计算机系统结构心得体会

计算机系统结构心得体会

计算机系统结构心得体会 篇1

计算机系统结构安排在大学最后一个课程学期上课，这也让我有不一样的感觉，除了从课程学到专业知识之外，我也体会了计算机的乐趣。

计算机系统结构指的是什么? 是一台计算机的外表? 还是是指一台计算机内部的一块块板卡安放结构? 都不是，那么它是什么? 计算机系统结构就是计算机的机器语言程序员或编译程序编写者所看到的外特性。所谓外特性，就是计算机的概念性结构和功能特性。用一个不恰当的比喻一，比如动物吧，它的“系统结构”是指什么呢? 它的概念性结构和功能特性，就相当于动物的器官组成及其功能特性，如鸡有胃，胃可以消化食物。至于鸡的胃是什么形状的、鸡的胃部由什么组成就不是“系统结构”研究的问题了。

而我在学习这门课程的时候遇到最为困难的问题是流水线问题，包括流水线的工作方式以及流水线的调度对我来说都难以掌握。后来，我请教了同班同学，他们实实在在地给我讲了一遍概念，我从模糊认识也瞬间到了清晰理解。这让我深刻的感到学习不能偷懒，越难的问题越要弄懂概念，越要花时间分析最基本的问题。

是的，计算机系统结构是非常重要的，在计算机学习中起到十分重要的作用。我印象最为深刻的是有趣的上课方式和可爱的老师。

上这门课的老师是我们的张老师，除了专业知识非常渊博之外，课堂相对来说非常民主。最令我觉得有趣的是，老师点到的时候会很搞笑，由于是三个班和在一起上课的，所以老师的名单总是不齐，所以点名会浪费一部分课堂时间。作为学生时代的我们，多多少少还是喜欢这样的状况的，课堂可以偷懒放松几分钟是非常渴望的。正是因为这样，我也喜欢上这门课程了，也喜欢老师点名，并且很享受这种“小偷懒”，上课效率也特别好。说到老师民主，还有一点，这门课作为考察课，关于考察方式老师也尊重我们的意见，把本来原定的闭卷考试换成课堂考核了，这点也让学生万分佩服。是的，张老师就是这样一个轻松的老师。

计算机系统结构心得体会 篇2

1 计算机机房管理系统结构设计要点论述

目前大多数教育单位运用集中管理手段以及B/S三层结构体系进行机房管制, 用户基本不需要额外安装其余程序, 即便是系统更新也可借助服务器统一完成。考虑到校园网络运行环境, 三层架构早已过渡成为主流形态。机房设备监测模块主要依靠授权人员登录过后, 依照相关权限资格实施操作, 管理员必须结合实际状况开展监控工作。学生可在免费上课期间完成必要课程学习任务, 其余时间便开启收费机制。机房设备添加、报废以及更新等也是需要列入现场职务范畴之中的。

另外, 服务器端能够满足系统运行各类需求, 会定期将数据库服务效果上传到客户端, 实际职责范畴包括系统资源吸纳、计费细节、课程排列以及日志整理等, 详细记录管理员以及用户主体的一切操作行为。此类端口主要在本地开展数据交换活动, 同时围绕用户认证以及通讯细节实施管理, 启动程序表现为:经过系统认证步骤逐渐过渡到模块登录界面, 此时便可将帐号、密码输入, 实际上机内容都会记录到相应表格之中, 并持续到用户下机之后统计服务费用结果。

2 计算机机房管理系统的构建措施分析

高校内部教学任务日益沉重, 为了提供给学习主体更加丰富的视觉感知要素, 计算机机房系统科学设置便显得意义非凡, 其中单位资源的规整不可小觑, 技术人员还应结合各类渠道开发创新资源配置形式。

2.1 机房设备监测单元

⑴远程控制系统。负责监测的计算机设备必须保持长期正常运作能效, 由于机房终端数量繁多, 透过单个设备开启、关闭调试是不现实的, 因此可考虑运用网卡自动操控, 确保现场机器都能定时休眠、重启。这类系统能够任意遥控每台终端, 监测其中程序交接状态, 关键时刻还可提供强制性应急命令内容。

⑵远程监测系统。其能够自动解锁注册表蕴藏信息, 观察并记录软硬件变化状况, 随时交由管理员处理, 即便是格式形态产生变化也可随时更新, 辅助后期相关查询与使用功能。

⑶日志查询系统。计算机内部日志将被自定义设置, 因为终端操作系统各式各样, 必要时便可对后续启动需要介入的系统进行统一规范, 为多个终端系统控制、引导大开方便之门。

2.2 机房计费管制单元

这部分计费系统能够随时满足教师操作指示、终端状态记录以及费用调整功能, 全程整合先进化调试技术, 使得现场所有计算机得到统一调度。机房主要运用C/S与B/S交互模式进行终端远程调度、信息查询, 在用户上机行为监控范围内调用各类应用, 保证计算机上课秩序得到自动维系。计费管制单元主要运用服务器与计算机设备融合改造, 全力支持用户主体网页发布、服务器软件执行等需求。查询、统计可以确保自费上机账目的清晰效果, 同时可以预约特定使用的计算机终端, 维持系统升级与更新效率。

2.3 设备调试单元

为了迎合社会高素质人才资源的调试指标要求, 机房管制部门在尽量吸纳教学费用的基础上修复设备资源结构, 杜绝成本数量的过度积压, 并且不断提升现场设备运行效率。另一方面, 系统管理员处理具有浏览计算机机房设备列表和使用登记功能, 还能够为一般用户分配权限;专门管理人员具有最高的权限, 能够对所管计算机机房设备进行调度。用户管理模块能够实现添加用户、删除用户、分配用户权限等功能, 由系统管理员及以上级别的人员进行操作处理。设备管理模块作为高校计算机机房管理系统的核心资源, 主要实现的是对计算机机房设备的增加、删除和相关管理。考虑到系统数据库的安全性, 在系统管理操作的同时打印输出纸质表格以备留存, 设备管理模块还支持网页浏览、统计查询等功能。

结语:按照上述内容陈述, 有关新时代背景下计算机机房管理系统的构建举措, 其核心动机在于提升用户工作、学习效率, 为领导科学决策清除一切不必要障碍因素。此类调试手段能够有效遏制内部资源成本的堆积现象, 使得结构排列形态更加具备科学化、规范化效应, 后期开发前景势必广阔无边, 为先进人才塑造目标完善奠定深刻适应基础。

参考文献

[1]闫利华.高校机房管理系统实施方案的分析与设计[J].赤峰学院学报 (自然科学版) .2008, 11 (03) :120-125.

[2]徐友武.机房管理系统的设计及实现[J].湖北广播电视大学学报.2009, 20 (06) :88-89.

[3]李冠贤.计算机实验室机房管理系统的设计与实现[J].现代计算机 (专业版) .2011, 31 (28) :44-49.

计算机系统结构心得体会 篇3

关键词：计算机系统结构 教学改革 教学方法 教学模式

1.引言

“计算机系统结构”课程是计算机科学与技术专业必修的主干专业课程之一。通过这门课程的学习，能够培养学生的抽象思维能力和自顶向下、系统地分析和解决问题的能力，也能够使学生了解计算机系统的内部工作原理以及在软硬界面划分的权衡策略，从而建立起计算机软硬件整机的概念。

2.教学模式的改革

（1） 改变以教师为主体的教学模式

建立以学生为主体的教学模式。时代的发展，正在促使教育改革从传统的以教师传授为中心转向以学生为主体。以学生为主的教学模式，强调“学”重于“教”，目的在于体现“教育应满足社会发展与人的发展之需求”，体现“顺应市场、服务社会、服务学生”的价值取向。因此，在这种教学模式下，教师在教学中应起组织、引导、答疑的作用，从知识的传授者、教学的组织领导者转变成为学习过程中的咨询者、指导者，充分调动学生学习的能动性，使学生变被动学习。

（2）实行灵活机动的教学制度

根据课程需要，改革传统的教学模式，大力推行模块式教学、现场教学，进一步开发和使用符合教学需要的现代化教学媒体，大力推广先进的教学方法。构建“实践――理论――实践”的教学方法，做到早实践、多实践、实践教学不断线。同时，在专业教学内容上，可根据学生知识能力结构的不同要求，把教学内容分成若干个模块，按照“实际、实用、实践”的原则组织教学，而理论教学则以“必须，够用”为度，删繁就简，确保重点，突出针对性和应用性。

[STHZ]3.教学内容与时俱进[STBZ]

