计算结构力学教学大纲（精选8篇）
二、课程简介
本课程是计算机科学与技术及网络工程专业一门重要的专业课，对于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有非常重要的作用。其目标是使学生掌握计算机系统结构的基本概念、基本原理、基本结构、基本设计和分析方法，并对计算机系统结构的发展历史和现状有所了解。通过学习本课程，能把在“计算机组成原理”等课程中所学的软、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。
三、课程性质与教学目的
《计算机系统结构》作为计算机科学与技及网络工程专业高年级本科生的专业课程，目的是介绍计算机系统结构的概念、技术和最新动态，着重介绍软，硬件功能分配以及如何最佳、最合理地实现软、硬件功能分配。要求了解基本概念、基本原理、基本结构和基本分析方法。使学生对计算机系统结构、组成和实现有一个整体掌握。
四、教学内容及要求
第一章 计算机系统结构的基本概念
（一）目的与要求
1.掌握计算机系统的多级层次结构，掌握计算机系统结构、计算机组成与计算机实现的定义及三者之间的关系。理解透明性、虚拟机的概念。2.理解系列机和软件兼容的基本思想。3.了解计算机的分代和分型，了解应用需求和计算机实现技术的发展对系 统结构的影响。
4.掌握存储程序计算机在系统结构上的主要特点。了解对这种系统结构所 作的改进。
5.了解计算机性能的若干定义。知道评估计算机性能的测试程序。6.掌握计算机系统结构设计的三个基本原则，并能熟练应用Amdahl定律
和CPU性能公式求解问题。
（二）教学内容
1.主要内容
计算机系统结构层次、计算机系统结构定义、计算机组成与实现、计算机系统结构的分类、计算机系统设计的定量原理、计算机系统设计者的主要任务、计算机系统设计的主要方法、计算机系统结构的评价标准。2.基本概念和知识点 计算机系统层次结构、系统结构和组成以及实现三者之间的关系、透明性、1 Amdahl定律、CPU性能公式、局部性原理、MIPS定义、MFLOPS定义、系统结构分类、冯·诺依曼计算机特征、计算机系统结构的发展、VLSI和算法对系统结构的影响。3.问题与应用（能力要求）
要求学生掌握计算机系统层次结构，系统结构、组成与实现的定义，系统结构、组成与实现三者的关系，计算机系统结构的分类，计算机系统设计的定量原理，计算机系统结构的评价标准，为进一步深入学习后继各章打下基础。第二章 指令系统
（一）目的与要求
1.了解数据类型和数据表示。
2.掌握浮点数的表数范围、表数精度、表数效率。
3.掌握指令集结构的各种分类方法。了解堆栈型指令集结构、累加器型指 令集结构和通用寄存器型指令集结构的优缺点以及三种通用寄存器型指令集结构的优缺点。
4.了解当前指令集结构中所使用的一些操作数寻址方式。通过对基准程序进行测试统计，了解各种寻址方式的使用情况。
5.掌握指令集结构功能设计上的两种不同方向。掌握CISC计算机指令集功能设计的目标、CISC结构存在的缺点。掌握RISC计算机指令集结构的功能设计的目标与原则。6.了解各种控制指令的定义。
7.掌握操作数类型与操作数表示的定义及表示方法，了解各种操作数类型、操作数类型大小。
8.掌握指令中两种表示寻址方式的方法。
（二）教学内容
1.主要内容
数据表示与数据类型、浮点数据表示、自定义数据表示、编址方式、编织单位、零地址空间个数、输入输出设备的非线性编址、并行存储器的编址技术、逻辑地址与物理地址、直接定位方式、静态定位方式、动态定位方式、指令的组成、操作码的优化表示、地址码的优化表示、基本指令系统、复杂指令系统、精简指令系统。2.基本概念和知识点
数据表示、寻址技术、指令格式的优化设计、CISC指令系统和RISC指令系统、RISC的定义与特点、减少指令平均执行周期数方法、指令流调整技术、延时转移技术、指令取消技术、重叠寄存器窗口技术。
3.问题与应用（能力要求）
掌握指令集设计的原则，了解指令的分类、选择原则、指令的结构、操作数的寻址方式、指令长度对计算机系统的影响，掌握RISC计算机的设计思想。
第三章 存储系统
（一）目的与要求
1.理解多级存储层次的思想及其作用；掌握存储层次的三个性能参数的定义及计算方法。
2.掌握“Cache－主存”层次、“主存－辅存”层次及其区别。3.掌握全相联映象、直接映象以及组相联映象的思想和特点。4.掌握在各种映象规则的情况下Cache的查找方法。掌握随机法、先进先出、LRU 等替换算法。
5.理解Cache对“写”操作的处理方法。
6.掌握CPU时间的计算方法，并能灵活运用于实例进行分析计算。7.理解改进Cache性能的三个方面。
8.掌握减少命中时间的三种方法及其基本思想。9.掌握提高主存性能的四种方法（增加存储器宽度、多体交叉存储器技术、独立存储体技术、避免存储体冲突）。
10.理解虚拟存储器的特点及有关虚拟存储器的４个问题；掌握快表的概念；了解页面大小的选择。
（二）教学内容
1.主要内容
存储系统的定义、存储器的层次结构、并行存储器、虚拟存储器与高速缓冲存储器的基本工作原理、虚拟存储器与高速缓冲存储器地址的映象与变换方法、虚拟存储器的页面替换算法及其实现、提高Cache命中率的方法、Cache替换算法及其实现、Cache的性能分析。虚拟地址Cache、全Cache技术 2.基本概念和知识点
存储子系统的定义、原理和性能参数分析和设计，并行存储器原理和性能分析，高速缓冲存储器工作原理、地址映像和地址变换方法原理及其实现、数据块替换算法及其实现、数据一致性保持及其实现，虚拟存储器工作原理、地址映像和地址变换原理及其实现、页面替换算法及其实现，虚拟存储器和Cache存储器性能分析和设计方法、页面或数据块替换的进程足迹，三级存储系统工作原理。3.问题与应用（能力要求）
掌握存储器的层次结构，学会分析如何利用局部性原理提高Cache/主存储器、主存/虚拟存储器的性能。不但掌握虚拟存储器和高速缓冲存储器的硬件原理，而且要掌握其分析方法和设计方法。
第四章 输入输出系统
（一）目的与要求
1.掌握输入/输出系统的基本概念；了解与I/O有关的问题、设计I/O的三个标准。
2.了解磁盘的基本结构与性能公式；了解磁盘阵列RAID、磁带、光盘等各种存储设备。
3.掌握总线的基本工作原理及其分类。了解总线的三个常用的参数、总线标准和实例。
4.掌握通道处理机的定义。掌握通道的作用和功能、通道的工作过程、通道的种类以及通道的流量计算。
5.了解I/O与计算机的连接方式以及由此引起的数据的一致性问题。6.了解设计I/O系统的步骤以及I/O对计算机性能的影响。
（二）教学内容
1.主要内容
输入输出系统的特点、输入输出系统的组织方式、基本输入输出方式、中断源的组织、中断系统的软硬件功能分配、中断屏蔽、通道的作用和功能、通道的工作过程、通道种类、通道中的数据传送过程、通道的流量分析、输入输出处理机的作用、输入输出处理机的种类、输入输出处理机的特点。2.基本概念和知识点
