時(shí)間：2023-03-01 16:24:26
導(dǎo)語(yǔ)：在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的撰寫(xiě)旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
【關(guān)鍵詞】 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 多核 綜合實(shí)驗(yàn)
前言：所謂的“多核”是指一塊芯片上集成多個(gè)處理器，這些處理器之間不需要設(shè)置共享關(guān)鍵資源，各自擁有獨(dú)立的控制和計(jì)算部件。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，有利于滿足計(jì)算機(jī)知識(shí)學(xué)習(xí)需要，更好地提升算機(jī)應(yīng)用創(chuàng)新能力，使計(jì)算機(jī)原理和技術(shù)知識(shí)更好地被接受和應(yīng)用。
一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實(shí)驗(yàn)發(fā)展現(xiàn)狀
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實(shí)驗(yàn)的發(fā)展，是基于多核技術(shù)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，多核綜合實(shí)驗(yàn)在滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，也發(fā)揮了重要的作用。多核計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，具有代表性的廠家為IBM、Sun，其利用計(jì)算機(jī)理論對(duì)多核處理器進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)多個(gè)計(jì)算機(jī)內(nèi)核進(jìn)行集成，以提升計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度[1]。2007年1月份，Intel配置了2個(gè)4核處理器的8核計(jì)算機(jī)，隨后Intel公司推出了roadmap，主流處理器達(dá)到144核，這表明多核計(jì)算機(jī)技術(shù)手段已經(jīng)被人們掌握，可以應(yīng)用于工作和學(xué)習(xí)當(dāng)中。在對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實(shí)驗(yàn)應(yīng)用過(guò)程中，清華大學(xué)設(shè)計(jì)了FPGA的開(kāi)放式教學(xué)CPU設(shè)計(jì)，并利用Windows/Linux進(jìn)行多核編程實(shí)驗(yàn)；南京大學(xué)配置Altera DE2實(shí)驗(yàn)板，利用硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行CPU設(shè)計(jì)；浙江大學(xué)開(kāi)設(shè)了基于FPGA的CPU設(shè)計(jì)和多核編程實(shí)驗(yàn)。隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核化發(fā)展，人們對(duì)開(kāi)展多核綜合實(shí)驗(yàn)工作進(jìn)行關(guān)注，并紛紛開(kāi)設(shè)相關(guān)課程，注重提升計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，使多核技術(shù)能夠被更好的理解和掌握[2]。
二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)多核實(shí)驗(yàn)關(guān)注的知識(shí)點(diǎn)予以把握，并且在設(shè)計(jì)過(guò)程中，保證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新性，以滿足實(shí)際需要。具體內(nèi)容我們可以從下面分析中看出：
2.1多核綜合實(shí)驗(yàn)的知識(shí)點(diǎn)
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，要注重對(duì)多核的本質(zhì)及技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行把握，從而使人們通過(guò)多核實(shí)驗(yàn)，能夠掌握多核技術(shù)，對(duì)原有的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新，更好地滿足實(shí)際發(fā)展需要。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實(shí)驗(yàn)涉及的知識(shí)點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn)：1、硬件設(shè)計(jì)技術(shù)、Cache與存儲(chǔ)一致性、IO管理；2、多核技術(shù)與單核技術(shù)之間的差異性、嵌入式多核芯片技術(shù)、Cell、OpenSpare、Intel雙核芯片；3、多核體系結(jié)構(gòu)特征、多核API優(yōu)化函數(shù)庫(kù)；4、多線程編程對(duì)多核技術(shù)應(yīng)用的影響、 Windows/Linux編程技術(shù)、OpenMP對(duì)多核的支持、多線程程序性能測(cè)評(píng)方法。
在進(jìn)行多核綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，要對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實(shí)驗(yàn)包括的技術(shù)要點(diǎn)內(nèi)容予以把握，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，能夠?qū)@些內(nèi)容進(jìn)行涵蓋[3]。
2.2多核綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
多核綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮到硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容。硬件設(shè)計(jì)方面，利用FPGA指令進(jìn)行單CPU實(shí)驗(yàn)，并在后期結(jié)合FPGA特征，設(shè)計(jì)多個(gè)處理器內(nèi)核，進(jìn)行操作系統(tǒng)移植，保證CPU具有多核特性；軟件設(shè)計(jì)方面，利用Windows/Linux多核多線程編程實(shí)驗(yàn)，對(duì)編程的思想和方法予以認(rèn)知和理解，增強(qiáng)程序設(shè)計(jì)能力[4]。具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，我們可以從下面分析中看出：
1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹６嗪司C合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的在于使學(xué)生能夠?qū)τ?jì)算機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相關(guān)工作原理予以認(rèn)知，能夠掌握CPU分析、應(yīng)用和設(shè)計(jì)的能力。同時(shí)，對(duì)硬件描述語(yǔ)言、EDA軟件、FPGA芯片能夠進(jìn)行有效使用，具有一定的硬件動(dòng)手能力，對(duì)硬件技術(shù)知識(shí)更好地了解。
2、平臺(tái)設(shè)計(jì)。平臺(tái)設(shè)計(jì)主要應(yīng)用PC、FPGA-CPU、單片機(jī)控制電路等組成。
3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。借助于Verilog HDL/VHDL實(shí)現(xiàn)CPU軟核，并利用EDA工具軟件進(jìn)行系統(tǒng)的模擬和測(cè)試，之后將模擬測(cè)試的內(nèi)容加載到FPGA芯片中，保證單CPU能夠以FPGA指令形成。通過(guò)利用FPGA芯片，對(duì)CPU的功能進(jìn)行拓展，保證原有實(shí)驗(yàn)存在的缺陷和相關(guān)問(wèn)題得到有效解決。同時(shí)，Windows/Linux多核多線程實(shí)驗(yàn)利用win32API、MFC進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，對(duì)可編程邏輯器件、操作系統(tǒng)功能予以了解和認(rèn)知。
除此之外，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的參數(shù)和指標(biāo)范圍予以明確。選擇16個(gè)32位的寄存器，總線寬度為32位數(shù)據(jù)。
結(jié)束語(yǔ)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，注重對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐性予以把握，通過(guò)利用多核技術(shù)，更好地提升人們對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件知識(shí)的理解和掌握，并使人們?cè)趯W(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)技術(shù)過(guò)程中，能夠創(chuàng)新發(fā)展，對(duì)相關(guān)理論進(jìn)行更好的認(rèn)知。因此，在進(jìn)行多核綜合實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要注重對(duì)FPGA技術(shù)予以有效把握，對(duì)多核技術(shù)內(nèi)涵更好地理解。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]于永斌，徐潔，王華，張鳳荔，吳曉華，丁旭陽(yáng). 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程多核創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)探索[J]. 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2011，03：68-71.
[2]. 自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)[J]. 中國(guó)無(wú)線電電子學(xué)文摘，2011，05：167-246.
關(guān)鍵詞：Learning-by-doing 教學(xué)模式 教學(xué)實(shí)踐
文章編號(hào)：1672-5913(2011)18-0023-04 中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程是計(jì)算機(jī)及應(yīng)用專業(yè)考試計(jì)劃中的專業(yè)課程，是一門從組織和結(jié)構(gòu)的角度上學(xué)習(xí)、領(lǐng)會(huì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的課程。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)軟、硬件綜合體。隨著計(jì)算機(jī)軟件的日趨復(fù)雜，以及硬件在功能、性能、集成度、可靠性、價(jià)格上的不斷改進(jìn)，針對(duì)不同的應(yīng)用，需要研究如何更好地對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件進(jìn)行功能分配，如何更好、更合理地實(shí)現(xiàn)分配給硬件的那部分功能，使系統(tǒng)有高的性價(jià)比，這是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)和研究的主要方面，也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、高層次應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)所必須了解和掌握的基本知識(shí)。通過(guò)本課程學(xué)習(xí)，學(xué)生能進(jìn)一步樹(shù)立和加深對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，熟悉有關(guān)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概念、原理，了解常用的基本結(jié)構(gòu)，領(lǐng)會(huì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思想和方法，提高分析解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，也能了解近十幾年來(lái)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的進(jìn)展和今后發(fā)展的趨勢(shì)。本課程是高等工科院校中計(jì)算機(jī)專業(yè)的主干課，通過(guò)介紹目前通用的和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)具體闡述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理的各個(gè)側(cè)面，使學(xué)生全面掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本的概念、原理、結(jié)構(gòu)和分析方法。學(xué)生在已經(jīng)學(xué)習(xí)了“計(jì)算機(jī)組成原理”、“計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)”、“匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”、“高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”等計(jì)算機(jī)軟件和硬件方面的多門課程之后，通過(guò)學(xué)習(xí)“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”這門課程能夠建立完整的計(jì)算機(jī)
系統(tǒng)概念，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)課程和日后從事計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作打下基礎(chǔ)，因此在計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中占有重要地位和作用。
1 現(xiàn)狀分析
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)已在國(guó)內(nèi)許多高校展開(kāi)，但是目前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)普遍仍停留在以講概念和講原理為主的水平上，不能與新產(chǎn)品和新技術(shù)聯(lián)系在一起，無(wú)法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)新意識(shí)的實(shí)踐性，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)完后“會(huì)背書(shū)，不會(huì)做”，從而嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量，達(dá)不到預(yù)期設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)。
在微軟亞洲研究院的大力倡導(dǎo)下，本課程擬引入由卡內(nèi)基•梅隆大學(xué)提出的“Learning-by-doing”這一適用于工程教學(xué)的行之有效的先進(jìn)教學(xué)理念，對(duì)“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)進(jìn)行改革。
“Learning-by-doing”是由美國(guó)卡內(nèi)基•梅隆大學(xué)率先提出的一種旨在強(qiáng)化工程學(xué)科學(xué)生全面的實(shí)踐能力和工程素養(yǎng)的教學(xué)模式[1]。其思想精髓是對(duì)學(xué)生與教師進(jìn)行角色轉(zhuǎn)變，并充分激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生真正成為課程的主角，使教師轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生的顧問(wèn)。
這個(gè)改革希望通過(guò)“Learning-by-doing”教學(xué)模式來(lái)改變當(dāng)前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的教學(xué)現(xiàn)狀，使同學(xué)們既能夠在學(xué)中做，也能在做中學(xué)，從而達(dá)到好的學(xué)習(xí)效果，增強(qiáng)同學(xué)們的理解和動(dòng)手能力。筆者下面將具體闡述如何開(kāi)展課程的教學(xué)改革。
2 前期工作
“Learning-by-doing”教學(xué)模式的引入需要我們做大量的前期工作，其中包括：
1) 強(qiáng)化思想教育，注重學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。在教學(xué)中，我們需要改變學(xué)生過(guò)于依賴課本和老師的現(xiàn)狀，首先要在思想上去啟迪同學(xué)們，灌輸他們發(fā)揮自己創(chuàng)造力的思想，使他們明白不能只停留在書(shū)本上的概念和原理的理解，而要最后能完成一個(gè)完整的、甚至有創(chuàng)造性的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。并且在教學(xué)過(guò)程中，我們采用微軟MSF先進(jìn)項(xiàng)目組織和管理思想，使學(xué)生在校期間就能形成良好的軟件工程素養(yǎng)和意識(shí)，改變他們普遍重視技術(shù)技巧，忽視工程項(xiàng)目過(guò)程管理的現(xiàn)狀。
2) 重新規(guī)劃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)，降低學(xué)習(xí)門檻。在傳統(tǒng)的以講概念說(shuō)原理為主的教學(xué)模式中，采用深入淺出的教學(xué)方式和靈活多變的多媒體教學(xué)方法。同時(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行改革，增大課程覆蓋的深度和廣度，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、按需學(xué)習(xí)。
在組織教學(xué)內(nèi)容時(shí)盡量繞開(kāi)硬件細(xì)節(jié)，以較易掌握的硬件部件為突破口，選用學(xué)生很容易接受的計(jì)算機(jī)組成原理(前期課程)教學(xué)設(shè)備入手，以達(dá)到事半功倍的學(xué)習(xí)效果。而且為了切實(shí)落實(shí)“Learning-by- doing”教學(xué)思想，我們?yōu)槊恳环N計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)都設(shè)計(jì)一個(gè)具體的課程項(xiàng)目，以使學(xué)生真正理解和掌握其知識(shí)要點(diǎn)與難點(diǎn)，從而使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程真正成為一門學(xué)生看得見(jiàn)摸得著的、實(shí)實(shí)在在的生動(dòng)課程。
3) 保證教學(xué)內(nèi)容具有明顯的前沿性和時(shí)代性。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)日新月異，為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容與技術(shù)同步，課程及時(shí)關(guān)注計(jì)算機(jī)科學(xué)方面的核心論文及期刊，及時(shí)把最新的技術(shù)反映到教學(xué)內(nèi)容中，從而長(zhǎng)期保持課程的生命力。
3 教改實(shí)施
本項(xiàng)教改項(xiàng)目實(shí)施的主要目標(biāo)是：在“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程的講授過(guò)程中，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用，使學(xué)生在全面掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理基礎(chǔ)上，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。
此種能力培養(yǎng)的具體實(shí)施則需要從基礎(chǔ)知識(shí)、技術(shù)講座、基本技能和項(xiàng)目實(shí)踐四個(gè)方面落實(shí)。
對(duì)于學(xué)生而言，首先應(yīng)掌握好課本中的基礎(chǔ)知識(shí)，形成扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。然后經(jīng)常參加老師組織的各種形式的技術(shù)講座，掌握當(dāng)前計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的動(dòng)態(tài)，并從整體上把握計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的前沿。最后，積極參加本課程的實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目工作，掌握主流開(kāi)發(fā)工具和開(kāi)發(fā)技巧，在做的過(guò)程中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，然后通過(guò)與同學(xué)、老師的不斷溝通中去解決問(wèn)題，從而做到理論指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐中更進(jìn)一步理解理論。
