学文网计算机系统结构篇1
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计算机系统结构篇2
关键词：SimpleScalar；CMPP；模拟器；实验机箱；验证；设计创新
中***分类号：G642 文献标识码：B
1引言
“计算机系统结构”课程是计算机科学与技术专业中重要的专业课程，是一门从组织和结构角度上学习、总体把握和领会计算机系统的课程。因为其理论性较强，知识结构较为复杂，它的实验课设置一直是一个空白。但是，作为一门针对本科高年级学生的计算机综合设计课程，没有相应实验课对学生理解能力的提高和创新能力的培养，所谓的综合设计课程也成了一句空谈，为此，我们使用WinDLX、DLXView、SimpleScalar模拟器(安装在微机上)来仿真计算机，让学生在这个虚拟计算机上设置各种不同高端计算机系统结构技术，然后通过统计数据得到不同计算机系统结构技术对计算机性能的不同影响，最后给出统计结论。
但在实际教学过程中，我们发现，此种“PC机+模拟器”的实验方式形式过于单一，所有的实验都是先在模拟器中给出计算机系统结构技术参数设定，然后运行测试程序，最后根据程序运行结果给出实验结论。对学生而言，所做的工作只是系统结构参数的给定，然后面对一堆运行出来的枯燥数据给出实验结论。由于这些实验全是验证型实验，使得学生没有真正的实验体会，感觉也比较抽象，一个学期下来，整个实验课程没有收到它应有的效果，同时也没能激发出学生的创新性。
为了让学生更加有硬件实验体会，并发挥学生的创新性思维，我们在原有的“PC机+模拟器”模式下增加一个实验机箱，变成 “实验机箱+PC机+模拟器”模式，经过一个学期的实践，计算机系统结构实验课程有了突破性的进展，取得了较好的效果。
本文其他部分内容如下：第二节介绍原有的“PC机+模拟器”实验模式的具体细节及其弊端；第三节阐明“实验机箱+PC机+模拟器”新模式的由来；第四节说明新模式具体的实验项目改革；最后给出本实验课程教改的特色与创新之处，并作出结论。
2“PC机+模拟器”模式
“计算机系统结构”课程中的实验课程在以往的教学中一直是一个空白。为响应微软亚洲研究院的大力倡导，本课程初期引入由卡内基・梅隆大学提出的“Learning by doing”这一适用于工程教学的行之有效的先进教学理念，对“计算机系统结构”实验课程建设进行初步尝试。
由于这门课程的实验是从无到有的一个过程，因此，在建设初期，我们首先采用的是一个生搬照学的方法。为此，我们找到张晨曦教授在同济大学使用的“计算机系统结构”实验教学资料，然后根据本校学生具体情况对实验内容进行部分筛选，总结出“PC机+模拟器”模式，然后运用到实际教学中。
PC机是我们计算机系统结构实验课程开展的硬件平台，软件平台即我们的Windows操作系统以及安装在其上的各种模拟器，包括WinDLX、DLXView、SimpleScalar模拟器。实验过程中，学生在这些模拟器中设置各种不同参数而获得不同虚拟处理器，然后通过测试程序检测不同系统结构技术对处理器性能的影响。
WinDLX是一个基于Windows的模拟器。它能够以***的方式演示DLX流水线是如何工作的。学生通过改变流水线的结构和时间要求、存储器大小和其他几个控制模拟的参数，获得不同流水线的性能。实验一的流水线相关实验，实验二的循环展开及指令调度实验都是使用此模拟器。
DLXview是一个***形化、交互式的DLX流水线模拟器。该模拟器能够实现对基本流水线、记分牌算法和Tomasulo算法的模拟。通过对内存访问延迟、功能部件的数目、功能部件的延迟的配置，实现不同流水线的模拟。实验三的记分牌和Tomasulo算法实验使用的是此模拟器。
而SimpleScalar模拟器是目前学术界最为流行的体系结构模拟器，是一个单处理器架构的性能模拟器工具集。其工具集包含了非常丰富的工具,可以配置成许多不同体系结构的模拟器。同时，其源代码公开，具有良好可移植性和可扩展性，是开发微处理器芯片前期进行系统结构验证的重要工具。也是使用软件手段模拟和研究CPU系统结构的主要手段。实验四的Cache性能分析中和实验五的虚拟Cache与伪相联Cache使用的是此模拟器。
以上所述实验都是使用模拟器进行计算机系统结构技术参数设定，然后运行测试程序，最后根据程序运行结果给出实验结论，其实验属性全部是验证型实验。对于学生而言，所做的工作仅仅只是系统结构技术参数的给定，和测试程序的运行，最后从一堆运行出来的数据中得到实验结论。
这种软件模拟的方式适合研究生程度以上的学生进行学术研究和理论验证，这也是这些学生对于新思想新理论进行学术论证的常用方法与手段，但是对于发展目标为应用型的本科学生而言，此种实验形式与方法都过于枯燥与单一，整个实验做下来，学生感觉比较抽象，收不到实际效果，更谈不上激发学生创新意识，实验做到最后便流于一种形式，一种走过场。
3新模式的引入
基于计算机系统结构实验课程建设初期所遇到的问题，我们决定重新规划系统结构实验内容。
计算机系统结构实验课程是一门综合实验课程，既然是综合课程，即说它是一个软硬件结合体。在“PC机+模拟器”模式实验中，模拟器的引入可以很好的体现其软的方面，而硬的方面我们则选用学生在前期课程计算机组成原理中使用的教学设备(TND-CM++唐都教学仪器实验箱)入手，以达到事半功倍的学习效果。
计算机组成原理课程是专业必修课程，其教学与实验方面已经形成一个完整而成熟的体系。这是一门在整个计算机科学与技术专业课程中份量很重的课程，也是一门非常重视实验课的课程，除开课程本身的70学时中包括20学时的实验课程，学生还有专门2周的课程设计工作需要完成。这些大量的前期学习与实验实践，为学生熟练掌握和使用实验设备以及对计算机是软硬件综合体的理解打下坚实基础。而计算机系统结构课程本身就是计算机组成原理的后续和提高课程，利用前期的基础作进一步的理论提高和实验提高成了顺理成章的事情。
因此，“实验机箱+PC机+模拟器”模式引入到计算机系统结构实验教学中。在以前的教学中，“实验机箱+PC机”和“模拟器+PC机器”模式是分开使用的，因此PC机分别与两者的结合不是问题，但是当这三者(实验机箱、PC机和模拟器三者)结合在一起时，则需要对它们进行重新分工组合，以达到理想的实验效果，这将在文章的第4节的具体实验项目中详细叙述。
4“实验机箱+PC机+模拟器”模式
4.1“实验机箱+PC机+模拟器”模式简介
“实验机箱+PC机+模拟器”模式是“PC机+模拟器”和“实验机箱+PC机”两者的结合，但这种结合不是简单机械的结合，而是一种有机的结合。在以前的教学中，“PC机+模拟器”方式用于计算机系统结构初期实验课程，“实验机箱+PC机”方式用于计算机组成原理实验课程。但是，由于前一节“PC机+模拟器”方式所提到的弊端，即数据的枯燥性和理解的抽象性问题，我们把具有硬件动手优势的“实验机箱+PC机”方式中的计算机实验机箱引入到此课程实验中。
实验条件准备如下：首先在PC机器中安装Windows操作系统，然后在此操作系统中安装WinDLX、DLXView、SimpleScalar模拟器，同时安装CMPP模拟器(实验设备厂家随实验设备匹配提供)。然后通过RS-232串口与PC微机联机，这样，利用PC机上具有的这些模拟器我们可以在PC 机上编程、向实验机箱系统装载实验程序、然后在***形界面下进行动态调试及运行。另外，系统具有的两路逻辑信号测量平台，使得可在PC机上看到信号测量波形。
我们实验的中心思想是：以计算机硬件为基础，通过软件配置扩充功能，形成一个可能是相当复杂的有机组合的计算机系统。最后通过模拟器中测试数据的统计获得此系统性能的结论数据。
其中的硬件是指我们通过实验机箱把计算机系统中的基础模块通过总线(数据总线、地址总线和控制总线)连接好；而配置软件是指通过CMPP、SimpleScalar模拟软件来进行一些高级配置的扩充，从而形成我们需要的系统结构；最后，通过(WinDLX、DLXView、SimpleScalar)模拟器跑动测试程序以获得此系统结构的性能参数及结论数据。
4.2模式的可行性论证
“实验机箱+PC机+模拟器”模式的可行性论证主要讨论如下问题(其中系统指实验系统，即实验设备)：
(1)PC机与系统的关联：
实验系统安装有一个标准的DB型9针RS-232C 串口插座，使用配套的串行通讯电缆分别插在实验系统及PC 微机的串口，即可实现系统与PC 的联机操作。系统通讯电缆连接方式如***1：
(2)CMPP与系统的关联
系统配套的集成操作软件CMPP具有专为联机操而开发的***形方式操作界面，其操作简便、直观且具有动态调试功能，可完全根据实验系统的数据通路***来实时、动态的显示用户设计的实验数据流的流向、数据值、控制线和各单元的内容。CMPP软件界面如***2：
本系统软件CMPP通过PC 机串行口向实验系统上的单片机控制单元发送指令，由实验系统的单片机直接对程序存储器、微程序控制器进行读写，控制单拍或单步微程序、单步机器指令和程序连续运行等操作，实时监测各数据流和控制流的情况，从而实现实时动态***形方式下的系统跟踪调式和运行。
(3)SimpleScalar模拟器与系统的关联
SimpleScalar工具集是一个用于构建各种模拟程序的系统软件框架，可用于构建各种体系结构模拟器．它提供了一套参考模拟器，包括快速的功能模拟器，用于分支预测评估的模拟器，用于Cache层次评估的模拟器以及一个详细的、动态调度的、多级存储层次的微体系结构模拟器．SimpleScalar还包含一个机器定义框架，允许绝大部分体系结构细节和模拟器的具体实现分离．除了模拟器，SimpleScalar工具集还提供统计分析、调试、验证和可视化支持．SimpleScalar工具集被广泛用于计算机体系结构的研究和教学．例如在2000年，顶级体系结构会议上超过三分之一的文章是使用SimpleScalar来评价设计。