异步性、实时性、与设备无关性、自制控制、层次结构、程序控制输入输 出方式、中断输入输出方式、直接存储器访问方式、中断源及其种类、中 断优先级、中断处理、中断响应、中断现场的保存和恢复、字节多路通道、选择通道、数组多路通道、输入输出处理机。3.问题与应用（能力要求）
要求学生掌握输入输出原理、中断系统、通道处理机和输入输出处理机的作用和工作过程。第五单元 标量处理机
（一）目的与要求
1.掌握多条指令在处理机中的重叠执行方式。2.掌握先行控制方式的原理和结构。3.掌握各种数据相关的解决办法。4.了解控制相关的解决办法。
5.领会流水方式的工作原理。
6.了解从不同角度对流水线的分类和定义。7.掌握有关流水线时空图的画法。8.能够计算出流水线的最大吞吐率。9.领会非线性流水线的调度技术。
10.领会局部相关和全局相关。
（二）教学内容
1.主要内容
指令的重叠执行方式、先行控制方式的原理和结构、数据相关、控制相关、流水线工作原理、流水线的分类、线性流水线的性能分析、非线性流水线的调度技术、局部相关、全局相关、超标量处理机、超流水线处理机、超标量超流水线处理机。2.基本概念和知识点
指令重叠执行、先行控制方式的原理、结构和性能分析，先行控制技术中数据相关和控制相关等各种相关性的分析和处理，流水线的工作原理、性能分析，时空图在线性流水线和非线性流水线性能分析中的应用，非线性流水线中的各种调度技术的分析和原理，非线性流水线中局部相关和全局相关的分析和处理。各种情况下流水线性能及其时空图分析，超标量和超流水线处理机性能分析及其中资源冲突分析处理，超标量和超流水线中存储器结构和存储方式的设计，各种流水线处理机性能的优化设计。3.问题与应用（能力要求）
要求学生掌握流水线技术，如：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的处理方法。
第六章 向量处理机
（一）目的与要求
1.了解向量处理的基本概念、一般的向量处理机。
2.掌握提高向量处理机性能的常用技术、向量处理机的性能评价。
（二）教学内容
1.主要内容
向量处理的基本概念、向量处理机的结构、向量处理机的存取模式和数据结构、提高向量处理机性能的方法、向量处理机的性能评价。2.基本概念和知识点
向量处理的基本概念、三种向量处理方式、向量计算机中的存储器结构、存储器-存储器结构、寄存器-寄存器结构、向量处理机的存取模式和数据 5 结构、向量处理机中的新技术、稀疏矩阵处理技术、链接技术、向量循环和分段开采技术、向量递归技术，若干向量处理机实例结构分析，向量处理机的性能评价和优化设计。3.问题与应用（能力要求）
高斯 (Gaussian) 软件是进行半经验和从头计算的专业量子化学计算工具, 可以用来研究分子能量和结构、化学键及反应能量、分子轨道、原子电荷和静电势、振动频率、热力学性质、分子反应路径和机理;可以模拟在气相和溶液中的体系, 模拟基态和激发态; 还可以用于生物大分子的酶催化反应及对周期性边界体系的计算。本文以一氧化碳 (CO) 分子为例, 利用专业量子化学计算软件———Gaussian09[2], 探讨如何发挥电子结构计算在结构化学课堂教学中的作用, 使用密度泛函理论B3LYP方法结合6- 31G*基组, 对CO分子进行几何结构优化和电子结构计算。利用三维图形可视化, 解释分子轨道、电子密度、原子电荷等基本概念。
1.分子轨道
分子轨道是分子体系的单电子波函数。图1为CO分子的几个不同类型的成键和反键分子轨道。σ轨道均绕键轴呈圆柱形对称, 原子轨道以“头碰头”方式重叠形成, π轨道以“肩并肩”方式形成, 有一个包含键轴的节面。尽管CO是N 2 的等电子分子, 但CO是异核双原子分子, 无中心对称性, 所以轨道波函数的空间分布是不均匀的。此外, 人们已知在多数羰基配合物中的CO以C端和金属原子配位, 这一点可以用CO的σ 2pz 轨道分布来解释: CO的σ 2pz 轨道分布主要集中在C端, 且该轨道排布有两个电子, 可以提供一个孤电子对, 与过渡金属的空轨道形成配位键。
(浅色球为C;深色球为O;深色/浅色网状表示分子轨道的正/负相位)
2.电子密度和原子电荷
电子密度是分子波函数的模的平方, 反映了分子周围总电子概率密度分布。空间任意一点的电子密度在数值上大于0, 小于1, 且距离原子核越近, 电子密度值越大。所以, 一般总电子密度没有什么用处, 只能用总电子密度的差值来研究变化过程的一些特征。例如, C原子和O原子形成CO分子, 该过程的电子密度变化可以用成键前后的电子密度差来表示:Δ=ρ CO -ρ C +ρ 0 。通过对CO分子的电子密度差进行分析 , 可以得到CO化学键的信息。如图2所示, CO分子的电子密度差在C-O中间是正值, 即C原子和O原子化学键中心的电子密度增加, 说明形成共价键。另外, C原子上垂直于C-O键的电子密度减少, 而平行于C-O键的电子密度增加, 导致C的正电荷和O的负电荷都不是太高, 分别为+0.174和-0.174。原因是在C和O形成极性σ键的同时, O原子提供一对电子与C原子形成二中心三电子 (π 2 3) 键 , 抵消了由C和O原子电负性差别引起的CO的极性。
电子密度差原子电荷
(电子密度差:浅色为负值, 表示电子密度减少;深色为正值, 表示电子密度增多)
3.静电势
空间某点的静电势是指从无穷远处移动单位正电荷至该点时所做的功。静电势实质上根源于静电的相互作用。在原子核与电子共同构成的分子体系中, 核与电子共同决定了分子的静电势。在分子周围, 与核距离不等的空间各点处的静电势是不同的。如图3所示, CO键轴上C端的静电势最负 (-1.828e- 2) , 有利于吸引正电荷;O端的静电势略显负值 , 所以O的配位能力比C较差。此外, 静电势的正值区域位于C和O原子之间, 说明CO很难与带正电荷的金属离子形成π型配位键。
(两端深色为负值, 中间深色为正值)
4.结语
分子的电子结构可以通过量子化学计算方便地获得, 计算结果通过软件可视化, 可以提供形象直观的三维图形。将电子结构计算适当引入结构化学课堂教学, 可以帮助学生理解和掌握波函数、电子密度、原子电荷等基本概念, 了解结构化学研究微观分子结构的手段和方法。一方面有利于激发学生的学习兴趣, 调动自主学习的主动性, 克服对结构化学的畏难情绪, 另一方面有利于锻炼空间想象力, 培养学生理论联系实际的科学意识, 提高教学质量。
摘要：本文结合实例分析, 阐述量子化学计算软件 (高斯) 在结构化学教学中的示范作用。在多媒体课堂教学中, 演示分子轨道、电子密度、原子电荷、静电势等电子结构的量子化学计算, 理论联系实际, 使课堂教学更有趣味性, 对培养学生的学习兴趣, 强化教学效果具有积极的促进作用。
关键词：电子结构,结构化学教学,示范作用
参考文献
[1]周公度, 段连运编著.结构化学基础 (第4版) [M].北京:北京大学出版社, 2009.
