计算机体系结构方向

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计算机体系结构方向范文第1篇

关键词：计算机体系结构；软件模拟技术；发展；措施

随着现代信息技术的飞速发展，计算机已经成为系统设计及信息处理的核心工具。体系结构软件模拟技术对于计算机系统而言是必不可少的技术手段，通过体系结构软件模拟技术能够不但最大程度的降低系统设计的费用以及时间，而且也极大提高了设计效率和质量。计算机体系结构软件模拟技术说白了就是通过现有的计算机应用软件，对系统硬件在计算机系统结构中的使用情况以及性能进行模拟，由于计算机体系结构软件模拟技术具有一定的技术优势和成本优势，因此，其目前已经成为计算机系统设计中必不可少的手段。在分析计算机体系结构软件模拟技术研发过程中所遇到问题的同时，也提出了解决问题的有效策略。

一.计算机体系结构软件模拟在研发中存在的问题

计算机体系结构软件模拟技术m然具有一定的优势，但也有一定的技术难题制约着其发展，例如计算机体系结构软件模拟器的开发难度大、软件模拟器的处理精度较差等。

（一）计算机体系结构软件模拟器的研发具有一定的难度

众所周知，计算机信息处理系统及其复杂，如果仅通过软件模拟器就想体现其在运行过程中，计算机系统内部各个部件的工作状态，几乎是不可能的。将复杂化的计算机系统进行简单化处理最有效的方式就是对计算机系统进行分层处理。而体系结构就是在这个基础上简化了系统，但经过分层处理之后的计算机系统，对于人们研究来说还是很复杂。另外，当前计算机系统的编程语言都是采用串行结构的C语言，利用C语言对系统内部元件进行模拟，不但耗时严重，而且如果中间一旦出现失误，那么整个编程语句将无法运行[4]。

（二）模拟器的处理精度较差

软件模拟器的运行精度较差主要是因为模拟器在研发过程中的设计不合理，或者是模拟器没有应用合理的策略。软件模拟器的开发主要经历三个步骤，首先是模拟器在理论上的研究及设计思路，其次是设计符合计算机系统的模拟器，最后则是实现模拟器的正常功能。软件在研发的过程中如果出现失误，对于第一个步骤而言，很有可能出现不能够正确分析计算机系统的各种模拟需求。对于第二个步骤而言，所造成的设计失误极有可能就是不能够正切构建计算机系统的内部，导致模拟器的错误设计。另外，模拟器的运行时间也会影响模拟器的使用精度，运行时间越长，则使用精度就越差。总而言之，计算机体系结构软件模拟器的设计之所以对软件模拟技术很重要，则是因为其还是计算机系统设计中的重要内容。甚至可以说，软件模拟器的质量决定者计算机处理器的设计质量和效率。

二.解决计算机体系结构软件模拟技术研发问题的措施

（一）降低计算机系统性能测试程序中的输入参数

为了缩短对模拟器的性能测试的程序运行时间，首先要在不改变标准化的计算机系统性能测试中的运行指令的前提下，对计算机系统性能检测程序中的输入参数进行科学合理的更正，这种方式不仅能够利用少量的输入参数使模拟器正常运行，而且还保证了模拟器运行结构准确代表计算机系统各个程序指令的模拟运作结果，不仅提升了模拟器运行的精度，而且还有效的降低了模拟器在运行性能检测程序过程中的运作时间[5]。

（二）减少运作模拟程序指令数量

在对计算机体系结构软件的性能进行标准性能检测程序的过程中，要科学合理的采用正确的模拟程序指令进行操作，并用这些指令运作的结果代替原有的运作结果。经研究发现，准确的模拟程序指令是提高模拟运作速度和精度的最佳方法。通常情况下，可利用统计方式抽样选择运行程序指令和直接性截获连续程序指令这两种方式选择运作模拟程序指令。其中，直接性截获连续程序指令的操作过程与统计方式抽样选择运行的程序指令方式相比较为容易，但缺点就是精度低，而统计方式抽样选择运行程序指令虽然操作过程较为复杂，但其模拟精度高。

