文章編號(hào)：1672-5913(2011)21-0017-05 中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　
　　摘 要：深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)提高計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力具有重要意義。使學(xué)生深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要途徑之一就是面向系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)。本文主要介紹東南大學(xué)面向系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)探索經(jīng)驗(yàn)，以供相關(guān)教學(xué)研究人員借鑒。
　　關(guān)鍵詞：面向系統(tǒng)；實(shí)踐教學(xué)；課程設(shè)計(jì)；系統(tǒng)綜合
　　
　　隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生如何提高競(jìng)爭(zhēng)力，是計(jì)算機(jī)教育領(lǐng)域一個(gè)非常重要的研究課題。對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)教育，一個(gè)非常重要的思路是分類培養(yǎng)[1]：培養(yǎng)將來(lái)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的研究人員和應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)解決實(shí)際領(lǐng)域應(yīng)用問(wèn)題的計(jì)算機(jī)應(yīng)用人員。對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)研究人員，需要加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理解，以更好地設(shè)計(jì)出新型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用人員，若能對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)深入理解，則可在計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)時(shí)，充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本身的特性，提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的性能。因此，讓學(xué)生深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)教育的重要內(nèi)容[2-3]。讓學(xué)生深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一個(gè)重要途徑就是探索面向系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系。
　　1 東南大學(xué)面向系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系
　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件和軟件。對(duì)于硬件，其核心是CPU；對(duì)于軟件，主要包括操作系統(tǒng)(可延伸包含網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng))、編譯軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。
　　對(duì)面向系統(tǒng)的專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行建設(shè)，東南大學(xué)的目標(biāo)是加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的深入理解，希望學(xué)生在“做中學(xué)、學(xué)中研、研中創(chuàng)”，能設(shè)計(jì)自己的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；主要方法是強(qiáng)調(diào)三結(jié)合：理論與實(shí)踐相結(jié)合、課內(nèi)與課外相結(jié)合、教學(xué)與科研相結(jié)合。
　　根據(jù)“強(qiáng)化基礎(chǔ)、軟硬結(jié)合、立足系統(tǒng)、面向應(yīng)
　　
　　用、加強(qiáng)實(shí)踐”教學(xué)理念，東南大學(xué)形成了如圖1所示的面向系統(tǒng)的專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系。
　　
　　該實(shí)踐教學(xué)體系以硬件系統(tǒng)綜合實(shí)踐和軟件系統(tǒng)綜合實(shí)踐為基礎(chǔ)，通過(guò)“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)”課程加以綜合，通過(guò)學(xué)生科研實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)強(qiáng)化“面向系統(tǒng)”的理念。
　　硬件系統(tǒng)綜合實(shí)踐包括硬件實(shí)驗(yàn)和接口實(shí)驗(yàn)。硬件實(shí)驗(yàn)主要是讓學(xué)生運(yùn)用EDA技術(shù)、采用軟件設(shè)計(jì)一個(gè)指令集自定義的模型計(jì)算機(jī)，并下載到FPGA芯片，讓學(xué)生深入理解CPU結(jié)構(gòu)、會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)CPU。接口實(shí)驗(yàn)主要包括存儲(chǔ)器擴(kuò)展、定時(shí)器、串口、并口、中斷、A/D、D/A、DMA控制器、小型微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)與測(cè)試等實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠理解微機(jī)接口及其應(yīng)用技術(shù)。
