计算机系统结构范文

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中图分类号：TP303

世界上第一台电子计算机ENIAC诞生于1946年，在问世将近70年的时间里，计算机共历经电子管计算机时代、晶体管计算机时代、中小规模集成电路计算机时代、大规模和超大规模集成电路计算机时代和巨大规模集成电路计算机时代，计算机更新换代的一个重要指标就是计算机系统结构。

1 计算机系统结构的基本概念

1.1 计算机系统层次结构的概念

现代计算机系统是由硬件和软件组合而成的一个有机整体，如果继续细分可以分成7层。L0：硬联逻辑电路；L1：微程序机器级；L2：机器语言级；L3：操作系统级；L4：汇编语言级；L5：高级语言级；L6：应用语言级。其中L0级由硬件实现；L1级的机器语言是微指令级，用固件来实现；L2级的机器语言是机器指令集，用L1级的微程序进行解释执行；L3级的机器语言由传统机器指令集和操作系统级指令组成，除了操作系统级指令由操作系统解释执行外，其余用这一级语言编写的程序由L2和L3共同执行；L4级的机器语言是汇编语言，该级语言编写的程序首先被翻译成L2或L3级语言，然后再由相应的机器执行；L5级的机器语言是高级语言，用该级语言编写的程序一般被翻译到L3或L4上，个别的高级语言用解释的方法实现；L6级的机器语言适应用语言，一般被翻译到L5级上。

1.2 计算机系统结构的定义

计算机系统结构较为经典的定义是Amdahl等人在1964年提出的：由程序设计者所看到的一个计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性。由于计算机具有不同的层次结构，所以处在不同层次的程序设计者所看到的计算机的属性显然不同。

2 计算机系统结构的发展

2.1 传统系统结构

当Amadahl在1964年提出计算机系统结构的定义时，也提出了采用系列机的思想，它的出现被誉为计算机发展史上的一个重要里程碑。当人们普遍采用系列机思想后，较好的把硬件技术飞速发展与软件环境要求相对稳定的矛盾解决了，这就要求系列机的系统结构需要在相当长的时间内保持基本不变。其中，最重要的是保持它的数据表示、指令系统以及其他概念性的结构保持不变。

2.2 冯・诺依曼结构

冯・诺依曼结构（也称普林斯顿结构）是美国数学家冯・诺依曼在1946年提出的，他将计算机分为五大部件：运算器；控制器；存储器；输入设备；输出设备。其基本思想是存储程序，主要特点是：（1）单处理机结构，机器以运算器为中心；（2）采用程序存储思想；（3）指令和数据一样可以参与运算；（4）数据以二进制表示；（5）将软件和硬件完全分离；（6）指令由操作码和操作数组成；（7）指令顺序执行。

2.3 对冯・诺依曼结构的改进

为了更好的优化计算机系统结构，人们不断对冯・诺依曼结构进行改进，总的来说，共采用两种方法。一种是在冯・诺依曼结构的基础上进行“改良”；另一种是采用“革命”的方法，即脱离冯・诺依曼结构，和其工作方式完全不同，统成为非冯・诺依曼结构。

2.4 哈佛结构

哈佛结构的计算机分为三大部件：（1）CPU；（2）程序存储器；（3）数据存储器。它的特点是将程序指令和数据分开存储，由于数据存储器与程序存储器采用不同的总线，因而较大的提高了存储器的带宽，使之数字信号处理性能更加优越。

2.5 其他系统结构

冯・诺依曼结构开启了计算机系统结构发展的先河，但是因为其集中、顺序的的控制而成为性能提高的瓶颈，因此各国科学家仍然在探索各种非冯・诺依曼结构，比如，数据流计算机，函数式编程语言计算机等都是较为著名的非冯・诺依曼结构。

3 计算机系统结构的分类方法

研究计算机系统结构的分类方法可以帮助我们加深对计算机系统结构和组成特点的认识以及对系统工作原理和性能的理解。下面简单介绍2种比较常用的分类方法：Flynn分类法；冯氏分类法。