三.总结

随着计算机系统更新频率的加快，计算机体系结构软件模拟技术的重要性日益凸显，从上述内容可得知，计算机体系结构软件模拟技术的工作内容主要是针对计算机中央处理器以及计算机系统设计。模拟技术水平在很大程度上影响着计算机系统的设计效果和计算机处理器的制作水平。其次，由于计算机体系结构软件模拟技术具有一定的优势，所以其注定将成为信息时代人们关注和研究的重点问题。而计算机体系结构软件模拟技术也必将会计算机体系结构的重点技术。

参考文献

[1]李振.浅析计算机体系结构软件模拟技术[J].大科技.2016（3）.

[2]闫雨石.计算机体系结构软件模拟技术浅析[J].工业.2016（9）：00262-00262.

计算机体系结构方向范文第2篇

关键词:人工智能；计算机体系结构；硬件；软件

人工智能是让机器模拟人类思维和行为方式,从而让其在某些方面达到人类智能的水平。它的研究涉及了多门学科知识,是一个跨学科的研究领域。但是计算机硬件和软件的发展,是人工智能实现的基本保障。本文从计算机体系结构入手,介绍了计算机硬件和软件的发展过程和趋势,以及对人工智能发展起到的作用。

1计算机的体系结构

计算机体系是一个多级层次结构,通常将其分为硬件和软件两大部分。硬件部分主要有输入/输出设备、存储器和CPU。软件有系统软件和应用软件两类。现代集成技术使得计算机的体积越来越小,但是性能却越来越强。硬件作为计算机基本的组成部分,是作为物理底层为上层软件的运作提供了基本的环境支持。在计算机体系设计中的一个核心问题就是如何提高计算机硬件运行和服务的效率,使上层软件的运行更加快速和流畅。随着上层软件种类和功能的不断增加,对底层硬件的要求越来越高。硬件和软件的兼容、配合以及交互成了体系设计最大的问题。分布式体系结构提升了硬件的处理能力,但同时增加了系统结构的复杂性和操作性。如今,随着网络技术的发展,云平台区块链技术的成熟,计算机体系从传统的单机系统扩展为以网络结构为基础的多系统多体系平台。这种模式从理论上看,大大增加的了系统结构的复杂性,但对于用户体验而言,这种复杂性完全可以忽略,用户不需要对其有更多地了解,也不需要投入更多的成本。相反,用户体验到的是方便、快捷、高效的运行环境。集群计算机体系结构就是一个典型的案例。它通过以太网或InfiniBand网络作为内联方式,使用Linux操作系统和并行编程接口,采用价格比较低的服务器为运算节点,整个系统较之前系统的成本明显降低,而且公开性和操作性都比较强[1]。软件作为计算机体系结构中的上层应用,在20世纪80年代前,只是为专门的计算机而定制的小程序,功能比较简单更没有形成产业。20世纪80年代后,随着计算机硬件集成化程度提高,计算机体积变小个人电脑普及,各种功能齐全的软件也应用而生,软件开发逐渐标准化产业化。进入21世纪后,英特网普及,开源社区发展迅速,开源软件开始流行,软件开发也逐渐向网络化、智能化的方向发展。其开发策略也从原来面向过程的编程转化到了面向对象的编程,开发的软件功能更强大也更具有人性化,为人类在生活生产中解决很多实际问题。计算机体系结构的发展使得计算机能够以更低的成本,更好的互动,在网络环境下发挥更好的性能。为人工智能的发展提供了更有效的运行环境。

