《计算机组织与体系结构》教学改革与探索

传统教学模式已经不适应《计算机组织与体系结构》课程现代教学的需要,进行教学改革。我们精心选择教学内容,并探索采用启发式教学、动画解析和类比教学等新的教学模式与方法,还利用项目教学法加强实践环节。实践证明,改革取得了很好的成效,提高了教学效果。

《计算机组织与体系结构》(第4版·立体化教材)的编写思路

“计算机组织与体系结构”课程重点讲授单处理机系统的组织和工作原理，在此基础上扩充讲授并行计算机系统的体系结构。该课程具有知识面广、内容多、难度大、更新快等特点，因此体现课程特点的教材对于提高教学水平和培养人才的质量起着十分重要的作用。笔者认为，一本好的“计算机组织与体系结构”教材主要应具备下述特点：

高级计算机网络体系结构课程建设

针对线上线下教学模式发展的必然趋势,提出以学生为中心、科研成果入教材、线下线上联动丰富课程资源的高级计算网络体系结构课程建设模式,具体阐述如何进行课程内容设计,如何采用模块化混合式教学,线下内容如何深度融入思政元素、重点知识点讲解和问题难点讲解及答疑,线上课程如何瞄准前沿知识和经典案例进行讲解,课程考核如何加大研究分析环节成绩构成比例,最后说明建设成效。

计算机体系结构课程实验教学探索与实践

在计算机专业课程中,计算机体系结构课程是硬件类课程的重点和难点,为了学生更好地学习该课程,具有理论联系实际和团队协作能力,创新性地在课程中设置使用开源RISC-V指令集设计并实现无序流水线处理器的实验。通过指令的无序调度算法,利用指令级并行性(ILP)、流水线设计、缓存、预取和虚拟内存实验帮助学生掌握SystemVerilog语言,并且能够使用RISC-V、GCC、自定义链接器编译测试验证程序和基准测试。教学结果证明,此创新实验教学方法能够使学生既掌握计算机体系结构课程中深奥的理论和枯燥的编写、调试大型代码库的方法,又增强团队协作能力和兴趣,让学生学以致用,为培养具有硬件设计能力的人才打下坚实基础。

新工科背景下的计算机组织与体系结构实践教学改革

面向新工科建设中培养高素质复合型新工科人才要求,围绕计算机组织与体系结构课程的实践教学体系,从实验平台、实验项目、实验教材和实践教学过程方面介绍课程改革的建设内容,通过实践效果分析,说明实践教学改革措施的有效性。

“计算机组织与体系结构”教学方法探讨

本文介绍了我院在“计算机组织与体系结构”课程教学实践中逐步摸索出的一套行之有效的教学方法。

《计算机组织与体系结构(第4版)解题指南》

“计算机组织与体系结构”课程是计算机科学技术专业的重要专业基础课程之一，也是一门实践性很强的课程。

新一代计算机体系结构对大数据处理的影响研究

大数据已成为信息时代搜索的关键词之一,随着数据规模不断增长,人们对计算机体系结构提出了更高的要求。基于此,新一代计算机体系结构应运而生,为大数据处理带来了新的机遇与挑战。文章旨在深入探讨新一代计算机体系结构对大数据处理的影响,包括性能提升、能耗优化、数据管理等方面。

计算机体系结构软件模拟技术

在现代处理器或计算机系统设计中,体系结构软件模拟技术已成为一个不可缺少的环节.与不使用模拟技术的计算机系统或处理器设计方法相比,软件模拟技术可以极大地降低设计成本和缩短设计周期.然而,由于开发计算机体系结构软件模拟器通常十分困难,模拟器运行标准性能测试程序的时间很长以及模拟结果精度差等3个主要问题,限制了体系结构软件模拟技术在计算机系统设计中的有效性.许多研究人员已经提出了各种各样的方法和技术来解决这些问题,但是,到目前为止,这些问题还并未得到根本性解决.同时,未来体系结构模拟技术的新挑战已经开始显现.研究了体系结构软件模拟技术的由来和历史,对现有的技术和方法进行了分类和比较,对未来的挑战也进行了分析,指出了该领域今后的发展方向,以帮助计算机体系结构设计师或研究人员选择、开发体系结构模拟器或对该技术进行研究.基于这些调查分析,正在使用较为先进的技术开发一个适合于安腾系列架构的体系结构模拟器SimIPF.