3.1 Flynn分类法

由于计算机系统结构由多级层次构成，因此在设计计算机系统结构时就可以有三种方法：（1）“从下往上”设计；（2）“从上往下”设计；（3）“从中间开始”设计。

4.1 “从下往上”设计

首先根据能够得到的硬件，参照已经生产出来的各种机器的特点，开发出将微程序机器级和传统机器级设计出来，然后依次往上设计，最后将面向机器的虚拟机器级设计出来。在硬件技术高速发展而软件技术发展相对较慢的今天，如果继续采用这种设计方法，会导致软件和硬件的脱离，因此已经很少使用这种方法。

4.2 “从上往下”设计

首先根据应用的需求，确定好整个系统的框架，然后逐层向下进行设计，同时可以兼顾到上层的优化，最后设计出微程序机器级和传统机器级。这种设计方法较好。

4.3 “从中间开始”设计

大多数将“中间”取在传统机器级和微操作级之间。在设计时，综合考虑软硬件，定义好分界面，然后由中间点分别往上、往下同时进行设计。此种方法可以缩短设计周期。

5 结束语

综上所述，本文对计算机系统结构进行了一些简单的介绍，它是计算机的灵魂，目前，如何更好地提高系统结构的性能，仍是各国科学家不断研究的课题。

参考文献

[1]陈书生，.计算机组成与系统结构[M].武汉：武汉大学出版社，2005.

[2]高辉，张玉萍.计算机系统结构[M].武汉：武汉大学出版社，2004.

[3]郑纬民，汤志忠.计算机系统结构[M].北京：清华大学出版社，1998.

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1　计算机系统结构课程体系

计算机系统结构课程体系组又称硬件组，普通高校计算机的学生对硬件课程都存在或多或少的抵触心理，原因主要有3个：1)硬件课程比较抽象，不容易理解，不像软件语言课程直观；2)学生认为计算机专业就是编程，学习硬件课程没有用；3)硬件课程的实验环境不容易建立和维护，导致相关实践环节实施时不能达到预期目标。针对计算机系统结构课程体系在教学中存在的问题，我们按照课程先修顺序、社会需求，以及从理论到应用的顺序，对计算机系统结构课程体系中的课程进行合理安排。

1.1　专业基础必修课程

计算机系统结构课程体系所涉及的专业必修课程是计算机专业学生的基础课程，通过这些课程的学习，学生将掌握计算机的基本组成和工作原理，并为计算机应用打下基础。同时，我们也注意到，这些专业基础课程理论性较强，内容抽象、不易理解，课程大多开设在大学阶段的前期。

数字逻辑电路是计算机专业计算机系统结构课程体系的第一门课，该课程的学习目的是使学生掌握从数字系统到集成电路实现所需逻辑功能的整个过程的完整知识，作为必修课程，开设在大一第二学期。计算机组成原理是计算机专业的核心专业基础课程，本课程使学生掌握计算机原理的基本知识，为下一步学习计算机体系结构奠定基础，并能对当前计算机的最新研究、发展与应用趋势有一般性的了解，作为必修课程开设在大二第一学期。汇编语言课程是解决CPU级编程的问题，使学生掌握CPU级语言的特点、编程方法和基本技能，为深入学习后续课程和从事有关计算机硬件、软件方面的设计打下基础，作为必修课程开设在大二第二学期的上半学期。微机原理与接口技术课程以PC机及其兼容机中最常用的80×86系列为主线，讲述微型计算机与接口的实现技术，作为必修课程可与汇编语言并行开设在大二第二学期。这两门课程安排在同一学期，有利于学生掌握。通过两个学期的实践，学生对汇编语言的掌握和应用，以及微机原理的接口应用能力大大提高。计算机系统结构讲述计算机体系结构，着重介绍软、硬件功能分配以及如何最佳、最合理地实现软、硬件功能分配，作为必修课程开设在大三第一学期。

1.2　专业应用选修课程

在大三第一学期结束后，学生已学完计算机专业硬件和软件相关基础课程，具有一定的计算机应用和开发的能力。从大三第二学期开始，计算机系统结构课程体系将面向计算机应用开设两门任选课程，它有利于学生就业，缩短学校到社会的过渡时间。