對(duì)于老師而言，首先應(yīng)做好教學(xué)工作，完善原有的多媒體課件。引入聲音、圖像、AVI等多種形式，增強(qiáng)多媒體教學(xué)中的適應(yīng)性、綜合性和趣味性，使教學(xué)媒體多樣化。然后，抓住當(dāng)前技術(shù)前沿，抓住學(xué)生關(guān)心的問(wèn)題，組織各種形式的技術(shù)講座。第三，作為一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，兼顧理論、重在實(shí)踐。教師在不斷更新最新的國(guó)內(nèi)外理論知識(shí)的同時(shí)，重視加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容全面上網(wǎng)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程全程指導(dǎo)。對(duì)于學(xué)生循循善誘，講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容深入淺出，并付出十分的耐心。在解決問(wèn)題的過(guò)程中重點(diǎn)教導(dǎo)學(xué)生解決問(wèn)題的方法和途徑，而不僅僅只是告訴他們當(dāng)前問(wèn)題的答案。
但是，在工作的實(shí)施中會(huì)有遇到以下具體困難：
1) 內(nèi)容把握及工作量較大。
課件內(nèi)容包括教學(xué)大綱所有教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，以滿足學(xué)科教學(xué)需要，并完整涵蓋教學(xué)目標(biāo)所涉及的內(nèi)容，章節(jié)內(nèi)容的剪裁、取舍以及重點(diǎn)、難點(diǎn)的掌握，是整個(gè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)，難度較大。
課件需要運(yùn)用豐富的媒體素材，如圖片、聲音、動(dòng)畫(huà)、視頻影像等，工作量較大，且課程內(nèi)容涉及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)組成原理等課程內(nèi)容，有較強(qiáng)的綜合性。
2) 模塊講授和整體把握之間的矛盾。
教師的課件要簡(jiǎn)潔且具有親和力，頁(yè)面視覺(jué)效果好，并符合美學(xué)及教育學(xué)要求。
對(duì)各知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容宜采用模塊化講授，便于摘取模塊知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)便于教師按各自的教學(xué)特點(diǎn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行組裝、搭配及改進(jìn)。
但是怎么把握模塊與整體的關(guān)系，怎么由點(diǎn)到面，是其中一個(gè)難點(diǎn)。
3) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中硬件復(fù)雜度和理論深入淺出之間的矛盾。
書(shū)本中淺顯易懂的理論在實(shí)踐中卻需要很多其他相關(guān)硬件知識(shí)的輔助，增加了其硬件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。
4 具體實(shí)施
針對(duì)如上具體問(wèn)題，我們采取了以下實(shí)施：
1) 此次教改項(xiàng)目研究以長(zhǎng)沙學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系為依托，以具有多年計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究和課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)教師及軟件制作開(kāi)發(fā)人員為骨干，以計(jì)算機(jī)系為應(yīng)用平臺(tái)，由長(zhǎng)沙學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)督促實(shí)施。
由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人提出整體設(shè)計(jì)方案和規(guī)范化的格式要求；項(xiàng)目組成員對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行充分的討論、修改和完善；項(xiàng)目組成員按照分工安排和制作規(guī)范進(jìn)行文字腳本的創(chuàng)作；由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人組織全體成員對(duì)文字腳本最終定稿并進(jìn)行專業(yè)制作。
2) 理論教學(xué)采用模塊式設(shè)計(jì)方法，確保教學(xué)系統(tǒng)的靈活性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性；采用公開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)，保證系統(tǒng)的開(kāi)放性；廣泛應(yīng)用PowerPoint、Flash、Photoshop等多媒體課件制作、動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)與圖像處理新技術(shù)，確保教學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)含量，這是我們理論教學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
我們把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)這門課程的較為關(guān)鍵及抽象的理論，如計(jì)算機(jī)流水線技術(shù)、消除流水線瓶頸的方法，循環(huán)展開(kāi)、分支預(yù)測(cè)BTH狀態(tài)轉(zhuǎn)換、多級(jí)存儲(chǔ)層次、組相聯(lián)Cache的查找[2]、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、通信延遲和snooping監(jiān)聽(tīng)協(xié)議等，都設(shè)計(jì)了動(dòng)畫(huà)演示，這不僅提高了學(xué)生的聽(tīng)課興趣，同時(shí)也加深了他們對(duì)抽象理論的真實(shí)理解，取得了很好的效果。但我們并不滿足于現(xiàn)有的工作與成績(jī)，在已制作PPT課件和動(dòng)畫(huà)課件的基礎(chǔ)上，廣泛征求師生意見(jiàn)，充分吸收計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究的最新成果，進(jìn)一步充實(shí)、完善課件內(nèi)容。
3) 進(jìn)一步完善計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。
項(xiàng)目組對(duì)此門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行認(rèn)真總結(jié)，真正讓學(xué)生通過(guò)做實(shí)驗(yàn)來(lái)掌握課本中的內(nèi)容，使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)課能直接接軌社會(huì)需求，而不是讓這門實(shí)驗(yàn)課
程流于形式。這個(gè)環(huán)節(jié)也是實(shí)現(xiàn)“Learning-by-doing”教學(xué)模式的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
早期的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)采用的“PC機(jī)+模擬器”的實(shí)驗(yàn)方式形式過(guò)于單一，所有的實(shí)驗(yàn)都是先在模擬器中給出計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)設(shè)定，然后運(yùn)行測(cè)試程序，最后根據(jù)程序運(yùn)行結(jié)果給出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。對(duì)學(xué)生而言，所做的工作只是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的給定，然后面對(duì)一堆運(yùn)行出來(lái)的枯燥數(shù)據(jù)給出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。由于這些實(shí)驗(yàn)全是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，使得學(xué)生沒(méi)有真正的實(shí)驗(yàn)體會(huì)，感覺(jué)也比較抽象，一個(gè)學(xué)期下來(lái)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程沒(méi)有收到它應(yīng)有的效果，同時(shí)也沒(méi)能激發(fā)出學(xué)生的創(chuàng)新性。
為了讓學(xué)生更加有硬件實(shí)驗(yàn)體會(huì)，并發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新性思維，我們?cè)谠械摹癙C機(jī)+模擬器”模式下增加一個(gè)實(shí)驗(yàn)機(jī)箱，變成 “實(shí)驗(yàn)機(jī)箱+PC機(jī)+模擬器”模式，在原有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，增加了四個(gè)實(shí)驗(yàn)：(1)CISC(復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī))實(shí)驗(yàn)；(2)RISC(精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))實(shí)驗(yàn)；(3)重疊實(shí)驗(yàn)；(4)流水實(shí)驗(yàn)[3]。這些實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)所具有的軟硬件結(jié)構(gòu)(實(shí)驗(yàn)機(jī)箱和模擬器)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具有完全的開(kāi)放性，其數(shù)據(jù)線、地址線、控制線都由學(xué)生來(lái)操作連接，系統(tǒng)中的運(yùn)算器結(jié)構(gòu)、控制器結(jié)構(gòu)及微程序指令的格式及定義均可根據(jù)教學(xué)需要來(lái)做靈活改變或重新設(shè)計(jì)。這對(duì)于自行設(shè)計(jì)各種結(jié)構(gòu)及不同復(fù)雜程度的模型計(jì)算機(jī)提供了強(qiáng)大的軟硬件操作平臺(tái)，從而避免了單純驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，極大提高了學(xué)生計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)能力。同時(shí)，該系統(tǒng)還具有與PC微機(jī)聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)調(diào)試的功能，提供了圖形方式的調(diào)試界面(CMPP模擬器)，在調(diào)試過(guò)程中可動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示模型計(jì)算機(jī)各部件之間的數(shù)據(jù)傳送以及各部件和總線上的所有信息。這種圖形調(diào)試界面也可用于多媒體輔助教學(xué)，從而獲得極佳的教學(xué)效果。經(jīng)過(guò)兩個(gè)學(xué)期的實(shí)踐，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程有了突破性的進(jìn)展，取得了很好的效果。
4) 校教務(wù)處已具備較好的教學(xué)錄像等設(shè)備，為網(wǎng)上教學(xué)資源的及時(shí)更新、維護(hù)和升級(jí)提供了良好的保證。
課程組老師每人均具有專門的上網(wǎng)設(shè)備和條件，也進(jìn)一步建立和完善學(xué)生上網(wǎng)實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)的內(nèi)外部環(huán)境，為網(wǎng)上教學(xué)互動(dòng)提供了良好的環(huán)境支持。課程組老師及時(shí)更新教學(xué)網(wǎng)站的內(nèi)容，并且教學(xué)資源全面
開(kāi)放，教學(xué)內(nèi)容，包括課件、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，課后習(xí)題全面上網(wǎng)，并且開(kāi)通“問(wèn)題交流BBS”，使得學(xué)生與老師可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交流。
5 結(jié)語(yǔ)
2007年起，長(zhǎng)沙學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系采用由卡內(nèi)基•梅隆大學(xué)提出的“Learning-by-doing”這
一適用于工程教學(xué)的行之有效的先進(jìn)教學(xué)理念對(duì)“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程進(jìn)行改革以來(lái)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人全權(quán)負(fù)責(zé)課程的建設(shè)，從教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)大綱、考試大綱、教學(xué)內(nèi)容的制定[4]，到多媒體教學(xué)課件的開(kāi)發(fā)、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改革，經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐，該門課程的教學(xué)已經(jīng)比較成功，受到廣大學(xué)生以及教學(xué)督導(dǎo)組專家的一致好評(píng)。
參考文獻(xiàn)：
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The Reform Base on Learning-by-doing of Computer Architecture Course
HUANG Caixia1, XU Hui2
(1. Department of Computer, Changsha University, Changsha 410003, China;
2. School of Software Science, Hunan University of Commerce, Changsha 410082, China)
關(guān)鍵詞：可重構(gòu) 可重構(gòu)計(jì)算體系 可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
中圖分類號(hào)：TP338 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）11-0088-01
1 可重構(gòu)并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本理念
可重構(gòu)并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要依附于軟件控制，通過(guò)可重用的資源，重構(gòu)及重組轉(zhuǎn)換為另一個(gè)計(jì)算體系，以匹配于差異化的相關(guān)需要。其具備可重構(gòu)特性的計(jì)算機(jī)制我們稱其為可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)。
重構(gòu)和重組是可重構(gòu)計(jì)算機(jī)制轉(zhuǎn)換其基本功能的兩種措施，前者即新計(jì)算系統(tǒng)的功能外部系統(tǒng)，其在舊的計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)并不存在，通過(guò)舊計(jì)算系統(tǒng)的可重用資源重新組建而成。而后者即新計(jì)算系統(tǒng)的功能部件，通常存在于舊的計(jì)算系統(tǒng)，經(jīng)重新組合構(gòu)建為另一套計(jì)算構(gòu)架。
可重構(gòu)并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心體現(xiàn)在可重用資源，在研發(fā)FPGA前，可重構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般都擇取重組的措施；而在FPGA出現(xiàn)后，使重構(gòu)措施變得具有可行性，經(jīng)匹配相應(yīng)的文件，設(shè)置各性質(zhì)與線的鏈接，進(jìn)而調(diào)節(jié)硬件的基本模式。
可重構(gòu)并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是為避免硬件結(jié)構(gòu)和應(yīng)用無(wú)法相適應(yīng)這一問(wèn)題。根據(jù)處理問(wèn)題的程度，可把可重構(gòu)分成下屬幾種：第一種，門級(jí)可重構(gòu)，以核心門級(jí)作為切入點(diǎn)，重構(gòu)計(jì)算機(jī)制。也就是把功能部件的邏輯通過(guò)FPGA予以深化，在使遇到算法改變的時(shí)候，利用調(diào)整FPGA的配置去完善其功能。此類重構(gòu)即電路級(jí)可重構(gòu)；第二種，部件級(jí)可重構(gòu)，初期的重構(gòu)以功能部件作為切入點(diǎn)，利用對(duì)功能部件的重新組合去匹配于差異化的計(jì)算機(jī)制；第三種，指令級(jí)可重構(gòu)。
在常規(guī)處理器單元的基礎(chǔ)上設(shè)置相應(yīng)的計(jì)算設(shè)備，為計(jì)算的特殊需要奠定基礎(chǔ)，以達(dá)到大計(jì)算量指令與附屬程序的執(zhí)行，此類深化計(jì)算機(jī)性能的重構(gòu)措施即指令級(jí)可重構(gòu)；第四種，芯片級(jí)可重構(gòu)，在多處理器共用的原則上，使處理器位數(shù)產(chǎn)生變更、處理設(shè)施個(gè)數(shù)能夠和處理器間互連，且能夠予以變動(dòng)的計(jì)算機(jī)體系，此類體系即芯片級(jí)可重構(gòu)。
2 可重構(gòu)計(jì)算的系統(tǒng)構(gòu)架
可重構(gòu)矩陣能夠訪問(wèn)指標(biāo)化處理器單元的高速緩存，不過(guò)可重構(gòu)矩陣能夠和常規(guī)處理器單元單獨(dú)執(zhí)行命令，也能夠在指標(biāo)處理器單元的控制下去執(zhí)行相應(yīng)命令?？芍貥?gòu)計(jì)算的技術(shù)核心為可重構(gòu)矩陣，其中可重構(gòu)矩陣的組建可以依附于基本門，同樣功能部件亦可組建重鑄矩陣?？芍貥?gòu)計(jì)算的技術(shù)主要包括下述幾類：第一類，可重構(gòu)陣列元素的組建，明確可重構(gòu)陣列元泰的功能與其功能實(shí)現(xiàn)特性；第二類，可重構(gòu)陣列元素的物理交互，因?yàn)榭芍貥?gòu)陣列需要匹配于差異化的計(jì)算要求，最為有效的物理交互措施即為全連通。第三類，可重構(gòu)陣列元素的鏈接控制，差異化的計(jì)算需要我們要匹配于差異化的連接模式，怎樣控制可重構(gòu)矩陣元素的連接模式，使其應(yīng)用更為便捷，需要根據(jù)實(shí)際情況而定。
3 可重構(gòu)并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)研究的進(jìn)展
自從計(jì)算機(jī)發(fā)明以來(lái)，馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)一直占據(jù)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的統(tǒng)治地位，科學(xué)家和工程師們?cè)诖嘶A(chǔ)上不斷研究硬件和軟件，使CPU和存儲(chǔ)器技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，也為信息化、網(wǎng)絡(luò)化奠定了基礎(chǔ)。
隨著人們對(duì)信息化的要求越來(lái)越高，馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)無(wú)法滿足人們的技術(shù)需求和發(fā)展要求，對(duì)計(jì)算機(jī)的要求不再僅僅是高速計(jì)算，同時(shí)更應(yīng)具備信息處理和智能升級(jí)能力?？芍貥?gòu)技術(shù)與多核技術(shù)的出現(xiàn)為此提供了基礎(chǔ)。近年來(lái)所發(fā)展的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)主要包括下述幾點(diǎn)：第一，CPU不僅為一核，而是通過(guò)多個(gè)核組成； 第二，存儲(chǔ)設(shè)施不在是體系的核心構(gòu)成因子，取而代之的是信息路徑；第三，現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)已不再是通過(guò)五大部件所組成，而是通過(guò)一些信息處理節(jié)點(diǎn)所構(gòu)建，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的智能化與集成化越來(lái)越高；第四，程序設(shè)計(jì)涵蓋了軟件與硬件，生產(chǎn)方給出的產(chǎn)品會(huì)是獨(dú)立封裝好的中間件，作為應(yīng)用方不需要側(cè)重于程序的構(gòu)架，只要做好專業(yè)設(shè)計(jì)即可。
4 結(jié)語(yǔ)
重構(gòu)和重組是可重構(gòu)計(jì)算機(jī)制轉(zhuǎn)換其基本功能的兩種措施，前者即新計(jì)算系統(tǒng)的功能外部系統(tǒng)，其在舊的計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)并不存在，通過(guò)舊計(jì)算系統(tǒng)的可重用資源重新組建而成。而后者即新計(jì)算系統(tǒng)的功能部件，通常存在于舊的計(jì)算系統(tǒng)，經(jīng)重新組合構(gòu)建為另一套計(jì)算構(gòu)架。
近年來(lái)所研究開(kāi)發(fā)的可重構(gòu)并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心體現(xiàn)在可重用資源，在研發(fā)FPGA前，可重構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般都擇取重組的措施；而在FPGA出現(xiàn)后，使重構(gòu)措施變得具有可行性，經(jīng)匹配相應(yīng)的文件，設(shè)置各性質(zhì)與線的鏈接，進(jìn)而調(diào)節(jié)硬件的基本模式。
參考文獻(xiàn)
[1]漆鋒濱，王珊珊，姜小成，何王全.可重構(gòu)計(jì)算及可重構(gòu)編譯技術(shù)研究[A].2012年全國(guó)開(kāi)放式分布與并行計(jì)算機(jī)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C]，2012（02）：25-26.
