计算机专业系统能力培养现状和发展.ppt

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计算机系统能力培养计算机系统能力培养现状和发展现状和发展王志英王志英国防科技大学计算机学院国防科技大学计算机学院2016-7-122016-7-12目录o引言引言o系统能力培养系统能力培养o培养试点工作培养试点工作o提出的改革需求提出的改革需求o有关思考有关思考目前国内许多高校目前国内许多高校正在正在进行系统能力培养进行系统能力培养有关课程体系和实践环节的改革，系统能力培有关课程体系和实践环节的改革，系统能力培养改革进入一个新的阶段。

同时，也为教指委养改革进入一个新的阶段。

同时，也为教指委系统能力培养课程体系研究组提出了新的要求系统能力培养课程体系研究组提出了新的要求和挑战。

和挑战。

南京大学、南京大学、北航、北航、北京大学、国防科大、北京大学、国防科大、上海交大、中科大、清华大学等高校积极推进上海交大、中科大、清华大学等高校积极推进计算机专业学生系统能力培养的课程体系改革，计算机专业学生系统能力培养的课程体系改革，以及持续的教师交流和研讨，以及持续的教师交流和研讨，引引言言本届教指委组织了本届教指委组织了研究组展开计算机专业研究组展开计算机专业学生系统能力培养的研究学生系统能力培养的研究，分成为两个小组，分成为两个小组：

1.1.由南京大学、国防科大、北京大学、西北工业大学、武由南京大学、国防科大、北京大学、西北工业大学、武汉大学等学校有关教授和机械工业出版社华章公司组成汉大学等学校有关教授和机械工业出版社华章公司组成的研究组侧重进行关于计算机专业学生系统知识结构、的研究组侧重进行关于计算机专业学生系统知识结构、系统能力、系统课程设置及实践的研究。

系统能力、系统课程设置及实践的研究。

2.2.由北京航空航天大学、由北京航空航天大学、浙江大学、浙江大学、国防科大、南京大学国防科大、南京大学等学校有关教授和高等教育出版社组成的研究组侧重进等学校有关教授和高等教育出版社组成的研究组侧重进行系统实践能力培养的研究行系统实践能力培养的研究引引言言系统能力的主要内涵系统能力的主要内涵系统能力核心是在掌握计算系统基本原理系统能力核心是在掌握计算系统基本原理基础上，熟悉如何进一步开发构建以计算技术基础上，熟悉如何进一步开发构建以计算技术为核心的应用系统。

这需要学生更多地掌握计为核心的应用系统。

这需要学生更多地掌握计算系统内部各软件算系统内部各软件/硬件部分的关联关系与逻辑硬件部分的关联关系与逻辑层次，了解计算系统呈现的外部特性以及与人层次，了解计算系统呈现的外部特性以及与人和物理世界的交互模式。

和物理世界的交互模式。

系统能力培养体现出工程教育特征。

计算系统能力培养体现出工程教育特征。

计算机专业学生的知识体系不仅需要更新与扩展，机专业学生的知识体系不仅需要更新与扩展，而且其系统设计创新能力必须得到强化与提升。

而且其系统设计创新能力必须得到强化与提升。

系统能力培养系统能力培养系统能力系统能力=系统知识系统知识+工程实践能力工程实践能力n系统知识：

掌握计算机核心系统的工作原理及系统知识：

掌握计算机核心系统的工作原理及其构造方法，理解计算机系统的软硬件相互作其构造方法，理解计算机系统的软硬件相互作用关系用关系n工程实践能力：

用工程方法开发计算机应用系工程实践能力：

用工程方法开发计算机应用系统统6系统能力培养系统能力培养o计算机专业的教育应该建立新的系统级的课程，计算机专业的教育应该建立新的系统级的课程，特别是设立有关的系统级综合性课程，并重新规特别是设立有关的系统级综合性课程，并重新规划计算机系统核心课程的内容，使这些核心课程划计算机系统核心课程的内容，使这些核心课程之间的内容联系更紧密、衔接更加顺畅。