单片机原理及应用课程以MC-51系列单片机为基础介绍硬件和软件的组成，以及程序设计技能。为将来步入微计算机的信息处理和测控系统领域的学生提供一个基础平台，作为任选课程开设在大三的第二学期。嵌入式系统及其开发课程使学生了解嵌入式系统结构和嵌入式系统开发的相关技术，掌握其软硬件设计方法，提高学生的嵌入式系统开发能力和经验，建议作为任选课程开设在大四的第一学期。

2　教师团队的建立

为了提高教学质量，提高教师教学水平，我们建立了计算机系统结构课程体系教师团队，并为每门课程设置一名首席教师，并配备2～4名主讲教师。教师团队建立后，每星期举行一次教学活动，提出授课中存在的问题，讨论学生的接受能力，最后给出先修课程和后续课程的调整方案。实践证明，教师团队的成立提高了教学质量，受到广大师生的好评，结合教学的相关教学教研项目逐渐增多。反过来，相应的教改项目的实施又促进了教学质量，形成了教学效果的良性循环。

3　教材的选择

众所周知，教材直接影响教学效果和教学质量。计算机系统结构课程体系抽象、难懂，其课程教材的选用一直是我校计算机专业教学中的一个重要问题。由于计算机专业的学生普遍认为自己将来的就业方向是软件开发，所以，不重视硬件课程体系中的课程。因此，如何有效选用计算机系统结构课程体系的教材成为教学的一大难题。下面，我们以计算机系统结构为例介绍教材的选择。

3.1　国内外同类教材优缺点

目前，国内的计算机系统结构教材主要由国内一些重点大学的专家编写，教学对象为重点大学计算机专业本科生，同时，作为研究生的参考书。从近年我校以及我省其他普通本科院校计算机专业学生使用上述教材的效果看，这些教材存在以下一些问题，如书中理论概念过多，部分内容过时，对体系结构新进展介绍不多，上述问题导致学生缺乏学习兴趣，教学效果也不理想，不太适合普通二本院校计算机专业学生使用。

3.2　自编教材情况

为了改变计算机系统结构课程教学在普通二本院校计算机专业学生中存在的上述问题，我们经过调查论证、搜集素材，并与本省其他院校协商，结合授课教师切身体会以及学生在学习本课程时遇到的普遍性问题，编写了适合普通二本院校本科生学习的计算机系统结构教材。

自编教材《计算机系统结构》2009年7月由清华大学出版社出版，该教材在遵循教育部计算机系统结构课程教学大纲基础上，采用“量化研究方法”，系统讲述了现代计算机系统结构的基本概念、基本原理、基本结构和基本分析方法，以及当前系统结构领域的主要进展。摒弃了目前传统教材中已经过时的理论知识，精简了授课内容，突出了重点难点，较好地适应了普通二本院校计算机系统结构课程教学需要。

该教材内容编排大体是按照计算机系统结构的发展历程，即冯・诺依曼体系结构一改进的冯・诺依曼体系结构――非冯・诺依曼体系结构这条线索。以经典冯・诺依曼体系结构(第2章)为基础，介绍现代通用计算机系统结构的基本概念、基本原理、基本结构和基本分析方法以及和相关领域的最新研究成果，内容主要包括数据表示与指令系统设计(第3章)、存储系统(第4章)、输入输出系统(第5章)、流水线技术(第6章)、并行处理机技术(第7章)，以及计算机系统结构进展(第8章)。

参加该教材编写的人员来自不同本科院校，均为担任计算机系统结构课程的主讲教师，该教材在着重论述体系结构的基本概念、基本原理、基本结构和基本分析方法的基础上，强调量化的分析方法，使学生能够能更具体、实际地分析和理解计算机体系结构。教材内容选择上不再覆盖整个系统结构，而是重点论述现代大多数计算机都采用的比较成熟的思想、结构和方法等，通过大量的实例分析，深入浅出地阐述计算机体系结构所涉及的各个方面内容。在结构上，强 调从总体结构、系统分析这一角度来研究计算机系统，将计算机组成原理、数据结构、操作系统、汇编语言程序设计等课程中所学的软、硬件知识有机地结合起来，从而使学生建立起计算机系统的完整概念，教学效果良好。