2计算机硬件的发展

1946年,第一代电子管计算机研制成功,它的主要特征是体积大、耗电大,运算速度慢;1959年第二代晶体管计算机诞生,与电子管相比晶体管寿命长、体积小、运算速度快;1965年第三代集成电路计算机产生,集成电路技术使计算机在性能和结构方面都有了很大的提升,其主要的代表就是IBM公司研制的360系列计算机;1971年以后,是大规模集成电路和超大规模集成电路的计算机,以英特尔公司推出的x86系列和奔腾系列微处理器为标志,它不仅大大缩小了计算机的体积,而且还提高了计算机的处理能力。在处理器的研制上,英特尔公司不断刷新着主频记录,处理器一直以摩尔定律的速度在发展,其处理能力每18个月到24个月就增加一倍。1972年的8080处理器,主频2MHz每秒处理50万条指令;1978年的8086处理器,主频8MHz每秒处理80万条指令;1982年的80286处理器,主频12MHz每秒处理270万条指令;1989年的486DX处理器,主频25MHz每秒处理2000万条指令;1993年的奔腾处理器,主频233MHz每秒处理4.35亿条指令;1997的奔腾Ⅱ处理器,主频333MHz每秒处理7.7亿条指令;2000年奔腾Ⅳ处理器,主频已经达到1.4GHz[2]。当英特尔还在一心追求处理器高主频的时候,另一家公司NVIDIA在1999年8月了一种专门做图像运算工作的微处理器GPU(GraphicProcessingUnit)。GPU采用的是一种全新的架构模式,它将几何转换与光照功能以硬件的形式集成在图形芯片中,由图形芯片直接负责几何转换和光照操作,这使得处理器性能大大提高。与CPU相比,GPU在高清视频、数码照片处理、3D渲染等方面的表现非常优越。GPU的诞生,使得对处理器的研制从追求高主频转换成追求高性能,NVIDIA与ATI两大公司为此展开了激烈的竞争。直到2008年,随着大数据云计算的兴起,以及智能手机的广泛应用,市场对高性能已不再是唯一的诉求,性能适中的轻量级GPU成为了下一个发展方向[3]。随着人工智能技术的发展,神经网络的规模越来越大,采用多处理器集成的架构模式使得算法实现的装置体积巨大。为此,2015年,谷歌推出了TPU(TensorPro-cessingUnit),它是一种专用于神经网络计算的处理器,主要用于深度学习、AI运算,其算力较GPU有很大的提高。AlphaGo是第一个战胜围棋世界冠军的人工智能机器人,最初它内部安装了1202个CPU和176个GPU用于运算处理。2015年引入TPU之后,与李世石对战的AlphaGo,只有48个TPU负责所有的计算任务。存储器是计算机硬件的另一个主要组成部分。在计算机体系中一般采用外存、缓存、内存多级存储策略。外存容量大成本低但相对读取速度慢,通常用来保存需要长久存放于计算机内的大量数据,例如系统安装的软件、用户的资料、数据库等;缓存是为了提高数据读取的命中率而引入的一种机制;内存数据读取的速度与CPU相当,可以和CPU直接进行数据的交换,是CPU处理数据的来源。但因为内存是通过大量的晶体管构成寄存器来保存数据的,所以采用的硅片面积比较大,制造成本高,在系统中容量配置相对小些。但是随着电子制造技术的提升,现在pc机硬盘的配置可以达到1TB,内存容量如果是64位操作系统一般都在4GB。计算机存储器容量的增加可以满足人工智能时代海量数据的存储。随着计算机硬件的发展,计算机输入系统也呈现多样化形式。数据来源不再是单纯的以键盘输入为主的模式。摄像机微型化之后,计算机系统普遍都安装了摄像头,通过摄像头可以实现视频的采集;而在计算机系统中安装声音采集器可以实现语音输入。传感器可以模拟人类感官让计算机可以像人类一样从自然环境中获取信息,常见的有触觉传感器、视觉传感器、力觉传感器、温湿度传感器和超声波传感器等。计算机的这些新型输入方式更接近于人类日常生活的习惯,也使计算机用起来更人性化,智能化。计算机硬件的这些特性是人工智能发展的基本保障。