關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)組織與系統(tǒng)結(jié)構(gòu);計(jì)算機(jī)組成原理;計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu);教學(xué)改革
中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
1引言
“計(jì)算機(jī)組織與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”是計(jì)算機(jī)專業(yè)最重要的核心基礎(chǔ)課之一。從學(xué)科和專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)的角度看,該課程涉及的內(nèi)容是整個(gè)計(jì)算機(jī)學(xué)科和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最重要的基礎(chǔ)和核心;從實(shí)踐和應(yīng)用的角度看,該課程具有顯著的實(shí)踐和工程應(yīng)用特點(diǎn),因而對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)新人才、對(duì)推動(dòng)我國(guó)高等教育和人才培養(yǎng)的戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要的作用。
2008年12月21至22日,教育部在北京召開(kāi)了2009年度教育工作會(huì)議。會(huì)議通過(guò)的《教育部2009年工作要點(diǎn)》和周濟(jì)部長(zhǎng)在會(huì)議中的講話都強(qiáng)調(diào)要“著力培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力”、“增強(qiáng)培養(yǎng)高素質(zhì)人才、科技創(chuàng)新和社會(huì)服務(wù)的能力”,這是目前在我國(guó)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重大發(fā)展戰(zhàn)略下高等教育發(fā)展和人才培養(yǎng)的指導(dǎo)方針和發(fā)展目標(biāo),是目前國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科技和社會(huì)發(fā)展對(duì)我們教育部門人才培養(yǎng)的迫切要求。
但是,就目前我國(guó)高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)現(xiàn)狀來(lái)看,我們?cè)谟?jì)算機(jī)學(xué)科相關(guān)的課程結(jié)構(gòu)設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上存在一些缺陷?？v觀各大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)課程設(shè)置和授課內(nèi)容,基本上都偏向算法和程序設(shè)計(jì)、軟件工程、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)和各種媒體應(yīng)用類課程,而在計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面開(kāi)設(shè)的課程較少,與本課程在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位不太相稱;與此同時(shí),課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容都比較陳舊,與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展水平和實(shí)際情況脫節(jié)較大,總體上與國(guó)外一流大學(xué)相比還有很大的差距。
課程結(jié)構(gòu)設(shè)置的不均衡和教學(xué)內(nèi)容與方法的落后,使我們培養(yǎng)的人才結(jié)構(gòu)和模式已經(jīng)不能滿足社會(huì)發(fā)展的需要。從社會(huì)發(fā)展需求和就業(yè)市場(chǎng)反饋的信息來(lái)看,目前計(jì)算機(jī)軟件人才基本上供大于求,而熟悉計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)、具有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)能力的人才則嚴(yán)重短缺,年薪遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同等軟件設(shè)計(jì)人員。隨著國(guó)家推動(dòng)各行各業(yè),尤其是傳統(tǒng)制造業(yè)向信息化技術(shù)發(fā)展,以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重大戰(zhàn)略的出臺(tái),各行各業(yè)將大量需要掌握核心芯片和硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的人才,這些人才需要能夠針對(duì)行業(yè)需求自行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的計(jì)算及控制核心部件和系統(tǒng)。因此,計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)人才的培養(yǎng)對(duì)今后我國(guó)各行各業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用和信息化技術(shù)的發(fā)展、對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)傳統(tǒng)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型將具有十分重要的作用。另外,即使對(duì)于那些軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)者而言,不具備扎實(shí)的計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),也難以很好地勝任重要的底層和系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)任務(wù),不考慮硬件結(jié)構(gòu)的軟件設(shè)計(jì)將難以最大限度地發(fā)揮硬件性能,所實(shí)現(xiàn)的程序效率和性能將是比較低下的。
鑒于以上現(xiàn)狀和原因,計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的教學(xué)具有極其重要的作用,其教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段等方面的改革勢(shì)在必行。
本文就本課程在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位、國(guó)內(nèi)本課程的教學(xué)現(xiàn)狀、國(guó)外一流大學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式等幾個(gè)方面進(jìn)行介紹、分析和總結(jié),并在此基礎(chǔ)上,提出“從程序員需求出發(fā)、重在流水線CPU設(shè)計(jì)、強(qiáng)調(diào)軟/硬件結(jié)合”的課程教學(xué)內(nèi)容改革思路和“從ISA模擬器入手、以功能部件設(shè)計(jì)為先導(dǎo)、單周期CPU設(shè)計(jì)為過(guò)渡、最終實(shí)現(xiàn)流水線CPU”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案。
2本課程的地位和特點(diǎn)
美國(guó)UC Berkeley大學(xué)的David Patterson教授在他講授計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)課程的講義中,曾經(jīng)用圖清晰地描述了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),并且指出了本課程在其中的位置,如圖1所示。
圖1本課程在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的位置
從圖1可以看出計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從大的方面可以分成硬件(Hardware)和軟件(Software)兩部分。在硬件和軟件交界面上的是指令集體系結(jié)構(gòu)ISA(Instruction Set Architecture),圍繞ISA的陰影部分就是計(jì)算機(jī)組成和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容。很明顯,這部分內(nèi)容處于整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中極其重要的位置。課程所涉及的硬件包括:處理器(Processor)、存儲(chǔ)器(Memory)和輸入/輸出系統(tǒng)(I/O System),處理器主要由數(shù)據(jù)通路(Datapath)和控制邏輯(Control)組成。這些硬件是操作系統(tǒng)(Operating System)直接管理的資源,也是編譯器(Compiler)對(duì)高級(jí)語(yǔ)言源程序翻譯生成的目標(biāo)程序代碼直接運(yùn)行的平臺(tái)。因此,本課程的教學(xué)內(nèi)容除了計(jì)算機(jī)硬件所涉及的各部件及其各部件的互連和指令系統(tǒng)等內(nèi)容以外,還與數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)(Digital Design & Circuit Design)、操作系統(tǒng)和編譯器等技術(shù)和課程也密切相關(guān)。此外,數(shù)據(jù)的表示、Cache的局部性、虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)、過(guò)程調(diào)用的硬件實(shí)現(xiàn)以及寄存器使用約定等內(nèi)容與應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)也密切相關(guān)。由此可見(jiàn),這部分是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心內(nèi)容,因而“計(jì)算機(jī)組織與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”自然成為計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程。
從該課程的地位來(lái)說(shuō),它是多門后續(xù)專業(yè)核心課的先導(dǎo)課程,在整個(gè)專業(yè)教學(xué)中,起著重要的承上啟下的作用,對(duì)于學(xué)生完整地理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)地建立計(jì)算機(jī)整機(jī)概念、掌握計(jì)算機(jī)硬件和軟件之間的接口、培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的分析、應(yīng)用、設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)能力,都直接起到重要的作用。
但是,該課程涉及的知識(shí)面廣、內(nèi)容多;課程難度大、概念抽象。不少學(xué)生覺(jué)得枯燥無(wú)味,凌亂繁雜,導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣下降,學(xué)習(xí)時(shí)似懂非懂,考試時(shí)死記硬背,考完后一切全忘,難以達(dá)到教學(xué)目的。因此,如何把握課程的主線和重點(diǎn),改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式,為學(xué)生今后的專業(yè)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),使學(xué)生具備一定的硬件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)能力,增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和自信心,是該課程教學(xué)改革必須解決的問(wèn)題。
3本課程國(guó)內(nèi)、外教學(xué)現(xiàn)狀和比較
2009年教育部首次進(jìn)行碩士研究生計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)課全國(guó)聯(lián)考,考核的四門專業(yè)基礎(chǔ)課總分為150分,計(jì)算機(jī)組成原理和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是占分比重較高的兩門課程,各占45分,充分說(shuō)明了教育部對(duì)計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)專業(yè)中重要性的認(rèn)可,也迫使我們相關(guān)任課教師認(rèn)真思考如何才能使該課程的教學(xué)真正起到課程所應(yīng)有的重要作用。
在教育部的大力倡導(dǎo)和推動(dòng)下,最近幾年國(guó)內(nèi)很多大學(xué)都開(kāi)始對(duì)本課程進(jìn)行教學(xué)改革,從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等方面進(jìn)行了不同程度的革新。但與國(guó)外一流大學(xué)相比還相差很大,體現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)水平兩個(gè)方面的主要差距如下。
3.1教學(xué)內(nèi)容上的差距
從目前所使用的教材和網(wǎng)上資源中課程講義內(nèi)容等方面可以看出,國(guó)內(nèi)高校該課程的教材內(nèi)容和教學(xué)內(nèi)容普遍存在下列問(wèn)題:
(1) 內(nèi)容比較陳舊,且概述性內(nèi)容多,實(shí)例和細(xì)節(jié)方面內(nèi)容較少,內(nèi)容缺乏深度和系統(tǒng)性。特別是在有關(guān)CPU設(shè)計(jì)原理方面,還停留在三級(jí)時(shí)序系統(tǒng)、CPU內(nèi)總線結(jié)構(gòu)、CPU和存儲(chǔ)器之間的異步控制等等方面,與流水線處理器設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展水平和現(xiàn)狀相差甚遠(yuǎn)。學(xué)完后學(xué)生基本上沒(méi)有流水線處理器設(shè)計(jì)的概念,和后續(xù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程之間有一條較大的鴻溝,未能為深入理解各類并行處理技術(shù)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
(2) 未能有意識(shí)地建立硬件和軟件之間的聯(lián)系。例如,在介紹虛擬存儲(chǔ)器、異常和中斷等內(nèi)容時(shí)很少提及硬件和操作系統(tǒng)的關(guān)系;在介紹數(shù)據(jù)表示、Cache局部性特點(diǎn)等與程序設(shè)計(jì)密切相關(guān)的部分時(shí),未能與程序設(shè)計(jì)中的問(wèn)題結(jié)合起來(lái);指令系統(tǒng)和硬件結(jié)構(gòu)等是與編譯器密切相關(guān)的,但教學(xué)內(nèi)容中很少提及編譯器和硬件的關(guān)系。由于未能把教學(xué)內(nèi)容與其實(shí)際運(yùn)用場(chǎng)合和環(huán)境聯(lián)系起來(lái),學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)會(huì)感到茫然,不知道學(xué)了有什么用,而且由于缺少感性認(rèn)識(shí),學(xué)生在對(duì)課程內(nèi)容的理解上感到困難。特別是多數(shù)學(xué)生認(rèn)為自己將來(lái)不會(huì)從事CPU等硬件設(shè)計(jì)工作,因而也提不起學(xué)習(xí)本課程的興趣。