4　开放式的教学模式

计算机系统结构课程体系强调培养学生的综合能力，强调知识、能力、素质的协调发展，传统单一的课堂知识传授已经不能满足学生的要求，而相关课程本身存在理论性强、抽象难懂的特点。所以，我们在传统教学模式的基础上提出开发式教学方式，以提高学生探究能力和学习兴趣。开放式的教学模式主要包括以下4个方面内容。

1)汇聚师生共同力量，提高现代化教学介质课件的质量。

传统的课堂教育是教学模式的基础，在首席教师主持下，发挥教师团队的力量，利用现代教育技术和信息技术，开发符合学生接受能力的高质量教学课件。例如，通过动画形象生动地演绎课程中抽象难懂的概念和原理。此外，发动学生参与课程网站建设，在师生间建立互动链，提高学生自主学习的积极性。

2)根据先修课程内容，实施启发式教学。

课程讲授采用启发式教学。计算机系统结构课程体系中的各门课程之间存在联系，在授课过程中，我们要利用先修课程的内容启发当前课程中的内容，以便于学生理解，同时，提高学生的综合能力。例如，讲授计算机系统结构中“指令集优化”章节时，先让大家回忆汇编语言中80×86型计算机的指令集的条数，然后，提出计算机的指令条数和格式如何确定，最后，层层深入，给出计算机系统结构针对指令集研究的内容和解决方法。又如，讲授计算机系统结构中操作码优化的章节时，结合数字逻辑电路中的逻辑设计，分析不同编码方式的优缺点和采用扩展的Huffman编码理由，以及计算机如何辨析不同的操作码，以便加深学生理解。

3)开展多样化教学方式，提高学生自主学习的兴趣。

从提高学生自主学习兴趣出发，以课堂讲授为主，采用学生讲课、小组讨论和专题报告等多样化的教学方法。例如，针对计算机系统结构中现代非-冯，诺依曼结构的新发展，举行专题报告，每个小组讨论一种结构，通过参阅各种参考资料和网上资源对所分配的专题开展自主学习、交流、讨论和研究，最后，各小组分别进行专题讲座，多样化的教学方式培养了学生的综合能力和创新能力。

5　加强课程实践环节，与社会需求接轨

计算机系统结构课程体系的实践性很强，实践环节是整个教学过程中的重要环节，也是学生对理论知识进行内化和升华的重要手段。然而，计算机系统结构课程体系所要求的实验环境不易建立和维护，实验题目不易选取。因此，大多数高校计算机系统结构课程的实践流于形式，不能真正提高学生综合能力和利用所学理论知识解决实际问题的实践动手能力，也不能培养和锻炼学生的自主开发的创新能力。针对计算机系统结构课程体系实践环节中出现的问题，我们给出以下几点建议。

1)调整验证性与综合性和开发性实验比例。

增加综合性和开发性实验的比例。计算机系统结构课程体系中的所有课程都有实验课，而大多数实验项目为验证性实验，综合性和开发性实验项目比例较少。在实验过程中，由于验证性试验的软件和硬件为现成的，学生不能进行硬件的设计，同时，又没有能力进行软件的编写，大部分学生将实验当做任务来完成，创新能力得不到发挥。因此，在验证性实验的基础上，我们要加大综合性和开发性实验的比例，最大程度地发挥学生自己的能动性。

2)结合教学内容，选取实际对象作为项目来源。

增加综合性和开发性实验的比例必须有适合学生开发的实验项目。如果实验项目过难，学生将失去做实验的信心；如果实验项目偏容易，实验就失去了其综合性和开发性的本质；因此，项目应来源于生产活动，是相对完整和相对独立的事件，与企业实际生产过程或现实使用有直接的关系，具有一定的应用性。例如，设置单片机实验项目――“声控灯”，既能将理论知识和实践技能结合在一起，又能调动学生解决问题的兴趣。

