導(dǎo)語：計(jì)算機(jī)硬件課程改革論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：結(jié)合本院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的硬件系列課程特點(diǎn)，分析了當(dāng)前國內(nèi)外計(jì)算機(jī)硬件課程發(fā)展現(xiàn)狀，指出了目前硬件專業(yè)課程設(shè)置的不足并提出了改革方案。新課程體系設(shè)置目標(biāo)是在注重硬件原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)能力和實(shí)際動手能力，激發(fā)學(xué)生把自己的創(chuàng)新思想、創(chuàng)新成果和自主能動性付諸實(shí)際。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)硬件；集成電路設(shè)計(jì)；教學(xué)改革

信息系統(tǒng)工程教育論壇我院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)始建于1987年，歷經(jīng)20年的發(fā)展，為油田及相關(guān)企事業(yè)單位培養(yǎng)了大量的計(jì)算機(jī)應(yīng)用人才。“具有良好的科學(xué)素養(yǎng)，系統(tǒng)地、較好地掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)包括計(jì)算機(jī)硬件、軟件與應(yīng)用的基本理論、基本知識和基本技能與方法，能在科研部門、教育單位、企業(yè)、事業(yè)、技術(shù)和行政管理部門等單位從事計(jì)算機(jī)教學(xué)、科學(xué)研究和應(yīng)用”是本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)?；谶@個(gè)培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合目前計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)最新發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，提出本硬件系列課改方案。

一、硬件系列課改的目的及意義

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)在信息社會中充當(dāng)了重要角色，也是發(fā)展最為迅速的一門學(xué)科。隨著這門學(xué)科的不斷發(fā)展，目前，計(jì)算機(jī)核心技術(shù)愈來愈集中在集成電路芯片設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)這兩項(xiàng)技術(shù)中，其中CPU和OS設(shè)計(jì)技術(shù)是最核心的兩項(xiàng)技術(shù)，特別是高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)一直是衡量國家實(shí)力的一個(gè)重要標(biāo)志。在硬件系列課程里，培養(yǎng)學(xué)生CPU及相關(guān)硬件的設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新并能夠設(shè)計(jì)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的計(jì)算機(jī)部件的能力，是當(dāng)前計(jì)算機(jī)硬件課程重要的改革方向，也是目前社會迫切需要的計(jì)算機(jī)硬件人才[1]。因此，適應(yīng)當(dāng)前計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展及社會對計(jì)算機(jī)硬件人才的需求，及時(shí)調(diào)整硬件系列課程的培養(yǎng)方向，既有利于學(xué)生及時(shí)掌握最新的計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)，又有利于學(xué)生及時(shí)把所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為社會生產(chǎn)力，對擴(kuò)大我院學(xué)生就業(yè)，樹立我院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生良好的社會形象意義深遠(yuǎn)。

二、硬件系列教學(xué)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

由于我國的制造業(yè)比較落后，一直以來，計(jì)算機(jī)硬件的核心技術(shù)未能被國內(nèi)掌握。相應(yīng)地，在計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)中，像計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)等重要硬件課程，傳統(tǒng)上僅僅以講授、分析原理為主，且內(nèi)容不能適應(yīng)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展[2]。國外一些知名大學(xué)非常重視計(jì)算機(jī)硬件的教學(xué)，美國的許多高校本科計(jì)算機(jī)專業(yè)中都無一不是安排了CPU設(shè)計(jì)方面的課程和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。例如麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門相關(guān)課程是《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課中，須自主完成ALU、單指令周期CPU、多指令周期CPU乃至實(shí)現(xiàn)流水線32位MIPS CPU和Cache等的設(shè)計(jì)。Stanford大學(xué)計(jì)算機(jī)系的本科生也有相似的課程和實(shí)驗(yàn)。隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)開展硬件設(shè)計(jì)技術(shù)的條件已逐漸成熟，這主要得益于計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展中的兩個(gè)重要技術(shù)，一是大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨏PLD/FPGA的成熟，可以在一個(gè)芯片中通過編寫硬件描述語言設(shè)計(jì)CPU和全部的相關(guān)硬件電路，減輕了硬件芯片間連接的復(fù)雜性，同時(shí)消除了硬件制造的限制。二是硬件描述語言的成熟，以VHDL和Verilog VHDL語言為代表的硬件描述語言，可以通過編寫程序的方式來描述極其復(fù)雜的硬件電路邏輯，大大降低了以前采用手工方式設(shè)計(jì)硬件電路的復(fù)雜性。國內(nèi)的一些知名大學(xué)，在最近幾年里，也相應(yīng)地增加了硬件電路設(shè)計(jì)在教學(xué)中的比重，據(jù)我們了解，清華大學(xué)、電子科技大學(xué)、哈工大、哈理工等一些學(xué)校，已經(jīng)修改了計(jì)算機(jī)組成原理及計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)等方面的課程教學(xué)內(nèi)容，把利用CPLD/FPGA和硬件描述語言設(shè)計(jì)CPU及其相關(guān)硬件電路作為重要內(nèi)容加入到課程體系里，取得了良好的教學(xué)效果，大大加強(qiáng)了學(xué)生對計(jì)算機(jī)工作原理的理解及計(jì)算機(jī)硬件的設(shè)計(jì)能力，逐步實(shí)現(xiàn)了與發(fā)達(dá)國家高校計(jì)算機(jī)本科教育的接軌。