改变以往对教学内容一成不变的模式，每年都要对该课程的教学内容去陈加新，这方面，国外做的非常好，我们应该借鉴他们的做法，比如美国、英国、德国等国家的著名大学每年都更新一本最新的最权威的教材，如David A. Patterson 等人编写的《Computer Architecture：：A Quantitative Approach》等。我们在更新教材的同时，也非常关注教学内容的更新，每年对教学内容同时更新15-20%左右。这些更新的内容都是当前世界上研究的最前沿内容或最新的研究成果，这些内容及时的传授给学生，使学生更加深入的了解本门课程发展方向，同时也大大增加了学生的学习兴趣。

我们目前在教学内容上的更新速度还远远比不上国外高校，从整体来看，我国的大学在“计算机系统结构”这门课程的教学方面，课程内容和教材的更新还普遍存在着滞后的现象，理论脱离实际也相当普遍，其主要原因是国内对本课程的发展及前沿更新速度慢，与国际上的发展不一致，一方面是我国的发展远不如国外发展的快，一些最新的研究成果或较新的技术不能及时引入到国内，没能及时安排到教材中，这也制约着我国培养该领域的人才的一个重要原因。另一方面也有教师自身的原因，本课程的教师不能积极的去研究和学习该领域的新知识，也造成了本课程内容陈旧，一成不变的教学内容的一个重要原因。为此，我们课程小组要求教材年年更新，每学期抽出1-2学时给学生介绍本门课程的最新前沿内容和发展方向，并要求课程内容每年要更新15-20%，增加最新的教参，这也提高了课题组教师的素质，同时也促进了本课程的教学。

4.采用SNS教学方法

在教学方法上，我们对传统的教学方法进行了详细分析，结合本课程的自身特点和学生的实际情况，分析主要有一下一点弊端：

（1）教学方法单一

在实际教学过程中，计算机系统结构课程的教学方法相对单一，主要以教师讲授为主。讲授法主要是教师运用口头语言向学生传授知识和指导学生学习的方法。虽然在讲授过程中引入了多媒体的教学方法， 如： PPT， 幻灯片， 但讲授法存在不容易调动学生学习主动性、不够直观和对学生记忆影响很有限等一些缺点。特别是针对计算机系统结构这门课的新概念、新名词、新方法， 学生难以在老师讲授过程中很好的掌握形成自己的知识。

（2）理论与实践教学比例失调

目前大多数高校中，计算机系统结构这门课程的理论教学比例很高，多数时间都是讲解理论知识，使学生对计算机系统的感性认识欠缺，很难形成计算机系统的完整概念和认识。另一方面，目前的教学中把实验当成辅助性的教学环节，实践内容不够充分，并且大部分都是属于验证理论，演示现象或对课堂教学内容的一些补充，只是停留在低水平的验证性和观察型实验上。为了把实践教学和理论教学同步，也生硬的设置一些彼此鼓励的实验内容，学生做完实验后，经常是对所做实验在课程体系中的作用和位置一无所知。

（3）缺乏师生互动

目前高校计算机系统结构这门课程课堂教学中的师生互动很少，特别是课后的师生之间、学生之间的交流少之又少，而大学教师可能承担多门课程及科研任务繁重等情况，无暇顾及与学生交流、谈心等事情，加之近些年高校扩招，学生与教师比例过高，更加使得师生互动困难加重。

针对上述问题，本文提出面向社交网络服务（SNS， Social Networking Service）课程改革方法，组成“非正式学习共同体”，达到“以人为本、主动建构、创新开放、自由体验、协作互动、汇聚分享、实用易懂、重视内容、真实交互、增进交流效率”的目的。

SNS（社交网络服务）引入到教学中的含义就是社会型网络社区，即社交关系的网络化。它将现实生活中的社会圈子挪到网络上，根据自己不同条件建立属于自己的社交圈子。

建立基于SNS（社交网络服务）的计算机系统结构课程交流平台，使学生通过协作学习平台，依据自身感兴趣的知识点展开研究，并与其他对此问题感兴趣的学习者进行交流，从而形成一个学习共同体，对某个知识点展开深层次的研究。使学习者进行思维激荡，通过在共同体中的协作和交流，最终使问题得以解决。

这种面向SNS的计算机系统结构课程教学改革，其主要作用有：

（1）可以解决和，弥补传统计算机系统结构教学的不足。教学不但可以在课堂上开展多样化的教学案例，同时还可以通过SNS把自己横向科研课题介绍给学生，使学生能把书本上学到的理论知识与具体的工程实践结合起来，学以致用，更好的学习效果。

（2）可以使學生之间快速的形成学习伙伴关系。教师、专家等在共同体中起到指导作用，定期参与答疑或专题讨论，不仅可以给学生坚决疑难问题，也能很好的提高共同体的学习氛围。

（3）社交网络服务（SNS）的计算机系统结构课程教学改革的线下活动的开展是推广学习交流平台的延续。经常举办专题研讨会、面对面的答疑交流活动等，促进学习平台的师生交流，营造良好的学习平台文化，不但加强了计算机系统结构课程的学习，也增强了学生的集体观念。

[STHZ]5.增加实践教学[STBZ]

（1）精心安排实践内容：根据教学计划及岗位技能的需求，在教学过程中，精心安排教学的实验、实践内容，既是将理论付诸实践，让学生更好地理解理论知识，同时也是对学生技能的培养，训练其动脑、动手能力。 （2）科学安排实践项目：根据实验内容，合理科学安排实验项目，课程改革中提出项目化教学的革新，因此，在实践课中，将实验内容转化为一个个子项目，通过子项目的完成，进而能够汇总成一个完整的项目。

（3）强化综合实践训练：实践的最终目的还是能够适应岗位技能要求，因此，在进行项目化教学的过程中，同时要强化综合实践训练，例如对于计算机系统结构这门课程来说，不仅仅是学习书本上理论知识，同时还要能够把理论应用与实践的应用结合在一起，在教学计划中，我们课程组老师把自己的科研项目适当的拿出一部分，作为学生的科技创新项目来立项，把学生分成几个小组，每组都有一个科技创新项目，这样更好的把课程中的理论应用到了实践中来，不但深刻理解了书本上的深奥理论，也增强了学生的动手能力。经过3年的实施，效果非常满意，也得到了学生们的欢迎。

6.总结

在多年教学过程中，我们课程组经过讲授“计算机系统结构”这门课的经验，进行了一系列很有成效的改革和创新，不断的改变和探索新的教学方法和教学模式。实践证明，这些改革和探索不仅使学生深切领悟了计算机系统结构这门课中的深奥理论知识，学生们也能把学到的这些理论应用于实际生活中，设计出新的产品，产生了新的创意，不但是学生增加了学校这门课的兴趣，也达到了这门课的教学要求。

参考文献：

[1] 李学干. 计算机系统结构（第四版）[M]. 西安电子科技大学出版社，2010.09.

[2] 吴晓华，徐洁，王雁东，等.《计算机系统结构》课程教学探讨[J]. 实验科学与技术，2006（6）.

[3] 童小念，何秉娇，舒万能.“计算机系统结构”实践教学环节的研究与实施[J]. 计算机教育，2008（3）：66-68.

[4] 王志英等.“计算机体系结构”国家精品课程的特色与建设经验[J]. 计算机教育，2007（4）：27-31.

计算机系统结构心得体会 篇4

3.1．简要举出集中式串行链接，定时查询和独立请求3种总线控制方式的优缺点。同时分析硬件产生故障时通讯的可靠性。

答：集中式串行链连接方式。其过程为：

①所有部件都经公共的“总线请求”线向总线控制器发使用总线申请。

②当“总线忙”信号未建立时，“总线请求”才被总线控制器响应，送出“总线可用”信号，它串行地通过每个部件。

③如果某部件未发过“总线请求”，则它将“总线可用”信号往下一部件转，如果某部件发过“总线请求”，则停止“总线可用”信号的传送。

④该部件建立“总线忙”，并除去“总线请求”，此时该部件获得总线使用权，准备传送数据。

⑤数据传送期间，“总线忙”维持“总线可用”的建立。

⑥传送完成后，该部件去除“总线忙”信号和“总线可用”信号。

⑦当“总线请求”再次建立时，就开始新的总线分配过程。

优点：①选择算法简单；②控制总线数少；③可扩充性好；④可靠性高。

缺点：①对“总线可用”线及其有关电路失效敏感，②不灵活；③总线中信号传送速度慢。

集中式定时查询方式，过程：

①总线上每个部件通过“总线请求”发请求。

②若“总线忙”信号未建立，则计数器开始计数，定时查询个部件，以确定是谁发的请求。

③当查询线上的计数值与发出请求的部件号一致时，该部件建立“总线忙”，计数停止，查询也停止。除去“总线请求”，该部件获得总线使用权。

④“总线忙”维持到数据传送完毕。

⑤数据传送完，去除“总线忙”。

⑥当“总线请求”线上有新的请求，就开始下一个总线分配过程。

优点：①优先次序灵活性强；②可靠性高。

缺点：①控制线数较多；②扩展性较差；③控制较为复杂；④总线分配受限于计数信号，不能很高。

集中式独立请求方式，过程：

①每个部件有一对“总线请求”和“总线准许”线。

②每个部件使用“总线请求”发中请，当“总线已分配”无信号时，总线控制器根据某种算法对同时送来的多个请求进行仲裁，以确定哪个部件使用总线，信号从“总线准许”送回该部件，去除该部件的“总线请求”，建立总线已分配”。