3)以学生为主体，充分发挥教师的协助作用。

在教学过程中，要充分发挥学生的主动性和创新精神，让学生根据自身行为的信息来实现自我反馈，同时，也不能忽略教师的指导作用。例如，在项目的选取上，师生要共同参与，教师要启发学生去主动发现身边的素材，选择难度适合的实验项目。

6　结语

通过两个学期的实践，我校计算机系统结构课程体系教学取得了良好的教学效果，首先，从学生角度看，将计算机底层的硬件基础课放在大学生在校教育的前期，有利于学生掌握基本原理和基本知识；应用性强的课程放在后期，有利于学生与社会需求的接轨。其次，从教师角度看，将计算机系统结构课程体系的教师组织起来建立教师团队，有利于教学效果的提高，便于教改活动的组织。适当的教材选取，可以调动学生的学习积极性。同时，优质的教学课件和多形式的教学模式，将课堂教学变得生动、形象，把过去的“重教轻学”的教学模式转向“师生互动”的教学模式。将学生被动听讲的课堂变为鼓励学生主动参与讨论，引导学生积极探索，以提高学生素质。最后，实践环节的改革能使学生将硬件课程内容融会贯通，合理的实验项目设置充分调动学生学习的积极性。

[1]李彩虹，屈志毅，刘刚，等.“计算机组成原理”实验课教学模式探讨与实践[J].高等理科教育，2006(2)：74－75.

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前言：所谓的“多核”是指一块芯片上集成多个处理器，这些处理器之间不需要设置共享关键资源，各自拥有独立的控制和计算部件。计算机系统结构多核综合实验的设计及应用，有利于满足计算机知识学习需要，更好地提升算机应用创新能力，使计算机原理和技术知识更好地被接受和应用。

一、计算机系统结构多核综合实验发展现状

计算机系统结构多核综合实验的发展，是基于多核技术发展到一定阶段的产物，多核综合实验在满足实验教学方面，也发挥了重要的作用。多核计算机的出现，具有代表性的厂家为IBM、Sun，其利用计算机理论对多核处理器进行设计，对多个计算机内核进行集成，以提升计算机的计算速度[1]。2007年1月份，Intel配置了2个4核处理器的8核计算机，随后Intel公司推出了roadmap，主流处理器达到144核，这表明多核计算机技术手段已经被人们掌握，可以应用于工作和学习当中。在对计算机系统结构多核综合实验应用过程中，清华大学设计了FPGA的开放式教学CPU设计，并利用Windows/Linux进行多核编程实验；南京大学配置Altera DE2实验板，利用硬件描述语言进行CPU设计；浙江大学开设了基于FPGA的CPU设计和多核编程实验。随着计算机系统结构多核化发展，人们对开展多核综合实验工作进行关注，并纷纷开设相关课程，注重提升计算机实验动手能力，使多核技术能够被更好的理解和掌握[2]。

二、计算机系统结构多核综合实验的设计实现

计算机系统结构多核综合实验设计过程中，需要对多核实验关注的知识点予以把握，并且在设计过程中，保证实验设计具有创新性，以满足实际需要。具体内容我们可以从下面分析中看出：

2.1多核综合实验的知识点

计算机系统结构多核实验设计，要注重对多核的本质及技术要点进行把握，从而使人们通过多核实验，能够掌握多核技术，对原有的计算机结构进行创新，更好地满足实际发展需要。计算机系统结构多核综合实验涉及的知识点主要包括以下几点：1、硬件设计技术、Cache与存储一致性、IO管理；2、多核技术与单核技术之间的差异性、嵌入式多核芯片技术、Cell、OpenSpare、Intel双核芯片；3、多核体系结构特征、多核API优化函数库；4、多线程编程对多核技术应用的影响、 Windows/Linux编程技术、OpenMP对多核的支持、多线程程序性能测评方法。