由于Simplescalar的使用广泛性和完整性，我们把它引入我们的实验课程中，但由于这个模拟器与我们的实验系统是各自***的个体，因此当把这两者融合在一起时就存在一个有机组合问题。Simplescalar模拟器是一个原代码公开的软件，具有良好的可移植性和可扩展性，因此我们希望通过代码的更改，获得SimpleScalar模拟器与实验设备的有机整合。虽然这部分工作我们已经展开，但是工作做得还很不够，这也是我们下一步要继续进行的重点工作之一。
4.3存在的问题
(1) 实验延续性的问题
通常，计算机组成原理课程会开在第五学期，计算机系统结构课程开在第七学期，因此，这两门课程之间有一个学期的间隔，由于这两门实验课程的顺延性较强，因此在计算机系统结构实验课程的设计中，初始实验应先重复计算机组成原理实验课程中综合性强，并在后续系统结构实验课程中需要应用到的实验内容。
(2) 课时偏少而实验内容偏多的问题
计算机系统结构实验课时偏少，一般是8个课时(4个学时)。但是由于其实验内容综合性强，复杂度大，因此很难在一个学时(2个课时)完成一个实验。这就要求老师和学生在实验课之前要做较多的工作，包括老师在实验课之前详细的讲解，学生在课前完成实验预习工作，这样，才能充分利用一个学时的时间完成一次的实验。
(3)SimpleScalar与实验系统的整合问题
前面说过，我们利用SimpleScalar模拟器的开放性代码把SimpleScalar模拟器和实验系统整合在一起，这个工作还需要继续完善。这个工作也是整个计算机系统结构实验课程改革的一个重要的步骤。它是一个需要长期验证、修改和调试以及完善的工作，不是短时间就能完成的工作。
4.4实验项目的设计
(1)CISC(复杂指令集计算机)实验
此实验要求先按照实验连接***把计算机的主要模块通过总线连接起来(这个操作在实验机箱内进行)，然后为这个模型计算机设计包括16条机器指令(包括算术逻辑指令、I/O指令、访问及转移指令和停机指令)的指令集，编写相应的微程序，通过PC机中CMPP模拟器装载和调试程序，以使同学们通过这个过程掌握整机概念，并能综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。
此实验是在前计算机组成原理实验课程中掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统。同时也是对以前所学知识的温习。
(2)RISC(精简指令集计算机)实验
RISC是针对CISC结构存在的问题所提出的思想。它选取使用频率最高，以及很有用但不复杂的指令，这些指令大部分能在一个时钟周期内完成，并且只有Load和store两条指令访存等思想设计的计算机，在此实验中，我们选取使用频度比较高的五条基本指令：MOV、ADD、STORE、LOAD、JMP。然后寻址方式采用寄存器寻址及直接寻址两种方式来设计这个RISC计算机(依照前一实验方法，也是由CMPP模拟器进行调试)。
然后，我们通过在SimpleScalar模拟器中设置参数来比较RISC计算机和CISC计算机，这是通过跑同一测试程序来完成的。结论是：RISC机器执行的速度和效率大大提高。如对于此实验中设计的机器指令在RISC处理器中执行完需9个机器周期，而在复杂模型机实验中，需34个机器周期才能完成。
这样的实验程序的设计，可以让同学们深刻体会到两种不同处理器的运行效率，同时让同学们体会到实验直观性。
(3) 重叠实验
此实验是在RISC模型机实验的基础上，进一步将其构成一台具有重叠功能的模型机。
一条指令的执行包括“取指”和“分析执行”两个阶段，而重叠技术是指把前条指令的“分析和执行”与后条指令的“取指”重叠在一起执行。
在此实验中，计算机“执行部件”数据通路的控制由微程序控制器来完成，而“指令预取”部件的数据通路由一片CPLD 来模拟。以原基本模型机的五条机器指令为例，编写相应的微程序，然后具体上机调试掌握重叠概念。
然后，在SimpleScalar模拟器中设置参数比较RISC计算机和重叠计算机。结论是：重叠计算机执行的速度和效率明显提高。如前所述的同段机器指令在重叠处理器中执行完需要20个机器周期，而在RISC模型机的实验中，需要27个机器周期。
(4) 流水实验
流水可以看作是重叠的引申，一次重叠是一种简单的指令流水线。在流水计算机中，一条指令的执行包括“取指令”、“指令译码”、“取操作数”、“执行”四个子过程(前三阶段由指令分析部件完成，而第四阶段由指令执行部件完成)，而每个子过程可以与其他子过程同时进行，这叫并行性中的并发性。
这种并行性大大提高了计算机的处理效率。本实验除“指令执行部件”为板上的“ALU UNIT”和“REG UNIT”电路构成外，其余全部由CM＋＋板上的一片CPLD 芯片设计，输入设备、输出设备、RAM 及时序仍由板上输入单元、输出显示单元、存储器单元及时序单元电路给出。
实验过程类似于前述实验。
5实验特色与创新
新设计的“实验机箱+PC机+模拟器”实验模式有如下功能特点。
(1) 结构清晰的单元式实验电路，可构造出不同结构及复杂程度的原理性计算机。系统采用部件单元式结构，包括运算器及数据通路、存储器、控制器、信号及时序控制、内总线、外总线、接口及输入输出设备、大规模可编程逻辑器件等计算机部件的单元电路，可使用排线连接方式(实验机箱)或计算机电子自动逻辑设计方式(SimpleScalar等模拟器)，根据自己所设计的模型计算机结构方案，来构造出不同结构及复杂程度的原理性计算机，使学生能够对计算机组成结构有清楚的认识和理解。
(2) 对实验设计具有完全的开放性，增强学生综合设计能力。系统所具有的软硬件结构(实验机箱和模拟器)对实验设计具有完全的开放性，其数据线、地址线、控制线都由学生来操作连接，系统中的运算器结构、控制器结构及微程序指令的格式及定义均可根据教学需要来做灵活改变或重新设计。这对于自行设计各种结构及不同复杂程度的模型计算机提供了强大的软硬件操作平台，从而避免了单纯验证性的实验模式，极大提高了学生计算机系统的综合设计能力。
(3) 通用逻辑器件和大规模可编程逻辑器件相结合，可面向不同层次的学生。系统采用通用逻辑器件和大规模可编程逻辑器件并用的方式，既能给熟练掌握复杂逻辑系统设计的学生提供高档的实验平台，又能对不熟悉这些内容的学生提供易操作的实验平台。符合循序渐进、先基础后提高的教学原则。
(4) 具有实时调试功能的***形方式操作界面，也可用于多媒体辅助教学。系统具有与PC微机联机实时调试的功能，提供了***形方式的调试界面(CMPP模拟器)，在调试过程中可动态实时显示模型计算机各部件之间的数据传送以及各部件和总线上的所有信息。这种***形调试界面也可用于多媒体辅助教学，从而获得极佳的教学效果。
(5) 多种输入输出方式及逻辑信号测量功能，实验操作及观察更容易。系统提供多种输入输出方式。通过RS-232 串口与PC 微机联机，可在PC 机上进行编程并向系统装载实验程序，在***形界面下进行动态调试及运行。另外还具有两路逻辑信号测量平台，可在PC 机上看到信号测量波形；如单独使用本系统，则可通过开关及LED以二进制码形式进行编程、显示及调试运行。
(6) 实验电路的实时***检测功能，便于检查接线错误。系统具有实验电路检测功能，通过人机交互方式可实时***检测各实验单元电路的好坏以及模型机实验线路连接是否正确。
(7) 测试功能的完备性。SimpleScalar工具集所自带的SimpleScalar Spec2000测试程序使得学生可以及时对自己设计出来的计算机系统结构方案进行测试，然后根据测试结果对所设计计算机结构进行及时调整，以提高学生的实验直观性。
6小结
实践证明，此模式把计算机系统结构实验设计成一门软硬件结合的综合实验课程，并真正实现从呆板的“验证为主”到创新的“设计为主”的飞跃。试用一年以来获得较好效果。
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计算机系统结构篇3
关键词：计算机系统结构；多核；FPGA
随着计算需求的不断增长，由于复杂的芯片工艺与功耗成本限制，处理器的性能提升从原有的主频提高转为多内核发展。很快，一些大型机制造厂商，如IBM、Sun开始利用并行计算设计出了多核处理器(例如：IBM推出的CELL异构多核处理器，Sun公司推出的OpenSparc T1开源多核处理器[1])，这些处理器在一块芯片上集成多个计算内核，成倍地提高了计算速度。2006年，以Intel与AMD为代表的处理器制造商在年初和年底相继推出双核、四核处理器，紧接着，在2007年1月，Intel展示了配置两个四核处理器的八核计算机，这标志多核处理器开始全面进入市场，宣告计算机真正进入多核时代。
所谓“多核(Multi-core)”，即指一块芯片上集成多个处理核，各自拥有***的控制和计算部件，无需共享关键资源。多核技术的发展给大学计算机教育带来新的课题，即在多处理器环境下，计算机系统结构、计算机操作系统、编译原理和应用软件的编程模型等都发生了很大的变化，促使大学计算机的教学需要做出针对性的变化。