3计算机软件的发展

计算机语言是计算机软件开发的主要工具,也是解决实际问题的手段。20世纪50年代,为了方便人们操控计算机的运行,机器指令顺应而生。它采用的是二进制编码,增加了计算机的可操作性,但对用户而言可读性不高,调试难度大。汇编语言是第二代计算机语言,用字母和单词(add、sub等)代替一些特定的指令,增加了程序的可读性,但它是直接面向硬件的操作指令,程序的可移植性差。之后,出现的高级语言其表现形式更接近于数学语言和自然语言,可读性强。而且不依赖于计算机硬件,能在不同的机器上运行,可移植性强。计算机语言的发展,极大地促进了计算机在各个领域的应用和普及,给人们的日常生活带来了翻天覆地的变化。随着人工智能的出现,计算机语言也逐渐向智能化、网络化的方向发展。1956年达特茅斯会议提出“人工智能”概念之后,1958年麦卡锡和明斯基的人工智能项目组,开发了LISP语言。LISP使用表结构来表达非数值的计算问题,实现技术简单是使用最广泛的人工智能语言。1972年一种基于谓词逻辑的编程语言Prolo生,它是面向逻辑面向用户的一种编程语言,主要用于描述知识的逻辑关系和抽象概念,也称为描述性语言。Prolog依照人的思维逻辑,运用数理逻辑中的谓词逻辑来描述解决的问题方法,告诉计算机“要做什么”而不是“怎么做”。Prolog编写的程序更接近于自然语言,逻辑性强易写易读易于正确性证明。1982年,由LarryWall设计的Perl语言是运行在Unix环境下的一种脚本语言。Perl对文件和字符有很强的处理能力,主要用于大型网站开发。20世纪90年代初,荷兰人Rossum设计了Python语言,其语法清晰、简洁,并且拥有大量第三方函数模块,编程简单但功能强大,很快成为了人工智能主要的编程语言[4]。在大数据背景下人工智能发展更加迅速,随之而来的是计算机需处理的海量数据,而且这些数据来源广泛,特点多样,若是利用传统的算法进行数据的分析处理,确定数据的有效性和安全性,需耗费大量的时间,也导致整个系统运行变慢,性能下降。而人工智能语言编写的软件利用模糊逻辑粗糙集理论在不影响系统性能的情况下,可以对海量数据实现快速推理和分析,挖掘数据深层次的价值,得出其背后隐藏的规律,有效地帮助人类作出合理的决策。进入21世纪后,网络高速发展,开源软件由于开放二次开发的权力,具有低成本高安全的特性受到了各国企业和政府的支持得到迅速发展。开源软件是在遵守一个开源协议的前提下,将程序的源代码公开,允许其他人学习修改和,也可转化成任何形式的实用软件的一类软件。截至2006年底,全球研发和应用开源软件的企业占到了总数的50%以上。而人工智能开源软件(OpenCV、NLTK、CNTK、TensorFlow等)在自然语言处理、计算机视觉、机器深度学习等领域中也扮演着重要的角色。

4结语

人工智能的发展涉及生物学、神经学、仿生学、电子科学、计算机科学等学科,是多学科交叉融合发展的领域。用来支持人工智能实现的计算机系统,也逐渐表现出一种软中有硬、硬中有软的混合模式。现场可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArrays,FPGA)就是一种典型的代表。基于现场可编程门阵列的系统设计,其硬件功能的实现可以通过软件设置来完成,通过调试软件参数就可以实现硬件功能的改进。这种全新的软硬件设计理念使计算机系统具有更强的灵活性和适应性,提高了人工智能的应用效率,为人工智能构建了一个更具可扩展性的大脑。

参考文献

[1]刘细妹.计算机体系结构现状及发展趋势研究[J].计算机产品与流通,2019(3):98.

[2]付华.浅析计算机硬件发展史[J].电脑知识与技术,2016(13):249-250.

[3]Janlen.光影之路GPU架构发展史[J].微型计算机,2011(33):99-117.