【摘要】计算结构力学是在结构力学基础上为研究生开设的一门重要基础课程, 将为一系列后续课程的学习打下重要基础。本文从建立立体式课程教学体系、创新教学内容、创新教学方法、以科研促进教学等措施方面进行了教学改革尝试。
【关键词】研究生教学;教学改革;高等教育
【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【文章编号】1001-4128(2009)10-0061-03
根据培养跨世纪人才的需要,高校的课程教学必须同时代的发展与科技的进步相适应,在内容、体系及观念上有所更新和突破[1-2]。目前,研究生课堂教学面临着众多的困难与挑战。从1999年持续至今的研究生扩招的背景下,研究生的招生规模和人数成倍增长,这给研究生的课堂教学提出了更严峻的考验。研究生教学所处的困境,以及由此所带来的研究生教学中存在的问题,一方面受传统研究生办学模式的影响,另一方面也由研究生教育发展过程中产生的诸多问题所致。改善研究生课堂教学是提高研究生培养质量的必然,也体现出研究生教学改革的紧迫性[3-4]。计算结构力学属于一门用于工程结构计算的技术基础课,是联系基础理论和专业知识的桥梁,在有关工程专业中占有重要地位。课程的这一性质决定了它具有理论性与实践性的特点,其教学不应只注重理论,偏离实践,而应二者兼顾。传统的计算结构力学课程有失偏颇,只侧重基本理论及其解题方法、技巧,比较忽视基本理论在工程实际中的应用,因而存在不完整性和缺乏先进性的问题,不利于学生能力的培养和提高,也不符合现代教育的要求。为此,根据当前形势发展的需要, 为了提高教学效果、教学水平,加快该课程的改革和建设步伐, 我们从2005年开始着手改革计算结构力学课程,借鉴了相关力学课程的改革经验,积极探索新方式,在计算结构力学的教学体系完善、教学模式、师资队伍建设等都尝试一些创新的方法,并取得了较好的效果。
1紧密结合专业建设,建设立体式课程教学体系
工程技术系统日趋增加的复杂性,更需要多学科的技术支撑,为此建立协调完善、融会贯通的课程体系十分必要。我们根据结构力学,计算数学,计算机应用学科在计算结构力学主要环节的内容交叉情况,从加强基础的角度,设置课程模块并进行程序设计,较好的促进了学科内容的相互融合渗透,知识结构系统完整,模块化教学循序渐进,建立了一个完整协调的立体化课程教学新体系[5]。计算结构力学立体化教学系统主要由三个模块组成,包括传统的纸质课本教材,一个教学系统和一个学习系统(见图1),它们分别对应的是客体,环境和主体三个教学要素。教学系统主要是教师授课时使用的多媒体教学课件模块,学习系统主要是用于学生课后复习以及网上提交作业的课件模块。三个模块之间协同作用,互相补充,共同完成教学任务,其中,纸质教材采用自主编写的面向船舶与海洋工程专业研究生教学的新教材。教学系统和学习系统又可相应分为几个子系统,各子系统包括若干功能模块,见图2。该课程体系还较好的体现了学科内容与交叉。近几年的教学实践表明,这一新的教学体系不仅精炼了教学内容,更可通过系统知识的模块化程序设计充分激发学生的主动进取精神和创新意识。极大的提高了学生的实践能力和计算机应用能力。
2创新教学内容,反映国际前沿学术动态
面对科学技术的飞速发展,现有的教学内容要不断更新,才能紧跟时代的前进步伐,使我们所传授的知识具有新鲜性。因此为了在教学中引进反映与计算结构力学相关领域的科技成果的新内容、新理论和新技术,提高教学内容的起点,我们在计算结构力学整个授课过程中开设两次反映当前与该领域相关的最新学术进展的科技讲座。讲座的内容是根据相关领域的国内、国际权威会议上的最新交流成果摘集而成。这些讲座不仅给学生开阔了视野,而且对其今后的研究方向也有着重要的影响,对培养高水平、高素质的人才有重要意义。
3创新教学方法、教学模式,提高对学生综合能力的培养
在体系改革的同时,教学方法的改革也要跟上去,这两者是相辅相成的。教为主导,学为主体是教学的原则与规律,但教师教什么,让学生学什么却必须认真研究。我们在计算结构力学课程的教学过程中本着使学生获得必要的知识的基础上,更注重使学生获得汲取知识的能力,发现问题、解决问题的能力以及独立思维和自我判断的能力的培养,因此我们在教学方法、教学模式上作了以下创新尝试:
3.1注重教师的主导作用,培养学生科学的思维方法
在讲课过程中注意围绕重点、难点精讲多练,对讲授内容注重讲概念,讲思路,讲方法,讲关键。例如在讲解平面问题和空间问题的有限元法中给学生理清有限元方法解决问题的基本思路,即结构离散化、形成结构刚度矩阵、计算等效节点荷载、列方程、解方程这一条主线。使学生在学习本课程的其他内容时,清楚这些内容具体是为了解决上述那一部分问题,从而培养学生科学的思维方法,系统的学习方法。
3.2引用多媒体、数值仿真实验室的动态教学方法,提高学生的理论联系实际能力
为了使学生适应新的需求,在不影响基本理论学习的情况下,更新计算手段,引用多媒体教学之后,可以适当延伸一些课程内容,通过直观、动态的多媒体课件,使学生有着很好的感性认识,之后具体讲解这些过程是应用了那些基本原理、基本方法得到的,调动同学的学习热情。此外,在结构运动学和动力学部分、结构的非线性部分、结构稳定性问题、断裂力学问题、流固耦合问题等章节中根据理论联系实际的原则,分别采用典型工程结构问题建立了数值仿真实验室系统,该系统主要包括典型薄板弯曲变形数值仿真、船舶结构强度分析数值仿真、冲击荷载作用下船舶动响应仿真、波浪荷载作用下海洋平台动响应仿真。
3.3采用双语教学模式,锻炼学生的外语使用能力
以教材内容为依据,制作适用于双语教学的多媒体课件。在实际授课过程中,设置模拟环境,按照一定的方式来进行的一种互动式授课及实训,使学生在亲自参与的过程中,提高对专业知识理解,并锻炼学生对语言的恰当使用的能力。这种互动式授课可以增强学生灵活运用英语的能力, 同时也加深了对专业知识的理解和感悟。
