计算机人才系统能力培养.pptxVIP

计算机人才系统能力培养教学实践系统能力培养的基本思路2006：首次工程教育认证后，引发了对毕业生核心能力的思考结论：系统能力系统能力培养的特点：综合性与形成性综合性：综合运用多种知识解决系统级问题形成性：能力不是一蹴而就，需逐步形成基本思路开发“CPU、OS、编译器”计算机系统多门课程联动，逐步达成系统能力OS编译器CPU20062007200820092010201120122013为什么选计算机系统作为目标？计算机系统的3个基石：CPU、OS、编译器CPU：指令集、流水线、调度、存储层次、总线。。。OS：中断、任务切换、存储管理、I/O。。。编译器：循环优化、指令调度。。。三者密切配合、相互影响、互相渗透本科生开发一个功能型计算机系统L1：理解硬件系统的运行原理L2：掌握硬件系统及系统软件构造方法L3：领悟软/硬件相互作用关系OS编译器CPU当时存在问题分析对象开发能力CPU自定义指令集；指令规模10+条OS分析代码；系统调用级编程编译器自定义文法；生成虚拟机指令；优化弱现象：～2006，能力较弱原因：教学以让学生了解知识为目标，不是以学生设计系统为目标过于强调知识的全面性，课时总容量不足，学生难以深入学习虽也重视了课程体系建设，但课程衔接不足精简课程群2006：计算机系统相关课程(5门)模拟电路、数字逻辑、计算机组成原理、操作系统、编译技术均为必修课：课程总周期过长课程体系衔接：有脱节、有重叠建设：计算机系统课程群(4门)数字逻辑、计算机组成原理、操作系统、编译技术数字逻辑：作为起步课程；从数字电路层面切入模拟电路：选修课(体系结构方向必修课)课程群改革规划(2006)教学目标：CPU，OS，编译器技术路线课程体系整合重构实验体系物理综合计算机系统课程群体系数字逻辑结合数理逻辑知识，讲授组合逻辑与时序逻辑原理基于MIPS指令集，设计寄存器、加法器、移位器、控制器、多路选择器、计数器、比较器引入HDL语言、EDA工具计算机组成讲授计算机硬件工作原理在部件设计基础上，实现MIPS指令集的功能型计算机系统深化HDL语言、EDA工具应用操作系统讲授OS的各组成及其机理实现MIPS的功能型OS编译技术讲授编译器的构造技术实现MIPS的C编译器课程体系硬件抽象中断控制器I/OMIPS指令集存储器数字逻辑讲授组合逻辑与时序逻辑原理设计寄存器、加法器、移位器、控制器、多路选择器等基础部件计算机组成讲授计算机硬件工作原理在基础部件之上开发计算机硬件系统实现MIPS ISA、中断、存储器、I/O等硬件抽象计算机组成基础部件数字逻辑课程体系操作系统理解中断、现场切换等核心机制及软硬件依赖关系实现基于MIPS程序的进程管理、内存管理、文件系统、设备管理等编译技术C0生成MIPS汇编强化代码优化操作系统编译技术内存管理进程管理词法分析语法分析中间代码文件系统设备管理代码生成代码优化虚实中断切换硬件抽象存储器MIPS指令集I/O中断控制器实验体系—数字逻辑目标：掌握数字电路设计方法，开发MIPS处理器的基础部件实验体系第1层次：电路原理组合逻辑、时序逻辑触发器/寄存器、电路特性第2层次：计算与控制加/减、乘/除、有限状态机第3层次：基础部件译码器、ALU、数据选择器、计数器、乘法单元、存储器基础部件计算控制电路原理实验体系—计算机组成目标：实现MIPS计算机实验体系MIPS各型指令数据通路实验MIPS多周期数据通路实验MIPS多周期控制单元实验实验体系—操作系统目标：实现小型MIPS操作系统实验体系围绕MIPS，采用层次化设计原则6个综合型实验，构造一个相对完整的操作系统内核制作与boot存储管理进程与中断系统调用文件系统shell综合实验体系—编译技术目标：为MIPS开发C编译器实验体系面向MIPS，生成中间代码 实现基本代码优化完成具有现代编译器主要特征的小型编译器 提供不同难度的选择从PL/0生成P-CODE从C0生成P-CODE从C0生成MIPS汇编统一的硬件实验平台MIPS CPU存储器I/O数字逻辑、计算机组成、操作系统、编译技术6年改革历程2006：启动；2007：规划、小组实施5个轮次迭代；2012年市教学成果一等奖系统能力编译技术首先调整编译技术全面调整编译技术全面实施OS调整模拟器OS全面实施模拟器/硬件先遣小队首次完成MIPS处理器开发计组全面实施计组引入HDL数字逻辑首轮实验数字逻辑全面调整数字逻辑全面实施顶层设计分布实施全面重构硬件代码(特别是MIPS代码)组建课程群团队自主开发统一硬件实验平台20062007200820092010201120122013CPU设计能力工业标准的处理器工业标准指令集MIPS应用广泛较完整的CPU设计几乎覆盖定点指令中断/异常支持简单OS运行有力支持后续课程比较内容北航(教改前)北航(教改