计算机体系结构方向范文第3篇

关键词：计算机网络；分布式；故障管理

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）26-5825-02

探讨计算机的网络结构大致上可以从三个部分着手即网络体系、网络组织与网络配置。网络组织主要是通过物理结构和网络的成形对计算机网络进行全面化的描述；网络配置主要从网络的应用着手，与计算机网络的布局产生联系，在硬件、软件与通信上对计算机作进一步的描述；网络体系结构则主要着眼于对计算机功能的描述。而分布式的计算机系统是结合计算机硬件配置与相应功能的配置为一体的系统，其是在互联网络的有效引导下，采用多处理器的模式，对中央处理器的任务进行合理分配，最终实现各个处理器之间的协调性与共享性。从根本上说，分布式的计算机系统，能够对主机的复杂逻辑结构进行简化，在自动化工业生产和企业管理中得到广泛的应用。但是，如何对其网络结构进行优化，仍然是网络工作中的重中之重。该文将理论联系实际，从计算机网络的体系入手，深入分析分布式网络治理的主要技术并对其进行总结，从而探讨出未来网络的发展目标。

1 分布式计算机体系结构的相关理论

现阶段的计算机网络功能主要包括：硬件资源共享，支持在全网范围内昂贵设备的共享包括处理、存贮、输入输出的所有资源。既节省了用户的投资，又为管理均衡了负担，给操作带来了巨大的便利；软件资源管理，在操作上支持用户对各类大弄数据库的远程访问并提供网络文件传送、远地进程管理和远程文件访问的服务，避免不必要的数据存贮与人力劳动；用户间信息交换，用户可以通过计算机网络来传送电子邮件或。而分布式计算机系统是建立在计算机网路的基础上较之先进的系统，在计算机功能上也有进一步的进展。分布式计算机系统在通信结构、网络操作系统与分布式操作系统的功能上不断进行优化，使得计算机在应用领域的发展方向逐渐突显。包括在以下几个方面。

1）可扩展性与可重用：在一定意义上讲，在分布式网络的构件建上采用N层结构的模式，能有效促进程序中业务、数据库访问逻辑的有效分离，从而增加了编写代码维护的便利。另外，在程序的开发上有效运用分布式的结构模式，明确了每个团队人员的责任，有效调动了内部员工的积极性，从而提高了企业的凝聚力。

2）数据读写的安全性与性能优化：在使用常规的计算机分布式网络体系时，我们一般用ASP写数据库，且直接在代码里面设置账号、密码，因此比较容易产生泄露。采用分布式计算机的存储过程后，数据只对客户开放且只开放存贮过程的数据，使得数据不能被直接读写而具有一定的安全性；在性能的优化上，对数据的存贮过程进行了优化，其支持预编译即在首次程序使用时，查询优化器可以对数据进行分析、对程序进行优化，从而获取最终的系统计划；对于已开发的数据存贮过程，分布式计算机的程序可被反复调用并支持其他语言的开发调用。

2 分布式计算机体系结构的相关管理体系

经过对计算机市场深入研究后发现网络管理的标准、平台很多，目前主要的管理标准有两种：OSI的CMIS（公共管理信息服务）∕CMIF（公共管理信息协议）、IETF的SNMP（简单网络管理协议）

1）OSI网络管理体系：OSI网络管理体系较以往体系有在其面对对象上的扩展包括：时间、继承以及关联。主要由四个部分组成即信息模型、通信模型、组织模型和功能模型，四种模型有机结合，增加了网络管理在范围上的宽度：信息模型，包括一些初级的管理结构、对象和体系；组织模型，运用管理、系统的模式，在管理角色上进行深入定义；通信模型，是存在于通信体系下的结构，其机制包括三个方面即应用管理、层管理与层操作；功能模型，对管理系统有效划分为五个区域，区域间相互协调，对网络共同管理。

2）SNMP网络管理体系：其主要目的是对TCP∕IP进行有效的管理，其涵盖的关键元素包括：者、管理信息库、网络管理协议与管理站，其中，管理站在本质上属于分立设备，可通过共享资源实现，是网络管理员与站点之间的接口；者主要负责对SNMP进行装备包括主机、路由器和集成器等，对管理的信息、动作请求进行有效处理，并报告情况特殊的小型故障给管理总站；MIB实质上是管理对象的一种集合，管理站利用对MIB中对象具有的值来实现对网络的监控，且管理站与管理者之间的协议通信是通过SNMP来达成的，由于其在操作上的便捷性，SNMP网络管理体系已在业界被广泛的推广与应用。