　　軟件系統(tǒng)綜合實(shí)踐主要包括編譯原理課程設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)。對(duì)編譯原理課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能設(shè)計(jì)可生成編譯程序的程序，也就是編譯程序生成工具程序(包括Lex和Yacc)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言本質(zhì)和編譯軟件的理解，進(jìn)一步提高程序設(shè)計(jì)能力、特別是大型軟件的設(shè)計(jì)能力。對(duì)于操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生在閱讀Linux操作系統(tǒng)源代碼的基礎(chǔ)上添加新的系統(tǒng)調(diào)用，修改調(diào)度程序的代碼，擴(kuò)展一個(gè)新的調(diào)度算法；或者基于Java虛擬機(jī)，完成基于Java虛擬機(jī)的線程調(diào)度及請(qǐng)求頁(yè)式管理的Java實(shí)現(xiàn)，以加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)內(nèi)核的理解，提高對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核的分析與擴(kuò)展能力。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)[4]，通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)小型的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，為今后從事數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)研究和開(kāi)發(fā)、充分利用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)提供的各種特性解決實(shí)際問(wèn)題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、SQL語(yǔ)言解析與執(zhí)行以及索引優(yōu)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。
　　對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度，通過(guò)對(duì)SOC(片上系統(tǒng))的硬、軟件設(shè)計(jì)，將學(xué)生帶進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件綜合開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域，讓學(xué)生初步理解軟件、硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，給學(xué)生一次綜合的訓(xùn)練的機(jī)會(huì)，加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理解。
　　2 典型實(shí)踐課程建設(shè)探索
　　這里主要介紹東南大學(xué)硬件實(shí)驗(yàn)、編譯原理課程設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)建設(shè)探索經(jīng)驗(yàn)。
　　2.1 硬件實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程
　　東南大學(xué)長(zhǎng)期重視硬件教學(xué)。東南大學(xué)硬件課程群是江蘇省優(yōu)秀課程群。1985年，為了加強(qiáng)計(jì)算機(jī)組成原理的綜合實(shí)踐，我校開(kāi)始獨(dú)立設(shè)置計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程。硬件實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程內(nèi)容是學(xué)生自己設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的CPU，可以完成七條基本指令。學(xué)生通過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)，初步改變了懼怕硬件的心理，在對(duì)課程充分理解的基礎(chǔ)上，自主設(shè)計(jì)自己的CPU，不設(shè)條條框框，學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成情況令人滿意，改革初現(xiàn)成效。部分學(xué)生的課程設(shè)計(jì)在全國(guó)相關(guān)教學(xué)會(huì)議上被作為樣板，受到與會(huì)者的一致好評(píng)。由于課程建設(shè)成效顯著，“模型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”(硬件實(shí)驗(yàn))課程建設(shè)于1993年被評(píng)為東南大學(xué)教學(xué)改革成果二等獎(jiǎng)。從1999年開(kāi)始，我們探索在原有CPU設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上增加接口部件，并將EDA技術(shù)引入到課程設(shè)計(jì)中，為開(kāi)設(shè)“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)”打下基礎(chǔ)。