我們調(diào)查了美國(guó)UC Berkeley、Stanford、MIT、CMU和UIUC等幾個(gè)一流大學(xué)的課程教學(xué)情況,通過(guò)訪問(wèn)相關(guān)課程網(wǎng)站,下載相關(guān)的課程講義,我們發(fā)現(xiàn)這些大學(xué)中開(kāi)設(shè)的相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有以下幾個(gè)特點(diǎn):
(1) 所用教材基本上是David Patterson教授和John Hennessy教授編著的《Computer Organization and Design: the Hardware/Software Interface》和《Computer Architecture: A Quantitative Approach》,以及美國(guó)CMU的Bryant教授等編著的《Computer Systems: A Programmer’s Perspective》。
(2) 處理器設(shè)計(jì)講得較透徹。以MIPS處理器幾條典型指令為基礎(chǔ),從單周期處理器、多周期處理器,逐步過(guò)渡到流水線處理器的設(shè)計(jì),最后以流行的Intel系列處理器作為實(shí)例介紹高級(jí)流水線處理器的基本構(gòu)成。在介紹流水線處理器時(shí)比較深入地闡述了三種流水線沖突(hazard)的解決方案,并簡(jiǎn)單介紹了如何在流水線方式下實(shí)現(xiàn)異常和中斷處理。如此詳盡地介紹流水線CPU設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)的高校中目前還較少。
(3) 以MIPS處理器或IA32處理器為模型機(jī)貫穿整個(gè)教材,所以整體上系統(tǒng)性比較好。無(wú)論是指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)的表示及運(yùn)算,還是CPU實(shí)現(xiàn)都以MIPS或IA32為藍(lán)本進(jìn)行介紹,并且以大量的實(shí)例清楚說(shuō)明了高級(jí)語(yǔ)言程序、匯編語(yǔ)言程序、機(jī)器代碼和處理器實(shí)現(xiàn)之間的關(guān)系;并簡(jiǎn)單說(shuō)明將高級(jí)語(yǔ)言源程序進(jìn)行編譯、匯編、鏈接,生成可執(zhí)行文件在計(jì)算機(jī)上啟動(dòng)執(zhí)行的過(guò)程。將學(xué)生能直觀感覺(jué)到的高級(jí)語(yǔ)言程序和在CPU上執(zhí)行的機(jī)器代碼程序聯(lián)系起來(lái),使學(xué)生對(duì)一個(gè)程序的整個(gè)處理過(guò)程有全面的了解。
(4) 將數(shù)據(jù)表示和高級(jí)語(yǔ)言程序中的類型定義、Cache的局部性和高級(jí)語(yǔ)言中循環(huán)的實(shí)現(xiàn)、指令類型和高級(jí)語(yǔ)言編程結(jié)構(gòu)等建立聯(lián)系,將課程內(nèi)容落實(shí)到具體運(yùn)用點(diǎn)上,使學(xué)生不僅學(xué)會(huì)本課程內(nèi)容,還學(xué)會(huì)運(yùn)用相關(guān)知識(shí)解決具體問(wèn)題,同時(shí)也增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和綜合學(xué)習(xí)及運(yùn)用能力。
(5) 在計(jì)算機(jī)硬件和軟件(主要是操作系統(tǒng))交界的地方清楚說(shuō)明了硬件和軟件的關(guān)系,通過(guò)了解具體計(jì)算機(jī)功能的軟/硬件實(shí)現(xiàn),使學(xué)生深刻體會(huì)計(jì)算機(jī)功能的軟、硬件劃分原則,以及成本和性能的權(quán)衡策略;同時(shí)也使學(xué)生了解硬件和軟件之間如何協(xié)調(diào)工作。
(6) 結(jié)合高級(jí)語(yǔ)言和機(jī)器級(jí)代碼之間的轉(zhuǎn)換,結(jié)合流水線中的數(shù)據(jù)沖突和控制沖突處理的介紹,對(duì)有關(guān)編譯優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了說(shuō)明和解釋。事實(shí)上,脫離具體指令集體系結(jié)構(gòu)和硬件實(shí)現(xiàn)就無(wú)法清晰說(shuō)明這些編譯優(yōu)化技術(shù),因此這樣的安排是比較恰當(dāng)?shù)摹?/p>
(7) 利用性能評(píng)價(jià)方法對(duì)各種硬件設(shè)計(jì)方案進(jìn)行定量分析,以加深學(xué)生對(duì)各種硬件設(shè)計(jì)方案、性能評(píng)價(jià)基本知識(shí)和基礎(chǔ)理論的認(rèn)識(shí),也培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的應(yīng)用能力和科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)風(fēng)格。
(8) 由于對(duì)CPU設(shè)計(jì)的內(nèi)容介紹得比較具體,使得相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較容易和課堂教學(xué)配套。從上述提到的這些一流大學(xué)設(shè)置的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來(lái)看,基本上是圍繞單周期處理器和五段流水線處理器設(shè)計(jì)展開(kāi)的。
(9) 教材更新速度快。由清華大學(xué)鄭緯民教授等翻譯的《Computer Organization and Design: the Hardware/Software Interface》教材中文第3版2007年才出版,目前英文第四版已經(jīng)出版并在使用了。教材的快速更新使得課程的教學(xué)內(nèi)容能始終保持先進(jìn)性。
從所下載的教案可以看出,上述幾個(gè)一流大學(xué)的教學(xué)內(nèi)容都有一個(gè)明顯的特點(diǎn),就是課堂教學(xué)雖以教材為中心,但不完全按照教材內(nèi)容組織,增加了許多書(shū)中沒(méi)有的內(nèi)容,加進(jìn)了任課老師的自我理解或借鑒了其他教材和教案的內(nèi)容和描述方式,這也是值得我們學(xué)習(xí)的。
3.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上的差距
分析美國(guó)這幾所學(xué)校課程網(wǎng)站和教材《Computer Organization and Design》所附光盤對(duì)其他一些學(xué)校課程實(shí)驗(yàn)的介紹內(nèi)容,可以發(fā)現(xiàn),國(guó)外本課程的最終實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是在FPGA板上實(shí)現(xiàn)一個(gè)帶轉(zhuǎn)發(fā)功能的RISC風(fēng)格的流水線處理器,并模擬實(shí)現(xiàn)I/O設(shè)備與主機(jī)的簡(jiǎn)單通信。
通常都是先讓學(xué)生在一個(gè)軟件模擬器(或指令解釋器)上熟悉指令系統(tǒng),有些學(xué)校讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)一個(gè)指令解釋器,也有些學(xué)校讓學(xué)生在模擬器上用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)一個(gè)小的游戲程序或其他特定功能的程序;然后在給定基本功能部件的源碼框架下,逐步實(shí)現(xiàn)單周期處理器、不帶任何沖突處理的流水線處理器,最終實(shí)現(xiàn)帶轉(zhuǎn)發(fā)和阻塞處理的具有Cache機(jī)制的流水線處理器。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)策略基本上都是通過(guò)從簡(jiǎn)單的小部件逐步過(guò)渡到復(fù)雜部件,最終設(shè)計(jì)一個(gè)完整CPU的過(guò)程。該過(guò)程反映了結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)思想,遵循“自底向上”的設(shè)計(jì)方法。
目前國(guó)內(nèi)有些大學(xué)也已經(jīng)開(kāi)始嘗試使用硬件描述語(yǔ)言通過(guò)軟件仿真技術(shù)和FPGA或CPLD技術(shù)來(lái)開(kāi)展硬件實(shí)驗(yàn),比傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)機(jī)大多只能進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)已經(jīng)前進(jìn)了一大步。但是,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本上只是多周期處理器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),還沒(méi)有達(dá)到流水線處理器設(shè)計(jì)的水平,與國(guó)外一流大學(xué)相比,還有很大差距。
4教學(xué)改革思路
為了在教學(xué)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上縮小與國(guó)際一流大學(xué)的差距,我們提出了“從程序員需求出發(fā)、重在流水線CPU設(shè)計(jì)、強(qiáng)調(diào)軟/硬件結(jié)合”的課程教學(xué)內(nèi)容改革思路和“從ISA模擬器入手、以功能部件設(shè)計(jì)為先導(dǎo)、單周期CPU設(shè)計(jì)為過(guò)渡、最終實(shí)現(xiàn)流水線CPU”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案。
4.1教學(xué)內(nèi)容改革
教材在教學(xué)過(guò)程中起主導(dǎo)作用,所以,我們首先從選擇或編寫(xiě)教材入手來(lái)推動(dòng)教學(xué)內(nèi)容的改革。在教材建設(shè)方面采用了循序漸進(jìn)的策略。
教學(xué)內(nèi)容改革之初,我們采用“國(guó)內(nèi)教材為主,國(guó)外經(jīng)典教材為輔”的方針,2004年初步引入Patterson和Hennessy的《Computer Organization and Design》作為主要參考教材,對(duì)于一些重要章節(jié),如中央處理器、指令系統(tǒng)、Cache和總線等,把該教材的內(nèi)容大量地補(bǔ)充到課堂講義和作業(yè)中;2006年開(kāi)始全面使用該教材。但在使用該教材時(shí)發(fā)現(xiàn)存在一些問(wèn)題,例如,篇幅太大、內(nèi)容組織比較零亂等,給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來(lái)較大困難。特別是從2009年開(kāi)始,碩士研究生計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)課實(shí)行全國(guó)聯(lián)考,因此涉及到教學(xué)內(nèi)容與國(guó)內(nèi)其他高校所用教材之間的統(tǒng)一協(xié)調(diào)問(wèn)題,因而,從2008年開(kāi)始,我們結(jié)合國(guó)內(nèi)教學(xué)的特點(diǎn),又開(kāi)始自編教材。新編教材主要以MIPS和Intel Pentium4處理器為模型機(jī),參考UC Berkeley、Stanford、MIT和CMU等國(guó)外一流大學(xué)相關(guān)課程的講義、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明和所用教材,同時(shí)結(jié)合國(guó)內(nèi)主流教材,在充分考慮與課程群中其他課程的銜接和實(shí)驗(yàn)相配套的基礎(chǔ)上編寫(xiě)。與目前國(guó)內(nèi)同類教材內(nèi)容相比,在計(jì)算機(jī)性能評(píng)價(jià)、指令集體系結(jié)構(gòu)與高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的關(guān)系、存儲(chǔ)器分層結(jié)構(gòu)中的軟、硬件接口、CPU設(shè)計(jì)和指令流水線、計(jì)算機(jī)硬件與編譯優(yōu)化的關(guān)系等諸多方面進(jìn)行了強(qiáng)化。
4.2教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革
目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)高校本課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn),主要是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)機(jī)上進(jìn)行,且大多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主,基本上以“依葫蘆畫(huà)瓢”方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn),很難進(jìn)行自主創(chuàng)新設(shè)計(jì),特別是很難通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立一個(gè)整機(jī)概念,流水線設(shè)計(jì)思想也沒(méi)有體現(xiàn)。
我校由于近年來(lái)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了大幅度改革,課堂教學(xué)中加大了對(duì)CPU設(shè)計(jì)、特別是流水線CPU設(shè)計(jì)的教
學(xué)力度,使學(xué)生打下了很好的理論基礎(chǔ)。同時(shí),硬件教學(xué)實(shí)驗(yàn)室配置了Altera DE2實(shí)驗(yàn)板,使學(xué)生可以通過(guò)硬件描述語(yǔ)言和FPGA進(jìn)行CPU設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革在以下幾個(gè)方面進(jìn)行:(1)與課堂教學(xué)同步進(jìn)行一套“硬件模擬程序”實(shí)驗(yàn),即:用軟件方式模擬各個(gè)功能部件的功能及性能設(shè)計(jì)。例如,用軟件模擬運(yùn)算器、Cache、總線等的不同設(shè)計(jì)方案以及不同方案所獲得的性能。(2)通過(guò)ISA模擬器實(shí)驗(yàn),使學(xué)生深入理解數(shù)據(jù)的表示、指令集體系結(jié)構(gòu)、匯編語(yǔ)言和機(jī)器代碼的轉(zhuǎn)換,以及指令執(zhí)行過(guò)程等。(3)以功能部件設(shè)計(jì)為先導(dǎo)、單周期CPU設(shè)計(jì)為過(guò)渡、最終實(shí)現(xiàn)流水線CPU。要求學(xué)生先使用Quartus II軟件進(jìn)行模擬設(shè)計(jì),通過(guò)后再下載到Altera DE2的FPGA板上進(jìn)行驗(yàn)證。所有學(xué)生都要求能完成一個(gè)五段理想流水線CPU設(shè)計(jì),部分能力強(qiáng)的學(xué)生還完成了帶轉(zhuǎn)發(fā)和阻塞功能的五段流水線CPU設(shè)計(jì)。
實(shí)驗(yàn)的最終目標(biāo)是和其他課程聯(lián)合開(kāi)展綜合性實(shí)驗(yàn),在自行設(shè)計(jì)的CPU芯片基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言,并配置簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)和編譯器,學(xué)生可以通過(guò)自行設(shè)計(jì)的高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)游戲等應(yīng)用軟件,在自行設(shè)計(jì)的CPU上運(yùn)行。
5結(jié)束語(yǔ)
多年的教學(xué)工作告訴我們,學(xué)生的潛能是無(wú)限的,學(xué)習(xí)興趣也是可以激發(fā)出來(lái)的。只要我們投入精力,引導(dǎo)有方,一定能帶領(lǐng)學(xué)生領(lǐng)略到計(jì)算機(jī)王國(guó)的無(wú)限風(fēng)光。