3）两种管理体系的应用：从基本思想上看，分布式网络管理体系的结构是将网络管理从整体上进行划分，促进子管理域的实现。每个子管理域存在一个管理员，管理员之间进行信息的交流，到达到一定层次时，总管理员与之通信。与子管理域相同，子网域也有一个与之相适应的MIB，在网络条件比较初级的条件下，MIB的数值可相同。中心服务器的MIB对各个领域的数剧可按需开展有选择的汇总或者对其直接进行汇总。较常规集中管理的模式，分布式网络管理模式降低了网络管理的总流量，能对网络堵塞实行有效控制，对网域进行有效的划分，不仅扩展了网络功能，还提高了网络管理的效益。

3 基于WEB的分布式网络管理

1）概括：经调查研究，WEB分布式的网络管理结构是优化分布式计算机结构的主要方式。WEB的分布式网络管理摒弃了以往双层的管理模式，而是在客户层下实行三层的体系结构即浏览器、应用层和设备资源。其中应用层主要包含两个方面，其分别为WEB、与应用服务器浏览器将用户的指令有效送至服务器，服务器经深入分析后，又将静态的HTML文件资料输送到应用服务器，最终获取被传回的动态HTML文件资料。

2）在WEB分布式管理体系下的体系结构：通过对移动智能技术的应用来实现网络的区域化管理，对网络的集中式的模式进行改良。一方面，实现了网络节上的主动性，另一方面，移动可自由移动在节点之间，支持在移动设备上进行对资源的管理，并拥有健全的委托分派机制。从而大大降低了传输负载，节省了对在体系结构优化上的成本。

4 分布式计算机体系结构的优

1）对设备开展统一管理化

通过分布式计算机系统的有效管理，在逻辑上，将网络中所有相关联的设备看做统一的整体。使得设备在与其他任意的点连接时，计算机的分布式设备管理系统都能够在各种协议的建立或者WEB的管理方式下，通过一个唯一的IP地址实现对设备的管理，从数据、流量和软件升级等各个方面实行优化，进一步统一实现，深入减少网络管理的难度。

2）解决“单点失效”问题

而对于在单点失效下分支网络瘫痪的问题，在原则上，是实行链路聚合技术，总体上实现网络核心、边缘设备互联上的互联，通过中心节集中不同的设备，极大的提升了整个网络的整体性能。分布式计算机体系不仅保证了网络的高效能，在发生故障时，也能实现网络设备上的代替，对原有的设备进行自动的替换，平均分配流量且保证了用户的零额外配置。分布式计算机结构体系，能够为计算机的性能进行多方位的支持，从而在操作时实现有效互联，并充分的享受到分布式计算机网络结构管理所能达到的优势，从根本上解决在计算机运行时的单点失效问题。另外，而就局部而言，交换设备是可以通过全分布式体系结构来实现的，从根本上来说，此种结构中的每个模块都有自己独特的交换阵列，且每个模块在操作上都实现了相对的独立性，这样就有效解决了在实行设备交换时局部会经常性碰到的单一故障点的问题。

3）合理均衡数据流量

分布式的计算机结构由对网络中数据流量的合理调度实现其自身的优化。在相当大的程度上，分布式的模式实现了在所有网络下个体设备的独立性，对网络中的瞬狙进行统一的测量。较第三层实施方法所不同得是，分布式的模式能够在分布式交换架构的所有交换机设备中均衡分配负荷，最大化地提高了网络中路由的性能，对网络的带宽作出了最大限度上的运用。随着交换架构的不断转化，作为网络核心整体，第三层的交换能力也会相应发生变化。因此，网络在性能增长的同时也将自自身升级硬性化，较少受到系统损害。另外，分布式交换架构中经常性出现的交换机，提供服务给与其直接相联的主机和交换机，这不仅有效解决了问题，在另一种层面上也，也使得自身的网络结构得到优化。