在进行多核综合实验教学过程中，要对计算机系统结构多核综合实验包括的技术要点内容予以把握，在实验设计时，能够对这些内容进行涵盖[3]。

2.2多核综合实验设计实现

多核综合实验设计过程中，需要考虑到硬件设计和软件设计相关内容。硬件设计方面，利用FPGA指令进行单CPU实验，并在后期结合FPGA特征，设计多个处理器内核，进行操作系统移植，保证CPU具有多核特性；软件设计方面，利用Windows/Linux多核多线程编程实验，对编程的思想和方法予以认知和理解，增强程序设计能力[4]。具体的实验设计，我们可以从下面分析中看出：

1、实验目的。多核综合实验设计的目的在于使学生能够对计算机内部结构和相关工作原理予以认知，能够掌握CPU分析、应用和设计的能力。同时，对硬件描述语言、EDA软件、FPGA芯片能够进行有效使用，具有一定的硬件动手能力，对硬件技术知识更好地了解。

2、平台设计。平台设计主要应用PC、FPGA-CPU、单片机控制电路等组成。

3、实验内容。借助于Verilog HDL/VHDL实现CPU软核，并利用EDA工具软件进行系统的模拟和测试，之后将模拟测试的内容加载到FPGA芯片中，保证单CPU能够以FPGA指令形成。通过利用FPGA芯片，对CPU的功能进行拓展，保证原有实验存在的缺陷和相关问题得到有效解决。同时，Windows/Linux多核多线程实验利用win32API、MFC进行实验操作，对可编程逻辑器件、操作系统功能予以了解和认知。

除此之外，实验设计过程中，还需要对实验测试的参数和指标范围予以明确。选择16个32位的寄存器，总线宽度为32位数据。

结束语：计算机系统结构多核综合实验教学，注重对计算机实验教学的实践性予以把握，通过利用多核技术，更好地提升人们对计算机软硬件知识的理解和掌握，并使人们在学习计算机技术过程中，能够创新发展，对相关理论进行更好的认知。因此，在进行多核综合实验过程中，要注重对FPGA技术予以有效把握，对多核技术内涵更好地理解。

参 考 文 献

[1]于永斌，徐洁，王华，张凤荔，吴晓华，丁旭阳. 计算机系统结构课程多核创新实验探索[J]. 实验科学与技术，2011，03：68-71.

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中图分类号：G642　文献标识码：B

1　引言

“计算机组成原理”(CP)是高校计算机专业学生的一门必修的专业技术基础课，它不仅可使学生剖析和体验计.算机的基本组成和工作原理，掌握计算机系统的基本设计技术，而且可培养学生分析和解决数字系统实际问题的能力，同时也是培养计算机系统分析、系统设计和系统集成技术人员的一个有效的教育环节。它在整个专业课的教学中，起到了承上启下的作用，是“微机接口技术”、“汇编语言程序设计”、“计算机系统结构”等后继课程的基础。该课程以计算机5大部件内容为主线，以内部结构和工作原理为重点，介绍计算机内部各功能部件的结构和工作原理及其构成整机的原理。

“计算机系统结构”(CA)是计算机领域中的一门重要学科，它强调从总体结构和系统分析这一角度来研究计算机系统。学习本课程，对于培养学生系统地、自上而下地分析和解决问题的能力和抽象思维能力有着非常重要的作用。本课程通过讲解计算机体系结构的新发展，把国内外体系结构方面比较成熟的研究成果和关键技术融入课程当中，并把前续的“数字逻辑”、“计算机组成原理”、“操作系统”、“编译原理”、“数据结构”、“汇编语言程序设计”等课程中所需的软硬件知识有机地结合起来，从而建立起计算机系统的完整概念。

由此可见CP与CA有着紧密的联系，在现有的教材中甚至出现了比较多的重复，在学生中引起比较大的反应。本文主要针对这一问题进行研究，拟在理顺这两门课的关系，调整好两门课程的教学内容。

