàn)計(jì)算系統(tǒng)平臺(tái)技術(shù)。

我們要深刻理解系統(tǒng)化專業(yè)教育思想對計(jì)算機(jī)專業(yè)高等教育的影響。系統(tǒng)化教育和系統(tǒng)能力培養(yǎng)要采取系統(tǒng)科學(xué)的方法，不但要夯實(shí)系統(tǒng)理論基礎(chǔ)，使學(xué)生構(gòu)建出準(zhǔn)確描述真實(shí)系統(tǒng)的模型，并能夠用模型預(yù)測系統(tǒng)行為；而且要強(qiáng)化系統(tǒng)實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生有效地構(gòu)造正確系統(tǒng)的能力。從系統(tǒng)觀出發(fā)，計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)應(yīng)該注意教學(xué)生怎樣從系統(tǒng)層面思考（如設(shè)計(jì)過程、工具、用戶和物理環(huán)境的交互），應(yīng)該講透原理（基本原則、架構(gòu)、協(xié)議、編譯以及仿真等），強(qiáng)化系統(tǒng)性的實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)過程和內(nèi)容。

3.相關(guān)研究

3.1ACM/IEEE CS2013重視系統(tǒng)能力培養(yǎng)

ACM/IEEE最新公布的CS2013是在組織眾多計(jì)算機(jī)教育專家深入調(diào)研分析、開展專題研究的基礎(chǔ)上，給出的新的教學(xué)調(diào)整方案。它不僅對原有14個(gè)知識(shí)域進(jìn)行適度調(diào)整，還增加了4個(gè)新的知識(shí)域，分別是系統(tǒng)基礎(chǔ)SF、并行和分布計(jì)算PD、基于平臺(tái)的開發(fā)PBD、信息保障和安全I(xiàn)AS。這些都涉及系統(tǒng)級(jí)內(nèi)容，由此可見，ACM/IEEE CS2013的重點(diǎn)是進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)知識(shí)和系統(tǒng)能力的培養(yǎng)。

3.2專業(yè)教指委已開展相關(guān)研究

教育部計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)已經(jīng)組織了對計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生能力培養(yǎng)和實(shí)踐教學(xué)體系的研究，重點(diǎn)是如何使學(xué)生增強(qiáng)系統(tǒng)能力，全局地掌控一定規(guī)模系統(tǒng)。研究提出：①教學(xué)必須樹立系統(tǒng)觀，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)眼光。學(xué)生學(xué)會(huì)站在不同層面上去把握不同層次上的系統(tǒng)，并全面考慮系統(tǒng)各部分及其與外界的邏輯與聯(lián)系，完成一定規(guī)模的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。②明確了計(jì)算思維能力、算法設(shè)計(jì)與分析能力、程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能力以及系統(tǒng)能力為4大專業(yè)基本能力。其中系統(tǒng)能力占總能力的75%，包括系統(tǒng)認(rèn)知、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開發(fā)和系統(tǒng)應(yīng)用能力。

目前國內(nèi)少數(shù)高等學(xué)校，如南京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、北京大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、浙江大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、國防科技大學(xué)等，正在不同程度上積極進(jìn)行這些方面的探索和實(shí)踐。

4.系統(tǒng)能力培養(yǎng)中存在的問題

在PC時(shí)代背景下所設(shè)置的課程體系、教學(xué)及其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對學(xué)生的系統(tǒng)能力培養(yǎng)存在以下問題。

（1）課程體系中缺乏一門獨(dú)立的能夠貫穿整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)課程。有些學(xué)校雖然有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論課程，但是，課程內(nèi)容太散太多，沒有系統(tǒng)性，并沒有圍繞一個(gè)完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)框架組織內(nèi)容。

（2）課程之間的銜接和關(guān)聯(lián)考慮不夠。目前課程設(shè)置大多按照計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同層次上的內(nèi)容獨(dú)立開設(shè)課程，相應(yīng)的教材內(nèi)容和課堂教學(xué)內(nèi)容中很少體現(xiàn)本層次的內(nèi)容與其他層次內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)，學(xué)生難以形成對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全面認(rèn)識(shí)。

（3）教學(xué)內(nèi)容比較陳舊，較少涉及近年來出現(xiàn)的多核/眾核處理器、分布式和并行計(jì)算模式等實(shí)際工作中遇到的內(nèi)容，特別是對于后PC時(shí)代的學(xué)生所需的關(guān)于嵌入式系統(tǒng)、移動(dòng)終端系統(tǒng)、大型數(shù)據(jù)中心云計(jì)算系統(tǒng)等的系統(tǒng)知識(shí)體系的教學(xué)還很薄弱。