3.4建设网络教学系统,加强教师和学生信息交流
网络教学由于覆盖面广,可以实现更大范围的信息资源共享。因此,为了迎合现代教育观念的先进的教学和学习方式、增强学生与学生之间,教师与学生之间的协作交流,我们建设了计算结构力学教学网站。该网站以沟通、交流为宗旨,设有教学区和学习区。计算结构力学网站的建立极大的激发了同学对该课程的学习热情,根据反馈信息,采用网络这一新颖的辅助教学措施,不仅可以促进学生之间的协作交流,使学生对学习的内容会理解得更深刻,学习思路更开阔,而且可以使教师通过学习者提出的问题和要求中产生一些新的教学思路,并反馈到教学设计当中。
4结束语
学生在校期间获取一定量的知识是非常重要的,知识是一个人素质的一部份。但教师不应只满足于教学生会做几道题,尤其对于研究生而言,更应注重教学生学会学习,学会科学的思维。素质教育应着眼于学生的主动性,独立性,创造性的发展与提高。在研究生阶段,教师应多给学生提供参与活动,表现自我的机会,使学生在成功的体验中不断进取、开拓、创新,同时提高学生的自我意识,自身调控能力,鼓励学生大胆创新,求异思维,标新立异。以上是四年来对我们对计算结构力学课程进行改革的一些尝试。提供一些看法和做法与同行们交流探讨,以不断推动教学改革,完善计算结构力学研究生教学。
参考文献
1张爱华,高等教学质量观及高教改革论 [J]. 辽宁师专学报,2004(4):111-112.
2姚秋杰,关于高教改革的若干思考[J].北华大学学报,2004(2):2-5.
3张林,杨心德.浅析当前研究生教学存在的问题与对策[J]. 科技信息,2008(4):17-18.
4陶玉萍,纪军, 研究生教学模式探究[J]. 高层次人才培养技术与创新管理, 2007(3):64-66.
1、底部剪力法
把地震作用当做等效静力荷载，计算结构最大地震反应→拟静力法，
特点：1、结构计算量最小。
2、忽略了高振型的影响，且对第一振型也作了简化，因此计算精度稍差 ，
2、振型分解反应谱法
利用振型分解原理和反应谱理论进行结构最大地震反应分析，拟动力方法。
特点：1、计算量稍大
2、计算精度较高，计算误差主要来自振型组合时关于地震动随机特性的假定
3、时程分析法
选用一定的地震波，直接输入到所设计的结构，然后对结构的运动平衡微分方程进行数值积分，求得结构在整个地震时程范围内的地震反应。
姓名：
班级： 学号：
在大四上学期课程中对于计算机系统结构的学习已经结束，老师细心的讲解，耐心的辅导，是我从中学到很多的知识。
从中我了解到计算机系统结构（Computer Architecture）也称为计算机体系结构，它是由计算机结构外特性，内特性，微外特性组成的。经典的计算机系统结构结构的定义是指计算机系统多级层次结构中机器语言机器级的结构，它是软件和硬件固件的主要交界面，是由机器语言程序、汇编语言源程序和高级语言源程序翻译生成的机器语言目标程序能在机器上正确运行所应具有的界面结构和功能。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。系统结构只管到这一层。关于计算机系统的多层次结构，用“人”这种动物的不恰当的例子列表对比如下。计算机系统，人，应用语言级，为人民服务级，高级语言级，读书、学习级，汇编语言级，语言、思维级，操作系统级，生理功能级，传统机器级，人体器官级，微程序机器级，细胞组织级，电子线路级，分子级。传统机器级以上的所有机器都称为虚拟机，它们是由软件实现的机器。软硬件的。功能在逻辑上是等价的，即绝大多部分硬件的功能都可用软件来实现，反之亦然。计算机系统结构的外特性，一般应包括以下几个方面(这也就是我们要分章学习的几个章节)把这几个方面弄清了，系统结构也就基本明确了：(1)指令系统(2)数据指令(3)作数的寻址方式(4)寄存器的构成定义(5)中断机构和例外条件(6)存储体系和管理(7)I/O结构(8)机器工作状态定义和切换(9)信息保护。所以在以后的学习中常回头想想这是系统结构的哪一方面，这对把握全局有好处。这里提一下计算机系统结构的内部特性，计算机系统结构的内特性就是将那些外特性加以“逻辑实现”的基本属性。所谓“逻辑实现”就是在逻辑上如何实现这种功能，比如“上帝”给鸡设计了一个一定大小的胃，这个胃的功能是消化食物，这就是鸡系统的某一外特性，那怎么消化呢，就要通过鸡喙吃进食物和砂石,再通过胃的蠕动、依靠砂石的研磨来消化食物，这里的吃和蠕动等操作就是内特性。还有一个就是计算机实现，也就是计算机组成的物理实现。它主要着眼于器件技术和微组装技术。拿上面的例子来说，这个胃由哪些组织组成几条肌肉和神经来促使它运动就是“鸡实现”。据此我们可以分清计算机系统的外特性、内特性以及物理实现之间的关系。在所有系统结构的特性中，指令系统的外特性是最关键的。因此，计算机系统结构有时就简称为指令集系统结构。我们这门课注重学习的是计算机的系统结构，传统的讲，就是处在硬件和软件之间介面的描述，也就是外特性。这些不恰当的比喻只是帮助理解，不可强求对应，不然会有损科学的严密性。计算机系统结构的分类：按“流”分类的方法，这是Flynn教授提出的按指令流和数据流的多倍性概念进行分类的方法。共有四大类，即：(S-single 单一的。I-instruction 指令 M-multiple 多倍的 D-data 数据)。SISD 单指令流单数据流，传统的单处理机属于SISD计算机。SIMD 单指令流多数据流，并行处理机是SIMD计算机的典型代表。我国的YH-I型是此类计算机型。MISD 多指令流单数据流，实际上不存在，但也有学者认为存在。