相信隨著教育部和各高校對(duì)教學(xué)工作的重視,隨著各高校從事本課程教學(xué)的老師們的努力,一定能在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)與國(guó)際一流大學(xué)的計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)達(dá)到同步,為計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),從而提升整個(gè)專業(yè)的計(jì)算機(jī)教學(xué)水平。
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通過(guò)對(duì)面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）的深入研究，我們將Webservices技術(shù)集成到智能Agent架構(gòu)中，提出面向Web服務(wù)的計(jì)算機(jī)審計(jì)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱WSCAS）。本文其余部分如下：第二部分闡述計(jì)算機(jī)審計(jì)系統(tǒng)（CAS）、面向服務(wù)構(gòu)架（SOA）以及本文研究動(dòng)機(jī)；第三部分提出WSCAS的體系架構(gòu)，包括基于Agents的Webservices系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、多智能體Agents的交互等；第四部分開(kāi)發(fā)一個(gè)WSCAS系統(tǒng)原型；第五部分對(duì)WSCAS系統(tǒng)原型進(jìn)行討論；最后對(duì)全文進(jìn)行小結(jié)，并指出未來(lái)進(jìn)一步研究的方向。
相關(guān)問(wèn)題的研究
（一）計(jì)算機(jī)審計(jì)系統(tǒng)（CAS）。隨著信息技術(shù)在企業(yè)管理中的廣泛使用，尤其是ERP系統(tǒng)的實(shí)施，企業(yè)的經(jīng)營(yíng)、管理及核算越來(lái)越依賴于復(fù)雜而龐大的管理信息系統(tǒng)。審計(jì)的對(duì)象也發(fā)生了根本變化，由紙質(zhì)財(cái)務(wù)賬簿轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)庫(kù)中的電子數(shù)據(jù)（或稱電子賬）；同時(shí)，資本市場(chǎng)對(duì)審計(jì)報(bào)告真實(shí)性和及時(shí)性的要求也越來(lái)越高。無(wú)論是以加強(qiáng)內(nèi)部控制和企業(yè)管理增值為目的的內(nèi)部審計(jì)、以財(cái)務(wù)真實(shí)性和公允性鑒證為目的的社會(huì)審計(jì)，還是以真實(shí)性、合法性和效益性審查為目的的國(guó)家審計(jì)，都不可避免地會(huì)受到企業(yè)信息化的沖擊與挑戰(zhàn)。審計(jì)師必須運(yùn)用IT技術(shù)手段，掌握數(shù)字化審計(jì)證據(jù)收集方法，才能勝任信息化環(huán)境下的審計(jì)工作，降低審計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，提高審計(jì)效率。定義1計(jì)算機(jī)審計(jì)：計(jì)算機(jī)審計(jì)也稱計(jì)算機(jī)輔助審計(jì)，是審計(jì)人員運(yùn)用信息技術(shù)和審計(jì)知識(shí)，在被審計(jì)單位現(xiàn)場(chǎng)或者通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，對(duì)被審計(jì)單位與財(cái)政財(cái)務(wù)收支和管理財(cái)政財(cái)務(wù)收支相關(guān)的電子賬目或財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行審計(jì)。現(xiàn)代審計(jì)的范圍正逐步延伸，跨越了財(cái)務(wù)模塊，計(jì)算機(jī)審計(jì)對(duì)象已經(jīng)發(fā)展為面向整個(gè)供應(yīng)鏈的信息系統(tǒng)審計(jì)，是對(duì)整個(gè)企業(yè)應(yīng)用的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)審計(jì)。定義2計(jì)算機(jī)審計(jì)系統(tǒng)（CAS）：計(jì)算機(jī)審計(jì)系統(tǒng)是在審計(jì)過(guò)程中所采用的能夠完成特定審計(jì)功能的各種應(yīng)用系統(tǒng)的總稱。計(jì)算機(jī)審計(jì)系統(tǒng)作為審計(jì)輔助工具，可以完成審計(jì)數(shù)據(jù)采集、整理、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、查詢和報(bào)表生成等工作，為審計(jì)人員實(shí)施各種審計(jì)檢查和收集審計(jì)證據(jù)提供幫助。
（二）面向服務(wù)構(gòu)架（SOA）。面向服務(wù)構(gòu)架（簡(jiǎn)稱SOA）是一種軟件架構(gòu)思想，這一思想認(rèn)為軟件即服務(wù)，是將企業(yè)內(nèi)部與外部的每一個(gè)業(yè)務(wù)功能單元封裝成服務(wù)。SOA將這些服務(wù)從復(fù)雜的環(huán)境中獨(dú)立出來(lái)，進(jìn)行組件化封裝，不同的服務(wù)之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口相互調(diào)用。作為企業(yè)應(yīng)用解決方案的基本元素，服務(wù)可以被描述、、發(fā)現(xiàn)及綁定，其平臺(tái)是獨(dú)立的、自治的，并且可以用XML編程的大型分布式互操作應(yīng)用系統(tǒng)。圖1說(shuō)明了Web服務(wù)能夠執(zhí)行面向服務(wù)架構(gòu)的模型。圖1描述了Web服務(wù)的基本組成。該架構(gòu)由三個(gè)參與者和三個(gè)基本操作構(gòu)成。三個(gè)參與者即服務(wù)提供者（Serviceprovider）、服務(wù)請(qǐng)求者（Servicerequester）和服務(wù)（Servicebroker）；三個(gè)基本操作即服務(wù)（Publish）、服務(wù)查找（Find）和服務(wù)綁定（Bind）。
（三）研究動(dòng)機(jī)。計(jì)算機(jī)審計(jì)系統(tǒng)解決了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)分析、疑點(diǎn)管理、審計(jì)底稿撰寫(xiě)、審計(jì)報(bào)告生成等難題，提高了審計(jì)效率和效果，在實(shí)際工作中發(fā)揮著重要的作用。許多學(xué)者致力于將新的信息技術(shù)應(yīng)用到計(jì)算機(jī)審計(jì)中，并開(kāi)始探索新的計(jì)算機(jī)審計(jì)模式。廖志芳等提出了聯(lián)網(wǎng)審計(jì)實(shí)際的三種審計(jì)組網(wǎng)模式，即集中式、分布式以及點(diǎn)到點(diǎn)式組網(wǎng)模式［2］。李世新在對(duì)XBRL和Web服務(wù)進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，提出了一種基于XBRL和Web服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化審計(jì)取證模式［3］。李湘蓉在研究了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中計(jì)算機(jī)審計(jì)系統(tǒng)應(yīng)具有特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)基于本體的計(jì)算機(jī)審計(jì)系統(tǒng)［4］。還有學(xué)者論述了計(jì)算機(jī)審計(jì)模式及風(fēng)險(xiǎn)防范［512］。一些學(xué)者對(duì)Internet環(huán)境下的審計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，Chen和Sun通過(guò)對(duì)面向服務(wù)架構(gòu)環(huán)境進(jìn)行研究，提出了一個(gè)內(nèi)部控制持續(xù)審計(jì)模型，稱為協(xié)同持續(xù)性審計(jì)模型，通過(guò)對(duì)企業(yè)資源計(jì)劃數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換組件進(jìn)行封裝，軟件提供商可以為企業(yè)提供模式匹配服務(wù)來(lái)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換業(yè)務(wù)交易數(shù)據(jù)［13］。Ye和He運(yùn)用Web服務(wù)的一系列組件，提出了基于Web服務(wù)的持續(xù)審計(jì)業(yè)務(wù)流程模型，用于提供有關(guān)特定業(yè)務(wù)的鑒證［14］。Internet環(huán)境下的動(dòng)態(tài)信息系統(tǒng)具有共享資源的多樣性，無(wú)統(tǒng)一控制的“真”分布性，基礎(chǔ)平臺(tái)的開(kāi)放性和動(dòng)態(tài)性，人、設(shè)備和軟件的多重異構(gòu)性，節(jié)點(diǎn)的高度自治性，鏈接方式的動(dòng)態(tài)開(kāi)放性，網(wǎng)絡(luò)連接的多樣性，使用方式的靈活性和個(gè)性化，實(shí)體行為的不可預(yù)測(cè)性。我們認(rèn)為在新的動(dòng)態(tài)企業(yè)信息環(huán)境下，迫切需要與之相適應(yīng)的審計(jì)模式和計(jì)算機(jī)審計(jì)系統(tǒng)。
面向Web服務(wù)的計(jì)算機(jī)審計(jì)系統(tǒng)（WSCAS）體系結(jié)構(gòu)
（一）系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。面向Web服務(wù)的計(jì)算機(jī)審計(jì)系統(tǒng)（WSCAS）是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)，復(fù)雜的審計(jì)任務(wù)由大量解決問(wèn)題的Agent承擔(dān)，每一個(gè)智能Agent只能解決特指的某一類問(wèn)題，關(guān)注特定任務(wù)的完成。用Webservices封裝的Agent，一個(gè)服務(wù)可能涉及一個(gè)或多個(gè)Agent，這些不同功能的Agent協(xié)力合作并提供特定的服務(wù)。系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放的環(huán)境，不同的Agent不必在同一地點(diǎn)或?qū)儆谕还?。通過(guò)對(duì)其他Agent知識(shí)和能力的理解，這些Agent能夠突破固有的智能范圍，協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。圖2是面向Web服務(wù)的計(jì)算機(jī)審計(jì)系統(tǒng)（WSCAS）體系結(jié)構(gòu)。由于系統(tǒng)具有開(kāi)放性，可以不斷地向系統(tǒng)中加入新的Agent，從而使得系統(tǒng)的處理能力不斷增強(qiáng)，適應(yīng)性不斷提高。也就是說(shuō)，除了WSCAS提供的服務(wù)，其他個(gè)人和公司也可以提供審計(jì)項(xiàng)目管理服務(wù)、審計(jì)數(shù)據(jù)采集整理服務(wù)、審計(jì)數(shù)據(jù)分析服務(wù)、審計(jì)抽樣服務(wù)、審計(jì)文檔管理服務(wù)以及其他相關(guān)的計(jì)算機(jī)審計(jì)服務(wù)。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議，每一個(gè)Webservices封裝的Agent可以自由選擇訪問(wèn)其他服務(wù)。
（二）智能Agent交互。如下頁(yè)圖3所示，WSCAS交互系統(tǒng)由外部實(shí)體和審計(jì)組件兩部分組成。外部實(shí)體向系統(tǒng)提供被審計(jì)單位的數(shù)據(jù)和模型。根據(jù)《審計(jì)法》規(guī)定，被審計(jì)單位接到審計(jì)通知書(shū)后，要向?qū)徲?jì)小組提供審計(jì)范圍內(nèi)以及特定時(shí)間段審計(jì)所需要的完整數(shù)據(jù)。被審計(jì)單位的數(shù)據(jù)不但包括財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，還包括被審計(jì)單位的基本情況、上一次審計(jì)的結(jié)論等相關(guān)數(shù)據(jù)。被審計(jì)單位模型包括審計(jì)所需的被審計(jì)單位業(yè)務(wù)流程、相關(guān)的法律法規(guī)等系統(tǒng)模型，這些模型是開(kāi)展審計(jì)工作的基礎(chǔ)和判斷審計(jì)疑點(diǎn)的依據(jù)。審計(jì)組件包括數(shù)據(jù)采集模塊、審計(jì)數(shù)據(jù)分析模塊、審計(jì)抽樣模塊和審計(jì)文檔管理模塊。
數(shù)據(jù)采集是審計(jì)人員從被審計(jì)單位的信息系統(tǒng)中提取指定范圍、指定內(nèi)容的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并收集到審計(jì)系統(tǒng)中。用IT技術(shù)對(duì)電子賬進(jìn)行審計(jì)有兩個(gè)需解決的關(guān)鍵問(wèn)題：一是審計(jì)人員采集電子賬中的電子數(shù)據(jù)，包括電子賬套中的數(shù)據(jù)和信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)；二是分析審查采集到的電子數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集是對(duì)電子賬數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)質(zhì)性審查工作的第一步。數(shù)據(jù)采集是否全面、準(zhǔn)確、客觀將直接影響計(jì)算機(jī)審計(jì)的結(jié)果。若采集的數(shù)據(jù)不能客觀全面地反映企業(yè)的經(jīng)濟(jì)業(yè)務(wù)狀況，那么審計(jì)人員即使有很強(qiáng)的職業(yè)判斷能力，也無(wú)法得出正確的審計(jì)結(jié)論，從而增加審計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。因此數(shù)據(jù)采集在整個(gè)計(jì)算機(jī)審計(jì)過(guò)程中至關(guān)重要。數(shù)據(jù)采集的信息可以分為三類：被審計(jì)單位信息采集、財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)采集、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集。
