近五年来,我们在课程本身和围绕本课程的课程群建设两个方面进行了一系列的教学研究和教学改革实践。在先进教学理念的指导下,采用科学合理的教学方式,优化教学内容和实验教学设计,使得本课程建设取得了一系列成果。
  ① 本课程为南京大学精品课程、江苏省精品课程,同时也是教育部—微软精品课程;
  ② 本课程网站2009年在江苏省高等学校优秀多媒体教学课件遴选中获特等奖;
  ③ 以本课程为核心的“计算机系统与设计”课程群被评为江苏省优秀课程群;
  ④ 以本课程为基础的本科生创新项目“基于FPGA的MIPS32流水线处理器的设计与实现”在美国Altera公司举办的2009年亚洲创新设计大赛中获得中国大陆赛区二等奖;
(在主要由研究生参加的全国近630个参赛队中荣获5名
  ⑤ 编写并出版了教材《计算机组成与系统结构》(清华大学出版社,教育部普通高等教育“十一五”国家级规划教材)。

  本课程内容与UC Berkeley、Stanford、CMU、MIT和UIUC等国际一流大学的相关课程内容接轨,课程实验内容也在向这些大学看齐;在国内同类课程中,在教学理念、教学方法、教学内容、实验内容、教学资源建设等方面都具有特色,课程建设总体水平处于前列,具有很好的示范和辐射作用。

1.在教学理念和教学方法方面具有先进性

  从目前国内同类课程的教学现状来看,基本上采用“就硬件讲硬件,软件和硬件分离”的教学模式,导致学生不能很好地建立本课程内容和相关软件内容之间的联系;而且国内大部分学校将“计算机组成原理”和“计算机系统结构”分成两门课程,这样,容易造成因课程内容衔接不当而引起大量重复的问题。

  我们认为,随着多核技术的出现,计算机组织和系统结构这两部分内容更加相互融合,密不可分,因而在本课程中我们将两者有机结合,并率先提出和实施了“将相关软件内容和课程内容有机结合”的教学模式,将程序设计、操作系统和编译原理等软件课程中与本课程内容相关的内容引入本课程的课堂教学和实验教学过程中,使学生能站在计算机系统设计的高度,从程序员的视角理解系统结构和硬件设计的内容,并为后续课程的学习打下良好的基础。

2.在教材和教学内容方面具有可推广性

  从目前国内同类课程所用教材及教学内容来看,在计算机性能评价、指令集体系结构与高级语言程序设计的关系、存储器分层结构及其存储访问过程中的软/硬件接口、CPU设计和指令流水线技术、计算机结构与编译优化的关系等诸多重要方面的内容较少且不具体,不利于学生深入理解现代计算机系统设计的核心内容。

  我们在教材内容和整个课程教学过程中,对上述所列重要内容进行了充实和强化,并通过大量实例分析引入这些概念。特别是在流水线CPU设计方面,具体完整地介绍了11条MIPS指令在流水线中的执行过程和遇到的各种冲突现象及其基本处理方法,并将异常和中断处理、存储访问等过程与指令的流水执行过程结合起来介绍,使学生能够较为深入地理解硬件和软件之间的接口,并为开展流水线CPU设计实验打下基础,也为学生能够编制充分发挥硬件性能的高效程序,以及深刻理解编译优化技术等方面提供了较好的指导。

3.在实验教学内容和实验方法方面具有示范性

  从目前国内同类课程的实验教学现状来看,基本上很少有学校开展与本课程内容相关的高级语言程序设计实验;全面开展基于硬件描述语言和FPGA的流水线CPU设计实验的学校也不多。大部分学校的硬件实验停留在微程序控制器的验证性实验阶段,部分高校用软件模拟设计CPU,只有少数高校在FPGA上进行CPU设计实验。

  近几年,我们率先提出并采用了“编程实验”、“硬件设计实验”和“创新实验”三阶段递进式的创新型实验教学方案,硬件设计实验起点高,要求在FPGA上实现能执行22条各类代表性指令的流水线CPU。从“高级语言程序设计”和“ISA及硬件设计”两个层次来规划实验内容,使学生能从高层的程序员和低层的ISA及硬件设计者两个不同的角度来理解课程内容,以建立完整的计算机系统整机概念。同时,我们在学生自主创新实验方面也有特色,为那些对计算机系统底层软硬件开发感兴趣的同学开设创新实验课,并提供实验平台和支撑条件,取得了较好的成绩。

4.在教辅资源和教学交流平台方面具有辐射性

  本课程网站属于南京大学985一期工程建设项目,从2002年开始建设,经过这些年来的不断修改和完善,逐步建成了具有形式多样、内容丰富的一整套教学资源库。网站中不仅包含了教学大纲和每一章的主要内容、教案、习题解答、配音动画、视频讲解、中/英文术语解释、常问问题、即时练习、例题分析、本章小结等内容,还提供了能够交互的虚拟实验和模拟装机实践,以及丰富的最新相关参考资料;特别是课程讨论区的设置为师生之间、学生之间提供了一个方便有效的交流平台。本课程网站在资源数量、内容质量、表现形式多样性,以及交流互动性等各方面都堪称精品,获江苏省优秀多媒体课件特等奖,在国内同类课程的教学中具有很好的共享性和辐射作用。