计算机系统结构(Computer Architecture)，作为研究计算机系统结构演化以及影响计算机硬件与软件系统设计的一门重要课程，在介绍计算机系统结构原理、分析设计方法、性能评价、发展趋势和新的实现技术上，需要增加多核技术这个重要的新知识点。在过去相当长的一段时间里，由于不具备开设计算机系统结构和多核技术相关实验的硬件平台和软件环境，
国内很多高校开设计算机系统结构课程时均未开设该课程的实验，特别是多核技术方面的实验，以至于学生没有实验教学和体验式实践而很难掌握该课程的知识。
为了更好地应对新的“多核”时代，电子科技大学的计算机科学与工程学院、信息与软件工程学院(原示范性软件学院)从2007年开始在计算机系统结构课程教学中引入多核技术。一是在理论教学上增加处理器体系结构、系统架构和程序设计内容，从三个方面给学生展现了一个比较完整的多核技术概览***景；二是在实验平台建设上设计多核实验，从实践环节上来锻炼学生的动手能力和提升其创新能力。
1实验教学的现状
在计算机系统结构课程中设计多核实验，须从计算机系统结构与多核知识的课堂教学成果入手，把握多核技术的理论教学动态。然后重点调查国内高校在多核实验教学方面的研究现状，为计算机系统结构中的多核技术实验设计提供必要的技术支持和可行性研究。
事实上，计算机系统结构课程重在培养计算机专业本科生的抽象思维能力、自顶向下系统分析和创新能力。全国重点和普通高校中几乎都开设了这门课程，出现了大量的课程教学与教研成果[2-12]。虽然课程教学成果多，但是实验教研成果小，而且还缺乏多核知识点的引入或多核体系更新不足。
作者简介：于永斌，男，副教授，研究方向为计算机系统结构、大规模集成电路设计与应用。
关于多核技术，清华大学的王小鸽[13]提供了理解多核技术、并行计算与未来计算机发展的视角。薛巍[14]从并行计算基础、高性能计算前沿技术研讨课、多线程/多核CPU逻辑设计短期课程等方面介绍了清华大学多核课程建设成果。吴继雁[15]简要地分析与总结了多核技术及发展趋势。北京交通大学计算机学院的刘近光和梁满贵[16]介绍了基于MIPS体系结构的多核处理器特点。浙江大学的陈天洲等[17-21]介绍了多核程序设计课程和进行了多核精品课程建设探索与实践，并主持了***骨干教师多核技术培训，对多核技术的教学科研做出了很大的贡献。武汉大学电子信息学院的杨剑锋等[22]介绍了“多核架构及编程技术”这一***-Intel精品课程建设成果。北京工业大学计算机学院的方娟[23]探讨了多核教学内容和教学模式。与这些多核技术的教学成果相比较，由于多核硬件实验平台与软件环境的难构造，使得多核技术方面的实验研究成果特别少。根据作者的可查文献，中山大学教学实验中心的程小雄和伍丽华[24]进行了基于FPGA的多核技术课创新实验探索，介绍了在现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)芯片和SoPC(片上可编程系统)、NOIS-II等工具软件所组成的软硬件平台下，开展多核技术课程创新实验的研究；并在新组成的多核系统中，移植和扩展了µC/OS-II操作系统，还设置了相关的实验环境和若干实验项目，对提高学生的综合实验能力具有积极的作用。
通过对计算机系统结构和多核技术课堂教研与实验教学动态的充分调研，我们不难得到多核技术在国内课堂与实验教学中的实施状况，虽有新增多核课程或修改原有课程(如：计算机系统结构、高级计算机体系结构或高等计算机系统结构)的教学内容，但较少涉及多核技术方面的实验教学。基于这样的背景，在计算机系统结构中设计多核实验，这对学生的实验能力和综合素质提高具有特别重要的作用。
2多核实验的设计
在计算机系统结构课程中设计多核实验，需要把握多核本质和其技术要点。多核的本质是为了解决高性能计算和并行计算问题，它在硬件和软件两个方面改变了传统的计算机系统结构。由此，多核技术的发展使得计算机系统结构的教学发生了变化，这种变化主要来自于多核技术所带来的新知识点。多核技术所涉及的知识点可归纳为硬件和软件两个方面，具体如下：
1) 多核硬件方面的知识点。
(1) 多核下的硬件设计技术，包括Cache与存储一致性、网络互联、IO管理；
(2)多核芯片与传统单核微处理器的区别，多核SoC(System on a Chip)芯片技术；
(3) 嵌入式多核芯片技术以及典型多核芯片：Cell、OpenSparc、Intel双核芯片、AMD双核芯片等；
(4) 并行体系与多核体系结构、多核平台结构与芯片组支持技术。
2) 多核软件方面的知识点。
(1) 多核操作系统、多核系统软件对并行编程的支持、多核API优化函数库，多核平台上编译工具；
(2) 多线程编程对多核的支持，Windows/Linux多核多线程编程技术；
(3) OpenMP多线程编程及性能优化，MPI (Message Passing Interface)编程及性能优化；
(4) 多核多线程程序的性能评测方法与工具。
基于上述的多核知识点，联系计算机系统结构原有实验，可在硬件平台和多核软件工具上设计多核实验。
多核实验，包括两个方面的实验内容。一是在FPGA芯片上设计多个同构或异构处理器内核，并进行操作系统的移植，最终做出一个可实际运行的多内核计算机系统；通过该实验，可增长学生对实验的兴趣，更深刻理解多核技术的知识点。二是Windows/Linux多核多线程编程实验，利用多核软件工具进行编程；在Windows平台下，利用Win32API、MFC或.Net Framework提供的接口来实现；若在Linux平台下，利用IEEE POSIX标准定义的API进行多线程编程。对于综合设计，可设计为学生课外的有关多核技术设计、实验或发展趋势调研的课程设计、创新设计或毕业设计，训练学生面对实际应用问题的综合分析、方案设计、多种程序设计结构的综合使用和实际工程问题的综合解决能力。
在计算机系统结构中设计多核实验，希望达到如下目标。
1) 设计多核实验，发展计算机系统结构课程教学与实验实践内容，按照Intel多核技术大学合作计划[25]，实现高校与Intel的合作；
2) 理解普适的多核思想和硬件设计理念[26, 27]，普及并行计算技术，使广大的本科生能在以后的程序设计与开发中可以发挥多核计算优势；
3) 通过多核实验，强化计算机专业本科生和未来的科研人员的实验动手能力，激发兴趣爱好
和创造潜能，帮助他们更有效地开展进一步的科研工作。
3结语
计算机系统结构中多核实验的尝试性设计，旨在教学实践中不断完善和创新，充分体现多核技术的***。应用FPGA技术设计多核实验，是一种培养学生创新能力的尝试，一种引导学生从感性上理解多核技术内涵的实验创新，有利于促进计算机系统结构课程在多核时代的发展。
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Multi-core Experiment Design of Computer Architecture
YU Yongbin, XU Jie, WANG Hua, ZHANG Fengli, LIAO Jianming, ZHOU Shijie
(Computer Science and Engineering College, University of Electronic Science and Technology, Chengdu 610054, China)
计算机系统结构篇4
[论文摘要]本文针对《计算机系统结构》课程的特点，讨论在教学过程中采用“引导”的方式进行教学，树立明确的学习目标，多种教学方式相结合，注重能力培养，努力提高教学质量。
一、引言
《计算机系统结构》是计算机学科体系的一门重要课程，它是以算法为核心，语言为描述，硬件和软件作为实现工具的互为联系又互为制约的结构技术。课程以计算机系统结构中硬中有软、软中有硬、相互转换、彼此渗透的观点，从原理、结构和实现技术等方面系统地对现代计算机的并行处理进行深入的分析和探讨，使学生建立起“整机”概念，培养其具有一定体系结构技术的应用能力。“计算机系统结构”涉及到多门其他专业课如《数据结构》、《计算机组成原理》、《操作系统》的知识，是一门综合性很强的课程，非常典型地体现出计算机学科互相融合的特点。通过该课程的学习能够提高学生系统思维和综合分析的能力，努力提高这门课程的教学质量有着重要的意义。
由于“系统结构”内容抽象，不易理解，且目前各高校在该课程的教学中实践环节的设计都比较薄弱，有的院校甚至没有安排实验，因此难以激发学生的学习兴趣，教学难度比较大。因此，需要在目前的教学条件下，综合应用多种教学方式和手段，引导学生积极思考和自主学习。
二、课程教学改革总结
（一）课程教学改革的基本思路
教学过程中教师不单要教会学生课程的知识，更重要的是教会学生如何思考，如何进行创造性思维。具备了创造性思维能力，学生不仅可以学会教师传授的知识，而且能够触类旁通，举一返三，在自身的思维实践中获取更多的知识。教师为学生服务，以培养学生的能力为目标。在师生角色上，教师是主导，学生是主体，主要采用“引导”的方式进行教学，把学习的主动权交给学生。
（二）课程教学内容的安排
以教学大纲为根据安排本课程内容，着眼于有关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，同时适当介绍近几年来系统结构的重要进展和今后的发展方向。课程选择西安电子科技大学出版社出版的《计算机系统结构》（第四版，李学干编著）作为教材，该书曾获得部级优秀教材一等奖和优秀教学成果二等奖，内容丰富，配有学习指导和大量习题。
本课程的主要内容包括：计算机系统结构的基础理论、数据表示与指令系统、输入输出系统、存储体系、重叠与流水和并行处理机等。以前面五个部分为重点教学内容，讲解时注意与先修课《计算机组成原理与数字逻辑》的衔接，特别要体现出“系统结构”侧重于设计方法和设计思想的描述这个不同点。