一是被審計(jì)單位信息采集Agent。審計(jì)業(yè)務(wù)的開(kāi)展與被審計(jì)單位的企業(yè)規(guī)模、業(yè)務(wù)流程、組織結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的行業(yè)法規(guī)制度等密切相關(guān)，在審計(jì)準(zhǔn)備階段和審計(jì)實(shí)施階段的初期，審計(jì)人員必須首先獲得被審計(jì)單位相關(guān)信息，然后才能開(kāi)展審計(jì)工作，被審計(jì)單位信息采集Agent負(fù)責(zé)此類信息點(diǎn)采集。二是財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)采集Agent。財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)采集主要采集以下兩種數(shù)據(jù)：財(cái)務(wù)備份賬套數(shù)據(jù)和財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)。財(cái)務(wù)賬套數(shù)據(jù)是會(huì)計(jì)信息系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)加密后的備份電子數(shù)據(jù)，其格式不是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫(kù)格式，而是會(huì)計(jì)信息系統(tǒng)以其獨(dú)特的方式備份數(shù)據(jù)。不同的會(huì)計(jì)信息系統(tǒng)財(cái)務(wù)賬套數(shù)據(jù)文件的格式不同，所以WSCAS提供不同的財(cái)務(wù)賬套數(shù)據(jù)采集Agent作為智能數(shù)據(jù)采集接口，完成財(cái)務(wù)備份賬套數(shù)據(jù)的采集工作。財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)是保存在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的會(huì)計(jì)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)文件以標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫(kù)文件格式保存，系統(tǒng)為各種數(shù)據(jù)庫(kù)提供了相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集Agent，財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)中有許多表，其中和審計(jì)相關(guān)的主要數(shù)據(jù)庫(kù)表為會(huì)計(jì)期間定義表、會(huì)計(jì)科目表、會(huì)計(jì)科目的設(shè)置表、憑證表等。通過(guò)數(shù)據(jù)采集Agent接口采集數(shù)據(jù)，審計(jì)人員要清楚數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)表，字段的結(jié)構(gòu)、屬性和含義，這樣才能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集整理，保證數(shù)據(jù)的完整性。三是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集Agent。由于審計(jì)范圍的不斷擴(kuò)大，審計(jì)對(duì)象不再局限于財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)，還包括許多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的審計(jì)，如社會(huì)保障審計(jì)、高速公路收費(fèi)審計(jì)、經(jīng)濟(jì)效益審計(jì)等，這些數(shù)據(jù)保存在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)中，由業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集Agent作為智能的采集接口，采集業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)采集的目的是為審計(jì)分析做準(zhǔn)備。審計(jì)數(shù)據(jù)分析是通過(guò)運(yùn)用審計(jì)分析方法和分析工具，對(duì)被審計(jì)單位審計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)審計(jì)線索，獲取審計(jì)證據(jù)，進(jìn)而形成審計(jì)結(jié)論。利用計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)分析方法有：賬表分析；數(shù)據(jù)查詢；數(shù)據(jù)挖掘；聯(lián)機(jī)處理；審計(jì)分析工具；審計(jì)疑點(diǎn)管理等。接下來(lái)進(jìn)行具體分析。一是賬表分析Agent。審計(jì)人員將采集到的財(cái)務(wù)備份數(shù)據(jù)還原成電子賬，通過(guò)對(duì)被審計(jì)單位會(huì)計(jì)基礎(chǔ)資料的檢查和分析，找出審計(jì)線索，得出審計(jì)結(jié)論。賬表分析Agent的主要功能包括總賬審查、科目明細(xì)賬審查、輔助賬審查、會(huì)計(jì)科目審查、憑證審查、未記賬憑證審查、日記賬審查、報(bào)表審查等。二是數(shù)據(jù)查詢分析Agent。審計(jì)人員根據(jù)審計(jì)經(jīng)驗(yàn)，按照一定的審計(jì)分析模型，對(duì)從數(shù)據(jù)庫(kù)中采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢分析，發(fā)現(xiàn)審計(jì)線索，達(dá)到審計(jì)目的。數(shù)據(jù)查詢分析Agent主要的查詢分析方法有數(shù)值統(tǒng)計(jì)、重號(hào)分析、斷號(hào)分析、分類分析、數(shù)據(jù)分層分析、時(shí)間分層分析等。三是數(shù)據(jù)挖掘Agent。隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，尤其是被審計(jì)單位信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中各種格式的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)急劇增長(zhǎng)，只靠審計(jì)人員的人工閱讀或簡(jiǎn)單的審計(jì)數(shù)據(jù)檢索無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)不同層次的審計(jì)線索。數(shù)據(jù)挖掘Agent能夠從被審計(jì)單位海量的數(shù)據(jù)中挖掘出隱含的、先前未知的、對(duì)審計(jì)結(jié)論有價(jià)值的審計(jì)線索，以及能被審計(jì)人員所理解“知識(shí)”的數(shù)據(jù)處理過(guò)程。四是聯(lián)機(jī)處理Agent。聯(lián)機(jī)分析處理是與數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)密切相關(guān)的一種決策支持工具，聯(lián)機(jī)處理Agent能夠使審計(jì)人員從多角度對(duì)審計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得對(duì)審計(jì)數(shù)據(jù)更深層次的了解，發(fā)現(xiàn)審計(jì)線索，實(shí)現(xiàn)對(duì)審計(jì)決策的支持和多維分析。五是審計(jì)分析工具Agent。除了上述一般審計(jì)分析方法外，WSCAS還提供了一個(gè)開(kāi)放的、專用的審計(jì)分析工具平臺(tái)，審計(jì)人員不但可以利用系統(tǒng)提供的審計(jì)分析工具，還可以不斷充實(shí)新的審計(jì)分析服務(wù)。審計(jì)分析工具Agent可以進(jìn)行單科目金額分析、對(duì)方科目分析、壞賬準(zhǔn)備計(jì)算、營(yíng)業(yè)稅計(jì)算、固定資產(chǎn)折舊計(jì)算、個(gè)人所得稅計(jì)算、圖表數(shù)據(jù)分析等，幫助審計(jì)人員發(fā)現(xiàn)審計(jì)疑點(diǎn)。六是審計(jì)疑點(diǎn)管理Agent。審計(jì)疑點(diǎn)管理Agent可以存儲(chǔ)、管理并逐項(xiàng)落實(shí)審計(jì)分析中發(fā)現(xiàn)的審計(jì)疑點(diǎn)。
審計(jì)抽樣是審計(jì)人員在實(shí)施審計(jì)的過(guò)程中，從審計(jì)對(duì)象總體中選取一定數(shù)量的樣本進(jìn)行測(cè)試，并根據(jù)樣本測(cè)試結(jié)果推斷總體特征的一種方法。審計(jì)抽樣是一種能夠大幅度提高工作效率、量化控制審計(jì)風(fēng)險(xiǎn)、規(guī)范審計(jì)行為、提高審計(jì)工作質(zhì)量的審計(jì)技術(shù)方法。特別是在被審計(jì)單位內(nèi)部控制制度健全、審計(jì)對(duì)象數(shù)量龐大且經(jīng)驗(yàn)判斷難以奏效的情況下，采用審計(jì)抽樣技術(shù)審計(jì)效果顯著。具體應(yīng)用如下：一是抽樣管理Agent。抽樣管理Agent可以管理審計(jì)抽樣全過(guò)程的信息，包括總體表中的數(shù)據(jù)管理、抽樣方法的選擇、樣本表中的數(shù)據(jù)管理等。二是抽樣審核Agent。抽樣審核Agent對(duì)審計(jì)抽樣的樣本信息在審計(jì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行審計(jì)核對(duì)，并將審核的結(jié)果輸入系統(tǒng)中，輸出生成抽樣審核結(jié)果表供審計(jì)人員使用。三是抽樣評(píng)價(jià)Agent。抽樣評(píng)價(jià)Agent根據(jù)樣本數(shù)據(jù)的審核結(jié)果，推斷總體審計(jì)數(shù)據(jù)的情況。
審計(jì)文檔管理是計(jì)算機(jī)審計(jì)過(guò)程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，審計(jì)過(guò)程中的文檔主要有審計(jì)底稿、審計(jì)日記、審計(jì)證據(jù)、審計(jì)報(bào)告、審計(jì)臺(tái)賬等。具體應(yīng)用如下：一是審計(jì)底稿Agent。審計(jì)底稿Agent記錄審計(jì)過(guò)程中所發(fā)現(xiàn)的被審計(jì)單位違紀(jì)違規(guī)問(wèn)題，對(duì)審計(jì)日記、審計(jì)證據(jù)所反映的問(wèn)題進(jìn)行描述，匯總審計(jì)報(bào)告、審計(jì)臺(tái)賬等審計(jì)資料。二是審計(jì)日記Agent。審計(jì)日記Agent記錄審計(jì)人員當(dāng)天的審計(jì)過(guò)程，內(nèi)容涉及審計(jì)分工、審計(jì)事項(xiàng)、審計(jì)實(shí)施步驟和方法、審計(jì)查閱的資料和數(shù)量、審計(jì)人員的專業(yè)判斷和查證結(jié)果以及其他一些需要記錄的情況等。三是審計(jì)證據(jù)Agent。審計(jì)證據(jù)Agent負(fù)責(zé)建立、管理和匯總審計(jì)證據(jù)。四是審計(jì)報(bào)告Agent。審計(jì)報(bào)告Agent以審計(jì)底稿為素材，生成報(bào)告提綱并形成審計(jì)小組的審計(jì)報(bào)告初稿。五是審計(jì)臺(tái)賬Agent。對(duì)照審計(jì)報(bào)告、審計(jì)決定等審計(jì)文書(shū)的結(jié)論，對(duì)每篇審計(jì)底稿的問(wèn)題和金額進(jìn)行確認(rèn)，系統(tǒng)根據(jù)確認(rèn)后的結(jié)果，由審計(jì)臺(tái)賬Agent自動(dòng)匯總問(wèn)題和處理處罰數(shù)據(jù)，生成審計(jì)臺(tái)賬，最終生成的審計(jì)臺(tái)賬參與審計(jì)報(bào)表的匯總。
面向Web服務(wù)的計(jì)算機(jī)審計(jì)系統(tǒng)（WSCAS）的原型開(kāi)發(fā)
本文將移動(dòng)Agent技術(shù)和Webservices技術(shù)結(jié)合，集成兩者優(yōu)勢(shì)，克服各自局限性，構(gòu)建面向Web服務(wù)的計(jì)算機(jī)審計(jì)系統(tǒng)，如圖4開(kāi)放Internet環(huán)境下的計(jì)算機(jī)審計(jì)服務(wù)的集成架構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中審計(jì)服務(wù)的統(tǒng)一調(diào)用，我們將各種業(yè)務(wù)邏輯封裝為服務(wù)，提供標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的服務(wù)接口，從而實(shí)現(xiàn)技術(shù)對(duì)外界透明。本文使用了Java技術(shù)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)功能模型，描述模型的架構(gòu)和元素。
系統(tǒng)評(píng)價(jià)
為了驗(yàn)證本文所論述方法的有效性，闡明基于Web服務(wù)是如何集成工作并實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)審計(jì)的目標(biāo)，我們用一個(gè)案例來(lái)描述服務(wù)的協(xié)同操作過(guò)程（具體見(jiàn)下頁(yè)圖5）。審計(jì)人員對(duì)企業(yè)進(jìn)行財(cái)務(wù)審計(jì)，首先要明確審計(jì)任務(wù)，組成計(jì)算機(jī)審計(jì)小組，在了解被審計(jì)單位基本情況的基礎(chǔ)上，制定計(jì)算機(jī)審計(jì)方案，確定計(jì)算機(jī)審計(jì)范圍、審計(jì)重點(diǎn)、審計(jì)實(shí)施步驟、審計(jì)安排、審計(jì)方式、人員分工以及需要運(yùn)用的計(jì)算機(jī)審計(jì)方法和審計(jì)實(shí)施注意事項(xiàng)等，利用WSCAS開(kāi)展基于Web服務(wù)的計(jì)算機(jī)審計(jì)工作。
（1）審計(jì)項(xiàng)目管理Service發(fā)出審計(jì)通知書(shū)。審計(jì)小組通過(guò)系統(tǒng)的審計(jì)項(xiàng)目管理服務(wù)，向被審計(jì)單位發(fā)出審計(jì)項(xiàng)目通知書(shū)。
（2）被審計(jì)單位信息Service以服務(wù)的形式向系統(tǒng)被審計(jì)單位的基本情況信息，提供給審計(jì)小組。
（3）審計(jì)數(shù)據(jù)采集Service采集被審計(jì)單位審計(jì)數(shù)據(jù)。被審計(jì)單位信息Service按照審計(jì)小組的審計(jì)要求，將審計(jì)通知書(shū)中說(shuō)明的指定時(shí)間段、指定范圍的審計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行服務(wù)封裝、注冊(cè)和，提供給審計(jì)數(shù)據(jù)采集Service。審計(jì)數(shù)據(jù)采集Service首先對(duì)采集到的審計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證，確認(rèn)采集數(shù)據(jù)的真實(shí)性、正確性和完整性，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，這是由于被審計(jì)單位的數(shù)據(jù)來(lái)源繁雜，采集來(lái)的審計(jì)數(shù)據(jù)可能存在質(zhì)量問(wèn)題，不能直接進(jìn)行審計(jì)數(shù)據(jù)分析，需要進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)清理。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是將采集來(lái)的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成審計(jì)人員容易識(shí)別的數(shù)據(jù)格式和名稱，主要包括將被審計(jì)單位的數(shù)據(jù)有效裝載到WSCAS系統(tǒng)中，明確數(shù)據(jù)字典，標(biāo)識(shí)出每張表、每個(gè)字段的含義及其關(guān)系；數(shù)據(jù)清理是整理不符合質(zhì)量要求的數(shù)據(jù)，清除存在明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，如缺失的數(shù)據(jù)、不完整的數(shù)據(jù)、不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)、不一致的數(shù)據(jù)以及重復(fù)的記錄等。
（4）審計(jì)數(shù)據(jù)分析Service。以審計(jì)數(shù)據(jù)采集Service輸出的中間表作為審計(jì)分析的基礎(chǔ)進(jìn)行審計(jì)分析。在審計(jì)分析中，審計(jì)人員根據(jù)相關(guān)的業(yè)務(wù)處理邏輯、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的勾稽關(guān)系、法律法規(guī)的規(guī)定或?qū)徲?jì)經(jīng)驗(yàn)等，建立審計(jì)分析模型，用賬表核對(duì)、指標(biāo)分析、賬表勾稽關(guān)系模型、業(yè)務(wù)邏輯分析模型、法律法規(guī)分析模型以及審計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷确椒ㄟM(jìn)行總體審計(jì)數(shù)據(jù)分析，然后審計(jì)數(shù)據(jù)分析Service對(duì)審計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)算、檢查、核對(duì)和判斷，發(fā)現(xiàn)審計(jì)線索，收集審計(jì)證據(jù)。
