课程发展的历史沿革
教学内容
教学条件
教学方法与教学手段
教学效果

※ 课程发展的历史沿革


  一、《计算机组成原理》
  该课程最先由王绪宜、张福炎、蔡士杰等一批具有丰富教学经验和较高科研水平的教授担任主讲教师。他们亲自参加过国产机DJS200系列硬件部分的设计和研制(当时南大是最早参与的高校之一),不仅具有深厚的理论基础,而且还积累了许多与本课程相关的实践经验,因此最早使用的是自编教材,根据DJS200系列的体系结构为基础写成;随后改换了金兰教授根据几本国外著名的教材编写的计算机组织与系统结构教材,当时是较先进的;但随着极有代表性的小型机VAX 11-780的流行,我们又选用了华中理工大学邹海明编写的计算机组织与系统结构教材;80年代开始微型机迅速普及,并且计算机结构不断发展,新的控制机制、新的设计思想层出不穷,如:指令和数据Cache、DRAM组织的最新进展、RAID技术、SCSI总线、以及多处理机系统中的Cache一致性和MESI协议等。老教材已不能适应新技术的发展,所以,我们又改用美国PRENTICE HALL公司出版的《Computer Organization And Architecture》作为新教材,该教材是97年出版的,其内容基本上包含了当前计算机组织与结构的所有内容。它以Intel Pentium和Power PC为实例,从而将当代计算机的设计问题和计算机与结构的基础互相联系起来。但在使用中发现该教材在某种程度上不太适合国内学生的学习习惯和学习环境。书中许多地方仅仅简单地提一下某种新技术,然后列出许多参考文献和资料,对在浦口学习的学生来说,要找到这些参考文献不大可能,还有教材篇幅较大,内容新但太散。因此2000年开始,我们联合其他有关高校,自己编写了一本《计算机组成与结构》的教材,从2002年开始使用了该教材至今。
  为了更好地开展双语教学,使我们的专业基础教育与国际接轨,缩小与国际先进国家的差距,目前我们正在准备更换新教材:John L.Hennessy & David A.Patterson编写的《 Computer Organization & Design (The Hardware/Software Interface),该教材在美国名大学中广泛被采用,被誉为计算机组成与结构领域的“圣经”。目前课程小组已完成该教材全英文的配套讲义。

  二、《操作系统》
  操作系统是计算机相关专业重要的专业基础课。南京大学是国内最先开展操作系统研究与教学的单位之一,孙钟秀院士首先在国内高校开设操作系统课程,并撰写了普通高校教材《操作系统教程》,并在高等教育出版社出版。在孙院士的指导下,谭耀明教授等编写了《操作系统教程(第二版)》,费翔林教授和骆斌教授等编写了《操作系统教程(第三版)》,在国内形成了广泛的影响。
  操作系统课程建设历经以下阶段:
  1)课程构建阶段:自操作系统于60年代面世并成为基础的系统软件之后,国外高校相继开设了操作系统课程,我校自70年点末开始操作系统的教学,在孙钟秀院士、谭耀明教授、谢立教授、费翔林教授的努力下,课程建设取得了很大进展,于1985年出版了《操作系统教程》,并获得了国家级奖励。
  2)课程建设阶段一:在孙院士的指导下,谭耀明教授、谢立教授、费翔林教授、骆斌教授进一步开展了操作系统课程建设,谭耀明教授等于1995出版了《操作系统教程(第二版)》,1997年获得江苏省二类优秀课程。
  3)课程建设阶段二:由于操作系统的迅猛发展,从97年开始,在孙院士的指导下,费翔林教授和骆斌教授进一步开展了操作系统课程新一轮建设工作,补充了操作系统技术的最新进展,融入了很多主流操作系统的实例,并于2003年出版了面向21世纪教材《操作系统教程(第三版)》。
  4)课程建设阶段三:2002年,示范性软件学院的成立为操作系统课程建设的国际化提供了锲机。在骆斌教授的主持下,在教学上实行国外原版教材与自荐教材相结合的双语教学,在教学内容、教学方法、实践平台上积极与主流实例接轨,Intel公司向我们提供了基础硬件平台xcale及其上Linux操作系统实习环境,并资助教材建设,IBM公司正准备支持我们的Linux操作系统课程建设,Microsoft公司则向我们提供了Windows CE源代码,并立项支持教材建设。整个课程正向着技术先进化、实验体系化、教学国际化方向迈进。