（三）课程教学手段的运用
（1）树立明确的学习目标
在课程正式开始之前先对“系统结构”的主要内容、学习重点和基本学习方法作一个总体性介绍，使学生对该课程有一个大致的认识；在课程的每一章开始讲解之前，首先也要明确指出这一章的学习目标，让学生把这个目标贯穿在学习过程中。例如，第一章系统结构的基础理论就是要抓住系统结构的基本概念、系统结构、组成与实现的关系以及软硬取舍的基本原则、计算机系统的设计思路；第四章存储体系的学习目标就是要理解虚拟存储器和高速缓冲存储器的管理方式与原理。如此，学生学习的目的更加明确，更容易抓住学习的重点。
（2）多种教学方式相结合
课堂教学宜采用多媒体教学与传统板书教学相结合的方式。多媒体教学无疑是目前高等院校普遍采用的优秀教学手段，以其形象的***文与特效演示对于加深学生理解知识点很有帮助；而传统板书教学也有其适用的场合，比如在介绍指令系统操作码的哈弗曼编码、发生中断时程序的运行过程以及流水线时-空***画法时就应该采用板书来演示，这样不仅能与学生有良好的互动，还能够更清晰地讲解知识要点。
另外，课外时间可以充分利用网络来强化教学效果，比如，利用论坛教学课件、提供阅读资料，利用电子邮件进行答疑辅导，这些对拓展学生的知识面、提高教学效率很有好处。
（3）启发式教学，注重能力的培养
“系统结构”是一门理论居多的课程，单向灌输算法思想必然不利于知识的掌握。授课时应多采用设计提问，启发思维的教学方法，引导学生自己去发现问题、分析问题和解决问题。
在教学工作中，还要注意培养学生良好的学习方法和自学能力。引导学生在学习过程中不断总结自己的学习方法，学会运用各种手段来获取知识，例如，可以布置学生课外通过查找资料完成有关“系统结构”最新发展的小论文。
三、课程教学改革实践案例
（1）堆栈型替换算法原理的教学案例
在存储体系这一章中，虚拟存储器替换算法的实现是教学的重点，同时也是难点。如果按照教材内容编排的顺序，直接给出抽象的逻辑表达式介绍堆栈型替换算法的定义，势必不利于学生对算法的理解。取而代之，先举出实例，比如使用lru法对页地址流进行一次堆栈处理，从处理结果总结出主存页数与命中率的关系，由此来说明命中率随主存页数的增加而单调上升，至少不会下降[1]，具有这种特性的算法就称为堆栈型替换算法。此时再引出逻辑表达式，将表达式的各个部分与实例相对应，进行归纳，给出堆栈型替换算法的定义，这样，学生就顺理成章地理解了算法的内涵。从教学效果来看，绝大部分学生能够准确地掌握该替换算法的涵义和替换过程。
（2）改进指令系统的教学案例
在数据表示与指令系统这一章中，介绍指令系统设计和改进的两个主要方向时，cisc和risc是一对需要学生重点理解的概念。前者是按增强指令功能的方向发展指令系统，而后者是按简化指令功能的方向改进指令系统。学生应该了解两者设计思想有哪些不同点，cisc和risc分别采用哪些基本技术，有哪些典型的应用，它们分别存在哪些不足和问题，为什么说今后的发展应是cisc和risc的结合。为了说明这些问题，可以让学生自己去查找实例资料，了解ibm 370、intel i486、ibm6150、intel i860这几个处理机采用的技术，让他们自己去分析查找答案。通过这种教学方式，不仅加深了学生对知识的理解，而且提高了他们查阅资料的能力。
另外，其他章节也有可以扩展的问题，比如，第7章多处理机的讲解可以结合目前热门的多核处理器，这两者的主要问题是一致的；更进一步地，可以让学生去了解单芯片多处理器(cmp)与同时多线程处理器(simultaneousmultithreading，smt)，这两种体系结构可以充分利用指令级并行性和线程级并行性，从而显著提高性能。
四、结束语
《计算机系统结构》这门课的内容可分为两个部分：第一是介绍计算机系统的基本组成，第二是分析提高系统性能的方法。把握好这两个方面，学生理解和掌握系统结构就容易得多。在教学过程中，合理安排进度，明确学习目标，采用多种教学方式，与实例紧密结合，积极引导启发，使枯燥的理论知识变为形象的感性认识，提高学生学习的兴趣，可取得较好的教学效果。
计算机系统结构篇5
关键词：计算机系统结构；教学困境；教学内容；教学模式；讨论课
计算机系统结构课程在高校计算机专业培养中是一门重要的本科高年级基础课，一直占有很重要的位置。它主要围绕计算机结构中整体及各个部分的优化技术以及量化分析方法，将计算机组成原理、编译技术、操作系统、高级语言以及汇编语言等软硬件知识相互贯穿，帮助学生建立计算机系统的完整概念，其重要性是不言而喻的。无论以后从事的是硬件还是软件设计，这门课都能帮助学生理解软硬件的关系，在软件设计中理解硬件的结构与发展趋势，同时设计硬件时了解软件的能力与缺陷。这样的一门课如果真正发挥作用，对计算机专业学生日后尽早适应本领域工作有很大的帮助。而现实情况是，这门课一直以来都是公认的难教、难学、枯燥无趣，真正将其讲好讲透并不容易。随着近十年国内广大教师的努力，这一现象有所改善，但还是存在不少困惑，并未完全体现出该课程的作用。
1.教学困境浅析
教学困境的存在与我国计算机软、硬件技术落后于美国等先进国家有很大关系。虽然现在我国在超级计算机的设计以及自主知识产权处理器芯片的设计上有了长足进步，但在很多方面还存在差距，有些方面的积累几乎为零。在这样的情况下，高校的计算机教育更需要正视这个现状，并尽力从人才培养这个层面为改善这种落后面貌而努力。
1.1难教的原因
首先这门课对授课教师的要求比较高。教师需要对计算机系统整体设计有很深的理解，通晓软、硬件相关的结构、编译、操作系统等多方面知识，并能将它们融会贯通。而实际上，很少有高校教师真正设计过计算机系统，甚至接触过系统级软件设计的人都比较少。另一方面，找到一本合适的教材也比较困难。最为经典的教材是由美国的Hennessy和Patterson合编的《计算机系统结构——量化研究方法》。这是一本非常好的参考书，但作为教材，对于国内读者来说，由于语言上的障碍，英文版的教材可能不能尽得其妙；而且由于诸多翻译上的弊病，中文版的国外教材也不理想。我国本土教材可能存在着以下几种困境：其一，知识陈旧，系统性不强；其二，近10-20年的技术在阐述上过于抽象，不成系统，难于理解；其三，大而全，有些技术只在特定时期的特定领域出现过，过于冷僻而且复杂，与其他部分的知识毫无联系。
教材的困境也反映了难教的现实。随着新技术的涌现，教材总是落后于现状。并不是说，我们将近年来该领域有影响的论文看一遍，就可将它们拿到课堂上讲。一方面，在众多新技术中，如何甄别出哪些是有发展前景？哪些又只是昙花一现？另一方面，如果未在该领域或方向上有较为深入的研究，要透彻理解这些新的技术也存在困难。如果只是泛泛地讲解新的技术名词，念念论文的摘要，为的是向学生或听课的领导炫耀一下，这可能是一种不负责的做法。计算机系统结构课程需要系统的知识体系，那些无法与现有体系相关联的技术，讲起来益处不大。
1.2枯燥难学的原因
学生难学只能在教师身上找原因。因为没有教不好的学生，只有不会教的老师。原因可能有几个方面：首先，早先选用的教材，知识较为陈旧，50年前的技术离现实较远，学生不知上课讲的东西有什么用，教师讲起来其实也觉无味。这方面大家已经意识到并有了很大的改善；其次，有些先进的技术或算法本身不是很好理解，需要学生集中精力听，并积极思考才能有所领悟；再者，由于计算机系统结构所涵盖的内容过于丰富，教师在讲解时必然会将其简化和抽象，这使得学生在学习时有时会感到枯燥。
1.3解决问题的思路
作为该领域的教师，只有承认困境，正视现实，才有可能找到解决问题的方法。最为重要的是教师要有改善现状的强烈愿望和责任感。下面笔者将从内容组织、教学方法以及教与学互动几个方面给出自己教学中的做法与感受。
2.内容的组织
内容的组织是核心。笔者认为教学过程中真正吸引学生的是内容，因为有意义的教学内容本身就有吸引力。学生对有意义的知识本能地有着较强的学习兴趣，教师只需要将知识系统地呈现给他们即可。
2.1教学内容的内在逻辑性与现实性
关键是教师如何让内容“有意义”且“系统地呈现”。这两点是关联的，一方面，知识与现实要有关联，这样就有了意义和价值；另一方面知识要体现前后的逻辑性，这就是系统性。
比如，对于处理器结构，一般会讲解指令流水线的工作原理、性能分析及流水线相关知识点。而有一些教材在讲指令流水线时，只用伪指令（用算术操作符表示），这部分内容本来就抽象，指令也没有具体的形式，使学生很难理解指令流水线的关键思想。因此首先给出一个精简的MIRS指令集是相当有益处的，当然也可以是任何其他的精简指令集。一方面，学生能够直观地体会前面讲解指令系统设计中诸多抽象的原则，同时也更容易理解在指令流水线中为什么这么设计。在讲解后续指令流水的相关及冲突时，具体的指令形式也有利于教师讲清楚各种冲突问题。只有搞清楚问题是怎么出现的，才可能理解后面的旁路技术或冲突检测方法等；只有对分支指令在流水线中的冲突有了比较直观的理解，后续的静态分支预测、动态分支预测、硬件推测执行等才有可能变得有意义。
在讲完流水线技术的原理、性能评价和冲突及其解决方法后，这一章似乎可以结束了。但是如果在最后加上流水线的实现这一节，会是一个非常好的处理。给出具体的一个指令流水线的数据通路，并给出不同指令在每一流水段的操作，试***引导学生给出旁路检测及控制的方法，通过设计多路选择器的控制信号来理解流水线设计中的旁路实现。这部分内容引领学生直观理解指令流水线的实现，还将前面学习的计算机组成原理中的控制器设计内容联系起来，让设计的计算机更进一步接近现实中使用的机器结构。