　　經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的建設(shè)，硬件實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程目前將著眼于CPU的組織和嚴(yán)格的時(shí)空安排，著眼于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和基本電路的實(shí)現(xiàn)方法，由小型部件實(shí)驗(yàn)和大型課程設(shè)計(jì)組成。課程目標(biāo)是通過(guò)實(shí)驗(yàn)，在理論與實(shí)踐相結(jié)合的基礎(chǔ)上，加深學(xué)生的整機(jī)概念，進(jìn)一步弄清計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和時(shí)空關(guān)系，學(xué)會(huì)指令功能的電路實(shí)現(xiàn)方法和技巧，掌握運(yùn)用EDA技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試的工作方法，提高學(xué)生自行設(shè)計(jì)、調(diào)試分析的獨(dú)立工作能力。
　　小型部件實(shí)驗(yàn)用傳統(tǒng)的中小規(guī)模集成電路完成，使學(xué)生對(duì)運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)通路、總線等基本概念有感性認(rèn)識(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)流和控制流的關(guān)系、計(jì)算機(jī)主要部件的工作過(guò)程有較清楚的了解。
　　大型課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生運(yùn)用EDA技術(shù)，采用ALTERA公司的MAX+PLUSII軟件或Quartus II軟件，自己設(shè)計(jì)一臺(tái)指令功能完備的模型計(jì)算機(jī)，下載到本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供的FLEX10K系列芯片上，并調(diào)試成功，最后通過(guò)檢查驗(yàn)收程序，寫(xiě)出報(bào)告。對(duì)于模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，分為兩個(gè)層次：微程序控制的模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試和復(fù)雜的模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試。對(duì)于微程序控制的模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試，可自行規(guī)定數(shù)據(jù)格式和指令格式，在所提供的條件范圍內(nèi)設(shè)計(jì)一臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)基本指令的微程序控制的模型計(jì)算機(jī)。對(duì)于復(fù)雜的模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試，要求具有多種尋址方式、中斷系統(tǒng)、16條以上指令，掌握用Verilog語(yǔ)言設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)硬件的能力，掌握用軟件工程的思想設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)硬件的工作方法及工作過(guò)程。
　　該課程不安排考試，學(xué)生成績(jī)以其學(xué)習(xí)態(tài)度、設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告情況評(píng)定。具體分配如下：學(xué)習(xí)態(tài)度10分，設(shè)計(jì)水平和實(shí)驗(yàn)結(jié)果
　　
　　60分(設(shè)計(jì)方案30分、實(shí)驗(yàn)結(jié)果20分、創(chuàng)新10分)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告30分(方案和電路10分、文字表述10分、總結(jié)和分析等10分)?？偡职磧?yōu)、良、中、及格、不及格評(píng)分。
　　2.2 編譯原理課程設(shè)計(jì)
　　編譯程序是重要的系統(tǒng)軟件，其設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)涉及形式語(yǔ)言與自動(dòng)機(jī)理論。編譯程序設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單方法是按照特定的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言描述規(guī)范進(jìn)行相應(yīng)的詞法、語(yǔ)法分析和目標(biāo)代碼生成。主要不足是程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言描述規(guī)范發(fā)生改變時(shí)不能做快速適應(yīng)。因此，在編譯程序設(shè)計(jì)時(shí)，一種新的方法是使用編譯程序生成工具生成編譯程序。典型編譯程序生成工具有Lex和Yacc。為了使學(xué)生對(duì)Lex和Yacc的實(shí)現(xiàn)機(jī)理有深入的理解，東南大學(xué)從2005年開(kāi)始獨(dú)立設(shè)置編譯原理課程設(shè)計(jì)實(shí)踐課程。
　　
　　該課程的設(shè)計(jì)目的就是通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)通用的能夠自動(dòng)根據(jù)正規(guī)表達(dá)式生成詞法分析程序的工具程序SeuLex和一個(gè)通用的能夠根據(jù)上下文無(wú)關(guān)文法及其語(yǔ)義規(guī)則自動(dòng)生成語(yǔ)法分析程序的工具程序SeuYacc，使學(xué)生深入理解編譯原理，為在大型軟件系統(tǒng)實(shí)踐中設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的軟件系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。