（5）審計(jì)數(shù)據(jù)抽樣Service。在明確審計(jì)目標(biāo)和審計(jì)對(duì)象的基礎(chǔ)上，根據(jù)被審計(jì)單位的內(nèi)部控制評(píng)價(jià)水平確定審計(jì)抽樣的樣本量。審計(jì)數(shù)據(jù)抽樣Service選取樣本并審查，評(píng)價(jià)抽樣結(jié)果，并返回到審計(jì)數(shù)據(jù)分析Service。
（6）在審計(jì)數(shù)據(jù)分析和審計(jì)數(shù)據(jù)抽樣過(guò)程中，審計(jì)人員記錄當(dāng)天審計(jì)過(guò)程、實(shí)施審計(jì)的步驟和方法、審計(jì)查閱的資料和數(shù)量、審計(jì)人員的專業(yè)判斷和查證結(jié)果等，將這些情況提交到審計(jì)文檔管理Service，形成審計(jì)日記。
（7）在審計(jì)數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，審計(jì)數(shù)據(jù)分析Service將審計(jì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題作為審計(jì)疑點(diǎn)，發(fā)送到審計(jì)文檔管理Service，審計(jì)文檔管理Service負(fù)責(zé)落實(shí)審計(jì)疑點(diǎn)，若證實(shí)確是問(wèn)題，則將該疑點(diǎn)作為審計(jì)證據(jù)。
（8）審計(jì)文檔管理Service編制審計(jì)報(bào)告初稿，和被審計(jì)單位溝通，生成審計(jì)報(bào)告正式稿，形成審計(jì)意見(jiàn)。
（9）審計(jì)文檔管理Service向?qū)徲?jì)項(xiàng)目小組提交、歸檔審計(jì)文檔資料。
關(guān)鍵詞：管理信息系統(tǒng)；B/S模式；網(wǎng)上結(jié)算系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)
中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 (2011) 21-0000-02
Online Billing System Design and Implementation
Based on B/S Structure
Cui Luo
(Dongying Radio and TV,Dongying 257000,China)
Abstract:With the implementation of enterprise computer applications continue to increase,gradually expand the scope of the software,while the enterprise is also increasingly concentrate on the business process-oriented issues,enterprise application integration into enterprises and software vendors have to face and solve complex technical and management issues.According to the needs of larger financial asset management companies,so that all units more convenient and fast,timely and accurate settlement between,reduce capital precipitation,queries in a timely manner the units of the income,expenditure and benefit analysis of the situation,made against the problems of the appropriate measures,it is recommended that starts"online settlement development system"project.Management information system of safety management is very important.This article uses the authentication,permissions,encryption,three kinds of technology to protect your network and security management information system.On Web-based financial management system for detailed analysis,based on actual requirements,detailed design of each functional module,and the use of JSP technology in advanced control mode implements the MVC system.
Keywords:Management information system;B/S mode;Online billing system;Computer
一、資料與方法
（一）研究背景
在信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，企業(yè)信息化建設(shè)采用了開(kāi)放式的Internet／Intranet網(wǎng)絡(luò)體系，并結(jié)合企業(yè)經(jīng)營(yíng)模式和管理模式變革對(duì)企業(yè)信息系統(tǒng)進(jìn)行重構(gòu)，重構(gòu)后的企業(yè)信息系統(tǒng)不再是局限于企業(yè)內(nèi)部信息流通的封閉式系統(tǒng)，而是與企業(yè)所處的行業(yè)供應(yīng)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)保f@P移F信息交流通暢的開(kāi)放式系統(tǒng)，企業(yè)幾乎所有的經(jīng)營(yíng)和管理活動(dòng)都依賴于這個(gè)開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行，其賴以運(yùn)作的財(cái)務(wù)信息系統(tǒng)應(yīng)做到遠(yuǎn)程處理、信息共享和集中管理、分散處理，以實(shí)現(xiàn)與企業(yè)信息系統(tǒng)與其它子系統(tǒng)之間完美集成、無(wú)縫連接，從而消除信息“孤島”，如果做不到這點(diǎn)，企業(yè)管理的信息流就會(huì)脫節(jié)，企業(yè)信息化目標(biāo)就會(huì)落空，企業(yè)在瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中就難以樹(shù)立競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，企業(yè)傳統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)模式逐步轉(zhuǎn)向電子商務(wù)，同時(shí)在管理方面進(jìn)行企業(yè)過(guò)程的重整和組織結(jié)構(gòu)等的改革，企業(yè)經(jīng)營(yíng)模式和管理模式的這些變化，也要求企業(yè)財(cái)務(wù)管理必須支持和適應(yīng)。一方面，企業(yè)財(cái)務(wù)要支持電子商務(wù)，其財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)必須做到消息采集和處理方法的無(wú)紙化管理和實(shí)時(shí)管理、結(jié)算和支付的網(wǎng)絡(luò)化、電子化和安全化。另一方面，財(cái)務(wù)管理信息系統(tǒng)也要適應(yīng)改革后的企業(yè)新過(guò)程和新組織結(jié)構(gòu)，增加異地處理等功能。
（二）技術(shù)方案
信息技術(shù)的高速發(fā)展使網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式不斷更新。從單機(jī)時(shí)代的主機(jī)／終端模式、文件服務(wù)器時(shí)代的共享數(shù)據(jù)模式、客戶機(jī)／服務(wù)器時(shí)代的Client／Server（客戶機(jī)／服務(wù)器）模式，再到今天網(wǎng)絡(luò)計(jì)算時(shí)代的Browser／Server（瀏覽器／服務(wù)器）模式，計(jì)算模式發(fā)生了巨大變化。同時(shí)計(jì)算模式的不斷進(jìn)步使管理軟件的架構(gòu)發(fā)生了很大變化。本章通過(guò)對(duì)系統(tǒng)可選擇的開(kāi)發(fā)模型進(jìn)行分析與比較，選擇三層結(jié)構(gòu)的Web Browser（瀏覽器）／Server（服務(wù)器）模型開(kāi)發(fā)。并且通過(guò)對(duì)該模型幾個(gè)技術(shù)方案的比較，確定了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)使用的技術(shù)方案。
計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)下設(shè)研究方向，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是一級(jí)學(xué)科；
三個(gè)二級(jí)學(xué)科，分別是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)軟件與理論 、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù) ；
每個(gè)專業(yè)研究方向、考試科目不同，考研前需要查詢招生院系招生簡(jiǎn)章具體規(guī)定；
關(guān)鍵詞：統(tǒng)一收支結(jié)算；醫(yī)院財(cái)務(wù)體系；構(gòu)建方法
經(jīng)濟(jì)的發(fā)展讓醫(yī)院財(cái)務(wù)體系得到了不斷發(fā)展和完善，這從醫(yī)院財(cái)務(wù)分析指標(biāo)體系即可鮮明的體現(xiàn)出來(lái)。然而，隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)醫(yī)療服務(wù)、醫(yī)療水平的提高等諸多因素，也使的當(dāng)前醫(yī)院的財(cái)務(wù)體系暴露出一些問(wèn)題。鑒于現(xiàn)代企業(yè)統(tǒng)一收支結(jié)算的科學(xué)性，有必要探究其在醫(yī)院財(cái)務(wù)體系構(gòu)建中的應(yīng)用。
一、醫(yī)院財(cái)務(wù)體系現(xiàn)狀
（一）對(duì)負(fù)債比率不夠重視
負(fù)債比率即指醫(yī)院的負(fù)債比率指標(biāo)，即資產(chǎn)負(fù)債率，是醫(yī)院負(fù)債總額和資產(chǎn)總額的比率，即在醫(yī)院的資產(chǎn)總額中，有多少是通過(guò)借債所得。以醫(yī)院經(jīng)營(yíng)的視角來(lái)看，負(fù)債低表明醫(yī)院對(duì)外部資金的運(yùn)用能力較差，而負(fù)債率過(guò)高，則醫(yī)院風(fēng)險(xiǎn)過(guò)大，一般較為合理和健康的負(fù)債率應(yīng)維持在6成到7成左右。然而，目前我國(guó)很多醫(yī)院對(duì)其都沒(méi)有引起足夠的重視，要么負(fù)債率過(guò)低阻礙的醫(yī)院的發(fā)展，要么負(fù)債率過(guò)高，極度膨脹極易引起醫(yī)院陷入“財(cái)務(wù)危機(jī)”。
（二）流動(dòng)比率過(guò)大
所謂流動(dòng)比率即流動(dòng)資產(chǎn)與流動(dòng)負(fù)債的比率，亦可表示為醫(yī)院現(xiàn)金用于償還流動(dòng)債務(wù)的能力。因此，從這個(gè)意義上說(shuō)，流動(dòng)比率越大，債權(quán)人的利益越大。但是，就我國(guó)目前來(lái)看，雖然各醫(yī)院基本保持了高流動(dòng)比率的特點(diǎn)，但是過(guò)高的流動(dòng)比率卻顯示了醫(yī)院對(duì)于外部資金的使用上沒(méi)有統(tǒng)籌合理的安排，某種程度上是浪費(fèi)了資源，一般情況較好的流動(dòng)比率應(yīng)控制在2：1為佳。此外，在流動(dòng)比率上，還可從速度比率上進(jìn)行控制，它是速動(dòng)資產(chǎn)和流動(dòng)負(fù)債的比率，是醫(yī)院償還流動(dòng)負(fù)債能力的最佳體現(xiàn)，通常業(yè)界人士認(rèn)為此比率應(yīng)維持在1：1為佳，但從我國(guó)醫(yī)院財(cái)務(wù)體系調(diào)查來(lái)看，這種理想效果很難實(shí)現(xiàn)。
（三）病人費(fèi)用評(píng)價(jià)指標(biāo)較高
病人費(fèi)用評(píng)價(jià)是詮釋醫(yī)院責(zé)任，提高醫(yī)院服務(wù)質(zhì)量，提升醫(yī)院口碑的最基本條件，即以“少花錢、治好病”為中心的評(píng)價(jià)指標(biāo)，比如患者就診、住院、用藥、手術(shù)等費(fèi)用是否合理、是否過(guò)高等等。就目前來(lái)看，此方面雖然有關(guān)部門和醫(yī)院都做出了相較完善的規(guī)定，但在具體的執(zhí)行過(guò)程中扔暴露出一些不足之處，尚有待完善。
（四）財(cái)務(wù)管理指標(biāo)需提高
醫(yī)院財(cái)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)的是否完善，很大程度上與財(cái)務(wù)管理相關(guān)。比如藥品周轉(zhuǎn)率是否合理，能否達(dá)到在滿足醫(yī)院用藥的要求上實(shí)現(xiàn)藥房的最小存儲(chǔ)量，比如床位使用率，病床周轉(zhuǎn)次數(shù)的管理，以及管理費(fèi)用在醫(yī)院財(cái)務(wù)總支出中所占比重等都是衡量醫(yī)院財(cái)務(wù)管理指標(biāo)的重要方面，而從實(shí)際來(lái)看這些方面都或多厚少存在更進(jìn)的地方。
二、統(tǒng)一收支結(jié)算用于醫(yī)院財(cái)務(wù)體系的可行性
所謂統(tǒng)一收支結(jié)算，即為了降低企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益，彌補(bǔ)一些公司缺乏可有效控制公司財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)的高級(jí)財(cái)務(wù)主管或首席財(cái)務(wù)官的弊端，而采取資源集中控制收入和支出，并進(jìn)行統(tǒng)一結(jié)算的現(xiàn)代企業(yè)財(cái)務(wù)制度。鑒于上述醫(yī)院財(cái)務(wù)體系中表現(xiàn)的問(wèn)題，可從以下幾方面討論下統(tǒng)一收支結(jié)算用于醫(yī)院財(cái)務(wù)體系的可行性。
1、統(tǒng)一收支結(jié)算可幫助醫(yī)院避免財(cái)務(wù)危機(jī)
我國(guó)大多醫(yī)院都屬于事業(yè)型單位，醫(yī)院的組織形式和結(jié)構(gòu)層次較多，這是無(wú)法規(guī)避的問(wèn)題，而即便是各種類型的民營(yíng)醫(yī)院亦是在醫(yī)院總部到下面各個(gè)科室之間設(shè)置了諸多功能機(jī)構(gòu)，這就難免造成權(quán)利和利益的分散，而相對(duì)的責(zé)任和風(fēng)險(xiǎn)則向醫(yī)院主體層面集中。而同一收支結(jié)算恰恰可以對(duì)醫(yī)院的財(cái)務(wù)體系實(shí)施統(tǒng)一、統(tǒng)籌安排，將不可避免的權(quán)利和利益下放所造成的風(fēng)險(xiǎn)控制在可控范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)險(xiǎn)的集中管理和集中轉(zhuǎn)移，如此便在很大程度上避免了醫(yī)院發(fā)生財(cái)務(wù)危機(jī)的可能性。此外，統(tǒng)一收支結(jié)算亦可實(shí)現(xiàn)醫(yī)院資源控制和使用的分離目的，實(shí)現(xiàn)了資源的合理分配，不僅可有效的節(jié)約經(jīng)營(yíng)成本，而且可在內(nèi)部形成潛在的、巨大的無(wú)形價(jià)值。
2、統(tǒng)一收支結(jié)算符合醫(yī)院的整體利益