互联网络部分内容的组织一直是比较令人费神的，教学效果不好。一部分教材只是介绍了互联网络的基本概念及互联网络的经典拓扑结构等。就算是由美国的Hennessy和Patterson合编的《计算机系统结构——量化研究方法》的第三版，对这部分的组织也不是很好。最主要的问题就是互联网络的范畴非常广，关键是如何在计算机系统结构中介绍其中的互联。计算机网络课程中介绍过的网络介质、报文格式、包缓冲区、拥塞控制等知识，在这里并非用不上，而是在此处大而全地介绍不可能将真正重要的问题讲清楚，篇幅也不允许。所以大而全的讲计算机内部、计算机之间的各种网络以及网络所涉及的方方面面，教学效果并不好，而简单地介绍网络的拓扑结构及其性能参数等又比较抽象，容易让人不知所云，且与整个知识体系关联不大，不能起到将系统的软硬件知识贯穿起来的作用。因此我们可以首先将互联网络的范围限定一下，比如在计算机系统内部组件的互联，以及小、中规模的多处理机系统中的互联，然后将并行问题及并行算法、并行编程提供的通信原语与底层的互连结构相互关联，讲清为什么要这样互联，适合解决什么样的并行问题；讲清当前主流的多处理机系统中相应的数据网络、控制网络及管理网络的结构与软件使用情况。讲清或许存在一点困难，不过起码要将这些知识串起来，并与操作系统及并行编程的相关知识关联起来，这有很大的好处。
2.2拉近课堂与现实研究的距离
笔者认为对新技术的泛泛介绍不是没有意义，但对于高年级的本科生来说，更为重要的是让他们通过上这门课，逐步了解现实科研在哪里，以及与课堂上讲的知识距离有多远。通过教师自身的研究经历，将课堂上讲的知识逐步引到现实科研或本领域当下研究的热点问题中，才是真正有用的。中国科技大学网站上有唐锡南博士的相关讲座，该讲座是针对体系结构方向的研究生及高年级本科生而开的，授训对象都上过系统结构这门课，教学目标是对该课程的掌握作进一步地提高。该讲座在网上反响挺好，笔者比较受启发，也许这对上好计算机系统结构课也是有帮助的。比如在讲多处理机系统中的Cache一致性的问题时，他逐步引到具体实现中的一些困难，问题层层展开，有些问题可能需要一些手段来解决，有些问题恐怕还是难题。学生学习最重要不是学到答案，而是学会发现问题在哪儿以及解决问题的思路和方法，当他们了解到该领域前沿的研究思路时，必将增进自己未来解决问题的信心。比如，在讲多处理机系统时，从相应原理开始讲解，然后是现实硬件实现中可能有的变化及原因、并行软件运行中出现的问题，最后将硬件追求卓越性能与软件要求正确性及友好性的冲突展现在学生面前，再说明软硬件相互依存的道理，这比直接说明软硬件关系具体而生动，听起来也有趣。简明地讲清问题之间的关系，解决的程度，未解决的问题及难点所在，这对于开阔学生思路、增加学生对该领域探索的兴趣都比较有效。
3.变化的教学模式
传统的教学模式并没有过时，但有时新的模式可以发挥更好的效果。其次，一成不变的讲课模式从学期开始直至学期末容易令人厌烦，所以探讨变化的教学模式对于提高教学效果显然是有意义的。
3.1实践环节的介入
实践环节可以与课堂讲授相互穿插，不需要将理论部分全部讲完再安排。比如讲流水线及指令级并行时，适时地将相应的指令流水线的模拟器介绍给学生，让他们去体会指令的时空概念以及指令问的各种相关的影响，教师辅导时多问学生为什么。再比如讲存储层次时，Cache优化技术是其中比较重要的内容，这时也最好让学生实际使用相应模拟器去测，通过改变其参数来比较相关性能，可以引导学生通过分析复杂系统模拟器的结构来了解相应原理，或通过实现过程相对简单的模拟器来体会实现过程中的细节问题，这些都是比原理本身更为有用的学习体验。
3.2难一点的议题留给讨论课
对于高年级的本科生来说，他们的精力相当旺盛，自身的学习能力也比刚入学时强很多。此时将一些需要思考、理解的内容交给他们自学和交流，其效果可能会令人大吃一惊。通过自学，很多学生在课下花了不少功夫，并在学生间进行了充分的讨论和互助。课上讨论时，可以让学生主持，这会让学生兴奋，而且下面的学生往往很活跃，想通过为难一下上面的学生来展示一下自己。每一位学生其实都有着相当强的自尊心，所以这种形式会促进学生问的讨论。经验表明，往往平时表现一般的学生这时都有相当好的表现，他们自己也比较自信。如果学生说错了，不要马上说出来，而是将问题解析一下再次抛给大家，看看大家有什么想法，慢慢地大家都比较放松，让问题在讨论中逐步接近解决。
这样的讨论模式有时也会出现教师无法预料的情景，比如学生提出一些教师也未考虑过的问题，此时可能会给教师带来一些紧张感。遇到这种状态时，教师首先可以凭借平时深入的备课，稍作思考（可能5～10秒），问题可能就得到可以解决。这时讨论就变得更为引人入胜，学生的积极思考实际影响了讨论的导向，这种情况没什么不好。教师要有承担风险的勇气，同时还可享受到当堂弄清某些事情的兴奋。另一方面，教师需要逐步积累处置这种情景的经验，自己要意识到，同时试***让学生也意识到，有一些问题需要仔细的考虑，并不能马上得出结论，还有一些问题是一些开放的问题，并且承诺关于此问题教师经过一些时间的思考（可能一个课间休息，或下一次课）后，一定会给大家一个负责任的答复。这样学生会觉得讨论有趣，不会害怕犯错而拘谨；教师也在这个过程中感受到学生更为积极的学习状态，并因此受到鼓励。
4.了解并督促学生
教学的过程是教师与学生互动的过程。教师的每一次教学过程都不会一模一样。他要根据教学对象的不同，做出相应的内容调整，也要根据每堂课学生的状态做出相应的节奏调整。只有学生能够接收、愿意接收，教学才可能有效。
适时的提问可以让学生适当地紧张起来，但对于答错或说不出结果的学生，不要批评，让其周围的学生代为回答，然后一起坐下。对于讲解中的一些重要部分也可以通过提问来引起注意，经常的提问让教师更了解每个学生，同时学生与教师之间的关系更加紧密。作业的及时检查也是必要的，每次课前可以在黑板上将一些普遍性的问题进行分析、讲解。教师对作业的及时反馈可以提高学生的积极性，另一方面对于知识的复习与融会贯通都有帮助，学生从中可以体会到—个教师的责任心，这是非常重要的。教师的工作态度会影响学生，特别是有影响的、有一定声望的教师，他们的教学态度对学生的影响可能持续一生。
计算机系统结构篇6
计算机系统结构试题
课程代码：02325
请考生按规定用笔将所有试题的答案涂、写在答题纸上。
选择题部分
注意事项：
1.答题前，考生务必将自己的考试课程名称、姓名、准考证号用黑色字迹的签字笔或钢笔填写在答题纸规定的位置上。
2.每小题选出答案后，用2B铅笔把答题纸上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。不能答在试题卷上。
一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1分，共10分）
在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其选出并将“答题纸”的相应代码涂黑。错涂、多涂或未涂均不得分。
1.以下能够直接执行微指令的是
A.汇编程序 B.编译程序
C.硬件 D.固件
2.系列机软件应做到
A.向前兼容，并向上兼容 B.向后兼容，力争向上兼容
C.向下兼容，并向前兼容 D.向后兼容，力争向下兼容
3.在浮点数尾数下溢处理时，误差，但下溢处理不需要时间，平均误差又趋于0的方法是
A.截断法 B.舍入法
C.ROM查表法 D.恒置“l”法
4.在IBM370系统中，支持操作系统实现多进程公用区管理最有效的指令是
A.“测试与置定”指令 B.“比较与交换”指令
C.“执行”指令 D.“程序调用”指令
5.采用组相联映像、LRU替换算法的Cache存储器，不影响Cache命中率的方法是
A.增加Cache中的块数 B.增大组的大小
C.增大主存容量 D.增大块的大小
6.采用组相联映像的Cache存储器，可用于地址变换的方法是
A.目录表法 B.比较对法
C.页表法 D.堆栈法
7.ILLIAC-IV阵列处理机中，PE之间所用的互连函数是
A.PM2±0和PM2±3 B.Cube0和Cubel
C.Shuffle D.PM2±2
8.并行处理机有16个处理单元，编号为0～l5，采用shuffle单级网络互连，与13号处理单元相连的处理单元的编号是
A.15 B.11
C.9 D.7
9.间接二进制n方体网络是一种
A.多级混洗交换网络 B.单级立方体网络
C.多级全排列网络 D.多级立方体网络
10.多处理机程序段的指令之间存在数据反相关时，下列说法正确的是
A.不能并行 B.适当同步控制，可以并行
C.可以交换串行 D.若指令满足交换律，可以交换串行
非选择题部分
注意事项：
用黑色字迹的签字笔或钢笔将答案写在答题纸上，不能答在试题卷上。
二、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）
11.从计算机执行程序的角度看，并行性等级由低到高可分为________、________、任务或进程间和作业或程序间四级。
12.浮点数尾数基值增大，可使运算中的精度损失________，可表示数的精度________。
13.中断系统软硬件功能分配实质是中断________软件和中断________硬件的功能分配。
14.数据宽度是指I/O设备取得________后所传送数据的总量；数据通路宽度是________的物理宽度。
15.虚拟存储器主要是为解决主存________满足不了要求发展出来的；Cache存储器是为了解主存________满足不了要求发展出来的。