MIMD 多指令流多数据流，包括了大多数多处理机及多计算机系统。我国的YH-II型计算机是这种类型的计算机。一般将标量流水机视为SISD类型，把向量流水机视为SIMD类型。按“并行级”和“流水线”分类：这是在计算机系统中的三个子系统级别上按并行程度及流水线处理程度进行分类的方法。计算机系统的设计准则：1.只加速使用频率高的部件，这是最重要也是最广泛采用的计算机设计准则。因为加快处理频繁出现事件对系统的影响远比加速处理很少出现事件的影响要大。2.阿姆达尔(Amdahl)定律，这个定律就是一个公式。应会运用此公式做一些计算或分析，所以要记住并理解其意义。3.程序访问的局部性规律。程序访问的局部性主要反映在时间和空间局部性两个方面，时间局部性是指程序中近期被访问的信息项可能马上将被再次访问，空间局部性指那些在访问地址上相邻近的信息项很可能被一起访问。计算机系统结构的发展冯诺依曼计算机的主要特点是：存储程序方式；指令串行执行，并由控制器加以集中控制；单元定长的一维线性空间的存储器；使用低级机器语言，数据以二进制表示；单处理机结构，以运算器为中心。改进后的冯·诺依曼计算机使其从原来的以运算器为中心演变为以存储器为中心。从系统结构上讲，主要是通过各种并行处理手段高提高计算机系统性能。软件、应用和器件对系统结构发展的影响。软件应具有可兼容性，即可移植性。为了实现软件的可移植性，可用以下方法： 模拟：用软件方法在一台现有的计算机上实现另一台计算机的指令系统，这种用实际存在的机器语言解释实现软件移植的方法就是模拟。仿真：用A机(宿主机)中的一段微程序来解释实现B机(目标机)指令系统中每一条指令而实现B机指令系统的方法称仿真，它是有部份硬件参与解释过程的。一般将两种方法混合作用，对于使用频率高的指令用仿真方法，而对于频率低而且难于仿真实现的指令使用模拟的方法加以实现。采用系列机的方法，可以这么说，系列机的系统结构都是一致的，如我们使用的INTEL 的80X86微机系列及其兼容机，系统结构都是一致的，当然在发展过程中它的系统结构可以得到了新的扩充，比如原来的586机器不支持MMX多媒体扩展指令集，但是后来的芯片中扩充了这些指令，使指令系统集扩大，但它们仍是同一系列的机器。这种系列机的方法主要是为了软件兼容。如上面的扩展指令，将使得以后针对这些指令优化的软件不能在以前的机子上运行(或不能发挥相应功能)导致向前兼容性不佳。但重要的是保证做到向后兼容，也就是在按某个时期推到市场上的该档机上编制的软件能不加修改地在它之后投入市场的机器上运行。在系列机上，软件的可称植性是通过各档机器使用相同的高级语言、汇编语言和机器语言，但使用不同的微程序来实现的。统一标准的高级语言。采用与机器型号无关的高级程序设计语言标准如FORTRAN、COBOL等，这种方法提供了在不同硬件平台、不同操作系统之间的可移植性。开放系统:是指一种独立于厂商,且遵循有关国际标准而建立的,具有系统可移植性、交互操作性，从而能允许用户自主选择具体实现技术和多厂商产品渠道的系统集成技术的系统。应用需求对系统结构发展的影响，计算机应用对系统结构不断提出的基本要求是高的运算速度、大的存储容量和大的I/O吞吐率。(我们要更快的主板CPU和内存、我们要更大的硬盘我们要更大的显示器更多的色彩更高的刷新频率...这就是需求)计算机应用从最初的科学计算向更高级的更复杂的应用发展，经历了从数据处理、信息处理、知识处理以及智能处理这四级逐步上升的阶段。
器件对系统结构发展的影响，由于技术的进步，器件的性能价格比迅速提高，芯片的功能越来越强，从而使系统结构的性能从较高的大型机向小型机乃至微机下移。综上所述： 软件是促使计算机系统结构发展的最重要的因素(没有软件，机器就不能运行，所以为了能方便地使用现有软件，就必须考虑系统结构的设计。软件最重要)应用需求是促使计算机系统结构发展的最根本的动力(机器是给人用的，我们追求更快更好，机器就要做得更快更好。所以需求最根本)器件是促使计算机系统结构发展最活跃的因素(没有器件就产不出电脑，器件的每一次升级就带来计算机系统结构的改进。
1 基于Matlab计算机辅助教学的思想
彭芳麟[1]在引入Matlab对运动学、动力学问题进行过程分析方面做了有益的探索;阚文彬[2]、李新成[3]用Matlab对多个运动学问题进行了模拟.本文应用Matlab的Guide工具箱制作友好的、可交互的可视化用户界面来完成对运动学和动力学问题的分析, 图1是分析某运动学问题的可视化界面.左上区域用于输入运动参数、初始条件和模拟时间, 右下区域用于查询某时刻的运动变量, 他们布置随所分析力学问题而改变, 其他区域则是完全不变.所以可预先制作一个模板, 而在针对具体力学问题时仅需修改输入、查询区域文本框和编辑框控件的属性即可.
示意图中BO代表支座B和支座O间的距离, AM代表杆QQ上A, M点间的距离.
用可视化用户界面来研究力学问题大致分为4个过程: (1) 运用力学原理对运动学、动力学问题进行分析, 建立描述力学问题的微分方程组并确定其初始条件; (2) 根据第一步的分析, 完成输入区域和查询区域控件的布置并编写有关按钮的回调函数; (3) 运行可视化界面可将在给定运动参数、初始条件情况下的计算结果保存为Excel文件, 或将机构运动以曲线、动画的形式直观表达, 或对某一特定时间或位置的运动变量 (位移、速度和加速度等) 进行查询; (4) 改变运动参数和初始条件, 观察在不同运动参数和初始条件下, 所研究对象的运动规律, 直观感受运动参数、初始条件对其运动的影响.
2 运动学分析实例[4]
如图2所示, 杆QQ和曲柄OA铰接并穿过固定点B的套筒.已知杆QQ匀速转动, 其转角ϕ=ωt (ω为常数) , BO=AO=a, AM=b, 试分析M点的运动.