　　SeuLex設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是給定一個(gè)語(yǔ)言的Lex完整描述，通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)的正規(guī)表達(dá)式集分析、相應(yīng)非確定的有限自動(dòng)機(jī)構(gòu)造、確定化和最小化；根據(jù)最小化的確定有限自動(dòng)機(jī)生成對(duì)應(yīng)的詞法分析程序。對(duì)于SeuYacc設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容是給定一個(gè)語(yǔ)言的Yacc完整描述，通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)的LALR(1)分析表構(gòu)造過(guò)程；輸出基于LALR(1)分析表、具有LALR(1)分析總控程序和LR(1)分析表查表程序的語(yǔ)法分析程序。
　　該課程考核根據(jù)每個(gè)學(xué)生小組必做實(shí)驗(yàn)和選做完成情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性、選做實(shí)驗(yàn)的數(shù)量和完成情況進(jìn)行小組評(píng)分，作為該小組成員的最高得分；對(duì)小組內(nèi)各個(gè)成員評(píng)分，結(jié)合學(xué)生小組分工情況和組內(nèi)評(píng)價(jià)進(jìn)行評(píng)分。
　　學(xué)生普遍認(rèn)為，該課程設(shè)計(jì)對(duì)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)編譯理論的理解、提高大型程序的設(shè)計(jì)能力具有重要作用。
　　2.3 操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)
　　操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心軟件，對(duì)操作系統(tǒng)的深入理解，可幫助學(xué)生充分利用操作系統(tǒng)提供的功能，提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的效率，從而使學(xué)生能夠“做好應(yīng)用”，更進(jìn)一步設(shè)計(jì)自己的操作系統(tǒng)軟件。
　　為了加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)內(nèi)核的理解，提高其對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核的分析與擴(kuò)展能力，東南大學(xué)從2005年開(kāi)始獨(dú)立設(shè)置操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐課程。
　　該課程主要是為學(xué)生將來(lái)在基于Linux的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)或在Java虛擬機(jī)上的軟件開(kāi)發(fā)工作奠定基礎(chǔ)。
　　該課程提供兩類難度相當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)，學(xué)生可按照自己的興趣選做A類或者B類。
　　A類：本課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生在閱讀Linux操作系統(tǒng)源代碼的基礎(chǔ)上完成兩個(gè)主要項(xiàng)目：在Linux2.4的內(nèi)核中添加新的系統(tǒng)調(diào)用，以理解系統(tǒng)調(diào)用的工作機(jī)制，掌握擴(kuò)展內(nèi)核功能的技術(shù)；在Linux2.4中修改調(diào)度程序的代碼，擴(kuò)展一個(gè)新的調(diào)度算法。
　　B類：在Java虛擬機(jī)上完成兩個(gè)項(xiàng)目：基于Java虛擬機(jī)的線程調(diào)度；請(qǐng)求頁(yè)式管理的Java實(shí)現(xiàn)。
　　該課程考核根據(jù)每個(gè)學(xué)生小組必做實(shí)驗(yàn)和選做完成情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性、選做實(shí)驗(yàn)的數(shù)量和完成情況進(jìn)行小組評(píng)分，作為該小組成員的最高得分；對(duì)小組內(nèi)各個(gè)成員評(píng)分，結(jié)合學(xué)生小組分工情況和組內(nèi)評(píng)價(jià)進(jìn)行評(píng)分。
　　學(xué)生普遍認(rèn)為，通過(guò)該課程設(shè)計(jì)，對(duì)操作系統(tǒng)的理解有一個(gè)較大的提升，對(duì)構(gòu)建自己的操作系統(tǒng)有了一定信心。
　　2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)
　　數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是信息處理的重要系統(tǒng)軟件，充分理解數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，對(duì)提高信息處理應(yīng)用系統(tǒng)的性能和效率具有重要的作用。
　　為了為學(xué)生今后從事數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)研究和開(kāi)發(fā)、充分利用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)提供的各種特性解決實(shí)際問(wèn)題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，東南大學(xué)利用在各種數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面的長(zhǎng)期科研積累，從2005年開(kāi)始獨(dú)立設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐課程，安排學(xué)生3～4人一組，分配角色，不限機(jī)時(shí)，遵循軟件工程的要求自行設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)麻雀雖小、五臟俱全的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)MyDBMS，通過(guò)實(shí)踐，使學(xué)生更加透徹地理解數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本原理和內(nèi)部實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