統(tǒng)一收支結(jié)算是醫(yī)院有效掌控財(cái)務(wù)體系，對(duì)各科室和部門進(jìn)行統(tǒng)籌監(jiān)督和管理的保障，通過(guò)統(tǒng)一收支結(jié)算，醫(yī)院各科室將摒棄原本獨(dú)立的財(cái)務(wù)體系和經(jīng)營(yíng)方向，以醫(yī)院的發(fā)展角度出發(fā)，以醫(yī)院整體的利益為服務(wù)出發(fā)點(diǎn)，因此勢(shì)必會(huì)帶動(dòng)各部門乃至醫(yī)院醫(yī)務(wù)人員的工作行為向符合醫(yī)院整體發(fā)展戰(zhàn)略的方向轉(zhuǎn)移，這就避免了個(gè)別科室特立獨(dú)行的行為，尤其是對(duì)于醫(yī)護(hù)服務(wù)的整齊劃一的要求更是如虎添翼，同時(shí)也方便了醫(yī)院對(duì)下面部門的管理。所以說(shuō)，從醫(yī)院長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展上考慮統(tǒng)一收支結(jié)算是保證醫(yī)院財(cái)務(wù)體系健全，為醫(yī)院健康持久發(fā)展的護(hù)衛(wèi)者。
三、醫(yī)院財(cái)務(wù)體系實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一收支結(jié)算的實(shí)踐
從統(tǒng)一收支結(jié)算在醫(yī)院財(cái)務(wù)體系實(shí)踐的可行性中即可看出在醫(yī)院財(cái)務(wù)體系構(gòu)建中的重要，因此在構(gòu)建醫(yī)院財(cái)務(wù)體系的過(guò)程中應(yīng)勇于嘗試對(duì)統(tǒng)一收支結(jié)算的實(shí)踐。對(duì)此，可從兩方面進(jìn)行。
1、由點(diǎn)及面，全面鋪開(kāi)
雖然統(tǒng)一收支結(jié)算已經(jīng)在現(xiàn)代企業(yè)中證明了其科學(xué)性和有效性，但是鑒于醫(yī)院的特殊性質(zhì)，一刀切進(jìn)行全面的改革顯然不妥，為此，醫(yī)院可先從某一科室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性統(tǒng)一收支結(jié)算，然后逐步擴(kuò)展。在此過(guò)程中應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)財(cái)務(wù)的各種賬目、現(xiàn)金做好明確記錄，同時(shí)定期地與該科室進(jìn)行對(duì)比，以檢測(cè)統(tǒng)一收支結(jié)算的效果。
2、從財(cái)務(wù)部門入手，健全醫(yī)院財(cái)務(wù)體系
既然是構(gòu)建醫(yī)院的財(cái)務(wù)體系，所以在財(cái)務(wù)部門進(jìn)行改革和實(shí)踐首當(dāng)其沖，對(duì)此醫(yī)院可結(jié)合自身實(shí)際，對(duì)于各科室的會(huì)計(jì)進(jìn)行綜合評(píng)定考核，待實(shí)驗(yàn)成果出來(lái)后，將不符合標(biāo)準(zhǔn)或問(wèn)題較嚴(yán)重的予以辭退，同時(shí)建立起由醫(yī)院直屬的財(cái)務(wù)部門，進(jìn)而形成統(tǒng)一收支結(jié)算的影響體系機(jī)構(gòu)。
總結(jié)：
本文結(jié)合醫(yī)院財(cái)務(wù)體系中存在的弊端，以及現(xiàn)代企業(yè)統(tǒng)一結(jié)算的優(yōu)勢(shì)，將兩者常識(shí)性地進(jìn)行了結(jié)合，從醫(yī)院本身即理論實(shí)際上看，將統(tǒng)一收支結(jié)算用于醫(yī)院財(cái)務(wù)體系是可行的、有效的，當(dāng)然要想起發(fā)揮更大的效力還須各醫(yī)院在實(shí)踐中不斷探索、完善。（作者單位：浙江省溫州市中心醫(yī)院）
參考文獻(xiàn)：
【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)組成原理 課程體系 構(gòu)建
【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2014）09-0247-02
一、課程建設(shè)中存在的問(wèn)題
近年來(lái)，多數(shù)高等院校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)都以必修課的形式開(kāi)設(shè)了“計(jì)算機(jī)組成原理”這門課程。雖然各院校講授的內(nèi)容各不相同，但是他們對(duì)該課程的性質(zhì)、地位、作用及重要性都有了一定的認(rèn)識(shí)。由于“計(jì)算機(jī)組成原理”課程覆蓋的專業(yè)較多，因此各校在進(jìn)行教學(xué)時(shí)在一些問(wèn)題上還存在不同的認(rèn)識(shí)，其中的有些問(wèn)題還需要進(jìn)一步探索。
二、課程的地位及作用
“計(jì)算機(jī)組成原理”是系統(tǒng)介紹了計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本原理、基本設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)的組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有較全面的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生從理論和實(shí)踐上掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的方法，進(jìn)而提高學(xué)生進(jìn)行計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。因此，“計(jì)算機(jī)組成原理”課程在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)及相關(guān)專業(yè)中具有舉足輕重的作用。
三、課程體系的構(gòu)建
（一）課程概述
本課程主要從計(jì)算機(jī)的基本概念、基本組成結(jié)構(gòu)分析著手，對(duì)計(jì)算機(jī)各個(gè)基本組成部件及控制單元的工作原理進(jìn)行討論，分析計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一般特點(diǎn)，使學(xué)生掌握有關(guān)軟、硬件的基本知識(shí)，尤其是個(gè)基本組成部件有機(jī)連接構(gòu)成整機(jī)系統(tǒng)的方法，為培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和使用能力打下基礎(chǔ)。
（二）課程性質(zhì)
適用專業(yè)類：高等院校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)及相關(guān)專業(yè)
授課時(shí)數(shù)：54學(xué)時(shí)
實(shí)踐時(shí)數(shù)：18學(xué)時(shí)
先修課程：數(shù)字邏輯、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、C++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)。
（三）課程內(nèi)容
本課程對(duì)教學(xué)內(nèi)容的要求分為3個(gè)層次，分別是：“掌握”、“理解”和“了解”。對(duì)于要求“掌握”和“理解”的內(nèi)容，要做到概念清楚，原理明白，并具有分析和計(jì)算能力，有些內(nèi)容還要求會(huì)應(yīng)用?！罢莆铡北取袄斫狻币蟾撸行┲R(shí)必須熟記。對(duì)要求“了解”的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)知道基本概念和基本原理?！坝?jì)算機(jī)組成原理”課程體系應(yīng)由理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)兩大部分組成。
1.理論知識(shí)
① 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述 （4學(xué)時(shí)）。主要內(nèi)容： 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟硬件的組成與層次結(jié)構(gòu)、 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、 計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用。
②計(jì)算機(jī)的邏輯部件 （6學(xué)時(shí)）。主要內(nèi)容：布爾代數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)、 計(jì)算機(jī)中常用的組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路。
③數(shù)據(jù)表示、運(yùn)算方法與運(yùn)算部件 （10學(xué)時(shí)）。主要內(nèi)容： 數(shù)字化信息編碼、 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示、轉(zhuǎn)換和運(yùn)算、 二進(jìn)制乘法和除法運(yùn)算、 浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算方法、 運(yùn)算部件、 數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼。
④主存儲(chǔ)器 （6學(xué)時(shí)）。主要內(nèi)容： 主存儲(chǔ)器概述、 讀/寫(xiě)存儲(chǔ)器、 非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。
⑤指令系統(tǒng) （6學(xué)時(shí)）。主要內(nèi)容： 指令格式與數(shù)據(jù)表示、 尋址方式、 指令類型與指令系統(tǒng)的兼容性、 RISC和CISC、 指令系統(tǒng)舉例。
⑥中央處理部件 （6學(xué)時(shí)）。主要內(nèi)容： 計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)、 控制器的組成、 微程序控制的工作原理、 流水線工作原理。
⑦存儲(chǔ)器系統(tǒng) （6學(xué)時(shí)）。主要內(nèi)容： 存儲(chǔ)器系統(tǒng)概述、 高速緩沖存儲(chǔ)器、 虛擬存儲(chǔ)器、 相聯(lián)存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)保護(hù)。
⑧輸入輸出系統(tǒng) （6學(xué)時(shí)）。主要內(nèi)容： 輸入輸出系統(tǒng)概述、 程序中斷、 DMA輸入輸出方式、 通道控制方式、 總線結(jié)構(gòu)、 外設(shè)接口。
⑨計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （4學(xué)時(shí)）。主要內(nèi)容： 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述、 多媒體計(jì)算機(jī)、超級(jí)流水線處理機(jī)和超長(zhǎng)指令計(jì)算機(jī)、 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)述。
理論共54學(xué)時(shí)，3學(xué)分，成績(jī)比例70%。
2.實(shí)驗(yàn)
通過(guò)做實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生加深對(duì)所學(xué)學(xué)科知識(shí)的理解和掌握，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和分析問(wèn)題的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。具體內(nèi)容如下：①運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)（6學(xué)時(shí)）②存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）③微程序控制器實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）④模型機(jī)組成與指令執(zhí)行實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）⑤輸入輸出實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）。
共18學(xué)時(shí)，1學(xué)分，30%。
（四）課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)
重點(diǎn)：掌握計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部件的工作原理。
難點(diǎn)：指令的執(zhí)行和存儲(chǔ)空間的擴(kuò)充。
四、加強(qiáng)課程構(gòu)建的具體設(shè)想及主要措施
（一）在教學(xué)環(huán)節(jié)中突出本課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)
“計(jì)算機(jī)組成原理”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程的學(xué)習(xí)將為學(xué)習(xí)“操作系統(tǒng)”、“微機(jī)原理”等后續(xù)課程和研制開(kāi)發(fā)各種系統(tǒng)和應(yīng)用軟件打下扎實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，因此可以將“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)結(jié)合相應(yīng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)來(lái)鞏固并加深所需的知識(shí)點(diǎn)的理解。在教學(xué)過(guò)程中，即注重學(xué)生基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握，也注重學(xué)生動(dòng)手能力、設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，使本課程在處理知識(shí)面的寬度和深度上，既滿足作為基礎(chǔ)課的要求又達(dá)能到課程突出實(shí)踐環(huán)節(jié)的特色。
（二）教學(xué)方法的整改策略
實(shí)驗(yàn)教學(xué)分層次組織：以能力培養(yǎng)為宗旨，根據(jù)難度分為達(dá)到“實(shí)驗(yàn)設(shè)置基本要求”和“實(shí)驗(yàn)設(shè)置較高要求”的實(shí)驗(yàn)。教師根據(jù)學(xué)生情況分層次組織實(shí)驗(yàn)，既能掌握基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，也能體驗(yàn)有一定難度的實(shí)驗(yàn)，使不同程度的學(xué)生都能從中受益，并提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
（三）教學(xué)手段的改進(jìn)
“計(jì)算機(jī)組成原理”充分地利用了學(xué)校網(wǎng)絡(luò)資源，將教學(xué)課件、教輔材料及習(xí)題集等資源上網(wǎng)，使學(xué)生方便地下載，了解本課程的教學(xué)安排、計(jì)劃和要求、考試題型及考核方式，便于學(xué)生課下的復(fù)習(xí)自學(xué)、鞏固知識(shí)點(diǎn)，并對(duì)學(xué)生課余主動(dòng)學(xué)習(xí)提供了很大的方便。使用這樣先進(jìn)的教學(xué)手段，既提高了教學(xué)質(zhì)量，又取得了良好的教學(xué)效果。
五、結(jié)束語(yǔ)
該課程體系是在分析和研究部分高等院校“計(jì)算機(jī)組成原理”課程教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上構(gòu)建的，但是由于多數(shù)院校開(kāi)設(shè)“計(jì)算機(jī)組成原理”課程授課的學(xué)生層次和研究方向、專業(yè)特色的不同，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)等還處于探索階段。因此其科學(xué)性、合理性和實(shí)用性有待實(shí)踐的進(jìn)一步檢驗(yàn)和完善。
參考文獻(xiàn)：