2.1 问题分析
以O为原点、水平向右为X轴、竖直向上为Y轴, 则M点的坐标可以表示为如下
则M点的加速度为
2.2 通过可视化用户界面分析问题
从式 (2) 可知, a, b, ω为运动参数, 可从左上输入区域的编辑框输入;而初始条件可以根据题意直接计算出来, 无须输入.“计算”按钮回调函数的核心是为求解运动变量微分方程组的ode语句, 此语句具体如下:
其中, ‘ydx2fun’就是前面定义来求解微分方程组的函数文件;y0为4个运动变量的初值;tfinal为模拟的结束时间, 从左上输入区域的编辑框输入.
本例计算了以y0为初值, 0.01 s为步长, 在0∼60 s时段内的运动变量, 其结果为一个6 001×4矩阵, 并将之赋给矩阵y.通过点击“保存数据”按钮将矩阵y保存为Excel文件;通过Plot和Line语句可将此矩阵的数据可视化为曲线和动画.通过对M点的位移和速度曲线观察可判断其作周期运动, 周期大致为12.57 s.通过对动画的观察可知M点的运动轨迹为一条较为复杂的螺线, 如图3所示蓝色实线, 其螺线形成分为3段: (1) 杆QQ在0◦∼90◦范围转动时, M点轨迹为a→b, 在图3中标为线段1; (2) 杆QQ在90◦∼270◦范围转动时, M点轨迹为内圈螺线 (逆时针转动) , 在图3中标为线段2; (3) 杆QQ在270◦∼360◦范围转动时, M点轨迹为b→a, 在图3中标为线段3.
3 动力学分析实例[5]
如图4所示, 一个单摆悬挂于可沿水平光滑轨道滑动的滑块上, 滑块质量为m1, 单摆的杆长为l, 摆锤质量为m2, 系统在同一竖直平面内运动, 试研究系统的运动.
3.1 问题分析
沿直线水平轨道建立Ox轴, 以x表示滑块在轨道上的位置 (令x0=0) , 以θ表示摆杆与竖直线的夹角, 并在滑块上固结平动坐标系O x y.由于系统X方向不受力, 根据X方向动量守恒有
对质点系 (滑块m1与小球m2) 运用相对动点O的动量矩定理有
运动变量初值y0=[θ0, ω0, 0, v0], 其中为θ0, ω0, v0分别为摆球的初始摆角、角速度和滑块初始速度, 通过从左上输入区域的编辑框输入, 而滑块的初始位移设定为x0=0.
3.2 通过可视化用户界面分析问题
从式 (5) 可知, m1, m2, l为运动参数, 与初始运动变量θ0, ω0, v0一样可从左上输入区域的编辑框输入, 如图5和图6所示.在“计算”按钮回调函数中为求解运动变量微分方程组的ode语句为
此条语句执行后, 将会把计算结果存放到矩阵y, 它是一个5 001×4矩阵.
如图5所示, 当v0=0时滑块在0∼12.842 m之间来回运动, 而摆在-0.8 rad∼0.8 rad之间摆动, 周期大约为4.78 s;如图6所示, 当v0=0.1时滑块的运动区间一直向右移动, 在45.93 s达到最大值20.345 m, 而摆仍在-0.8 rad∼0.8 rad之间摆动, 周期大约为4.82 s.通过观察修改运动参数 (质量比m1/m2、摆长l) 后的位移、速度曲线可发现:随着质量比m1/m2增大, 滑块位移、速度减小, 周期变长;随着摆长l增大, 滑块位移、速度增大, 周期变长.通过观察修改初始条件初始角度θ0后的位移、速度曲线, 发现增大θ0会使周期变长, 滑块位移、速度增大.
4 结论
定义求解微分方程组的函数文件与现有理论力学课程的教学内容结合紧密, 实现了从瞬态分析到过程分析的自然过渡, 是运用可视化用户界面来分析力学问题的核心内容.求解微分方程组和将计算结果可视化只需调用Matlab的ode, plot, line等几条命令即可.运用可视化用户界面分析力学问题有以下优点: (1) 可视化界面通过多个按钮的回调函数完成相应功能, 将整个程序分解为了几个部分, 使其程序编写、调试更容易; (2) 容易实现人机交互, 通过观察不同运动参数和初始条件下研究对象的运动变化, 分析运动参数和初始条件对其运动的影响; (3) 可得到某时段内每一时刻的运动变量, 而不仅仅是某一瞬态的结果, 实现对整个运动的过程分析, 同时也降低了对学生数学功底和解题技巧的要求; (4) 实现了对结果数据的可视化, 通过曲线、动画等直观的形式, 使我们对某些较为复杂的运动有更为直观、清晰的认识.
参考文献
[1]彭芳麟, 管靖, 胡静等.理论力学计算机模拟.北京:清华大学出版社, 2002
[2]阚文彬, 李彤, 叶纯杰.Matlab在运动学中的应用.力学与实践, 2010, 32 (3) :118-120
[3]李新成.摆动导杆机构的Matlab运动学仿真.机械研究与应用, 2008, 21 (1) :94-96
[4]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学.第6版.北京:高等教育出版社, 2005
关键词：计算机体系结构；教学方式；课程内容；卓越工程师
作者简介：李旎（1978-），女，浙江温州人，湖南城市学院信息科学与工程学院，讲师；吴宏斌（1964-），男，湖南益阳人，湖南城市学院信息科学与工程学院院长，教授。（湖南 益阳 413000）
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）31-0079-01
2010-2020年，中国“卓越工程师教育培养计划”将用10年时间，培养百万高素质各类型工程技术人才，为建设创新型国家、实现工业化和现代化奠定人力资源优势。“卓越计划”具有三个特点：一是行业企业深度参与培养过程，二是学校按通用标准和行业标准培养工程技术人才，三是强化培养学生的工程能力和创新能力。本文就第三点，以“计算机体系结构”课程为例，提出了从课程内容与教学方式两方面进行课程教学模式的创新，以提高学生工程能力与创新能力的一些探索。
“计算机体系结构”是计算机科学与技术专业的一门基础和必修课程，覆盖了计算机组成原理、操作系统、编译原理、数据结构、数字电子技术、模拟电路基础等方面的内容。课程的目的是帮助学生建立整机系统的概念，提高学生从总体结构的层次来理解和研究计算机系统的能力。