③获得总线使用权的部件传送数据，直至完毕。

④数据传送完毕后，除去总线已分配”和“总线准许”，开始新的总线分配。

优点：①总线分配速度快；②灵活；③能方便隔离失效部件的请求。

缺点：①控制线数多；②复杂。硬件产生故障时，通信的可靠性分析：

串行链接对通信的可靠性，主要表现在“总线可用”线及其有关电路的失效会造成系统整体瘫痪的问题。一旦“总线可用”线出现断路或碰地，其高电平不能顺链往下传送，就会使后面的部件在要求使用总线时，其请求无法得到响应。为了提高可靠性，可对“总线可用”线及其相关电路，采取重复设置两套或多套来解决。

定时查询对通信的可靠性要求比串行链接的高。因为总线控制器通过计数，查询到某个出故障的部件时，故障部件不会给出“总线忙”信号，这样，不会影响控制器继续计数，去查询下一个部件，所以整个总线系统的工作不会瘫痪。

独立请求对通信的可靠性要求同样比串行链接的高。因为某个部件在发生故障时，不发总线请求，即使发出总线请求，总线控制器也可以通过软件或硬件的措施，将发生故障的部件送来的请求予以屏蔽掉，不让其参与总线的分配。所以，某个部件的故障不会导致整个系统的工作处于瘫痪状态。

3.2.设中断级屏蔽位“1”对应于开放，“0”对应于屏蔽，各级中断处理程序的中断级屏蔽位设置如下：（见课本）

(1)当中断响应优先次序为1→2→3→4时，其中断处理次序是什么? 答：(1)1—3—4—2 中断处理程序

(2)如果所有的中断处理都各需3个单位时间，中断响应和中断返回时间相对中断处理时间少得多。当机器正在运行用户程序时，同时发生第2，3级中断请求，过两个单位时间，又同时发生第1，4级中断请求，试画出程序运行过程示意图。

答：

《南京大学出版社》李学干主编的辅导书 对本题的分析：

为了领会中断响应排队器对中断响应优先次序是用硬件固定的，以及通过由操作系统给各中断级服务程序现行程序状态字中的中断级屏蔽位设置不同的状态，可以改变中断处理(完)的次序这两个要点，下图给出了一个中断响应硬件部分的简单逻辑原理示意图。图中略去了某些实现上的具体细节，因为这些已不是本课程要讨论的内容。

中断级屏蔽位是程序状态字中的一个组成部分。程序状态字是将散布于系统各部分，反映程序工作时某些关键性硬件的状态，组合在一起所构成的字，有的计算机也称其为处理器状态字或程序换道区。每类程序均在主存中指定一个区域来放置其程序状态字。运行一个程序或进程时，就会将其程序状态字从主存指定单元或区域取出送到分散于系统各部分的寄存器或计数器中，建立起运行此程序或进程的环境。一个程序或进程在退出运行时，也会将反映该程序状态的这些寄存器或计数器内容组拼成程序状态字，存回该程序或进程在主存中的指定单元或区域里。因此，程序或进程的切换，只需要通过硬件启动的交换新旧程序状态字的内容即可快速完成。例如，在IBM370系列机上，程序状态字为64位，等于它的长字，交换程序状态字只需硬件启动写长字和读长字两次访存即可完成。

尽管中断请求是随机发出的，为了便于精确保存中断的断点以及在中断处理完后又能返回到原中断处，中断响应排队器总是在每条指令执行到最后一个机器周期的最后一个时钟周期时，对目前到达中断响应排队器入口的所有中断请求排一次队，择优进行响应。在中断响应排队器相应的输出端产生出响应信号。此信号经中断级服务程序入口地址形成硬件，生成出该级中断服务程序的程序状态字在内存区中所存放的地址。同时，经中断响应控制信号启动，进行新旧程序状态字的交换，完成程序的切换。被中断的程序的断点地址(即程序计数器的内容)，由硬件自动压入返回地址堆栈，予以保存。系统切换到新的程序或进程后，继续运行下去。如果新的程序或进程是一个中断服务程序，在运行结束，执行到中断返回指令时，就会从堆栈中弹出所保存的返回地址，再次交换程序状态字，系统又重新返回到原被中断的程序，恢复运行。

当然，低级的中断服务程序在处理过程中又遇到了比其更高级的中断请求时，应允许其被中断，以实现多级中断的嵌套。利用返回地址堆栈的后进先出工作方式，就可以完成中断嵌套时的正确返回。可以看出，只要某道程序运行时，由操作系统在现行程序的程序状态字中，根据对各中断级的中断请求是否屏蔽，设置好中断级屏蔽位的状态，就可以控制这些级别的中断请求是否进入中断响应排队器去参加排队。只有能进入中断响应排队器的中断级请求，才有机会得到响应，从而就可改变中断实际处理完的次序。

应当注意的是，用户程序是不能屏蔽任何中断的。因此，用户程序的现行程序状态字中，对各中断级的屏蔽位均应让其处于“开放”状态。

根据本题中所给出的各级中断处理程序对中断级屏蔽位设置的状况，很容易得出其中断处理(完)的次序应当是1342。因为正处理1级的中断处理程序时，现行程序状态字中的中断级屏蔽位为0000，在其执行期间，任何新的同级和低级的中断请求都不可能进入中断响应排队器进行排队，所以，1级中断处理程序一定会先处理完。当执行3级中断服务程序时，由于现行程序状态字中的中断级屏蔽位为1000，即对1级中断请求是“开放”的，而对其他各级中断请求则处于“屏蔽”状态。所以，只要此时发生1级中断请求，它就能进入中断响应排队器去排队。从而在中断请求排队的微操作发出时，就可打断3级中断服务程序的执行，交换程序状态字，转去执行1级中断处理程序，使之被优先处理完。而在执行3级中断服务程序时，由于现行程序状态字对2、3、4级的中断请求处于被“屏蔽”的状态，所以，它们都不能打断正在执行的3级中断处理程序。其他的情况可以依此类推得到。

3.3.若机器共有5级中断,中断响应优先次序为1→2→3→4→5,现要求其实际的中断处理次求序1→4→5→2→3。

(1)设计各级中断处理程序的中断级屏蔽位(令“1”对应于开放，“0”对应于屏蔽);略

(2)若在运行用户程序时，同时出现第4，2级中断请求，而在处理第2级中断未完成时，又同时出现第1，3，5级中断请求，请画出此程序运行过程示意图。

答：(选自老版主的答案）

1）五个级别的中断屏蔽位分别为（1开放；0屏蔽）： 1：00000 2：10011 3：11011 4：10000 5：10010 2）中断过程示意图：如图

a.2、4中断同时出现，进行排队器； b.按中断响应优先次序，2响应； c.此时屏蔽字为10011，所以； d.响应4，中断4运行结束，回2；

e.1、3、5进入排队器，此时屏蔽字为10011，且1优先级最高，所以； f.响应1，1运行结束，回2，根据屏蔽字，所以； g.5响应，5运行结束，回2；

h.根据屏蔽字，不响应3，所以2运行结束；回用户程序； i.3还在排队器，响应3，运行直到结束，回用户程序

3.4．简述字节多路，数组多路和选择通道的数据传送方式。

答：字节多路通道适用于连接大量的字符类低速设备。它以字节交叉方式轮流为多台设备服务，它可有多个子通道，它们分时进入通道。

数组多路通道适合于连接多台高速设备，每传送一个定长块就选择一次设备，多台设备以成组交叉方式工作。它可有多个子通道。它们分时进入通道。

选择通道方式适合于优先级高的高速设备，让它独占通道，数据传送以不定长方式进行，在数据传送期只选择一次设备。

3.5 如果通道在数据传送期中，选择设备需9.8μs，传送一个字节数据需0.2μs。某低速设备每隔500μs发出一个字节数据传送请求，问至多可接几台这种低速设备?对于如下A～F6种高速设备，一次通讯传送的字节数不少于1024个字节，问哪些设备可以挂在此通道上?哪些则不能?其中A—F设备每发出一个字节数据传送请求的时间间隔分别为(单位为μs)：