　　該課程實(shí)驗(yàn)將分為兩大部分：一是數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；二是SQL語(yǔ)言解析與執(zhí)行，以及索引優(yōu)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)處理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，主要是實(shí)現(xiàn)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中的兩步提交事務(wù)處理系統(tǒng)；對(duì)于SQL語(yǔ)言解析與執(zhí)行實(shí)驗(yàn)，主要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)SQL語(yǔ)言的解析，以及執(zhí)行控制模塊；對(duì)索引優(yōu)化技術(shù)實(shí)驗(yàn)，主要實(shí)現(xiàn)B+樹(shù)索引結(jié)構(gòu)并優(yōu)化。
　　該課程考核根據(jù)每個(gè)學(xué)生小組必做實(shí)驗(yàn)和選做完成情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性、選做實(shí)驗(yàn)的數(shù)量和完成情況進(jìn)行小組評(píng)分，作為該小組成員的最高得分；對(duì)小組內(nèi)各個(gè)成員評(píng)分，結(jié)合學(xué)生小組分工情況和組內(nèi)評(píng)價(jià)進(jìn)行評(píng)分。
　　從教學(xué)實(shí)際情況來(lái)看，絕大多數(shù)學(xué)生都能按要求完成任務(wù)，學(xué)生普遍反映雖然很辛苦，但收獲很大。該實(shí)踐課程所依據(jù)的理論課程“數(shù)據(jù)庫(kù)原理”于2010年成為國(guó)家精品課程建設(shè)項(xiàng)目。
　　2.5 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)
　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)是軟件綜合實(shí)踐和硬件綜合實(shí)踐的集成，要求學(xué)生從CPU 設(shè)計(jì)、外圍接口設(shè)計(jì)到BIOS設(shè)計(jì)、匯編器設(shè)計(jì)、編譯程序設(shè)計(jì)和應(yīng)用示范程序設(shè)計(jì)，需要軟硬綜合。東南大學(xué)從2003年開(kāi)始探索計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)實(shí)踐課程建設(shè)。
　　2003年，東南大學(xué)按照計(jì)算機(jī)專業(yè)課程群的總體大綱，以及“軟硬結(jié)合、立足系統(tǒng)”的教學(xué)指導(dǎo)思想，參考加州大學(xué)伯克力分校以及日本法政大學(xué)的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，獨(dú)立設(shè)置了“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)”實(shí)踐課程，將“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)”定位在采用EDA、OO(面向?qū)ο?、SOPC等技術(shù)，綜合軟硬件實(shí)踐，形成小型嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。將學(xué)生5～6人分為一組，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括嵌入式CPU設(shè)計(jì)、接口電路設(shè)計(jì)、BIOS設(shè)計(jì)、編譯器設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)單應(yīng)用程序設(shè)計(jì)等，真正將學(xué)生帶進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，讓學(xué)生得到一次全面綜合的實(shí)踐訓(xùn)練。
　　該課程硬件部分實(shí)驗(yàn)是設(shè)計(jì)一個(gè)可運(yùn)行指定的31條MIPS指令的RISC型MIPS16微處理器，具有32位指令、16位地址線和數(shù)據(jù)線。實(shí)驗(yàn)要求包括處理器采用哈佛結(jié)構(gòu)，有獨(dú)立的2KB的指令存儲(chǔ)器和2KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；具有2個(gè)中斷源入口，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)(可選)；具有2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；具有一個(gè)4×4鍵盤(pán)控制器和4位7段LED控制器；具有一個(gè)簡(jiǎn)單UART串行通信控制器或一個(gè)SCI串行通信控制器；具有看門(mén)狗功能(可選)；用不同的方法實(shí)現(xiàn)移位指令，并分析對(duì)主頻和功耗上的影響(可選)；增加乘法器、除法器、標(biāo)志寄存器等(可選)。