之间的内容联系更紧密、衔接更加顺畅。

o国际上国际上CMUCMU、StanfordStanford、UCBerkleyUCBerkley等等,国内南京国内南京大学、清华大学、北京大学、北航、国防科大、大学、清华大学、北京大学、北航、国防科大、浙江大学、中国科大、上海交大等学校已经开始浙江大学、中国科大、上海交大等学校已经开始进行有关的尝试，取得了一定的成效。

进行有关的尝试，取得了一定的成效。

o目前国内主要有目前国内主要有44种系统能力培养模式种系统能力培养模式系统能力培养系统能力培养11、深入理解计算机系统深入理解计算机系统oRandalE.Bryant,DavidR.ORandalE.Bryant,DavidR.OHallaron,Hallaron,ComputerSystems:

AProgrammerComputerSystems:

AProgrammerssPerspectivePerspective（CMU1-213,StanfordCS107CMU1-213,StanfordCS107）o该教材从程序员的角度来讲述应用程序员如何能够该教材从程序员的角度来讲述应用程序员如何能够利用系统知识来写出更好的程序。

利用系统知识来写出更好的程序。

将计算机软件和将计算机软件和硬件理论结合讲述的经典教程，内容覆盖计算机导硬件理论结合讲述的经典教程，内容覆盖计算机导论、体系结构和处理器设计等多门课程。

论、体系结构和处理器设计等多门课程。

系统能力培养系统能力培养22、计算系统概论计算系统概论oYaleN.Patt,SanjayJ.PatelYaleN.Patt,SanjayJ.Patel，IntroductionIntroductiontoComputingSystemsfromBitsandGatestotoComputingSystemsfromBitsandGatestoCandBeyondCandBeyond（CMU18-447CMU18-447）o该教材的目的是让学生对计算机科学有一个深入理该教材的目的是让学生对计算机科学有一个深入理解，为以后的课程打下坚实的基础。

学生在掌握了解，为以后的课程打下坚实的基础。

学生在掌握了计算机底层工作的原理机制之后，能更加从容地解计算机底层工作的原理机制之后，能更加从容地解决以后可能面临的新问题，包括高级编程语言方面决以后可能面临的新问题，包括高级编程语言方面的问题的问题o该教材包括两方面的内容：

计算机底层结构、高级该教材包括两方面的内容：

计算机底层结构、高级语言编程及编程方法学。

语言编程及编程方法学。

系统能力培养系统能力培养33、计算机系统基础计算机系统基础o袁春风南京大学计算机科学与技术系教授。

袁春风南京大学计算机科学与技术系教授。

o该教材基于该教材基于“IA-32+Linux+GCC+CIA-32+Linux+GCC+C语言语言”平台来讲平台来讲授计算机系统基础。

使读者能够很好地将高级语言授计算机系统基础。

使读者能够很好地将高级语言程序、汇编语言、编译和链接、组成原理、操作系程序、汇编语言、编译和链接、组成原理、操作系统等相关的基础内容有机贯穿起来，以建立完整的统等相关的基础内容有机贯穿起来，以建立完整的计算机系统概念，从而能深刻理解计算机系统中各计算机系统概念，从而能深刻理解计算机系统中各个抽象层之间的等价转换关系；个抽象层之间的等价转换关系；o分分3个层次建设系统课程个层次建设系统课程系统能力培养系统能力培养o计算机系统分析、设计、优化和检错能力是计算机专业专长计算机系统分析、设计、优化和检错能力是计算机专业专长n以以“提高对计算机系统全面认识和系统设计能力提高对计算机系统全面认识和系统设计能力”为目标为目标n强调软强调软/硬件的关联和协同、强调课程间的关联、强调理论硬件的关联和协同、强调课程间的关联、强调理论课与实验课内容的关联课与实验课内容的关联n在统一的指导思想和培养目标下，全方位系统地构建相关在统一的指导思想和培养目标下，全方位系统地构建相关课程的课堂教学和实验教学方案课程的课堂教学和实验教学方案n把概论和组原重组形成新的课程，强调系统性和关联性把概论和组原重组形成新的课程，强调系统性和关联性n最终目标：