2　教学内容的研究

在cP与CA系列教材中，两门课程出现重复的内容有：计算机系统的层次结构和计算机系统的性能指标；浮点数据的表示、寻址技术、指令格式的优化设计、复杂指令系统(CISC)和精简指令系统(RISC)：高速缓冲存储器(Cache)和虚拟存储器工作原理和地址的映像与变换；输入输出系统的原理和方式、中断系统的工作原理：流水线工作原理。重复的结果不仅占用了CA课程宝贵的课时，而且使学生产生了厌学情绪。CP与cA两门课程究竟如何分工?该不该重复?又该怎么重复?是教学中值得研究的问题，也是亟待解决的问题。

在课程内容的选择上，以教学大纲为依据，按照学科知识体系的完整性和适时性原则组织课程内容。在内容上做到没有知识的简单重复、没有重要知识的缺失，同时要删除已过时知识，并补充新知识，从内容方面激发、吸引学生的学习兴趣。本文重点研究分析重复内容的必要性、可完善性和创新性。

对于计算机系统的层次结构，在CP中作为概述来介绍，以了解微程序在计算机系统层次结构中的位置，可以更好地理解软件、硬件、固件的地位和作用；而在CA里则是从概念和功能上将计算机系统看成多级层次结构，这样有益于理解各种语言的实质和实现途径，探索虚拟机新的实现方法和新的系统设计。所以计算机系统的层次结构的概念在CP课程和CA课程中是必需的内容。

关于计算机系统的性能指标，由于在CP中讲述的是冯・诺依曼体系结构各组成部分的工作原理，所以了解各组成部分的性能指标是必要的；而在CA课程中用性能指标来衡量计算机系统的标准，所以有必要更深入分析CPU时间、MIPS、MFLOPS和成本指标。

对浮点数据的表示，在CP课程中介绍了浮点数据的表示格式和表示范围，在CA课程中不必再重复，只需介绍浮点数的基数的选择、表数精度和表数效率，然后介绍浮点数的IEEE 754表示；当然对于高级数据的表示，在CA课程中是必需的。

对于指令系统，在CP中介绍指令的格式、寻址方式和操作码的扩展编码方式，最后介绍CISC和RISe的概念和示例；在CA课程中主要介绍指令格式的优化，CISC和RISC设计的关键技术。

输入输出系统的原理和方式、中断系统的工作原理在两门课程中是重复最多的一部分，CA较CP多出了通道处理机和输入输出处理机简介，可以归入CP课程。但考虑到中大型计算机的输入输出系统在计算机系统结构中是很重要的部分，所以可以将通道处理机和输入输出处理机在CA中介绍，同时将CP中的系统总线简介也归于系统结构，并从系统设计的角度去介绍。

高速缓冲存储器和虚拟存储器工作原理以及地址的映像和变换在两门课程中也是重复较多的。在CP中可以仅介绍其工作原理；而在CA课程中重点在于其性能分析，深入学习替换算法及其实现，分析提高存储器系统命中率和性能的方法。

对于流水线工作原理，在CP中仅介绍了流水线、数据相关和控制相关的概念，但在CA中要学习流水线处理机、超标量处理机与超流水处理机，其中包括先行控制技术、流水线原理、流水线性能分析、非线性流水线的调度方法、局部数据相关和全局数据相关、超标量超流水超长指令字处理机和向量流水和向量处理机，其内容远多于CP，因此这部分内容完全归入CA比较合理的。

在CA与CP中的未重复的内容，比如向量处理、SIMD并行计算机、SIMD计算机的互连网络、多处理机将作为重点内容在CA中介绍。而在以上分析中，由于CA课程的内容部分归入了CP，所以可以在CA课程中添入新的内容，比如多处理机算法，包括并行搜索算法、串行算法到并行算法的转换、同步并行算法和异步并行算法，并行程序设计语言及其实现方法。最后可以介绍计算机体系结构的新发展，包括数据流计算机、数据库机与知识库机以及面向函数程序设计语言的归纳机。

以上对CP与CA两门课程的重复内容进行了分析研究，拟在理清两门课程的关系，合理解决两门课程的内容重复问题。

3　解决方案

解决该两门课程内容重复的宗旨在于把握CP注重原理介绍，而CA注重高性能设计和并行处理。通过对两门课程的内容的研究和分析，调整后的内容如表1所示。