设备 A B C D E F

发申请间隔 0.2 0.25 0.5 0.19 0.4 0.21

答：

(1)∵选择设备需9.8μs，传送一个字节需0.2μs ∴该通道完成一个字节的传送需9.8+0.2＝1μs

∵某低速设备每隔500μs发出一字节数据请求，为使数据不丢失，该通道可连设备数至多为500μs/1μs＝500台。

(2)对于高速设备，由于一次传送字节数不少于1024byte ∴该通道一次传送数据的时间为9.8μs+1024×0.2μs＝214.6μs 由表中可得出每台设备发送1024字节的时间间隔分别为 A B C D E F

单位μs 204.8 256 512 194.56 409.6 215.04 ∴为使数据不丢失，B、C、E、F可挂在该通道上。A、D不能。

3.6 某字节多路通道连接6台外设，某数据传送速率分别如表中所列。

设备 1 2 3 4 5 6

传送速率（KB/s）50 15 100 25 40 20

(1)计算所有设备都工作时的通道实际最大流量： 答：实际最大流量＝50+15+l00+25+40+20＝250KB/S。

(2)如果设计的通道工作周期使通道极限流量恰好与通道最大流量相等，以满足流量设计的基本要求，同时让速率越高的设备被响应的优先级越高。当6台设备同时发出请求开始，画出此通道在数据传送期内响应和处理各外设请求的时间示意图。由此你发现了什么问题?

答：由表可解各设备连续发送两个字节的时间间隔分别为： 1 2 3 4 5 6

20μs 67μs 10μs 40μs 25μs 50μs

KB=1024B,s=10^6μs ,设备1的时间间隔为10^6/(50*1024)≈20μs，其他如同1。为简化计算，可视1024为1000

由此发现由于高速设备的响应优先级高，使低速设备6和设备2造成数据丢失。

(3)在(2)的基础上，在哪台设备内设置多少个字节的缓冲器就可以避免设备信息丢失?那么，这是否说书中关于流量设计的基本要求是没有必要的了呢?为什么? 答：在设备6和2中各设两个字节的缓冲区即可。

这并不说明流量设计的基本条件是不必要的，因为若基本条件不满足，无论设备优先级如何确定总有设备的信息会丢失。

阿利：这是我画的通道处理设备请求的示意图。（请点击看全图）

由图中可看出，6号设备有丢失信息现象，解决的办法是在6号设备内设置2个字节的缓冲器。

3.7 通道型I/O系统由一个字节多路通道A(其中包括两个子通道Al和A2)，两个数组多路通道B1和B2及一个选择通道C构成，各通道所接设备和设备的数据传送速率如表所示。（见课本）

(1)分别求出各通道应具有多大设计流量才不会丢失信息；

答：子通道Al的最大实际流量＝50+35+20+20+50+35+20+20＝250KB/S＝O.25MB/S ∴子通道A1至少应有0.25MB/S的流量才不丢失信息。

同理子通道A2的流量必须≥0.25MB/S 子通道B1的实际最大流量＝0.5MB/S ∴B1流量至少为0.5MB/S。

同理子通道B2流量至少设计成0.5MB/S。选择通道C的流量至少设计成0.5MB/S。

计算机系统结构心得体会 篇5

一、填空题（本大题共20分，共 5 小题，每小题 4 分）

1.对硬件堆栈而言，要求其具有 ______，______，______ 和 ______ 的功能。

2.从单机向多机发展的三条途径是 ______、______、______。

3.如果Pi的左部变量也是Pj的左部变量，且Pj存入其算得的值必须在Pi存入之后，则称Pj ______ Pi，如果Pj的左部变量在Pi的右部变量集内，且当Pi未取用其变量的值之前，是不允许被Pj所改变的，就称Pi ______ 于Pj。

4.设浮点数的尾数为4个机器位，当尾数基值为2时，其可表示的最大尾数值为 ______。

5.浮点数0.01|10…0在|处溢出，按截断法，舍入法和恒置1法进行溢出处理，其结果分别为 ______、______、______。

二、基本应用题（本大题共30分，共 3 小题，每小题 10 分）

1.计算Pentium II 450处理机的运算速度。

2.主存容量位4MB，虚存容量位1GB，虚拟地址和物理地址各是多少？若页面大小为4KB，页表长度是多少？

3.某计算机cache采用4路组相联映像，已知cache容量为16kB，主存容量位2MB，每个字块有8个字，每个字32位。问主存和cache地址多少位，如何划分？

三、简答题（本大题共30分，共 5 小题，每小题 6 分）

1.简述脉动阵列机的结构特点。

2.简述并行性开发的途径和相关例子。

3.简述寻址方式中的不同地址个数的含义。

4.简述操作码优化的目的和基本方法。

5.简述软、硬件分配的三个原则。

四、问答题（本大题共20分，共 2 小题，每小题 10 分）

1.简述集中式并行处理机的特点。

2.cache组相联映像中cache和主存地址如何划分？

2014年4月份考试作业计算机系统结构第三次作业答卷

一、填空题

1.相联比较的功能；全下移；部分下移；从堆栈中间取出一项。

2.时间重叠，资源重复，资源共享

3.数据反相关、数据相关

4.15/16.5.0.01、0.10、0.01

二、基本应用题

1.由于PentiumII 450处理机的CPI＝0.5，Fz＝450MHz，因此，MIPS＝Fz/CPIx106＝450/0.5=900（MIPS）。

2.每页4KB，则页内地址12位。主存4MB，则主存共1K页，页号10位。虚存1GB，则虚存共256K页，虚页号18位，页内地址12位，共30位。页表长度256K行。

3.四路组相联意味着每组有4块，每个块8个字，每个字32位（4个字

节），则每块32个字节，cache每组128个字节，共128组。Cache16KB共14位地址，主存2MB共21位地址。

主存地址划分为：

主存高位地址7位

组号7位

块号2位

块内地址3位

块内字节2位

cache地址划分为：

组号7位

块号2位

块内地址3位

块内字节2位

三、简答题

1.答： 其主要特点为：

•结构简单、规整，模块化强；

•数据流和控制流的设计简单规整；

•具有极高的计算并行性；

•脉动阵列结构的构形与特定计算任务和算法密切相关。

2.答：主要有三种途径：

1、时间重叠

多个处理过程在时间上相互错开，轮流重迭地使用同一套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转而赢得速度。

如流水线是典型的时间重叠的例子。

2、资源重复通过重复设置硬件资源来提高可靠性或性能。早期的资源重复以提高可靠性为主，现在则被大量用于提高系统的速度性能。

多处理机是典型的资源重复例子。

3、资源共享利用软件方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一资源，以提高利用率，因而提高整个系统的性能。资源共享包括硬件、软件、信息资源的共享。

多道程序分时系统是资源共享的例子。

3.答：

1、三个地址空间：通用寄存器、主存储器和输入输出设备均独立编址。

2、两个地址空间：主存储器与输入输出设备统一编址。

3、一个地址空间：所有存储设备统一编址，最低端是通用寄存器，最高端是输入输出设备，中间为主存储器。

4、隐含编址方式：实际上指明缺省的地址空间，如堆栈、Cache等。4.答：操作码优化的目的是缩短指令字长度，减少程序总位数，增加指令字所能表示的操作信息和地址信息。

其基本方法有：定长编码、Huffman编码和扩展操作码编码。

5.答：

1、软、硬件功能分配第一原则

在现有硬件和器件（逻辑器件和存储器件）条件下，系统要有高的性价比。

2、软、硬件功能分配第二原则

考虑到准备采用和可能采用的组成技术，使它尽可能不要过多或不合理地限制各种组成、实现技术的采用。

3、软、硬件功能分配第三原则

既要考虑便于应用组成技术的成果和发挥器件技术的进展，也要考虑硬件对编译和操作系统及高级语言程序设计的支持。

四、问答题

1.答：该种并行处理机的特点为：

1、系统存储器由K个存储体集中组成，处理单元之间通过ICN共享；存储体体数K应等于或多于处理单元数N。

2、数据需合理地分配到各个存储体中。

3、ICN成为处理单元与存储体之间进行转接的数据通路。

计算机系统结构心得体会 篇6

心得体会

通过参加信息系统集成高级项目经理的继续教育过程中，感到这次的坚持不懈的学习对我日常的工作有很重要的理论提高和指导实践工作的作用。我觉得在以下三点我有很大的收获：

1、厘清了项目管理过程中长期解决不了的理论知识与实际项目紧密联系的问题，例如在某涉密项目的软件系统开发过程中，针对客户不断提出的需求，在已经严重影响到项目进展和突破成本预算的时候，我适时的通过继续教育中学到的新的范围管理的知识点，巧妙的规避了潜在的项目风险，也取得了客户较好的满意度，保障了项目的正常进展。