  三、《计算机体系结构》
  高性能并行计算水平的高低一直是衡量国家实力的一个重要标志。美国、日本和西欧等国当作一种国家行为,不断加大这方面的资助力度。我国在这方面也从未松懈过,曾先后多次研制和开发出我们自己的超级并行计算机,如银河,神州,曙光等等。为培养我国高层次计算机理论与技术方面的人才,在具有较好理论基础的南京大学开设《计算机系统结构》课程是非常重要的。该课程和《计算机组成原理》及《操作系统》一起同属于“计算机系统与设计”课程群,一直是计算机系最重要的专业基础课程之一,也是学校重点建设课程。如果说前两门课给学生打下扎实的基础,那么这门课则将带领学生走向研究的前沿,旨在培养高年级本科生从事科学研究与独立创新的能力。
  在老一辈教师如孙钟秀、谢立、张德富等的开拓下,我们已经具有若干年的讲授经验,建立了国家重点实验室并行与分布式处理分实验室,多次获得国家与部省级科技与教学奖励,具有很好的上机实习环境,也出版了多本项目教材,例如:1)张德富,《并行处理技术》,南京大学出版社1992年,台湾儒林图书公司1993年再版;2)孙钟秀,《分布式处理系统》,国防工业出版社,1987年。如今,年轻教师陈贵海等,从海外学成归来,进一步加深和拓宽了《计算机系统结构》的课程建设,全方位地进行了一系列的改革。采用最新原版英文教材《Scalable Parallel Computing》,用英文授课,受到学生的一致好评。该课程获2001年江苏省教学成果二等奖。


※ 教学内容


  一、《计算机组成原理》
  针对寄存器传送级以上层来讲述单机计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互联系,包括数的表示及其运算、指令系统的一般构成、数据通路和指令控制流程、控制器的设计、微程序设计原理、存储器的层次结构、总线互连、中断和输入输出组织等,为后读课程的学习准备必要的硬件方面的基础知识。
  该课程在大学二年级开设,为一学年课程,总共有140学时。第一学期是课堂教学,周学时为4,共80学时,占4个学分;第二学期是实验教学,共开设8个必修实验项目,周学时为3,共60学时,占2个学分。  
  主要授课内容:  
  第一学期课堂教学内容,共有9章:(1)计算机的发展和性能设计;(2)计算机内部的数据表示;(3)运算器和运算方法;(4)存储器分层系统;(5)指令系统;(6)中央处理器组织和微程序设计;(7)系统总线;(8)输入/出设备;(9)输入/出组织。  
  第二学期实验教学内容,分必修实验和选修实验两部分。
  必修实验:(1)汇编语言程序设计实验;(2)脱机运算器实验;(3)存储器部件实验;(4)用微指令来完成一条机器指令实验;(5)微程序设计实验;(6)串行口实验;(7)多级中断实验;(8)组合逻辑控制器的设计实验。
  选修实验:(1)用HDL语言来编写设计标志寄存器及移位电路实验;(2)用HDL语言来编写设计节拍发生器及启停控制电路实验;(3)用VHDL语言来编写设计标志寄存器及移位电路实验;(4)用VHDL语言来编写设计节拍发生器及启停控制电路实验;(5)用VHDL语言来编写设计组合逻辑控制器实验;(6)绘制组成原理实验箱的逻辑电路图;(7)编写在PC上可以模拟实现微程序控制器辅助设计与模拟软件;(8)编写在PC上可以模拟实现程序辅助设计与模拟软件;(9)编写在PC上可以脱机实现的汇编和反汇编;(10)编写在PC上可以在WINDOWS_98 WINDOWS_2000 WINDOWSXP下和实验箱进行串行通讯的程序。

  二、《操作系统》
把建立学生对操作系统、以操作系统为中心的计算机系统的系统级认识作为课程体系建设的首要准则,注意吸收产业最先进的操作系统技术,大胆改革课程教学内容、组织结构和实验设计。教学内容主要包括:
  1) 操作系统的基本概念与演化发展
  2) 进程管理与线程管理
  3) 存储管理与虚拟存储管理
  4) 调度
  5) 设备管理
  6) 文件管理
  7) 并发程序设计
  8) 死锁
  9) 网络与分布式操作系统
  10) 嵌入式操作系统
  11) 操作系统结构
  教学内容被组织成12个内容独立且相互关联的主题,在实现分阶段的教学目标管理的基础上,本课程的教学目标如下:
  1) 建立学生对操作系统、以操作系统为中心的计算机系统的系统级认识。
  2) 掌握操作系统中进程、调度等控制程序执行的关键技术。
  3) 掌握操作系统中资源管理的关键技术。
  4) 掌握并发程序设计的基本思想,并有解决问题的能力。
  5) 掌握操作系统的构造技术。
  6) 了解2个主流操作系统的实现技术,熟练掌握应用。
  在实验设计上注重两个侧面。一是系统级认识,不再把操作系统实验设计成孤立的部分,强调实习设计整体性和学生实习时相互协作。二是建立真实实习环境,与国际知名软件企业合作,争取他们的支持。经过2年的努力,我们在操作系统实习上取得了很好的效果。