综上说述，分布式计算机结构体系是计算机发展的新方向，而WEB的分布式管理在计算机结构的优化中发挥了关键性的作用。以上对分布式计算机结构体系的优化提出诸有效的措施，为其计算机的发展提供依据。就现阶段的发展状况来说，在网络应用分布式网络架构技术，解决在计算机实际应用中的各种问题，企业可以根据自己的实际发展情况逐步添加新的设备，这就使得新一代的网络成为可以自由伸缩、逐步扩展的网络。

参考文献：

[1] 徐世河，孔庆华，陈志荣，等.应用模糊综合评判法进行计算机网络结构的选型设计——兼论徐州工程机械集团公司计算机网络结构的选型设计[J].计算机工程与应用，2012（8）：1448-1449，1526.

计算机体系结构方向范文第4篇

中职计算机专业主要学习：计算机科学与技术、计算机软件、计算机网络、计算机信息、计算机通信、计算机广告设计、计算机电子商务等等。具体而言，计算机专业的人要研究如何更好地设计、制造计算机，更好地开发计算机的新系统、新软件、新功能等专业课知识。

计算机专业是计算机硬件与软件相结合、面向系统、更偏向应用的宽口径专业。通过基础教学与专业训练，培养基础知识扎实、知识面宽、工程实践能力强，具有开拓创新意识，在计算机科学与技术领域从事科学研究、教育、开发和应用的高级人才。

计算机学科的特色主要体现在：理论性强，实践性强，发展迅速按一级学科培养基础扎实的宽口径人才，体现在重视数学、逻辑、数据结构、算法、电子设计、计算机体系结构和系统软件等方面的理论基础和专业技术基础，前两年半注重自然科学基础课程和专业基础课程，拓宽面向。后一年半主要是专业课程的设置，增加可选性、多样性、灵活性和方向性，突出学科方向特色，体现最新技术发展动向。

（来源：文章屋网 ）

计算机体系结构方向范文第5篇

关键词：应用型本科；嵌入式课程体系；教学方法

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）36-8340-01

嵌入式是一门从上层应用到底层内核开发的软硬件结合，对综合技术要求较高的技术领域，各高校近年来普遍开设嵌入式方向或专业，我校也已经在计算机科学与技术系设置嵌入式专业。目前我校计算机科学与技术系已经开设的嵌入式课程的前续课程有数字电路，计算机体系结构、计算机组成原理、微机原理与接口技术、程序设计语言I及面向过程程序设计、操作系统、数据结构与算法等。考虑到嵌入式课程建设的连续性、层次性和前沿性的需要，形成了包含嵌入式系统、嵌入式内核编程与驱动开发和嵌入式软件设计在内的嵌入式专业课程体系。下面主要介绍这三门课程的建设。

1 嵌入式课程设置

我系首次开设的嵌入式系统课程是偏硬件系统设计的一门课程，目标是通过对本门课程的学习，使学生了解ARM体系结构，掌握ARM伪操作及伪指令，掌握嵌入式Linux系统的构建能力，包括嵌入式交叉编译环境搭建，bootloader移植，文件系统制作，内核的编译过程；掌握Linux下C与汇编混合编程，同时理解嵌入式系统驱动程序编写思想。

考虑到实际的嵌入式系统设计过程中，对特定的微处理器内部结构的知识要求淡化的同时，对处理器接口知识的要求却在增加。因此，嵌入式系统课程增加了嵌入式系统中常用的接口的基本原理和接口协议部分，学生可以通过本门课程的学习，自己动手搭建定制的嵌入式操作系统，并通过对实际的硬件接口学习及操作，增强学生的嵌入式系统设计的能力。

嵌入式驱动开发要求学生掌握驱动开发方法、开发流程；掌握内核关键数据结构及中断机制等内容，但是由于学时限制，起初开设的嵌入式系统课程，这部分内容仅要求学生掌握驱动设备的类型及驱动开发流程。本次将嵌入式驱动开发部分的内容独立设置为一门课程——嵌入式内核编程与驱动开发，目标是通过学习本门课程，学生能够理解嵌入式驱动开发基本概念、理论和方法；了解嵌入式Linux驱动工作原理，熟悉Linux内核关键数据结构和机制；掌握交叉编译工具的使用和嵌入式驱动开发整体流程。使学生在学完本门课程后，能够自己动手开发驱动程序，并进行内核编程开发。