“计算机组织与系统结构”课程的教学现状和改革思路

"计算机组织与系统结构"是计算机专业最重要的核心基础课之一,课程涉及的内容在整个计算机学科和计算机系统中处于非常重要的位置,因而该课程的教学工作在计算机专业学生培养上具有极其重要的作用。本文就本课程在计算机系统中的地位、国内本课程的教学现状、国外一流大学的教学内容和教学实验等几个方面进行介绍、分析和总结,并在此基础上,提出对课程内容和实验教学的改革思路。

可重构计算机体系结构

介绍可重构的概念、可重构计算系统的基本结构、技术基础和技术关键；提出可重构计算机设计中存在的问题与解决方案．

计算机系统体系结构的层次设计

计算机系统由许多连通的层和子系统组成,这些层和子系统的交互模式复杂,整体体系结构设计尤为重要.在计算机系统体系结构演变的过程中形成了一些基本设计原理,其中层次设计是设计大规模系统体系结构的有效途径.从Dijkstra的工作开始,计算机系统体系结构的层次设计原理已经被提出很长时间,是计算机系统体系结构设计的重要组成部分.它广泛存在于计算机体系结构设计、网络体系结构设计、云计算、网络虚拟化、软件工程以及计算机科学的很多其他分支.计算机科学技术的演变和革新异常频繁,适用范围广的层次设计模型框架和层次设计方法尤为重要.虽然有不少工作对体系结构层次设计进行研究,但很少有工作对层次设计原则和方法的内涵进行探索,同时缺少统一的层次设计模型框架和评价指标.现有工作的不足主要表现为:(1)对计算机系统层次设计的描述通常是非形式化阐述;(2)现有的层次设计分析以具体系统和应用分析为主,缺少对层次设计机制内涵的理解分析;(3)现有层次设计模型主要局限于所研究的对象系统,缺少统一的层次设计模型框架和评价指标.针对计算机系统层次结构设计的上述不足,该文首先给出了层次设计相关的基本概念及其形式化定义,然后对层次设计研究现状从层次模型设计、层次构件设计、层次跨层设计和层次覆盖设计四个方面进行归类综述.层次模型设计主要包含层次描述模型和层次量化模型,对层次结构针对对象系统特征进行数学描述和推导;层次构件设计将层次结构的某一子结构以单一或较少模块抽象来实现;层次跨层设计是指打破既定层次结构,根据特定需求生成新的层间交互关系;层次覆盖主要是指以虚拟节点和逻辑连接构成的灵活的虚拟平面设计.在此基础上,对层次设计的内涵、设计原则、主要机制和设计路径进行探究和归纳.该文认为简化和效率是计算机系统体系结构层次设计的两个设计原则,抽象和虚拟是支撑设计原则的两个设计机制.相应地,该文给出计算机系统体系结构层次设计复杂性和性能的模型评价框架,得到一些基本定理.该文还对超级计算机系统、软件定义网络和云计算三个层次设计经典系统例子进行讨论,并在文章的结尾对计算机系统体系结构层次设计的进一步研究进行展望.

一种均衡可扩展计算机体系结构分布式模拟方法

分布式并行模拟是提高体系结构模拟速度的有效技术手段之一.首先,建立了分布式并行模拟的通用性能分析模型,并对典型系统的并行加速比、并行效率等性质进行了理论分析,得出了一些有用的结论.在此基础上,提出了均衡可扩展分布式并行模拟方法 SEDSim(scalable and evenly distributed simulation).SEDSim针对模拟节点负载不均衡问题,提出了开销模型指导的指令区间均衡分割和分配策略CoMEPA(cost model guided evenly partition and allocation);针对分布式并行模拟与非连续、任意数量抽样模拟区间的高效集成,提出了基于最小等价距离(minimum equivalent cost,简称MinEC)的指令区间分配策略MinEC.基于sim-outorder实现了SEDSim,采用SPEC CPU2000中的部分程序对其速度和精度进行了测试,理论分析和测试结果均表明了SEDSim的优势:相对于常用的方法或策略,CoMEPA和MinEC分别能够获得多达约1.6倍和1.4倍的性能提升.