（4）課程體系缺乏對系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力培養(yǎng)的整體考慮，如公共的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)課程及內(nèi)容的設(shè)置，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)核心課程及內(nèi)容的設(shè)置，對于不同應(yīng)用系統(tǒng)和相關(guān)平臺(tái)所需的設(shè)計(jì)和應(yīng)用人才的培養(yǎng)應(yīng)設(shè)置哪些課程（包括課程實(shí)驗(yàn)）等。

由于教學(xué)中對系統(tǒng)能力培養(yǎng)重視不夠，所以學(xué)生在系統(tǒng)能力方面存在以下問題：

（1）大部分學(xué)生不能很好地建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完整概念，缺乏系統(tǒng)觀，只能解決局部的編程和應(yīng)用問題，對于系統(tǒng)層面問題的解決無法勝任。

（2）大部分學(xué)生對于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心內(nèi)容掌握不夠，難以勝任復(fù)雜的涉及軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的任務(wù)。

（3）由于沒有很好地建立課程之間內(nèi)容的關(guān)聯(lián)，學(xué)生對于很多核心內(nèi)容通常只知其然不知其所以然，所以其綜合分析、設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力也較差，對于需要綜合運(yùn)用多個(gè)跨課程的概念才能解決的問題一籌莫展。

（4）教學(xué)缺乏系統(tǒng)性的綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)，這使學(xué)生理論上一知半解，實(shí)踐動(dòng)手能力較差。

5.系統(tǒng)能力培養(yǎng)課程體系設(shè)置總體思路

為了更好地培養(yǎng)適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展的、具有系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)應(yīng)用能力的計(jì)算機(jī)專門人才，我們需要建立新的計(jì)算機(jī)專業(yè)本科教學(xué)課程體系，特別是設(shè)立有關(guān)系統(tǒng)級(jí)綜合性課程，并重新規(guī)劃計(jì)算機(jī)系統(tǒng)核心課程的內(nèi)容，使這些核心課程之間的內(nèi)容聯(lián)系更緊密、銜接更順暢。

為此，我們調(diào)查了若干國外高校的本科生教學(xué)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)方面的一些做法和思路，借鑒國外大學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國高校計(jì)算機(jī)人才培養(yǎng)的特點(diǎn)，提出了適合于我國高等教育計(jì)算機(jī)專業(yè)系統(tǒng)能力培養(yǎng)的課程體系總體設(shè)置思路，并對相關(guān)的主要課程內(nèi)容及其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了規(guī)劃。課程體系改革的思路如圖1所示。

我們建議把課程分成3個(gè)層次：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)課程、重組內(nèi)容的核心課程和側(cè)重不同計(jì)算系統(tǒng)的若干相關(guān)平臺(tái)應(yīng)用課程。

第1層次核心課程包括：程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（PF）、數(shù)字邏輯電路（DD）和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)（ICS）。

第2層次核心課程包括：計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)（COD）、操作系統(tǒng)（OS）、編譯技術(shù)（CT）和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（CA）。

第3層次核心課程包括：嵌入式計(jì)算系統(tǒng)（ECS）、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（CN）、移動(dòng)計(jì)算（MC）、并行計(jì)算（Pc）和大數(shù)據(jù)并行處理技術(shù)（BD）。

基于這3個(gè)層次的課程體系中相關(guān)課程設(shè)置方案如圖2所示。

圖2中左邊部分是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)抽象層，右邊的矩形框表示課程，其上下兩條邊的位置標(biāo)示了課程內(nèi)容在系統(tǒng)抽象層中的涵蓋范圍，矩形的左右兩條邊的位置標(biāo)示了課程大約在哪個(gè)年級(jí)開設(shè)。虛線框、實(shí)線框和粗線框分別表示第1、第2和第3層次核心課程。

從圖2中可以看出，該課程體系的基本思路是：先講頂層比較抽象的編程方面的內(nèi)容；再講底層系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)內(nèi)容；然后再從兩頭到中間，把頂層程序設(shè)計(jì)內(nèi)容和底層電路內(nèi)容按照程序員視角全部串起來；在此基礎(chǔ)上，按順序分別介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件、操作系統(tǒng)和編譯器的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。至此的所有課程內(nèi)容主要介紹單處理器系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，而計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)主要介紹不同并行粒度的體系結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)和編譯器實(shí)現(xiàn)技術(shù)。第3層次的課程沒有先后順序，可以是選修課，課程內(nèi)容應(yīng)體現(xiàn)第1和第2層次課程內(nèi)容的螺旋式上升趨勢，即第3層次課程內(nèi)容涉及的系統(tǒng)抽象層與第1和第2層次課程涉及的系統(tǒng)抽象層是重疊的，但內(nèi)容并不是簡單重復(fù)，而是講授在特定計(jì)算系統(tǒng)中的相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容。例如，對于嵌入式計(jì)算系統(tǒng)（ECS）課程，雖然它所涉及的系統(tǒng)抽象層與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)（ICS）課程涉及的系統(tǒng)抽象層完全一樣，但這兩門課程的教學(xué)內(nèi)容基本上不重疊，前者著重介紹與嵌入式計(jì)算系統(tǒng)相關(guān)的ISA設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和底層硬件設(shè)計(jì)等內(nèi)容，后者著重介紹如何從程序員的角度來理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中涉及的基礎(chǔ)內(nèi)容。