三、目前我院硬件系列教學(xué)現(xiàn)狀及不足

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)硬件系列主要課程設(shè)置始于20年前，期間雖經(jīng)過部分調(diào)整，但基本教學(xué)內(nèi)容依然延續(xù)20年前的知識體系。按授課先后次序排列，這些課程包括：《數(shù)字邏輯與數(shù)字電路》、《計(jì)算機(jī)組成原理》、《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動化》、《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》、《單片機(jī)原理及應(yīng)用》、《嵌入式系統(tǒng)》、《硬件課程設(shè)計(jì)》等7門?；诋?dāng)前硬件課程系列教學(xué)現(xiàn)狀，我們認(rèn)為存在以下的不足：1.從整體上看，硬件系列教學(xué)內(nèi)容過于強(qiáng)調(diào)基本原理和基本方法，缺少能夠驗(yàn)證原理、實(shí)際實(shí)現(xiàn)這些原理及方法的手段，導(dǎo)致學(xué)生缺少動手能力，對原理和方法認(rèn)識模糊，會說不會做的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，創(chuàng)新能力較弱。2.《數(shù)字邏輯與數(shù)字電路》和《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動化》，這兩門課之間存在較大的聯(lián)系，在內(nèi)容上存在承上啟下的關(guān)系，前者是講述數(shù)字電路的基本概念、組合及時(shí)序電路的傳統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法，后者則介紹組合及時(shí)序電路的現(xiàn)代分析設(shè)計(jì)方法，基于目前的教學(xué)實(shí)際情況，可以合并成一門課講述。3.《計(jì)算機(jī)組成原理》和《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)非常重要的兩門課，通過這兩門課的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生能夠設(shè)計(jì)簡單的CPU及相關(guān)的硬件電路，從而加深對基本原理、基本方法的理解，增強(qiáng)實(shí)際動手能力?；诂F(xiàn)在的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)手段還無法達(dá)到上述目的。4.《單片機(jī)原理及應(yīng)用》和《嵌入式系統(tǒng)》兩門課存在較大的內(nèi)容交叉。這兩門課都是講述特定計(jì)算機(jī)在控制及嵌入式產(chǎn)品中的應(yīng)用，《單片機(jī)原理及應(yīng)用》這門課介紹的是8位機(jī)MCS-51的原理，《嵌入式系統(tǒng)》這門課介紹的是32位機(jī)ARM的原理，鑒于目前嵌入式領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，建議取消《單片機(jī)原理及應(yīng)用》這門課，以避免課程內(nèi)容重復(fù)。5.《硬件課程設(shè)計(jì)》作為硬件系列的最后一門硬件設(shè)計(jì)課，學(xué)生已掌握了較豐富的軟硬件知識，因此應(yīng)該具備設(shè)計(jì)較復(fù)雜的硬件電路的能力，目前的設(shè)計(jì)內(nèi)容較簡單并與《數(shù)字邏輯與數(shù)字電路》課程實(shí)驗(yàn)存在一定交叉，建議選擇有一定復(fù)雜度并較實(shí)用的設(shè)計(jì)內(nèi)容。從而培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用硬件知識及硬件設(shè)計(jì)能力。