计算机网络安全体系的一种框架结构及其应用

文章首先给出计算机网络安全体系结构相关概念的定义，然后从安全需求的角度提出了计算机网络安全体系的一种框架结构。通过分析各种安全服务之间的依赖关系，提出一种按照安全服务安全机制的强度对网络安全进行分类和分级的方法；结合 ＩＰＳｅｃ和 ＳＳＬ，分析了 ＴＣＰ／ＩＰ协议体系各层的安全机制，提出了实现安全服务和安全管理的协议层实体模型；最后给出了单元安全技术在安全体系结构中的位置，并论述了该框架结构在实际网络工程安全设计中的应用。

计算机网络的一种实体安全体系结构

提出了计算机网络的一种实体安全体系结构 (ESA) .文中描述了计算机网络的组成实体 ,并讨论了各实体的安全功能分配 .基于 ESA,提出了基于政策的安全管理 (PBSM)的概念 ,其中包括三层安全政策的定义 :组织抽象安全政策、全局自动安全政策、局部可执行安全政策 ,并提出了 PBSM的三个管理环节 :制定、实施与验证 ,把网络作为一个整体来管理 ,实现安全管理的系统化和自动化 .应用实体安全体系结构 ,分析了现有网络安全服务的不足和安全管理中存在的问题 ,指出了实现 ESA的进一步研究工作 .

结构钢组织和性能的计算机预测

介绍了结构钢组织和性能预测的数值方法，给出了预测过程所涉及的基本公式。作者利用这种方法建立了结构钢组织和性能预测的计算机软件包，给出了应用实例。

计算机体系结构的现状及其发展趋势

该文系统概述了现代计算机的两种主要体系结构CISC体系和RISC体系,指出了基于冯·诺伊曼体系结构的现代计算机体系存在的问题,展望了未来计算机体系发展方向。

计算机网络的发展现状及网络体系结构涵义分析

自身存在种种缺陷与不足的传统网络体系结构,已不再适宜用来指导现今互联网向下一代网络的演进。有必要在正确认识当前计算机网络发展现状和重新审视网络体系结构涵义的基础上,展开对满足下一代网络发展需求的新一代网络体系结构的研究。为此,本文专门对以互联网为代表的计算机网络所面临的发展现状以及近年来计算机网络演进与发展的主要趋势进行了总结和分析,并重点对网络体系结构的涵义进行了全方位、多角度的深入剖析。主张在综合考虑网络体系结构的普适性、特指性、抽象性和过程性等特征的基础上,运用发展的眼光和系统的观点来全面认识和把握其本质,并提出了合理的“网络体系结构认知框架”。本文研究结论对新一代网络体系结构的研究有重要的参考价值和指导意义。

网络计算机中嵌入式Linux体系结构的研究

按照层次化的方法,提出了一种新的基于网络计算机的嵌入式Linux体系结构。通过体系结构的划分使得操作系统各部分的功能更加单一,简化了系统中嵌入式应用软件的开发难度。在此基础之上,借助Linux下开源软件,实现了整个嵌入式Linux操作系统。对装有该嵌入式Linux的网络计算机进行了测试,测试结果表明其整体性能较高、网络协同计算能力较强,其性价比优于国内同类产品。

Dagger:一种散耦合的网格计算机体系结构

计算机系统面临着网格计算对其提出的资源共享、协同计算和应用服务的挑战 ,现有的计算机系统的体系结构不能够很好地适应这种需求 提出一种基于散耦合思想的网格计算机系统的体系结构 ,称之为DAGGER(De coupledAr chitecturewithGrid keyandGridEnablingResource) ,采用 8个基本概念构成网格计算机 。