2、利用管理知识带好团队是一门学问也是一种艺术。作为高级项目经理，在项目管理层面上，我觉得80%的精力主要花在沟通上，与客户的沟通，与项目团队的沟通。与人的沟通能力也是在不断学习中培养出来的，高效的协作团队是项目成功的基础。通过学习，我较好的掌握了不少成功的项目案例的学习，应用在实际的工作中，受益匪浅。

计算机系统结构心得体会 篇7

在计算机专业人才培养中, 有两类能力非常重要, 一类是基本的设计和开发能力, 特别是具体的开发技术和技能等;另一类是从总体、系统的角度来分析和解决问题的能力以及自主创新能力。前者直接关系到学生毕业后的就业问题, 而后者则对毕业生的进一步发展有很大的影响。“计算机体系结构”课程特别强调培养学生的后面这一种能力。

“计算机体系结构”是计算机专业一门重要的专业课, 它是在学生学习完主要的软硬件基础课程之后, 让学生从整体系统和总体设计的角度来理解和研究计算机系统, 学习如何根据各种实际应用的需要, 综合考虑软硬件进行合理的功能分配, 设计和构建尽可能高的性价比的计算机系统结构。计算机系统结构课程涉及评价、设计和使用计算机系统的重要技术理论。通过本课程的学习, 学生能够比较全面地掌握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, 建立计算机系统的完整概念, 并理解计算机基本结构和功能;计算机基本部件的构成和组成方式;基本运算的操作原理;操作方式和实现;计算机的设计技术, 如指令系统的设计与实现、存储系统的设计和实现、I/O系统的设计与实现;提高计算机性能的途径, 如流水线、并行处理机等。本课程强调培养学生的抽象思维能力和自顶向下、系统地分析和解决问题的能力, 强调培养学生的创新思维和创新能力。

2 课程内容及特点

“计算机系统结构”课程是从外部来研究计算机系统, 即使用者所看到的物理计算机的抽象、编写能在计算机上正确运行的程序所必须了解的计算机属性、软硬件功能分配及分界面的确定。

2.1 课程内容

“计算机系统结构”课程本科教学时长安排为50学时, 实验为20学时。课程内容包括计算机系统结构概论;数据表示、寻址方式与指令系统;输入输出系统;存储体系;互联网络;向量处理机;并行处理机;多处理机和课程实习等, 其中重点讲授内容为存储体系和指令级并行技术。前者是体系结构设计中的瓶颈问题, 是系统成败的关键;后者为计算机体系结构中的经典问题, 流水、并行等设计思想在结构设计中随处可见。课程中的新内容为超标量、超流水处理机;指令级高度并行的超级处理机;多核处理器;多处理器系统及其并行计算等。本课程知识结构图如图1所示。

2.2 课程特点

“计算机系统结构”课程具有以下特点:

a.综合性强。本课程开设在第6学期, 先修课程主要有:计算机组成原理、汇编语言、高级语言程序设计、数据结构、编译原理和操作系统等。教学中要求学生对各课程所学知识进行融会贯通。

b.理论性强。本课程概念多且内容抽象, 增加了教学难度。

3 教学改革探讨

由于“计算机系统结构”课程概念多且抽象, 学生学习吃力, 课程内容又随着计算机软硬件技术的发展而不断更新;本课程与学生前面已经学过的一些先修课程在内容上也有一些重叠;在教学方式方面, 目前主要是采用老师讲、学生听的方式, 学生始终处于被动接受的状态。综合以上多种原因, 需要在当前的教学环境下, 综合应用多种不同方式的教学, 激发学生的学习兴趣。

3.1 与相关课程内容上的协调

“计算机系统结构”与“操作系统”、“计算机组成原理”和“微机原理与接口技术”等先修课程在内容上有一定的重叠, 但又有着很强的逻辑联系, 因此, 应加强系列课程之间横向、纵向联系与分工的研究, 仔细区分其在知识结构和专业层次上的不同, 减少与先修课程的重复, 突出本课程的重点内容和核心思想, 把握好教学重点并合理制定教学计划。

以上几门课程中有相同内容, 如计算机系统、数据表示、指令系统及寻址方式、输入输出系统、总线、CPU控制器、存储系统等。为了避免讲授上内容的重复, 应分层次地明确各课程的讲授重点, 内容划分思路是:相关课程中主要强调基本原理, 而“计算机系统结构”中着重强调性能优化方法。如对于计算机系统的概述, “计算机组成原理”中介绍计算机各部件的基本概念、功能, 而“计算机系统结构”中则讲授更高层次掌握计算机系统全局概念和量化方法;对于数据表示、指令系统及寻址方式, 在“计算机组成原理”中让学生了解计算机计算机运行原理, 而“计算机系统结构”中则讲解各指令系统的特点及设计准则、RISC和CISC指令集的结构;对于中央处理器, “计算机组成原理”中讲解运算器和控制器工作原理, 而“计算机系统结构”中则通过流水线和指令级并行技术来明确处理性能的优化方法;针对存储器部分, “操作系统”中只讲解各类存储器的工作原理及存储层次的概念, 而“计算机系统结构”中着重讲解存储层次的设计和性能优化方法;输入输出系统在“微机原理与接口技术”中介绍常见的I/O设备及接口控制原理, 而“计算机系统结构”中则详细进行I/O系统性能的分析方法、向量处理机及多处理机技术。

因此, “计算机系统结构”课程的重点在于讨论系统的全局结构和优化方法, 应讲清硬件结构、操作系统、编译和高级语言之间的关系及性能分析中各因素的影响。

3.2 教学内容改革

随着计算机学科的发展, 紧紧跟踪计算机科学技术发展前沿, 合理整合有关教学内容仍是一项持续而长远的工作。如何在教学内容中体现先进技术, 并在有限的课时内协调经典知识和先进技术的的融合及课时分配, 是教学改革要始终关注的问题。

本课程对教学内容的更新主要体现在教材的不断更新上, 为此需要淘汰一些旧知识, 也需要增加一些新概念和新方法。如通过存储层次内容中“虚存及保护”的深化、复杂存储系统中存储层次和结构的深化、多核技术中并行处理技术的深化和先进的I/O及并行处理的互连技术等几个方面对内容进行更新。为此, 我们始终关注计算机科学技术的发展, 坚持对国内外著名大学教材的比较研究, 坚持经典与现代相结合、理论与实用相结合, 强化采用量化分析方法, 减少大量冗长的定性描述, 使课程内容始终保持先进性。

3.3 教学方法改革

本课程教学改革的主要思路是:与时俱进, 注重规律, 强调理论与实践的结合。在教学方法上的改革主要包括:

3.3.1 有效利用现代手段, 注重信息反馈调查

在教学中, 充分利用现代教育技术和资源, 采用多媒体教学法, 精心制作与完善多媒体课件, 通过动画演示将抽象概念与信息流程形象生动化;通过网络课程建设, 以在线答疑、思考提示、模拟考试等互动方式进行启发式教学;通过QQ群进行即时的沟通交流;在加大信息量、保证内容丰富与先进的同时, 还应考虑学生的消化吸收能力。对学习潜力很强的学生加强指导, 鼓励学生个性发展。定期教学研究和集体备课, 取长补短, 使课程建设不断有所提高。在期中与期末进行调查反馈, 进一步优化教案。

3.3.2 继续加强实践环节, 鼓励学生实验创新

“计算机系统结构”课程应强调实践教学, 课程实验是学生加深对课堂知识理解、锻炼综合运用能力的主要途径, 将使学生的创造力和综合思维能力得到极大的启发。

本课程的实验硬件采用了“TDN-CM++计算机组成原理及系统结构教学实验系统”实验箱, 选择开设如RISC处理器、流水线处理机和超标题流水处理机等的硬件实验。另外鼓励学生运用所学知识开展新的实验, 对实验中有所创新的学生在平时成绩中予以体现;在不降低课堂教学课时和硬件实验学时的前提下, 增加实验环节的学时数, 如让学生通过开放实验室对课程中涉及到的如存储体系中多种页面替换算法、并行处理等内容进行软件的模拟仿真实现。通过这些实验, 学生可将多门课程中的软硬件知识有机地结合起来, 建立起计算机系统的完整概念, 并将抽象的理论与实际相结合, 深化对理论知识的理解, 掌握了量化分析方法, 基本能达到从总体结构、系统分析角度来研究、分析和评价计算机系统的目的。

4 结论

随着社会对于计算机软硬件双重技术人才需求的不断扩大, 掌握计算机系统结构的基本原理、关键技术、分析和设计方法等知识, 对于计算机专业学生的就业和深造越来越重要。介绍了在“计算机体系结构”课程教学中的一系列改革, 并在实践中取得了良好的效果。当然, 在其它方面还有许多工作, 如系统结构的新技术和新发展先进内容的引入, 模拟实验课的开设, 综合性的实验的设计等, 还需要在以后的教学实践中进行不断地探索和尝试。

参考文献

[1]李学干.计算机系统结构 (第四版) [M].西安:西安电子科技大学出版社, 2006.

