计算机组成原理和系统结构课程知识点陈旧老化现象解析-《中国教育技术装备》(2015年22期).docx

龙源版权所有 计算机组成原理和系统结构课程知识点陈旧老化现象解析作者：冉全 陈艳来源：《中国教育技术装备》2015年第22期 摘 要 针对当前两门主要的计算机硬件课程——计算机组成原理和计算机系统结构相互之间的关系和部分存在问题的知识点进行讨论，同时对实验器材中的不足做出分析，提出自己课程组的一些想法和改进的建议。 关键词 计算机组成原理；计算机系统结构；实验设备 中图分类号：G642.3 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2015）22-0017-04 1 引言 計算机组成原理和计算机系统结构（也称体系结构）是大多数计算机类专业的基础硬件类课程，对于很多学生来说，也是两门比较惧怕的课程。除了课程内容包含较多学生看来枯燥乏味的概念、电路、算法和原理之外，有些知识点相对陈旧，一些描述模糊不清，引起学习者概念混乱甚至不明所以，更加打击了学习兴趣和热情。这导致一部分学生畏惧甚至厌烦这两门课，连带惧怕需要动手和实践的其他硬件课程，“欺软怕硬”成为较为普遍的现象。这对于计算机相关专业学生系统性地掌握计算机知识，毕业后成为适应社会多方面需要的有用人才无疑是不利的。 2 关于组成原理和系统结构的课程安排 这两门课程，计算机系统结构讲述的是概念性的体系和功能，站在软硬件分界面的角度讨论计算机硬件的结构性框架如何搭建；计算机组成则从经典的冯·诺依曼五大部件入手，分析计算机硬件组成的具体内容，包括示例性的逻辑电路和二进制算法，来讲述计算机的基本工作原理。两者站在不同的视角看待硬件问题，难免会有重叠。因此，有些学校两门课分开上，有些学校合并成一门课；国内的一些出版单位也顺势推出一些合并课本，或者干脆直接取名叫做“计算机组成原理与体系结构”，两门课程各选取了一些核心内容组在一起，搞成一个混合版本。 笔者认为这种课程合并适合一些高职高专类的院校，对于计算机类本科专业而言还是存在问题的，如学时安排方面的问题。组成原理是考研课程，要讲述透彻则学时数必须得到保证，加上实验，总学时需要60以上。体系结构重点放到流水线、多级存储层次、多处理机并行计算等现代计算机广泛采用的新技术，要想讲解清楚一般也要40学时左右。两者合并，如果学时数不能得到保证，其结果是两部分内容都讲不好；而如果一味扩大学时数，如扩充到80学时以上，又会给学生造成相当大的心理负担。本来硬件课程就是拦路虎，这样一个超大学时的硬件专业课不会有良好的教学效果。 多年前也曾经合并做过，效果并不好，后来又改回到两门课程分别开设，依据传统，先讲组成原理，紧接着一个学期开设系统结构。但现在面临一个问题：内容的取舍。很多经典的组成原理课本不知从什么时候开始夹杂很多流水线和高速缓冲存储器的内容，部分课本甚至还有多处理机方面的。这些书的作者可能想适应那些合并开课学校的用书想法，所以开始大幅增加原本属于系统结构课程中的内容。 另一个方面，考研的组成原理大纲确实包括了流水线、多级存储层次和多机系统，也就是说考研课程名虽是组成原理，实际却包括了两门课的知识点。从这个角度看，这些组成原理教材增加的篇幅包含这些内容也是合理的。问题是，上组成原理课程时怎么应对这些原本下学期才要讲述的系统结构课程中的内容？ 武汉工程大学是多校联合的考试联盟出题，为了和考研内容一致，所以题目中有很多系统结构的内容。原本按照课程顺序，这些知识点都是下一学期才应该讲述的，但是为了考试，又不得不囫囵吞枣提前讲解，导致学生考试结果不理想。为了避免这种混乱，能否先讲述体系结构课程，然后讲述组成原理呢？从内在联系来看，组成原理可以看作体系结构的逻辑实现，因此先讲“干”再讲“枝”应该也行得通，涉及器件组成、数据通路、指令、二进制、中断机制等组成原理中详细讲解的部分，可以讲最基本的原理，能辅助课程理解就行。这样改变传统排课次序的做法能不能收到更好的效果？准备进行尝试。 3 CPU部分的讨论 CPU的内容很多，两门课都有大量涉及，以下讨论不再和课程挂钩，只说明哪些内容值得商榷。 CPU的发展和兼容 第一代电子管计算机，第二代晶体管计算机，这个没什么疑问；第三代、第四代都是对应集成电路，只是规模不同，量变引起质变，划到下一代也能接受；而关于第五代计算机就值得推敲了，到底第五代计算机是什么？一些教材把它划归到超大规模集成电路中去，笔者认为不妥，其实学术界从20世纪90年代就在呼唤第五代计算机，但是并没有明确是什么，而是等待采用全新技术或者全新材料的计算机问世，普遍认为光子、量子、超导、生物这几个方面有可能诞生出第五代计算机出来，遗憾的是现在仍然都处于研究阶段，所以关于计算机的划代应该到四代为止。要让学生明白，科学的发展有高潮和低谷，过10～20年强行划分新一代来说明计算机的进步没有意义，因为集成电路不能一次次由量变引发质变