  三、《计算机体系结构》
  如果说前两门课给学生打下扎实的基础,那么这门课则带领学生走向研究的前沿,旨在培养高年级本科生从事科学研究与独立创新的能力。在具有较好理论基础的南京大学开设《计算机体系结构》课程是非常重要的,这符合研究性大学的办学宗旨。我们以相对独立的专题为主,介绍目前高性能计算机体系结构的若干个关键技术。所有专题之间又有很强的系统性。内容包括:
  1) 背景介绍 2学时
  2) 性能评价 6学时
  3) 处理器技术 6学时
  4) 流水线技术 6学时
  5) 分布式共享存储技术 6学时
  6) 互联网络技术 6学时
  7) 报文传递技术 6学时
  8) 路由算法 6学时
  9) 并行算法 6学时
  10) MPI—消息传递接口 6学时
  11) 个例分析——万亿次巨型机 4学时

※ 教学条件


  1. 教材更新与建设
  计算机技术的发展日新月异,课程内容需要不断的更新,教材变动也较大,例如从使用中文教材改为英文翻译过来的教材,再到直接使用英文原版教材,这给每一学期的教学计划带来很大的动态变化。为了让学生始终领受到本学科的前沿知识与发展状况,我们不断更新使用最新教材。另外,由于课程负责人一直致力于这方面的前沿研究,并与多所国际著名院校及专家保持着良好的合作关系,故能不断地补充最新材料到讲课内容中,并鼓励学生阅读大量的参考文献。例如《操作系统》课程同时使用两本教材,William Stallings的《Operating Systems》,高教出版社的《操作系统教程(第三版)》。一为英文教材,二为自己建设的面向21世纪教材,作为主要教学参考,《计算机组成原理》也先后更新过7次教材,《计算机体系结构》则每一学期都指定不同的最新教科书与参考书。

  2. 国际先进的上机实习环境
  三门课程均有先进的实习环境,例如由Microsoft、IBM等公司捐赠建设的《操作系统》服务器级教学实验室,配用HP和SUN等服务器,装载赠送的Windows server和solaris。软件学院提供xcale和Dell组成的板级操作系统专用教学实验室,配有Intel提供的开发版、Linux和Microsoft提供的Win CE。又如国家重点实验室购买了国际先进的IBM SP/2超级并行机,还在国家攀登计划、国家自然科学基金及863项目的资助下,结合自己的科研成果,建立了一个基于工作站群的高性能分布式并行实习环境。学生可用MPI或PVM进行并行程序设计。对于出类拔萃的本同学,我们还提前选拔他们进组,参加国家863项目、国家973计划等有关高性能计算机系统软件与体系结构关键技术的研究。

  3. 多媒体网络化多媒体教学
  坚持面对面教学与网络教学相结合的教学特色,以多媒体为介质,充分利用计算机网络,用Powerpoint制成具有动感的讲课笔记,所有的讲课内容均放在网络上,包括授课笔记,习题答案,课外读物等。既方便课堂教学,又方便学生课后复习。除此之外,还进一步开发了网上考试系统和网上答疑系统。多媒体动画手段,能将计算机内部的数据运算过程、指令执行流程、中断处理过程、进程同步与互斥过程、报文传递过程等生动地展示给学生。


※ 教学方法与教学手段


  1. 强调教学目标,实行目标化教学。课程教学目标、主题教学目标、课程教学目标、实验教学目标逐级分解,相互协同,达到了较好的教学效果。
  2. 进行分主题教学。打破章节界限,把课程教学组织若干个彼此独立但又相辅相成的教学主题,方便学生学习和理解教学内容。
  3. 国际化教学。从教学理念、教学方法、教学手段、教学内容等方面力求与国际接轨,采用原文教材、英文教案、双语教学。
  4. 建设与国际主流技术接轨的实验环境,与国际著名软件企业共建课程。
  5. 强调系统级的实习设计,方便从整体上来理解计算机系统与设计。
  6. 强调实习,实验占学生得分的30%。提供大量必修和选修的实验,使学生更好地理解课程内容,培养他们的逻辑思维能力和动手能力。
  7. 采用现代化教育技术手段。授课全部用多媒体电子教案,彻底告别了传统的粉笔加黑板的单一教学模式,课程采用面对面教学和网络教学相结合的方式,打破了传统教学模式中时间和空间的限制,使得学生的学习方式更加灵活,并可以提供个性化的学习方式。提供大量的网上自测题及其答案,使学生在学完课堂内容后,进行自我练习。

教学效果


  1. 陈贵海、袁春风和骆斌三位教授都是学校优秀青年骨干教师,教学工作一向认真负责,教学效果好,受到学生和同仁的一致称赞,多次获得各种教学奖励。
  2. 陈贵海教授应邀于2001-2003年在美国韦恩州立大学多次讲授《计算机系统结构》,与美国教授一起参加了学生的教学质量评估,多次获得评价第一的好成绩。
  3. 陈贵海教授于2001年在南京大学讲授《高性能计算机体系结构》,率先使用英文教材,用英语授课,充分多媒体现代化教学手段,受到学生与同仁的一致好评,并获江苏省教学成果二等奖。
  4. 袁春风教授和骆斌教授都有专著出版,并都获得国家级图书奖。


 

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