[2]姜晶菲, 肖侬, 王志英等“.计算机体系结构”课程建设及改革思考[J].计算机机教育, 2009 (3) :3-5.

[3]杨小龙.计算机组成原理与系统结构实验教程[M].西安电子科技大学出版社, 2004.

计算机系统结构心得体会 篇8

关键词：评卷误差；质量评价；网上评卷；评卷系统

0引言

1989年教育部考试中心确立了《关于高考实施标准化考试的规划》，定义标准化考试为应用现代考试测评理论，采用计算机技术，以降低评卷误差，达到准确公正的目的。

标准化考试只是使用OMR技术解决了客观题的评卷误差问题。但是对主观题的评卷继续采用人工评卷方式，由于评卷员的观点、经验、看法不同，对同样的答题，可能会产生给分的分歧，对考生的评分就不可避免地存在误差。这里所说的评卷误差，是指因评卷员掌握评分标准的差异而导致自己与其他人员不一致或者自己在不同时间段不一致所产生的评分偏差或者由于其他原因造成的偏差。产生评卷误差的原因是多种多样的，但它是客观存在的，只能控制，不能完全消除。现用的纸张评卷方式在误差监控上缺乏有效的手段，为了更好地做到有效地控制误差，提出了网上评卷的模式。

“网上评卷”就是通过扫描设备，把考生的纸质答卷扫描后变成数据流的电子答卷，评卷员分别在自己的计算机上评阅答卷，不会受到其他评卷员的打分结果的影响，可以完全做到独立根据评分标准进行评分。利用相关的计算机技术和手段，能够及时发现评分误差并采取相应的措施，达到控制评分误差、保证评卷准确性的目的。

1评卷误差及其产生的原由

大规模教育考试的目标是为了对考生进行教育决策提供决策依据，因此，大规模教育考试都是高信度考试，与考生及考生家庭甚至学校的利益密切相关。

大规模教育考试的目标和性质决定了考试结果误差必须尽可能少，具有高度的可靠性——信度；这里可以将考试结果解释为考生学科素质的标志，以考试分数为依据对考生进行决策，所以要求大规模教育考试的结果必须具有高度的信度和效度。

考试的信度和效度取决于很多因素，如考试的测量目标是否准确、测量目标的行为目标及其表现水平标准是否明确；试卷的长度及试卷的结构；考试试题的类型、试题的难度、试题撰写的质量等。

由于我国的大规模教育考试一般都是高利害考试，因此考试的效度和信度是教育考试最重要的质量指标，而对考试效度和信度威胁最大的是三种来源的测量误差，它们是：

(1)对所要测量的考生知识与技能、方法与能力内涵及其与之相关的行为目标的定义方面的误差；

(2)在所要测量的考生的知识与技能、方法与能力及其行为目标确定的条件下，试题的设问、应答与要测量的行为目标相关程度方面的误差；

(3)评分标准以及评卷员对评分标准各种不同的理解和使用方面的误差。

第一个方面的误差主要在考试的设计阶段对其进行控制，第二个方面的误差主要是在命题阶段加以控制，而第三个方面的误差主要在评分阶段进行控制。

可见，评分阶段对误差的控制是保证考试结果信度以及考试结果解释和使用效度极其重要的一环，必须对评分进行科学的组织和管理，对评分误差进行有效的控制。

评分阶段的误差主要来源于主观题评分。主要有两个方面：一个方面是由于每个评卷员对评分标准的理解和掌握不可能完全一致；另一个是评卷期间同一评卷员不能始终如一地应用评分标准所形成的评分误差。

2网上评卷需要进一步研究解决的问题

大规模教育考试的网上评卷作为新生事物发展到现在，已在全国二十多个省市自治区得到推广，从发展方向和趋势看，已得到社会各界的肯定，但无论是在理论上还是在流程和方法上都需要进一步的研究和实践。如何根据网上评卷的特点进一步在大规模教育考试中发挥优势，并在系统和软件设计上进一步提高和完善，是一个需要长期研究的课题。

网上评卷需要继续研究解决的问题主要有：

(1)评卷模式

现有网上评卷的评卷模式起源于广西考试院对英语、语文两门文科科目作文的评分，随机分发机制对解决文科科目作文评卷员“背对背”引起的主观误差问题起到了较好的效果。 但是，随着全国各省高考网上评卷全科目的推广，特别是理科学科，只有评卷员评分的客观差错，而没有也不应该出现主观误差，这样就导致目前的随机分发机制出现了不适应。寻求新的评卷模式和质量控制模式，是网上评卷今后要重点解决的问题。

(2)评卷组织结构

传统的考试评价已形成一套行之有效的组织管理体系，在评卷领导小组领导下的学科组组织分为：学科组长、专家组、质检组、题组长(包括大题组长、小题组长)、评卷员五层结构。但目前的网上评卷系统基本上只设置了三层，即大题组长、小题组长、评卷员，并将学科组长、专家组和质检组的部分功能混杂在大题组长和小题组长中。这样就使得学科组长、专家组和质检组不能充分有效地干预评卷进程，也无法实时发现评卷过程中存在的问题。

(3)评卷流程

第一，挑选样卷的流程是网上评卷前期的重要过程，目前的网上评卷系统没有充分了解评卷学科组的需求。第二，试评阶段非常重要，要重点研发，因为试评阶段涉及评分标准制定的是否合理、评卷员对评分标准的理解和掌握，评分标准的修正，所以应有各项统计数据，特别是对评卷员应有初步评价，以便正式评卷时对可能有问题的评卷员重点监控。目前的网上评卷系统必须加强试评的功能要求，并在无评卷员提问题后再开始正评。第三，目前的网上评卷系统基本上不能提供完整的成绩统计与分析报表。第四，目前的网上评卷系统基本上不能提供有效的评卷员综合评价报表，不利于学科组对评卷员的评价管理。

(4)评卷参数的设置

目前的网上评卷系统不能够很好地针对不同的学科和题目设定不同的评卷模式和给分模式，不能够合理恰当地设置评卷参数，及时有效地监控评卷质量和进度。

3网上评卷系统的质量评价指标

3.1网上评卷系统主要的质量评价指标

(1)统计指标。统计指标主要有“平均分”和“标准差”。平均分可以显示出评卷者给分有没有偏高或偏低的问题；标准差显示给分的离散程度。统计指标主要用于评卷质量的监测。

(2)一致性评价指标。一致性评价的目的是评价评卷员的评分标准是否与专家一致(专家一致性)、与题组总体一致(总体一致性)、与自己前后评分一致(个人一致性)。通常采用相关系数法进行一致性评价。

(3)趋中性评价指标。趋中性评价即判断评卷员是否给“保险分”。主要适用主观性较强的科目如语文、外语，特别是作文。评价指标包括标准差系数和保险分系数。

(4)综合评价指标。综合评价指标用于单位时间内的有效评卷次数给分与最终结果分的分差的绝对值小于或者等于控制误差值的一半时，计为一次有效评卷。

显然，当评卷员有效率高，评卷时间少，评卷总量大，其综合评价指标就高。但该指标不能明显区别“慢而好”与“差而快”，因此，也是一个相对指标。

3.2主观题评分的质量评价指标确定原则

(1)主观性较强的科目，如语文、外语、历史、地理、文科综合，多人评分能使误差控制在最小范围之内，所以，应尽量采取多人评分。包括指定三评、组长仲裁、专家组讨论等形式，上述评价指标可全部采用。

(2)主观性较弱的科目，如数学、物理、化学、生物、理科综合，多评并不能显著提高评卷质量，反而增加工作量及管理复杂性。趋中性评价指标的实际控制作用不大，可不采用，只用一致性及综合评价指标，但须加强评卷质量抽查的力度。

(3)上述评价指标只能是相对指标，具体评卷员的评卷质量还需结合抽查评卷员的评卷过程进行认定。

4网上评卷系统的技术架构

4.1网上评卷系统技术平台

网上评卷系统平台产品应按照大规模教育考试和网上评卷的相关工作流程，通过对评卷的业务逻辑重组，利用计算机网络信息系统集成技术、TCP／IP技术、数据库技术、中间件技术、XML技术、信息安全技术等来构建。