嵌入式系统经过系统设计和底层开发后，仅是一个具备了硬件、驱动及操作系统的设备，还需要在该系统上开发大量的应用软件，才能称之为有用的受人们欢迎的系统。所以嵌入式系统的软件开发同样重要。起初的嵌入式系统课程仅介绍了Linux下C与汇编混合编程方法，这仅适用于底层开发驱动的要求，但这远远不能满足当今企业对嵌入式软件开发人员的要求。本次将嵌入式软件开发独立设置为一门课程，目标是通过本课程学习掌握Linux常用命令及Linux下C编程及开发流程，掌握Linux操作系统编程关键技术，包括进程控制，多线程编程及网络通信等。使学生在学完本门课程后，能够进行多进程、多线程编程及网络通信编程等功能，实现操作系统应用软件的开发。

嵌入式系统，其前期课程为计算机体系结构，计算机组成原理，微机原理与接口技术；嵌入式内核编程及驱动开发，其前期课程为操作系统，数据结构与算法，嵌入式系统；嵌入式软件设计，其前期课程为程序设计语言I、面向过程程序设计、操作系统，编译原理，嵌入式系统及嵌入式内核编程与驱动开发。

2 教学方法的运用

2.1 嵌入式系统课程

1）嵌入式Linux常用开发工具及GNU工具链生成部分采用案例教学法。通过搭建GNU工具链任务，让学生在完成任务的同时达到熟练掌握常用命令及工具的作用。

2）嵌入式Linux系统的构建部分采用项目驱动法，学生在完成每节的学习后，完成Linux系统构建的一部分功能，最终完成Linux系统构建，通过综合运用以上知识点，自己动手定制一个U盘上的最小系统，实现从U盘启动系统。

3）嵌入式系统基础接口的原理及协议部分，每部分内容都有丰富的案例，由于这部分涉及的内容比较多，采用案例分析法与分组讨论法，通过设置设计型实验项目，让学生先讨论，提出一个可行性方案，并最终在设备上实现各种功能。

2.2 嵌入式内核编程及驱动开发课程

1）Linux设备驱动概述及开发环境构建及硬件基础部分采用案例分析法，理解嵌入式驱动开发的方法； （下转第8354页）

2）Linux内核及内核编程、Linux内核模块、Linux文件系统与设备文件系统部分采用任务驱动法，通过对模块的加载卸载、模块参数和编译模块等任务的操作使学生熟练掌握Linux内核模块的操作；

3）字符设备驱动部分采用案例分析法，了解嵌入式Linux驱动工作原理；

4）并发与竞态、LINUX设备驱动中的阻塞、非阻塞I/O与异步通知、Linux异常处理体系结构部分采用案例分析法进行讲解，熟悉Linux内核关键数据结构和机制。

2.3 嵌入式软件设计课程

每部分都配有相应的任务或项目，各重点知识点都配有案例进行分析，便于学生理解和掌握。具体需要完成的项目包括：Linux下服务器配置项目；简单程序开发项目；多进程及守护进程程序编写任务；管道通信及共享内存任务；生产者消费者项目；NTP协议项目。最终实现一个嵌入式Web应用系统的设计与开发项目。

3 结束语

综上所述，嵌入式课程由原来的一门课程，即嵌入式系统课程，通过教学内容的扩充及调整为三门课程。将课程分为系统设计类课程，即嵌入式系统；底层开发类课程，即嵌入式内核编程及驱动开发；软件开发应用类课程，即嵌入式软件设计。通过综合运用项目驱动教学法、分组讨论法、任务驱动法、案例分析法等教学方法开展教学，引导和激发学生的主动学习和探究意识，引导和激发学生的动手实践意识，达到学以致用。

参考文献：