與傳統(tǒng)課程體系設(shè)置相比，最大的不同在于，新的課程體系中有一門涉及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)抽象層面的能夠貫穿整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)課程——計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)（ICS）。該課程講解如何從程序員角度來理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以使程序員進(jìn)一步明確程序設(shè)計(jì)語言中的語句、數(shù)據(jù)和程序是如何在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行的，讓程序員了解不同的程序設(shè)計(jì)方法為什么會(huì)有不同的性能等。

此外，新的課程體系強(qiáng)調(diào)課程之間的銜接和連貫，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)課程可以把程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、數(shù)字邏輯電路2門課程之間存在的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)抽象層中的“中間間隔”填補(bǔ)上去并很好地銜接起來。這樣，到2年級(jí)上學(xué)期結(jié)束時(shí)，學(xué)生就可以通過這3門課程清晰地建立單處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)概念，構(gòu)造出完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本框架，而具體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)部分的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)再通過后續(xù)相關(guān)課程來細(xì)化充實(shí)。

（2）數(shù)字邏輯電路、計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)和嵌入式計(jì)算系統(tǒng)3門課程中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容能夠很好地銜接，可以規(guī)劃一套承上啟下的基于FPGA開發(fā)板的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，讓學(xué)生在一個(gè)統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上從門電路開始設(shè)計(jì)基本功能部件，然后再以功能部件為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)CPU、存儲(chǔ)器和外圍接口，最終將CPU、存儲(chǔ)器和I/O接口通過總線互連為一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。

（3）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)和編譯技術(shù)4門之間能夠很好地銜接，構(gòu)成了一組計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)最基本的核心課程。新課程體系中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)2門課程對原來的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論和計(jì)算機(jī)組成原理課程內(nèi)容進(jìn)行重新調(diào)整和統(tǒng)籌規(guī)劃。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)和編譯技術(shù)的關(guān)系體現(xiàn)為：

①計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)課程以Intel x86為模型機(jī)進(jìn)行講解，它為操作系統(tǒng)課程（特別是Linux內(nèi)核分析）提供了很好的體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。同時(shí)，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)課程中為了清楚地解釋程序中的文件訪問和設(shè)備訪問等問題，會(huì)從程序員角度簡單引入一些操作系統(tǒng)中的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。

②計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)課程會(huì)講解高級(jí)語言程序如何進(jìn)行轉(zhuǎn)換、鏈接以生成可執(zhí)行代碼的問題。

③計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)中的流水線處理等也與編譯優(yōu)化相關(guān)，而且以MIPS為模型機(jī)進(jìn)行講解，而MIPS模擬器可以為編譯技術(shù)的實(shí)驗(yàn)提供可驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)課程的內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)以及開設(shè)時(shí)間來看，位于較高抽象層的先行課（如程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程）可以按照原來的內(nèi)容和方式開設(shè)和教學(xué)，而作為新的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)的先導(dǎo)課數(shù)字邏輯電路，則需要對傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容，特別是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行修改和完善。

有了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)課程的基礎(chǔ)，學(xué)生將更容易從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整體的角度理解操作系統(tǒng)、編譯原理等后續(xù)課程。這些后續(xù)課程在內(nèi)容方面不需要大的改動(dòng)，但是操作系統(tǒng)和編譯器的實(shí)驗(yàn)要以先行課程實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)為基礎(chǔ)，這樣才能形成一致的、完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整體概念。

6.結(jié)語

系統(tǒng)觀教育對于計(jì)算機(jī)專業(yè)的所有培養(yǎng)方向均適用，它對專業(yè)核心課程任課教師提出了更高要求，因此必須強(qiáng)化計(jì)算機(jī)專業(yè)的教師培訓(xùn)工作，特別是重視以系統(tǒng)觀為核心的新教材的編寫工作，以便使計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)和教育跟上學(xué)科、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐。

本系統(tǒng)研究組由國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、南京大學(xué)、南開大學(xué)、天津大學(xué)、武漢大學(xué)、北京大學(xué)有關(guān)教授組成，他們共同進(jìn)行了關(guān)于計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生系統(tǒng)知識(shí)、系統(tǒng)能力和系統(tǒng)課程的研討。本研究得到機(jī)械工業(yè)出版社華章公司的大力支持。

參考文獻(xiàn)：

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[2]教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)，高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告及規(guī)范[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[3]教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)。高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才專業(yè)能力構(gòu)成與培養(yǎng)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

（編輯：彭遠(yuǎn)紅）