在这个平台上将实现：

①基于Internet／Intranet、异构计算机和操作系统平台的网上评卷系统产品；②网上评卷信息化标准与数据接口规范；⑨网上评卷的组织与权限管理模型；④网上评卷的质量与进度监控模型；⑤网上评卷的成绩核查模型；⑥网上评卷的评卷员评价模型；⑦网上评卷的成绩统计与分析模型；⑧网上评卷信息安全模型。

4.2网上评卷系统的体系结构

为了满足网上评卷及其不断增加的相关新业务需求，要求网上评卷系统采用分布式应用的多层体系结构，使得系统在体系结构上能保持良好的可扩展性、高可用性和技术先进性。

分布式应用的三层体系结构如图1所示。

其中：第一层是表示层，主要完成向用户展现各种数据以及收集用户提交的各种数据，并进行简单的数据检查工作。第二层是商业逻辑层，主要完成对数据的商业逻辑运算。第三层是数据库层，负责数据的存储、访问及优化。

三层体系结构的优势在于：首先，通过将整个系统分为不同的逻辑块，客户端和应用服务器、应用服务器和数据库服务器之间的通讯、异构平台之间的数据交换等都可以通过中间件来实现。当业务逻辑改变时，客户端并不需要改变，可以大大提高系统模块的复用性，缩短开发周期，降低维护费用。其次，大大增强了系统的扩展性。由于系统功能模块化，既可以将系统更完善地升级，又可以适当增加系统的其他应用。

网上评卷系统分布应用的多层体系架构如图2所示。

4.3网上评卷系统的功能层次

(1)数据层：由一系列数据库服务器构成了网上评卷系统的数据中心。

(2)系统核心服务层：由业务中间件集构成与评卷业务逻辑相关的服务，同时提供支持各子系统协同的基于消息中间件集的服务。这些服务在统一的服务控制策略管理下运行，更改服务控制策略，可以重构不同的业务流程。系统核心服务由一个系统管理工具来配置与管理。

(3)数据通讯层：本层完成两项功能，第一，通过内容管理为应用系统提供应用逻辑的数据视图以及数据访问；第二，提供和其它系统进行数据交换的网关，比如和网上报名、网上填报志愿和网上录取系统之间进行数据交换的网关等。

(4)信息安全层：在本层中通过身份认证以及其它一些信息安全策略对系统提供信息保护。

(5)应用层：实现网上评卷系统的权限管理、扫描与数据处理、主客观题评卷、质量与进度监控、成绩核查、评卷员评价、成绩统计与分析等子系统的功能。

4.3网上评卷系统的软件结构

为了满足网上评卷系统的可扩展性以及可维护性的要求，系统的软件实现一般划分为以下几个部分：用户管理、界面处理、业务提取、业务处理和业务代理，如图3所示。

4.5网上评卷系统的信息安全

计算机体系结构论文剖析 篇9

题目: 计算机体系结构的发展史

2015年12月

计算机体系结构的发展史

摘要

本文回顾了计算机体系的发展历程，并分析了计算机体系的发展和技术研究的关键: Cell和多核等新型处理结构和可重构计算技术。提出了新的计算机体系结构，为计算机研究和应用提供参考。

关键词： 计算机体系 微处理器 多处理器 可重构 多核

目录

引言................................................................1 计算机体系的发展历程................................................1 Cell和多核等新型处理器结构带来新的方向.............................3 可重构技术与多核技术的融合..........................................6

引言

现代计算机的发展历程可以分为2个时代：串行计算时代和并行计算时代。并行计算是在串行计算的基础上，由一组处理单元组成，处理单元彼此通过相互之间的通信与协作，共同高速完成一项大规模的计算任务。而每一个计算时代都是从体系结构的发展开始，然后才是基于该结构的系统软件(特别是编译器与操作系统)、应用软件的发展，最后随着问题求解和发展而达到顶峰。

计算机系统结构也可以称为计算机体系结构。1964年Amdahl等人提出了计算机系统结构这个概念。他们把系统结构定义为程序员所看到的计算机系统的属性，即计算机系统的概念性结构与功能属性。这些属性是机器语言程序设计者（或者编译程序生成系统）为使其所设计（或生成）的程序能在机器上正常运行，所需遵循的计算机属性。这些属性是计算机系统中由硬件或固件完成的功能，程序员在了解这些属性后才能编出在传统机器级上正确运行的程序。因此，计算机系统结构概念的实质是确定计算机系统中软硬件的界面。界面之上是软件的功能，界面之下是硬件和固件的功能。

微电子技术和封装技术的进步，使得高性能的VLSI 微处理器得以大批量生产，性能价格比不断合理，这为并行多处理机的发展奠定了重要的物质基础。

计算机系统性能增长的根本因素有两个：一是微电子技术，另一个是计算机体系结构技术。五十年代以来，人们先后采用了先行控制技术、流水线技术、增加功能部件甚至多机技术、存储寻址和管理能力的扩充、功能分布的强化、各种互联网络的拓扑结构以及支持多道、多任务的软件技术等一系列并行处理技术，提高计算机处理速度，增强系统性能。多处理机体系结构是计算机体系结构发展中的一个重要内容，已成为并行计算机发展中人们最关注的结构。

计算机体系的发展历程

随着计算技术的发展，计算机体系也在不断发展变化。20世纪60年代初期，随着晶体管和磁芯存储器的出现，处理单元和存储器实现小型化，并行计算机开始出现。到了20世纪60年代末期，单一处理器中可以集成多个功能单元，产生 了流水线技术。该技术与单纯提高CPU时钟频率相比，大大提高了并行计算机系统的性能。

当时，伊利诺依大学和Burroughs公司开始着手实施Illiac Ⅳ计划，研制1台64颗CPU的SIMD主机系统，涉及到相关硬件技术、体系结构、I/O设备、操作系统、程序设计语言，以及包括应用程序在内的众多研究课题。1975年，随着一台规模大大缩小的原型系统(仅使用了16颗CPU)的面世，新的计算技术也得到了发展。

首先是存储系统的概念，提出了虚拟存储和缓存的思想，大大提高了计算机的整体性能。其次是半导体存储器开始代替磁芯存储器，大大缩小了存储器的体积并提高了访存速度。集成电路技术也被广泛而迅速地应用到计算机技术中。1976年Cray-1问世，向量计算技术被应用到高性能计算机中。Cray-1对所使用的逻辑电路是经过精心设计的，采用RISC精简指令集，引入向量寄存器，完成向量运算。

20世纪80年代开始，微处理器技术高速发展，随着机器的字长从4位、8位、16位一直增加到32位、64位，其性能也随之显著提高。卡内基·梅隆大学提出共享存储多处理器体系结构，并在当时流行的DEC PDP-11小型计算机的基础上研制出1台由16台PDP-11/40处理机通过交叉开关与16个共享存储器模块相连接而成的共享存储多处理器系统C.mmp。伯克利加州大学对基于SMP方式的总线协议进行扩展，提出了Cache一致性问题的处理方案。从此，C.mmp开创出的共享存储多处理器体系结构便成为服务器和桌面工作站的主流。

20世纪80年代中期，基于消息传递机制的并行计算机开始出现，加州理工学院将64个i8086/i8087处理器通过超立方体互连结构连接起来。此后，便先后出现了Intel iPSC系列、INMOS Transputer系列、Intel Paragon，以及IBM SP的前身Vulcan等基于消息传递机制的并行计算机。RISC 精简指令集计算机，用20%指令的组合实现了CISC 计算机指令系统不常用的80%指令的功能。在提高性能方面，RISC 采用了超级流水线、超级标量、超长指令字并行处理结构；多级指令Cache；编译优化等技术，充分利用RISC 的内部资源，发挥其内部操作的并行性，从而提高流水线的执行效率。20 世纪80 年代后期，RISC 处理机的性能指标几乎以每年翻一番的速度发展，它对于提高计算机系统的性能和应用水平起着巨大的作用。目前，由Intel 和HP 两家公司联合开发的基于IA—64 架构的Merced 芯片，并由其共同定义的显式并行指令计算技术EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computing)，将为微处理器技术的发展带来突破性进展。EPIC 技术主要指编译器在微处理器执行指令之前就对整个程序的代码作出优化安排，编译器分析指令间的依赖关系，将没有依赖关系的指令(最多3 个)组成一“组”，由Merced内置的执行单元读入被分成组的指令群并执行。从理论上讲，EPIC 可以并行执行3 倍于执行单元数的指令。64 位体系结构的Merced 芯片还采用了指令预测、数据预装等技术，可以显著地减少实际执行程序的长度，同时增强语句执行的并行性，经过代码的重组，程序的执行时间比基于传统体系结构的微处理器几乎减少了一半；更加不同凡响的是，可以消除分支预测错误的三分之二。IA—64 微处理器具有128 个通用寄存器以及128 个浮点寄存器，而目前基于RISC 的微处理器通常只有32 个寄存器。它还具有更为丰富的与大量寄存器相连的附属功能部件，使得其应用更为广泛，同时内部各功能部件之间的可伸缩性扩展了机器的“宽度”，提高了系统的性能。容量更大的Cache 以及更多的读写端口，使得基于IA—64 微处理器的速度不再受到存储延迟的限制。EPIC 设计的Merced 芯片可并行处理十几个运算，而当今最优秀的芯片也只能并行处理4 个运算操作。EPIC 芯片用并行方式执行任务而不用顺序执行，这将使其速度比现在的CISC 和RISC 芯片至少快两倍。只有0.18 微米微小距离的迹线间宽度也使芯片时钟能够达到900MHZ。使用EPIC 设计的Merced 是第一个被分为三部分的芯片：一部分运行CISC，另一部分运行RISC，第三部分运行EPIC。把三种体系结合于一块芯片意味着现存的应用程序将仍然可以运行在基于新芯片的服务器上。