16.虚拟存储器对________程序员是透明的，对________程序员是不透明的。
17.解决重叠相关处理的两种基本方法是推后________和设置________。
18.按多功能流水线的各段能否允许同时用于多种不同功能连接流水，可把流水线分为________流水线和________流水线。
19.N个处理单元的混洗交换网络中，最远的两个人、出端的二进制编号是________和________，其距离为2log2N—l。
20.松耦合多处理机可以有________型和________型两种构形。
三、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）
21.简述通道的3种类型各适合连接什么类型设备，说明各种类型通道在满负荷时的实际流量与所连接设备的关系。
22.简述并行性从计算机系统处理数据的角度划分的四个等级，并各举一例。
23.简述透明性概念，说明下列哪些对于计算机系统结构是透明的。
浮点数据表示；字符串运算指令；阵列运算部件；通道是采用结合型还是***型；访问方式保护；数据总线宽度；Cache存储器；存储器的最址单位；存储器的模M交叉存取，串行、重叠还是流水控制方式。
24.简述数据表示和数据结构之间的关系及引入高级数据表示的基本原则。
25.简述实现指令的重叠解释必须在计算机组成上满足的要求。
四、简单应用题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）
26.机器有5级中断，中断响应次序为12345，现要求实际中断处理次序为23154。
(1)设计各级中断处理程序的中断级屏蔽位的状态，令“0”为开放，“l”为屏蔽；
(2)若运行用户程序时，同时发生1、3级中断请求，而在l级中断服务未完成时，又发生2、3、4、5级中断，请画出处理机执行程序全过程的示意***（标出交换PSW的时间）。
27.求A1、A2、…、A8的累加和，有如下程序。
Sl A1=A1+A2
S2 A3=A3+A4
S3 A5=A5+A6
S4 A7=A7+A8
S5 A1=A1+A3
S6 A5=A5+A7
S7 A1=A1+A5
写出用FORK、JOIN语句表示其并行任务的派生和汇合关系的程序，以假想使此程序能在多处理机上运行。
五、综合应用题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）
28.有一个4段的单功能非线性流水线，其预约表如题28表：
题28表
时钟
时钟 段号t1t2t3t4t5t6
S1√√
S2 √√
S3 √
S4 √
(1)分别写出延迟禁止表F，冲突向量C，并画出冲突向量的状态转移***；
(2)写出其流水线的调度方案及此时的吞吐率。
29.有一个虚拟存储器，主存有4个实页，页号为0~3，程序有8个虚页，页号为0~7，采用全相联映像和FIFO替换算法。给出如下程序页地址流：2、3、5、2、4、0、1、2、4、6。
计算机系统结构篇7
关键词:课题驱动;教学方式;教学效果;计算机课程
中***分类号:G642 文献标识码:B
1引言
“计算机组成与系统结构”课程是大学本科计算机科学与技术相关专业的主干课程,它以前期课程为基础,并为学生后期进入毕业设计打下良好的基础。该课程计划学时大约70学时左右。以往教学有的采用只讲授和练习,不实习的方式;有的采用讲授、练习和实习相结合的方式。不同的学校根据各自不同的特点,采用不同的教学方式,均能收到相应的效果。只讲授和练习可以从理论上、逻辑上取得一定的效果;实习可以在动手能力上取得一定的效果,但由于实验安排局部性较强,学生往往不能达到自主学习、主动学习的境界。以课题驱动的教学模式正是在此基础上提出来的,目的是达到更好的教学效果。
2课题驱动的优越性和可行性
2.1课题驱动使课本知识实用化
课题一般是与课程有关的日常应用实例,学生对该实例的使用方法是熟悉的,对其实现原理和方法是不熟悉的,而通过课程学习能够达到变不熟悉为熟悉的目的。课题可以是科研课题,也可以是为课程学习而专门设计的课题。课题虽然不能包容课程的所有部分,但可以起到“麻雀虽小五脏俱全”的作用,通过课题使课本内容在学生头脑中具体化、现实化,使课本知识不只是学生头脑中的符号和概念,而成为实用性很强的、看得见、摸得着的东西。
2.2课题驱动能提高学生学习课本知识的兴趣
为了实现课题,学生会开动脑筋去想象,去思考实现课题需要哪些知识和工具,如何运用知识,采取什么方法和步骤进行设计,期间会遇到一系列的问题,随着问题的解决,最终完成课题,将课题推进到使用阶段。为了完成课题,学生可能会带着问题提前对课本进行学习,在学习中进一步产生新的问题;也可能通过网络去查阅相应的资料,在阅读资料的同时也会产生相应的问题,会感到自身知识的不足,从而推动对课本知识学习的欲望。
2.3课题驱动能营造自主学习的氛围
提出问题是学习进步的前期动力。对于初步接受新知识的学生来说,当他第一次遇到问题,并自主地对该问题做出正确的回答时,便真正进入到学习中来了。
如果总是不能提出问题,或不能对问题做出自主的回答,可能是前期知识不够,这需要通过个人努力,对前期知识进行补充,才能入门。能够提出问题,而问题的提出是在知识的灌输中逐渐产生的,下一个问题是什么?学生的头脑中并没有前瞻意识,这就是被动学习。即使问题的提出是通过课前预习而产生的,其中存在着一定的主动性,也难以使学生达到自主学习的氛围。
而围绕所授知识,给学生以课题,循课题而产生问题,从而推进学生对知识的学习兴趣,达到自主学习、教学相长,这便形成了课题驱动的教学。
2.4课题驱动使教学效率更高、效果更好
由于学生是在研究课题的过程中,来学习课本知识的,教师在课堂上讲授知识时,学生是带着自身的问题去听课的,总是试***通过课堂和实验来找到问题的答案,教师所授正是学生所需,这就带动了学生对听课和实验的兴趣,使其学习重点明确,对知识的理解更加深入、记忆更加牢固。教师充分讲授,学生高效吸收,教与学相互促进,从而使教学时效得到真正的提高。
2.5课题驱动的可行性
达到上述学习境界的前提是必须有课题。有人会担心:在学习阶段就去搞课题,会不会影响其它课程的学习,时间够不够用,经费从哪里来――这就涉及到课题的选择问题。
课题选择不宜过大,但应具有实用性,能带动学生的学习兴趣,能够通过课题找到课程学习与实际应用的结合点。对于大的课题,教师要善于引导学生把握局部与总体的关系。可以通过阶段性控制,来把握学生研究课题的程度,从而解决时间不够用的问题。譬如只要求学生完成详细的原理***设计,或只要求对部分原理***进行详细设计;而印制电路***或实现原理***与语言描述文件可以是局部的,或不作要求;实现也可以是部分的,或不作要求;用到的工具可以告诉、甚至提供给学生,但不作具体要求。能力强的学生可以完成多个阶段的工作,甚至达到实用阶段。
实践证明,这种要求与不要求、取与舍、根据能力因人而异的方法,在教学中是可行的,并能收到良好的效果。
3课题驱动的具体实施和效果
3.1 “计算机组成与系统结构”课程教学内容
“计算机组成与系统结构”课程内容由多个部分组成,包括运算器的构造和设计方法、CPU与控制器的构造和设计方法,主存储器构造及其相关技术,三级存储器结构以及高速缓冲存储器、虚拟存储器工作原理,外设、总线、接口和输入输出方式等。而CPU与控制器部分一般提供简单虚拟机和相应指令系统,可以进行机器级或汇编级程序设计讲解;而总线结构和总线标准,则将计算机系统结构从简单推向复杂、从低级推向高级。
3.2课题的选择
课题的选择可以从两方面入手:低级系统设计,包括硬件设计(印制电路板和芯片设计)、软件设计(机器级和汇编级程序设计);高级系统设计,即接口级、总线级硬件和软件设计,以微型计算机系统为设计基础。而作为入门,以低级系统设计选题为主,如可以选择指导学生进行诸如电子词典设计等。
课题不可能面面俱到,包括课程的所有部分,而通过课题可以对课程的某一点或多个部分进行应用。譬如课题的一些部分可以是现成的(即从市场上可以得到成品,如芯片),拿来就可以用的,一些部分则要由学生来具体设计,这些需要设计的部分就是课本与实际应用的结合点。
3.3课题驱动的具体实施
在开课前,应动员学生进行选题,并介绍和提供一些工具和芯片资料给学生(如Protel 99SE、Quartus II、Altium Designer 6等等)。课题内容可以随实验教学同时进行,一般实验教学是按章节进行的,实验课内容不是按课题内容安排的,而又与课题内容存在着必然的联系,应允许学生在实验课期间,二者兼顾进行课题研究。
教师应指导学生进行总体设计,并指出设计重点,要求学生对重点内容进行详细设计。对于一个课题,不同的
学生可以有不同的侧重点,如一个学生可以对存储器系统进行详细设计,另一个学生对接口和外设进行详细设计,别的学生还可以侧重系统软件的设计,软件设计又可以进一步划分侧重点,如指导一些学生进行输入输出系统软件设计等等。
在进入详细设计阶段后,教师应根据学生要求,为学生提供与具体设计内容相一致的资料,供学生阅读,这样可以缩短设计周期。当然从培养能力考虑,也可以为学生提供一些***,让学生自己去***资料。教师还可以选择学生提出的一些典型问题,结合课程在课堂上进行讲解,通过这些问题讲述课程,讲述原理、方法、和开发环境等,这样可以起到引导学生和有效传授知识的效果。
课程中期,教师应对课题进度和内容进行检查,对学生的不正确做法进行纠正,并对学生进行有针对性的指导,这些工作是在实验课上进行的,这样做能够有效地保证课题的进度。