四、硬件系列教學(xué)新課改方案

針對我院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的實(shí)際情況，在保證總的硬件教學(xué)學(xué)時(shí)不變的前提下，對硬件系列教學(xué)提出如下建議：1.課程合并：《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動化》是計(jì)算機(jī)組成原理等的先修課，為保證能及時(shí)開課，同時(shí)該課和《數(shù)字邏輯與數(shù)字電路》這門課有密切的聯(lián)系，合并為一門課，仍稱為《數(shù)字邏輯與數(shù)字電路》，并適當(dāng)增加學(xué)時(shí)，建議在大二上學(xué)期開課，取消《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動化》這門課。2.《計(jì)算機(jī)組成原理》：這門課改為《計(jì)算機(jī)組成及設(shè)計(jì)》，增加CPU及相關(guān)硬件電路設(shè)計(jì)內(nèi)容，在講清楚組成原理的基礎(chǔ)上，以設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，建議在大二下學(xué)期開課。 3.《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》：適當(dāng)增加設(shè)計(jì)內(nèi)容，原學(xué)時(shí)保持不變，建議在大三上學(xué)期開課。4.《單片機(jī)原理及應(yīng)用》：本課程取消，鑒于目前嵌入式系統(tǒng)涉及軟硬件知識較多，難以在一門課程中全面系統(tǒng)學(xué)習(xí)，因此另開設(shè)一門《嵌入式軟件開發(fā)》課程，重點(diǎn)講述如何設(shè)計(jì)編寫嵌入式軟件程序，建議在大三下學(xué)期開課。5.《嵌入式系統(tǒng)》：這門課作為《嵌入式軟件開發(fā)》的先修課，重點(diǎn)講述嵌入式系統(tǒng)的基本概念及方法、ARM處理器的硬件工作原理、接口、匯編語言等，而相關(guān)操作系統(tǒng)及其程序設(shè)計(jì)等知識暫不涉及，建議在大三上學(xué)期開課。6.《硬件課程設(shè)計(jì)》：在設(shè)計(jì)題目中，引入嵌入式系統(tǒng)、FPGA及計(jì)算機(jī)組成等知識，適當(dāng)增加設(shè)計(jì)的綜合性和復(fù)雜性，建議在大四上學(xué)期開課?；谛碌挠布盗姓n程體系，能夠有效理順課程之間的先后關(guān)系，并把硬件課程均勻分散到大學(xué)四年的學(xué)習(xí)中，同時(shí)對重要的課程及相關(guān)的知識進(jìn)行了加強(qiáng)，例如數(shù)字電路設(shè)計(jì)貫穿在整個(gè)硬件系列課程中；舍棄了過時(shí)的技術(shù)，增加了新技術(shù)的份量，例如去掉了單片機(jī)，加強(qiáng)了嵌入式系統(tǒng)。因此，我們認(rèn)為：調(diào)整后的硬件系列課程是較合理的，它吸收了當(dāng)前先進(jìn)的硬件設(shè)計(jì)技術(shù)，保證了知識的實(shí)用性，有一定的前瞻性。

五、結(jié)束語

高等教育是為學(xué)生提供專業(yè)技能和生存本領(lǐng)、服務(wù)社會的最后一站，教學(xué)內(nèi)容及方法直接關(guān)系到學(xué)生的未來發(fā)展。通過不斷教學(xué)改革，保持教學(xué)的先進(jìn)性和實(shí)用性一直是高教課改的目標(biāo)之一。通過這次課改，理順了我院硬件系列課程的教學(xué)關(guān)系，增強(qiáng)學(xué)生未來服務(wù)社會的競爭力，因此很有實(shí)際意義。

作者:李軍 崔旭 李建平 單位:1.東北石油大學(xué) 2.大慶市薩東第二小學(xué)

參考文獻(xiàn)

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