Cell和多核等新型处理器结构带来新的方向

随着人们对计算机CPU速度的不断追求和微电子技术的发展及限制，一种新的处理器结构开始出现，它就是Cell和多核架构技术的实现。

Cell架构是1个单芯片多核处理单元，处理单元之间共享存储器资源。与多核处理器不同，Cell主要采用协处理器方式，然后依靠多个处理器并行技术来实 现运算速度的提高。尽管存在应用程序难以充分利用的弊病，但是其综合效率以及功耗控制都非常理想，开创了完全可扩展的架构模式。从而为大型机、服务器、以至包括手机在内的所有消费类电子产品提供1个统一的架构平台。只需要改变频率、内核数量等相关参数，即可保证在1个机器上开发、在所有机器上运行，大大节省了软件移植所带来的费用。因此，使用Cell的手机完全可以与相应的服务器进行直接沟通和资源共享，从而把这些小资源集合成为一个庞大的计算资源，构成一个真正的信息化时代。在这个资源体系中，每个资源节点可能是微不足道的，但是每个节点的运算都可能被整个资源库无穷放大，从而构成一个完整的Cell网络，为消费类电子的信息网络化带来真正的革命。

多核处理器的出现则是一场新的计算方式的革命[1，2]。2006 年，处理器开始从单核向多核处理器发展，多核处理器已不再局限于高端服务器，开始向 PC机普及，多核处理器使 PC 机变成并行式计算机。在多核处理器逐渐成为市场主导后，怎样利用多核的优势来优化并行程序设计成为一个需要研究和解决的问题。多核设计的出现为摩尔定律转向基辛格规则带来了生命力。英特尔推出了双核、四核至强和双核安腾处理器，AMD也推出了双核、四核皓龙芯片，IBM的Power5+芯片也是双核设计，针对HPC和图形运算的Cell芯片更是拥有1+8个核，SUN公司的Ultrasparc T1拥有8个核，Clearspeed(96核)、思科NPU（192核）、RIKEN（512核）更是推出了拥有数十个甚至数百个核的芯片，预计到2020年，千核CPU也会诞生。同时，多核技术在高性能计算中也已获得了广泛应用。

3可重构计算技术带来新的亮点 以前的计算机硬件技术都是固件化的，无法随着环境的改变而改变，产生大量的电子垃圾，不利于环保经济的发展，而可重构计算技术的出现则为我们带来了曙光。可重构计算就是通过实现硬件的可编程技术来满足不同计算任务的需求，从而达到最佳性能，且要求这种硬件结构的变化能实时地适应计算任务要求的变化。这种体系结构可变的特点，可以满足实际应用中的多元化需求。实现可重构计算的底层技术有FPGA（现场可编程门阵列）和CPLD编程技术。

在处理器芯片体系结构设计中采用可重构计算技术的基本思想是通过动态配置片上大量的处理单元、存储单元和互连单元，来支持各种不同类型并行性的计算模型，从而能在一个很宽的应用范围内达到高性能，提高片上硬件资源的利用率。基于可重构计算技术实现的多型微处理芯片体系结构能够很好地利用半导体技术发展提供的能力，在解决应用的多样性问题的同时，还可解决片上资源利用率、设计复杂性、系统可靠性以及降低成本和功耗等多方面的问题。可重构计算技术在处理器芯片设计中的应用改变了传统的指令集体系结构、微体系结构设计和实现技术。

可重构计算技术[3-5]使计算机硬件的设计不再复杂，硬件不再只是“硬”，也具备“软”的特性，即硬件可“编程”。在可编程的介质中提供强大的计算能力和密度，使得在单片系统上以低硬件复杂度开发出各种类型的应用, 同时能够针对应用中固有的并行性特征动态配置多个微体系结构模型，从而大幅度提高计算系统性能、降低功耗和设计的复杂性。

在设计中通常采用“自顶向下”的方法，即把系统分为若干模块。原则是使得每个模块有较独立的功能，模块之间的耦合尽可能小（通常表现为相互通信尽量简单）。划分之后，再分别实现每个模块，最后把模块像搭积木似地组装起来。其中某些模块可以做成现成的，可供设计时使用，即IP核心，它可以重复使用，从而提高了设计效率。再配合成熟的EDA工具作为设计流程的工具链，这样设计就显得相对容易。当然相对使用高级语言的软件编程，仍然是难于设计和缺乏灵活性的，其实IP的思想与软件的静态链接库很相似。可以把IP核心封装成软件可调用的库的形式。库分为静态库和动态库，动态库允许在程序执行时按需加载和卸载。这相当于硬件在设计运行时，IP核心可以动态地载入和卸出，当然前提是并不破坏原有程序和数据。把IP核心封装成动态库，将是可重构计算平5 台最为核心的思想。

随着芯片设计技术的SoC化，如何在1个芯片中集成很多现有的IP核，快速设计系统成为未来研究发展的重点。这时，IP核的可重用性和可更改性就成了最关键的技术，而开放源码的IP核将提供方向。中国有案可查的开放源码硬件项目是2001年3月启动的OpenARM项目，在“中国芯”盛行的那几年里，不少学校和研究单位参考开放源码的处理器设计了自己的微处理器。这个时期，中国利用开放源码硬件的资源进行IC设计的方法开始悄然流行。中国工程院院士许居衍的论文《半导体特征循环与可重构芯片》中基于此技术的发展提出 “许氏循环”[3]，半导体产品的主要特征将沿着“通用”与“专用”循环波动，每10年1次，从2018年～2028年，将会重新走向通用。“许氏循环”发展图如图2所示。

许居衍的依据是，因为“可重构计算是1个难度颇大、涉及面甚广的课题，尽管当前很多人在研究，但是无论在器件结构、系统结构还是在设计方法学方面，均存在不少问题，仍有很长的路要走。可重构计算技术的发展，最终将推动主流应用进入U-SoC通用波动。只通过对‘毛坯芯片’(Raw Chip)的配置编程就可以得到用户自定义的功能电路，从而引导半导体产业结构演变，最终促进芯片应用创新Designless 模式的兴起”。所谓的Designless，就是无需设计、自动生成集成电路，工程师只需要关注应用和功能层面即可。但实现Disignless的前提是必须软硬件都开放。因为如果只开放软件，不知硬件细节，还是无法生成一个完整设计。因此，一个逻辑的发展应是“硬”、“软”均可编程，即算法可编程、可重构器件也可编程的U-SoC。

可重构技术与多核技术的融合 自从计算机发明以来，冯·诺依曼体系结构一直占据计算机体系结构的统治地位，科学家和工程师们在此基础上不断研究硬件和软件，使CPU和存储器技术得到了飞速的发展，也为信息化、网络化奠定了基础。随着人们对信息化的要求越来越高，冯·诺依曼体系结构已经无法满足人们的技术需求和发展要求，对计算机的要求不再仅仅是高速计算，同时更应具备信息处理和智能升级能力。可重构技术与多核技术的出现为此提供了基础。笔者认为新的计算机体系结构将是：(1)CPU将不再由1个核组成，而是由多个核组成的Cell；(2)存储器将不是中心，取而代之的将是信息通路；(3)计算机不再是五大部件，而是由多个信息处理节点构成，每个节点的智能化[5]和集成化越来越高；(4)程序设计将包括软件和硬件设计，生产商们提供的产品将是一个个封装好的中间件，作为应用者将勿需关心程序设计，只需要关注专业设计，对于应用者将会更加友好。新的计算机体系结构如图3所示。