课题结束时,不仅要求学生提供课题报告,还应有相应的阶段性成果,如设计文件、相应的能够实际运行的实物等,这些是评价课题的最终依据。
3.4课题驱动的实施效果
课题设计一般占课终成绩的20%,学生完成总体设计和局部详细设计占10%,完成印制电路或芯片设计占5%,完成实物设计占5%,如***1所示。这样的比例可以控制学生的研究重点,一般所有学生都能完成总体设计和局部详细设计,70%的学生能够完成局部印制电路或芯片设计,少数学生可以完成实物设计。
***1课终成绩的比例划分
4结束语
以课题驱动的方式,在学生完成课题的过程中,对课程教学起到了潜移默化的作用,使原有的效率不高的、以灌输为主、被动学习的教学,变为以培养能力为主、主动学习、自主学习的教学模式,这种模式可以有效地传授知识,使知识与应用找到结合点,使教与学达到最佳效果。教师传授的知识,对于学生来说不再是没有应用基础的概念和方法,而是活学活用的、能够深刻理解的、可以随时拿来使用的知识。在教与学的过程中,我们看到了学生对学习的浓厚兴趣和极大热情,及因之而带来的良好教学效果。
参考文献:
计算机系统结构篇8
在21世纪，人们常用“云计算”技术存储各种数据信息，这样虽然方便保持和查阅信息，却也存在不容忽视的漏洞，严重影响数据信息的传输安全与存储安全，对此，必须着重健全计算机网络系统，优化计算机网络结构，科学构建云计算平台，努力实现网络系统智能化与自动化。
一、“云计算”环境中的计算机网络安全问题
“云计算”环境中的计算机网络安全问题主要体现在两方面:第一，数据信息传输安全问题。在“云计算”环境下，企业组织、事业单位与个人信息均以大数据的形式存储于云端系统，在数据信息传输过程中，黑客会利用系统漏洞窃取和拦截信息。第二，数据信息存储安全问题。当前人们大多只借助云计算模式来存储信息，却忽视了云端数据的安全维护管理，这样很容易导致信息被恶意删除和篡改［1］。
二、如何维护计算机网络安全
(一)健全计算机网络系统全面做好“云计算”环境中的计算机网络安全维护工作，首先要着重健全计算机网络系统以保障计算机信息传输和存储的安全性与稳定性，结合网络运行情况设计安全管理方案，尽可能降低数据信息风险指数。其次，在提升计算机网络系统的安全质量的同时应注重加强计算机信息处理能力，优化判断区分功能，为计算机应用层和信息传输层设置安全套接，以此构建安全可靠的网络环境。另外，应分别采取物理手段和逻辑方式及时消除风险因素，避免数据信息在传输过程中出现泄漏问题，确保计算机网络系统的安全运转［2］。
(二)优化计算机网络结构目前，随着大数据技术的不断发展，中国网络结构从开始的有线网络为主体，逐渐发展为有线网络与无线网络并存，再转为无线网络占据主体位置的形式。在国内网络业务使用逐渐扩大的情形之下，满足海量数据信息筛选、传输、整合、分析与安全存储，网络管理人员要不断的对网络业务进行梳理与整合，全面优化数据网络结构，整理分区网站，建立统一的网站管理平台。其次，各行业应该建立数据共享平台，减少数据的单独采集带来的危险性，成立专业的网络安全管理小组，由专业人员依次开展数据安全采集、存储、分析、维护工作，细化数据网络结构层。目前，从整体结构来看，数据网络结构层主要分为三层，分别是数据展示层、数据分析层和数据整合层，其中，数据展示层能够利用多媒体终端促进计算机与手机、U盘、MP3、MP5等多媒体用具的连接，提供***形、动画、视频等信息;数据分析层主要用于分析和挖掘多维数据，同时做好数据统计分析工作，实施安全监测预警，并进行诊断与改进;数据整合层能够诊断数据可，整合结构化数据资源、互联网资源和非结构化文档，并做好所有数据信息的安全存储工作。另一方面，优化网络结构与计算机组网模式，须根据计算机网络系统服务规模设置配套的结构管理体系，将数据信息活动的“接入—汇聚—核心”的组织架构转变为扁平化管理结构体系。需要注意的是，扁平化结构并不是要求在物理层次上的减少，而是在各行业局域网络设备的承受功能上进行区分，可以将网络的逻辑整理为宽接入层以及业务控制管理层［3］。
(三)科学构建云计算平台网络安全管理人员可以充分利用云计算技术对安全网络存储设备进行全面优化，逐步构建网络处理“云”，尽量降低对存储设备以及服务器购买的数量，借助虚拟技术搭建云计算平台，做好网络资源的调配工作，分别采取物理手段和逻辑方式及时消除风险因素，避免数据信息在传输过程中出现泄漏问题，确保计算机网络系统的安全运转［3］。
(四)借助人工智能技术健全计算机网络系统提高人工智能在计算机网络技术中的应用效果，优化人工智能技术在计算机网络中的应用效果，必须充分借助该技术健全计算机网络系统，将人工智能技术植入各分支系统中，以此维护计算机网络系统的安全性，实现系统智能化与自动化［4］。其次，在提升计算机网络系统的安全质量的同时应注重借助人工智能技术加强计算机信息处理能力，优化判断区分功能，为计算机应用层和信息传输层设置安全套接，以此构建安全可靠的网络环境。再次，要充分利用人工智能技术来优化计算机保护策略、检测策略、快速相应策略和安全恢复策略。其中，人工智能主导下的计算机保护策略能够通过限制用户权限与验证程序来避免非法访问，维护网络数据信息的安全性，避免信息泄露和非法窃取问题。检测策略能够密切关注计算机网络的运行状况，监测并排除网络系统漏洞，避免计算机受到病毒的恶意攻击。快速响应策略则是在计算机网络系统运行出现问题之后能够迅速自动重启并净化网络系统。恢复策略属于最为保险和关键的策略，该策略主要编制于高层策略和计算机操作层之中，当计算机网络受到病毒攻击之后，该策略能够及时恢复备份，保护重要信息。
计算机系统结构篇9
关键词：建筑工程；概预算，计算机辅助系统，CAI系统
一、计算机辅助系统的研发及设计方法
（一）系统的数据结构
系统的数据分为三类：1)系统要输入的数据就是工程量数据，工料机价格调整数据及取费系统的调整数据。2)系统要使用的数据就是定额库，及与定额库相关的数据。3)系统的输出数据就是概预算数据成果形成的各种报表，包括工料机汇总表、费用汇总表、经济指标等。
1、工程量数据库结构
通过施工设计***纸计算出各施工部分的工程量，是概预算的基本数据。其结构为：定额号、分号、是否换引、表达式、工程量。
2、工料机价格调整数据库结构
由于建筑工程施工的具体地区和时间不同，工料机费用均不尽完全相同，从而要相应的调整，其结构为：工料机号、单位号、调整类型、数量。
3、取费系数调整数据库结构
由于建筑工程施工的具体地区和时间的不同，有些材料，有些结果数据项目，以及劳保费率、税率等取费的系数不是一成不变的，因此，1)具有计算式的取费系数调整数据库结构：计算项代码、项目名、计算式，其中“计算式”也可以是具体的数值。2)具有统计式的取费系数调整数据库结构：统计项目代码、项目名、统计范围。
4、工料机字典数据库结构
一定时期，国家和各省市颁布的有一个人工、机械、材料等单位、单价的标准，即工料机字典，其结构为：工料机号、工料机类别号、单位号、单价、半成品定额代码。
5、定额数据库结构
一定时间，国家和各省市颁发的有一个各施工单元的单位，单价及所含的工料机情况等标准。1)定额代码数据库结构：定额号、分号、定额名称。2)定额汇总数据库结构是对定额中的各种费用的一个汇总，其结构为：定额号、分号、单位号、单价、人工费、机械费、材料费、工料机数据个数。
6、工料机汇总数据库结构
对于套定额(计算、统计)时要产生一些结果数据库就是其中一个。
（1）无格式工料机汇总数据库结构
在套定额时对半成品定额不作进一步细分的工料机汇总数据库，其结构为：定额名称、材料名称、单位、单价、用量、价格。
（2）有格式工料机汇总数据库结构
对半成品定额进行细分的工料机汇总数据库，其中又分为定额汇总，定额工料机分类汇总。1)定额汇总数据库结构：定额号、分号、定额名称、单位、单价、工程量、价格、人工费、机械费、材料费。2)定额工料机分类汇总数据库结构为：定额号、分号、工料机号、单位、单价、用量、工程量、价格。限于篇幅，这里仅列出以上几个重要的数据库结构。
（二）系统的特色
建筑工程概预算计算机辅肋系统通过本设计方法及模型在Foxpro2.5B For windows下开发的软件，人机界面美观流畅、使用方便、完全体现Windows风格，具有很强的扩充性，对定额库和工料机字典的修改非常简捷。同时使用了RQBE技术，较完善地提供了联机帮助，在实际概预算中得到了较好的检验。
二、CAI系统的开发
（一）系统设计的总体思想
系统设计的总体目标是利用计算机技术辅助建筑工程概预算的教学工作，在各个职能之间实现信息的共享形成数据信息网络，为教师教学提供一个和实际工程相联系、操作性强的界面，为学生学习提供一个直观的辅助工具，以加强学生对建筑工程概预算的理解，改变教师上课时由于主观性较差而使学生难于理解的局面，增强课堂教学效果，提高教学水平。
基于以上的系统设计目标，可以确定如下的系统设计总体思想：⑴运用系统工程的原理对系统进行总体规划，采用信息系统结构化设计的方法进行系统分析和系统设计，特别要注意模块之间各项内容的对应关系；⑵运用计算机关系数据库和***象处理技术，将定额内容和实物***象结合起来，为教师教学提供有力帮助。
（二）系统的结构分析
系统的总体结构即系统的概念模型。按照以上确定的系统设计思想，通过系统分析，将建筑工程概预算计算机辅助教学系统设计成为包含定额编号、工程子目称/基价、实物***象四个主要部分的系统。
1、基础工作