“计算机体系结构”不仅是计算机专业研究生入学考试的专业课程之一，也是其他计算机类考试的必选内容。目前的计算机类考试主要是以下两种：软件水平考试，分初级、中级和高级三个级别；IT认证考试。无论哪种考试都涉及计算机体系结构的内容。比如，系统分析师考试大纲就要求学生了解各种计算机体系结构的特点与应用（SMP、MPP等），构成计算机的各类部件功能及其相互关系；实现性能计算（响应时间、吞吐量、TAT），性能设计（系统调整、Amdahl解决方案、响应特性、负载均衡）和性能指标（SPEC-Int、SPEC-Fp、TPC、Gibson mix、响应时间）。这从一个侧面说明，“计算机体系结构”是一门非常重要的计算机专业课程，对提高计算机专业学生的分析、计算和设计能力有很大的帮助。但是，在实践教学中，发现这门课程存在内容抽象、语言枯燥、学生难以理解等问题，因此教学难度大，效果也不尽如人意。为了做好“计算机体系结构”课程的教学，培养出高素质的计算机专业学生，我们改变了传统单一的教学模式，从教学方式和课程内容两个方面来改进课程教学。
一、教学方式的改进
1.启发式课程教学
启发式教学是指教师在教学过程中根据教学任务和学习的客观规律，从学生的实际出发，采用多种方式，以启发学生的思维为核心，调动学生的学习主动性和积极性，促使他们生动活泼学习的一种教学方式。
在教学中，先给学生设置悬念，然后再讨论需要讲解的内容，从而提高学生的兴趣。Nancy M.Dixon指出：我们能够记住所听到的10%，所看到的15%，边看边听的20%，做的10%，积极去做并得到响应的80%，给他人讲授的90%。所以，在常规教学中，学生能掌握的知识是有限的，需要创造情景，使学生积极地做并进行响应，若能转换成学生自己也能讲授的程度则更好。教师经常要求学生自问：如果自己是老师，会怎么讲这些内容，并要求在学生之间互相扮演教师和学生的角色，讲述课程内容。如在讲述流水线技术的过程中，笔者先向学生提出：为什么要采用流水线技术，怎样实现流水线，它与工程上的流水线有何相关。课堂中，首先以经典的五段式流水线为例，和学生一起探讨这个问题；然后，鼓励他们积极思考，踊跃发言；最后，由他们推出一位学生做总结性的发言。现场气氛活跃，课堂效果非常好。在期末考试中，关于流水线方面的知识，大部分学生均拿了满分。
2.量化分析教学
培养从总体、系统的角度来分析和解决问题的能力以及自主创新能力，对学生的成长和未来发展有很大的影响，“计算机体系结构”特别强调培养学生的这一种能力。“计算机体系结构”一般安排在大学四年级开始，需要学生在学完主要的软硬件基础课程后，从整体系统、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，设计和构建合理的计算机系统结构。“计算机体系结构”课程中多是抽象的概念和原理，这些内容不被学生理解，且有限的实验环境也限制了学生自主创新能力的培养，但是，如果将研究对象转换成可以运算的数据，并对这些数据进行分析是完全可行的，这就是量化分析方法。
前人对量化分析法的定义和特点阐述主要有：量化研究遵循的是实证主义，它应用量的方法以验证假设；量的研究是指研究者事先建立假设并确定具有因果关系的各种变量，然后使用某些检测工具对这些变量进行测量和分析，从而验证预定的假设。“计算机体系结构”是从整体上研究由处理系统、指令系统、存储系统、信息传输系统构成的有机系统，其目的是设法提高整个系统的性能。对性能的分析主要就是采用量化分析法，将问题简化、精确化和客观化，使抽象的知识也变得形象起来。如在探讨计算机加速比S的过程中，以时间t为标准，比较计算机改进前与改进后的时间比值。实践证明，这样的效果非常好。
二、课程内容的改进
1.“计算机体系结构”课程和“计算机组成原理”课程有很多相似的地方
这两门课程都讲授输入输出系统、存储部件、数据表示等，但“计算机组成原理”作为一门硬件课程主要强调其基本运行原理，而“计算机体系结构”强调性能优化方法；“计算机组成原理”强调其细节，而“计算机体系结构”则强调的是软硬件的分配，及对性能的影响。现在有些专业中，在“计算机组成原理”中涵盖计算机体系结构的内容，有些专业则单独开设这两门课程。必须合理划分两门课的内容，组织教学内容和教学计划。现在，“计算机体系结构”课程主要讲述内容为流水线技术和存储技术，并对嵌入式系统方向的学生加强了存储技术中虚拟存储系统的讲授。
2.强调知识的更新和发展
计算机技术是发展最快、应用最广、影响最大的学科之一，“计算机体系结构”知识也在日新月异发展着。近年来多核技术、虚拟机、复杂存储系统和先进互联技术的发展使经典的计算机体系结构内容有了很大的更新。怎样运用有限的课堂时间，使这些复杂技术与经典体系结构知识点融合，是教学内容改革的主要任务。
同时，就是同一门课程，不同的作者所编著的教材的内容和侧重点都有很大的不同，如张晨曦所编著的《计算机系统结构》Catch部分，偏重于Catch性能的分析与优化，而李学干的《计算机体系结构》，则偏重于Catch系统的结构，且着重描述了虚拟存储器的结构和功能。
所以，教学中既不能照本宣科，也不能脱离书本，根据专业方向的不同，有选择性地进行讲授，同时将一些新技术、新知识、新产品以及最新的发展动态，融入课堂教学中。
3.加强实验教学环节
实验是任何科学创新的源和本。在学校教学工作中，理论课和实验课是教学体系中两个互相有联系的独立环节，要重视实验，决不能把实验课看成是理论课的依附。
计算机专业作为一门应用型专业，需加大培养学生的动手能力，激发他们的创新潜能，通过实验将课堂和实践结合，改善理论教学枯燥、单调的情况。现在“计算机体系结构”课程实验学时仅8个学时，而很多著名的高等院校如同济大学的实验环节已增加到了24学时，很值得借鉴。
三、结束语
人才是一个国家发展最重要的资源，能否培养出有优秀工程能力和创新能力的人才，最后的关键还要看是否有一个科学的课程体系和教学内容。探索说明，只有不断改进课程教学，才能培养出更多的高素质人才，实现我国的“卓越计划”。
参考文献：
[1]于永斌，徐洁，吴晓华，等.多核时代的“计算机系统结构”课程[J].计算机教育，2011，（6）.
[2]张晨曦，刘依.探索新的教学模式和方法，建设计算机系统结构精品课程[J].计算机教育，2007，（12）.
[3]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].计算机教育，2009，（18）.
[4]张伟香.量化研究——一笔不可缺少的教研资源[J].教学研究，
2008，（1）.