　　該課程軟件部分實(shí)驗(yàn)包括含有編輯功能的MIPS16匯編(編譯)程序；含有基本輸入輸出系統(tǒng)BIOS(可選)；含有硬件各部件測(cè)試程序；MiniC編譯器(可選)；集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE的設(shè)計(jì)(可選)；含有一個(gè)應(yīng)用程序范例(可選)。
　　在多年的課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生們不僅完成了簡(jiǎn)單的SoC設(shè)計(jì)，更不斷進(jìn)取，分別完成了流水型、超標(biāo)量型、帶分支預(yù)測(cè)的流水、帶指令預(yù)取的流水、雙核等多種先進(jìn)的設(shè)計(jì)。2005級(jí)學(xué)生的課程設(shè)計(jì)成果MiniSys IDE已作為東南大學(xué)硬件基礎(chǔ)課的實(shí)驗(yàn)工具。2006級(jí)學(xué)生嘗試了增加鼠標(biāo)、黑白液晶屏、彩色液晶屏、步進(jìn)電機(jī)、點(diǎn)陣LED等外部設(shè)備的接口電路、并初步嘗試了3核處理器的設(shè)計(jì)。該課程于2009年成為教育部—Intel精品課程。
　　3 保證實(shí)踐教學(xué)效果的建議
　　實(shí)踐教學(xué)對(duì)提高學(xué)生的能力和素質(zhì)具有重要作用，但教學(xué)工作量較大，需要教師有很大的投入，才能保證教學(xué)效果。東南大學(xué)為了保證實(shí)踐教學(xué)效果，首先從實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)考核政策上予以傾斜，學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)與技術(shù)崗位編制中，充分考慮實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的需要，重點(diǎn)建設(shè)的實(shí)驗(yàn)中心，改革與建設(shè)編制崗位數(shù)所占的比例可以達(dá)到中心實(shí)驗(yàn)技術(shù)崗位的20%以上。
　　另外，針對(duì)獨(dú)立設(shè)置的課程設(shè)計(jì)[5-6]，有如下建議。
　　1) 任務(wù)布置階段，因人而異，避免一刀切：對(duì)基礎(chǔ)較差的學(xué)生——給出基本任務(wù)要求，鼓勵(lì)學(xué)生向更高目標(biāo)走，絕不降低基本要求；對(duì)于大多數(shù)學(xué)生——給出的任務(wù)比基本要求略高，鼓勵(lì)他們多進(jìn)行討論，讓這部分學(xué)生能“吃飽吃好”；對(duì)于能力強(qiáng)的學(xué)生——讓他們自行組織討論，充分發(fā)揮能動(dòng)性，提出自己的方案，可以四個(gè)不限定(不限定學(xué)生設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)，不限定學(xué)生具體實(shí)施設(shè)計(jì)的步驟，不限定最終的目標(biāo)與驗(yàn)證方法，不限定學(xué)生實(shí)施自己設(shè)計(jì)的時(shí)間和地點(diǎn))，大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
　　
　　2) 任務(wù)執(zhí)行階段，做到教師全程跟蹤：對(duì)于基礎(chǔ)差的學(xué)生——講清楚基本原理和設(shè)計(jì)中要注意的關(guān)鍵問(wèn)題，必要時(shí)給這部分學(xué)生補(bǔ)一點(diǎn)基礎(chǔ)的知識(shí)；大多數(shù)學(xué)生——引導(dǎo)學(xué)生能夠更為完善地完成設(shè)計(jì)，并在設(shè)計(jì)中或多或少地表現(xiàn)出一些自己的特色，這部分學(xué)生要多做一些啟發(fā)性的工作；能力強(qiáng)的學(xué)生——放手讓他們?nèi)プ龈鞣N探索性實(shí)驗(yàn)，要經(jīng)常參加他們的討論，聽(tīng)取他們的思路，并及時(shí)為他們提供有關(guān)的資料。
　　3) 任務(wù)驗(yàn)收階段，采用招標(biāo)式課程設(shè)計(jì)驗(yàn)收方案：各組展示本組的設(shè)計(jì)，組長(zhǎng)做總體性介紹；成員展示自己設(shè)計(jì)的特色；各組之間展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)和互評(píng)，用自己的最優(yōu)秀部分贏取驗(yàn)收教師和其他組成員的好評(píng)。
　　4) 嚴(yán)把設(shè)計(jì)質(zhì)量關(guān)：杜絕抄襲現(xiàn)象；規(guī)范設(shè)計(jì)報(bào)告格式，提高設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì)量。
　　4 結(jié)語(yǔ)
　　提高學(xué)生系統(tǒng)認(rèn)識(shí)能力對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生具有重要意義。東南大學(xué)面向系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)探索經(jīng)驗(yàn)表明，面向系統(tǒng)的綜合實(shí)踐很有必要，學(xué)生不僅加深了對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理解，而且提高了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力，提高了學(xué)生的專業(yè)興趣，為今后走上工作崗位，能夠很快適應(yīng)新環(huán)境奠定了較好的基礎(chǔ)。
　　當(dāng)然，面向系統(tǒng)的綜合實(shí)踐對(duì)理論基礎(chǔ)不夠扎實(shí)的學(xué)生還具有較大難度。如何使所有學(xué)生均有很大的收獲，還需要不斷地探索。希望本文對(duì)相關(guān)教學(xué)研究人員有借鑒作用。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1] 教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)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)核心課程教學(xué)實(shí)施方案[M]. 北京:高等教育