包括基础表格设计和代码设计。其中，基础表格设计是为保证计算机方便识别信息，必须对系统的代码、名称进行标准化、统一化。基础表格设计主要包括以下几个方面的工作：信息分类，明确管理内容，制定控制表格。代码设计是为适合计算机系统的识别要求，必须建立一套完整的编码系统，保证在最小单位的部位空间对应唯一的代码。代码主要有顺序码、层次码和助记码等几种，在编码的过程中可以根据需要进行选择，或将几种编码结合起来使用。
2、用户权限的设计
合理划定用户的读写权限，可以在保证数据安全的同时，保障系统的正常运转。为保证系统使用过程中的保密性，系统应对不同的使用者进行权限设计，通过用户登入的身份、姓名和口令进行确认。
3、用户界面的设计
整个系统信息的输入、流通、存储等工作是通过用户界面来实现的。在用户界面的环境下，每个用户通过权限设计，调用各个子系统，实现相应的功能。整个系统的用户界面按照统一的windows风格进行界面设计，以使用户界面做到美观、实用、统一，方便用户的使用。
4、数据库的设计
系统的数据库是由多个数据库构成的，因此，数据库的设计和建立就成为整个信息系统设计的关键环节。一个数据库一般服务于多个应用程序，所有数据库都以二维表的形式来实现，同时，通过分析数据之间的关系将复杂的多维数据分割为较小的稳定的数据结构来进行规范化。
5、使用支持系统的设计
在信息系统中，任何的信息流通都是为使用服务的，经过处理的、科学化的信息对使用者起着支持的作用。作为管理信息系统的一个组成部分，使用者通过与各个系统的对话，从各个系统中取得相应的信息。用户主要将工程子目名称、定额基价、实物***象三个方面作为使用的目标，因此，本系统在开发过程中也将以上三个方面作为开发的对象。
计算机系统结构篇10
关键词：计算机网络 系统集成 信息共享
1、明确计算机网络系统集成目标
目前在多数企业中，都会根据企业实际需要构建企业内部的计算网络。随着计算机网络的发展，在企业内部的网络内，不但要实现日常的文件传输和网络打印等功能，还要支持QOS特性。并且随着网络功能的增多，企业内部网络的带宽要随之增加，否则将无法实现在企业内部有效的语音通信和视频会议。除此之外，企业对内部网络还有以下要求：（1）企业内部的网络要有足够的稳定性，要安装电源缓冲装置，防止由于突然断电而引起的网络故障。（2）企业内部网络要具备应急预案，防止网络突发性瘫痪带来严重的影响。（3）企业内部网络要在设计的时候预留出一定的余量，为了日后网络扩容做准备。（4）企业内部的网络要具备足够的安全性，要能抵御外部网络的病毒攻击和木马侵袭。通常的做法是在企业的内部网络设置路由器、安全控件、防火墙以及DMZ区。除此之外，还应使用数据加密的手段，对企业内部网络传输的信息进行加密处理。数据传输的线路选用全屏蔽双绞线，保证信息传输的稳定性和保证信息传输安全。
随着企业内部信息量的增加和数据通信的需要，企业的内部计算机网络产生了扩容的需要。这种需要不只是存在于计算机网络中，还包括一些其他的设备以及需要实现的功能。于是怎样实现企业内部计算机网络的扩容成为了一个重要问题。由于这里面不只是计算机网络的简单扩容这么简单，还包括了网络之外的一些设备和功能的扩展。考虑到这些现实需要，仅仅依靠网络技术是难以达到目的的，于是我们引入了计算机网络系统集成的概念，使用计算机网络系统集成技术实现了企业内部网络扩容的目的，有效的扩展了企业内部计算机网络，扩展了企业内部计算机网络的功能。
由此可见，计算机网络系统集成技术的功能性非常强，在现实中可以作为一种新式技术手段在企业的网络构建中得以运用。通过对企业现实需要的分析，要想在企业应用计算机网络系统集成技术，就要明确计算机网络系统集成目标。
2、计算机网络系统建设的原则
在构建计算机网络系统的时候，为了实现计算机网络系统的功能，需要明确以下原则：
2.1 计算机网络要保持先进性
考虑到计算机网络技术发展的快速性和更新换代快的特点，我们在构建计算网络系统的时候，一定要具有超前意识，要采用目前最先进的网络技术建设计算网络系统，并预留出升级空间。
2.2 计算机网络要使用国际通行的标准
在构建计算机网络的时候，为了提高网络的通用性和与外网的衔接能力，需要使用国际通行的标准和接口，需要保证计算机网络的通用性。所以，使用国际通行的标准已经成为网络未来发展的趋势。
2.3 计算机网络要保证一定的兼容性
随着网络技术的高速发展，计算机网络要想实现顺利升级和功能增强，就要在网络建设的时候保证一定的兼容性。所以，计算机网络的兼容性已经成为了构建网络的一项硬指标。
2.4 计算机网络要保证可以升级和根据需要进行扩展
计算机网络的发展速度已经超出了我们的预期，所以计算机网络的升级和功能扩展已经成为网络的现实需求。因此，从计算机网络的应用角度来看，计算机网络必须要具有升级和扩展的能力。
2.5 计算机网络要具有非常高的安全性
由于企业内部有些信息需要保密，因此，企业内部的计算机网络要具有非常高的安全性，要能够抵御外界病毒的入侵和木马的侵袭，要能够保证网络运行环境的安全。所以，计算机网络系统构建的时候，必须要重视安全性。
2.6 计算机网络要保证较高的稳定性
企业内部的计算机网络必须要具备交稿的稳定性，这主要是因为目前企业对于办公自动化的依赖程度较高，需要随时的利用网络来处理办公数据和办公文件，所以，计算机网络的稳定性非常重要。
2.7 计算机网络要简单易学，便于操作
计算机网络要想提高利用效率，就要简化操作系统，降低操作难度，便于用户操作和掌握，只有这样才能使计算机网络更好的为企业用户服务。所以，计算机网络要简单易学，便于操作。
2.8 计算机网络要便于管理和维护
企业内部的计算机网络，要想实现安全稳定运行，需要投入一定数量的网络管理员对整个网络进行维护维修，所以，为了提高维护维修效率降低维护维修难度，就要提高计算机网络的易管理和易维护性。
3、计算机网络系统集成技术实施方案
在计算机网络系统集成技术实施的时候，需要制定综合布线方案。具体分为以下几个步骤：
3.1 进行需求分析
计算机网络系统集成技术实施的时候，需要进行需求分析，需求分析分为几个方面，主要包括：（1）开放性需求；（2）灵活性需求；（3）可靠性需求；（4）先进性需求。
3.1.1 开放性需求
开放性需求主要是指计算机网络系统结构应该采用国际通行的标准，并且网络结构对于外界是完全开放的，允许同外界网络直接互联。
3.1.2 灵活性需求
灵活性需求主要是指网络结构应选择那种易于扩展和替换的，无论是网络系统内扩展还是替换网络设备，都不会对原有的结构产生影响。
3.1.3 可靠性需求
可靠性需求是指计算机网络结构必须满足可靠性的要求，必须要为客户提供安全可靠的网络运行环境，所以，网络的可靠性对企业而言很重要。
3.1.4 先进性需求
先进行需求主要是指在网络布线的时候，要选择合适的网络结构和网络线路模式，比如应采用光纤与双绞线混合的布线结构，并提高光纤线路的比例。
3.2 选择合适的综合布线结构
目前的计算机网络系统布线结构多数都会选择星型拓扑结构作为主要的布线结构形式。星型拓扑结构由一个中心主节点向外辐射延伸到各从节点。由于每一条链路从主节点到从节点的线路均与其他线路相对***，所以布线系统设计是一种模块化设计。主节点可与从节点直接相连，而从节点之间的通信只有经过主节点的交换才能完成。智能大厦的计算机网络在主节点配置一台主交换机，在每个楼层配线间配置交换机或集线器，楼层配线间交换机或集线器与主交换机连接。星型拓扑结构的主要优点是星型拓扑结构的所有信息通信都要经过中心节点，所以比较容易维护与管理。利用楼层配线间的配线架的跳线，可以移动、增加或减少终端设备，操作容易、适应性强。每一条链路的相对***性，使某一线路故障不影响其他工作站的运行，并且有利于故障的排除。
3.3 进行系统总体设计
进行计算机网络系统总体设计的时候，需要根据网络系统布线结构设置主机位置，连接网络终端。在进行系统总体设计的时候需要遵守以下原则：
（1）系统总体设计时要优化网络终端位置，要将网络终端的位置设置在易于布线的位置，方便线路总体布局。
（2）系统总体设计时要绘制网络拓扑结构***，绘制网络拓扑结构***的意义在于，可以为日后的网络维修维护提供网络终端位置。
（3）系统总体设计时要明确设计目的和要求，只有明确了设计目的和要求，才能保证实现系统所需功能。
3.4 系统结构设计描述
计算机网络系统结构设计的过程是一个复杂的过程，在整体设计的过程中必须对每一个细节都要考虑详细了，做到全面细致。整个局域网络采用多层数据交换原则设计，这样的设计方案使得整个局域网的运维管理，以及网络故障排除变的更加简单，减少了网络管理员的工作负责性，并且使未来的升级变的更简单且迅速。由此可见，计算机网络系统结构设计的要点在于要充分满足系统的各项功能要求，要体现出系统的结构特点和结构优势。因此，我们要做好系统结构设计的总体描述工作。
4、计算机网络系统集成技术的服务器选型
计算机网络系统集成技术的服务器在选型的时候，要明确选型原则，那就是以应用为核心，在设计中充分考虑到教育管理和多媒体教学的要求，并且网络技术上应该具有一定的先进性，同时还要为以后的扩展留有一定的空间。计算机网络系统集成技术的服务器选型主要分为核心层交换机选型和接入层交换机选型。目前主要的核心层交换机型号为神州数码DCRS-5950-28T-L（R3），接入层交换机型号为神州数码DCS-3600-26C（R3）。这两种型号的服务器都是目前应用比较广泛的型号。通过对服务器的合理选型，可以实现计算机网络系统集成的目的，可以发挥集成技术的优势，构建企业内部计算机网络。
参考文献
[1]杨波.网络安全理论与应用.电子工业出版社，2002.1.
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