Computer Organization and Architecture
【课程编号】1020216 【总学时数】48 【学 分 数】3 【适用专业】网络工程
【课程类别】专业必修课 【周学时数】4 【先修课程】
一、教学目标
通过本课程的教学，让学生从计算机的基本概念、基本组成及基本功能着手，对计算机的各个基本组成部件及控制单元的工作原理进行讨论，使学生掌握有关软、硬件的基本知识，尤其是各基本组成部件有机连接构成整机系统的方法，为培养学生对计算机系统的分析、设计、开发和使用能力打下基础。
二、教学内容、要求及学时分配
第一章 计算机系统概论 学时：4 教学内容：
1.1 计算机与语言 1.2 计算机的硬件
1.3 计算机系统的层次结构 1.4 电子计算机的发展简史 1.5 计算机的应用 教学要求：
了解计算机的发展概况、现代计算机的特点；掌握计算机的组成及工作过程；理解计算机的分级及技术指标。
重点、难点：计算机的组成及工作过程，计算机的分级 实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体 第二章 计算机的逻辑部件 学时：4 教学内容：
2.1 三种基本逻辑操作及布尔代数的基本公式 2.2 逻辑函数的化简 2.3 逻辑门的实现
2.4 计算机中常用的组合逻辑电路 2.5 时序逻辑电路 2.6 阵列逻辑电路 教学要求：
掌握逻辑代数、门电路、组合逻辑电路的应用及设计；理解触发器、时序逻辑电路；了解阵列逻辑电路。重点、难点：逻辑代数、门电路、组合逻辑电路
实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体 第三章 运算方法和运算部件 学时：4 教学内容：
3.1 数据的表示方法和转换
3.2 带符号的二进制数据在计算机中的表示方法及加减运算 3.3 二进制乘法运算 3.4 二进制除法运算 3.5 浮点数的运算方法 3.6 运算部件 3.7 数据校验码 教学要求：
掌握各种进制及其转换、带符号二进制数在计算机中的表示方法及相互关系；掌握定点数，定点数的加、减、乘、除运算方法及相应的电路实现；
理解浮点数，浮点数的加、减、乘、除运算方法及相应的电路实现；了解数据校验的概念和方法。
重点、难点：进制及其转换，定点数的运算方法及相应的电路实现 实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体 第四章 主存储器 学时：6 教学内容：
4.1 主存储器分类
4.2 主存储器的主要技术指标 4.3 主存储器的基本操作 4.4 读/写存储器
4.5 非易失性半导体存储器 4.6 DRAM的研制与发展
4.7 半导体存储器的组成与控制 4.8 多体交叉存储器 4.9 编址方式
4.10 重叠与交叉存取控制 教学要求：
掌握存储器的功能及大致工作过程以及主存储系统中存在的问题及解决方案；理解主存的重要性、分类、技术指标、基本操作；掌握存储器的扩展。重点、难点：存储器的功能，工作过程
实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体 第五章 指令系统 学时：4 教学内容：
5.1 指令系统的发展 5.2 指令格式 5.3 数据表示 5.4 指令类型
5.5 指令系统的兼容性
5.6 精简指令系统计算机和复杂指令系统计算机 5.7 机器语言、汇编语言和高级语言 教学要求：
了解运算器、控制器结构的基础上，大致介绍指令的格式、种类及指令的执行过程；掌握指令格式、寻址方式、指令操作码的扩展技术。重点、难点：指令格式、寻址方式、指令操作码的扩展技术 实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体 第六章 中央处理部件CPU 学时：4 教学内容：
6.1 计算机的硬件系统 6.2 控制器的组成
6.3 微程序控制计算机的基本工作原理 6.4 微程序设计技术 6.5 硬布线控制的计算机 6.6 控制器的控制方式 6.7 流水线工作原理 6.8 CPU举例
6.9 计算机的加电及控制过程 教学要求：
理解控制器的功能、组成，指令的执行过程；掌握微控制器的工作原理、设计技术；了解控制器的控制方式。
重点、难点：微控制器的工作原理、设计技术
实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体 第七章 存储系统 学时：6 教学内容：
7.1 存储系统的层次结构
7.2 高速缓冲存储器（cache）7.3 虚拟存储器 7.4 相联存储器 7.5 存储保护 教学要求：
了解存储系统的层次结构，相联存储器，存储保护；理解高速缓冲存储器，虚拟存储器。
重点、难点：高速缓冲存储器，虚拟存储器。
实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体 第八章 辅助存储器 学时：4 教学内容：
8.1 辅助存储器的种类与技术指标 8.2 磁记录原理与记录方式 8.3 硬磁盘存储器 8.4 软件磁盘存储器 8.5 磁带存储器 8.6 光盘存储器
8.7 硬盘、软盘、磁带和光盘存储器的综合比较 教学要求：
了解各种辅助存储器的原理、组成与使用。重点、难点：各种辅助存储器的原理、组成与使用。实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体 第九章 输入输出（I/O）设备 学时：4 教学内容：
9.1 外部设备概述 9.2 输入设备
9.3 输出设备――显示器 9.4 输出设备――打印机 9.5 汉字处理技术 教学要求：
了解键盘、鼠标、CRT显示器、打印机的组成和原理。重点、难点：键盘、鼠标、CRT显示器、打印机的组成和原理 实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体 第十章 输入输出子系统 学时：4 教学内容：
10.1 输入输出系统概述 10.2 程序中断控制方式 10.3 DMA输入输出方式
10.4 通道控制方式和外围处理机方式 10.5 总线结构 10.6 外设接口 教学要求：
掌握常用的输入输出方式（程序直接控制方式、中断方式和DMA方式）；掌握中断和DMA的请求、响应和处理过程；了解通道和外围处理机方式的概念和简单原理性用法；掌握计算机总线的组成和运行方式、总线周期、总线等待状态、总线仲裁的概念；了解PC机系统中常用的几种总线类型；掌握计算机能用可编程接口的功能和一般组成部件（中断有关的逻辑线路，DMA接口的特殊组成逻辑线路）；了解一个比较典型的接口电路的功能、组成和具体用法。重点、难点：输入输出方式，计算机总线的组成和运行方式 实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体 第十一章 计算机系统 学时：4 教学内容: 11.1 计算机系统概述 11.2 微机系统
11.3 工作站和服务器 11.4 多媒体计算机
11.5 超级要求归还处理机等 11.6 向量处理机 教学要求: 了解计算机系统概述；理解工作站和服务器的特点及功能。重点、难点：计算机系统
实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体
三、教材与学习资源 1.《计算机系统组成与体系结构》 李仁发，彭蔓蔓译，人民邮电出版社，2003年8月第1版
2.《计算机组成原理（第三版）》白中英，科学出版社,2000.11
四、考核方式
平时成绩占30%，期末考试成绩占70%。平时成绩由任课老师根据平时作业、期中考试及其它考核方式给出。期末考试实行闭卷统考。
五、教学策略与方法建议
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