逐步把操作系统、编译等课程的相关内容也加最终目标：

逐步把操作系统、编译等课程的相关内容也加到该实验平台上，形成一门从硬件、系统软件到应用软件到该实验平台上，形成一门从硬件、系统软件到应用软件的计算机系统综合实验课程的计算机系统综合实验课程系统能力培养系统能力培养44、系统实践、系统实践n核心课程群：

数字逻辑、计算机组成、操作系统、编核心课程群：

数字逻辑、计算机组成、操作系统、编译技术译技术o教学目标：

一个教学目标：

一个CPUCPU、一个、一个OSOS、一个编译器、一个编译器o改革思路改革思路n课程体系整合重构：

根据系统构造的内在逻辑关系，课程体系整合重构：

根据系统构造的内在逻辑关系，梳理课程群知识体系，重构各课程的知识分布及衔接梳理课程群知识体系，重构各课程的知识分布及衔接关系关系n实验体系物理综合：

实验成果层次递进，在统一硬件实验体系物理综合：

实验成果层次递进，在统一硬件实验平台上实现计算机软硬件的物理综合实验平台上实现计算机软硬件的物理综合n以以MIPSMIPS或者或者ARMARM指令集为基础，逐步建立深化系统观念指令集为基础，逐步建立深化系统观念系统能力培养系统能力培养o现代计算机系统的现代计算机系统的33个主要部分个主要部分n处理器处理器n操作系统操作系统n编译器编译器o计算机系统开发有助于：

计算机系统开发有助于：

n理解硬件系统的运行原理理解硬件系统的运行原理n掌握硬件系统及系统软件构造方法掌握硬件系统及系统软件构造方法n领悟软领悟软/硬件相互作用关系硬件相互作用关系13系统能力培养系统能力培养计算机组成原理实践教学改革探索ARMARM的飞速发展的飞速发展可穿戴设备市场领军70%智能TV95%of游戏机网络基础设施以及数据中心进军服务器市场拓展智能汽车,家庭网络市场95%智能手机和平板80%数码相机10亿2013采用ARM技术的中国芯出货量50倍2008-2013ARM合作伙伴出货量的成长倍数2.5亿2013采用ARM技术的中国应用处理器（AP）出货量计算机组成原理实践教学改革探索ARMARM可行性分析可行性分析是否达到原理课程设计的教学目标？

n深入理解计算机组成原理的相关概念和原理n掌握从指令集到CPU的设计方法，包括数据通路和控制器的设计方法实现难度是否适当？

n适合三年级（上）本科生n初步的数字逻辑、数字电路基础是否可行？

如果使用如果使用ARMARM：

指令集分析指令集分析是否可行？

是否可行？

数据通路设计数据通路设计是否可行？

是否可行？

控制控制器器设计设计是否可行？

是否可行？

CPUCPU实现实现是否可行？

是否可行？

CPUCPU验证验证是否可行？

是否可行？

计算机组成原理实践教学改革探索ARMARM详细规划详细规划培养试点工作培养试点工作从从22个方面进行系统能力培养试点工作：

个方面进行系统能力培养试点工作：

1.1.高等学校计算机系统能力培养高等学校计算机系统能力培养2.2.系统能力培养系统能力培养专业课程体系及课程建设专业课程体系及课程建设培养试点工作培养试点工作11o试点工作的依据和目标o试点范围和内容o试点工作的实施（组织分工、评估验收）o保障措施培养试点工作培养试点工作11o共有全国共有全国4848所高校申报了所高校申报了5050个项目（个别学校个项目（个别学校申报了多个项目，也出现多校联合申报的情况）申报了多个项目，也出现多校联合申报的情况），其中专业综合改革项目，其中专业综合改革项目3131项（占项（占62%62%），课程），课程及系列课程改革项目及系列课程改革项目1919项（项（38%38%）。

）。

o本次申报内容对系统能力培养课程体系中的每本次申报内容对系统能力培养课程体系中的每一层课程都有涵盖，其中涉及第一层课程的有一层课程都有涵盖，其中涉及第一层课程的有2121项，涉及第二层课程的有项，涉及第二层课程的有3636项，涉及第三层项，涉及第三层次课程的有次课程的有1616项。

第三层次课程方向涉及大数项。

第三层次课程方向涉及大数据、网络、云计