浙江大學(xué)計算機硬件課程改革

1、浙江大學(xué)計算機硬件課程改革,浙江大學(xué)計算機學(xué)院 施敏華 （smh@cs.zju.edu.cn）,基本情況,計算機專業(yè)是目前高校規(guī)模最大的專業(yè)。截至2005年底，全國共771個學(xué)校開設(shè)計算機本科專業(yè)，共有在校生44萬多人。同其他專業(yè)相比，學(xué)校數(shù)和人數(shù)這兩個數(shù)字都是第一。,問題,學(xué)校定位不同，但是課程體系依然一樣。職高、?？?、本科和碩士的課程重復(fù)嚴重，幾乎是一樣的。硬件不硬、軟件不軟。軟件學(xué)院的硬件課程?如何與其他專業(yè)競爭？刻舟求

2、劍。時代變化了，課程內(nèi)容變化不大。例如OS、DB。教師從課本到課本，缺乏工業(yè)界的經(jīng)驗。實驗課程完全依賴通過實驗板銷售盈利的公司所準備的實驗內(nèi)容。雙語教學(xué)的實驗環(huán)節(jié)。課程之間缺乏銜接，內(nèi)容重復(fù)。例如，運算器結(jié)構(gòu)，虛擬存儲器。,各種努力。。。,MaxPlus II 數(shù)字電路設(shè)計Quartus II 計算機組成實驗8051 mcu Open Core 計算機組成實驗nnARM。。。,改革思路,以硬件描述語言（Verilog）為基

3、礎(chǔ)、Xilinx FPGA板卡及配套輔助設(shè)計軟件工具為主線，貫穿整個計算機硬件設(shè)計技術(shù)。 將計算機硬件系統(tǒng)的實驗教學(xué)體系分成一組相互關(guān)聯(lián)和相互作用的活動，每一門實驗課程就是一個過程。一個過程的輸出會直接成為下一個過程的輸入。 也就是強調(diào)各門實驗課程內(nèi)容前后相繼，各門課程實驗與課堂教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合并前后相貫。 在學(xué)生完成硬件課程體系學(xué)習(xí)并完成相應(yīng)實驗后，能掌握計算機系統(tǒng)設(shè)計的原理和方法，具有熟

4、練應(yīng)用相關(guān)軟硬件工具的技能。,我們的嘗試,《邏輯與計算機設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學(xué)和實驗重點放在器件設(shè)計這一級，要求學(xué)生能夠用Verilog設(shè)計組合電路設(shè)計和時序電路設(shè)計。實驗設(shè)計完成的基本器件可以直接為后續(xù)《計算機組成》課程實驗所用。 《計算機組成》課程實驗重點放在部件設(shè)計這一級。要求學(xué)生能夠用Verilog設(shè)計單周期和多周期實現(xiàn)的簡單（十幾條指令）的32位RISC的CPU，并寫一段使有這些指令的測試程序，利用相應(yīng)的匯編語

5、言及其編譯程序，翻譯成二進制代碼，并能將CPU軟核和測試程序代碼寫入FPGA開發(fā)板，進行實際測試和驗證。 《計算機體系結(jié)構(gòu)》課程主要完成前面設(shè)計的計算機的流水線設(shè)計，要求學(xué)生能夠用Verilog設(shè)計流水線實現(xiàn)的簡單（十幾條指令）的32位RISC的CPU，并能寫入FPGA做測試驗證。 再利用FPGA板卡，學(xué)習(xí)一些常用的輸入輸出設(shè)備接口設(shè)計方法。如：總線、鍵盤、鼠標、USB口等等，擴展前面設(shè)計的計算

6、機的接口。然后在《嵌入式系統(tǒng)》課程里面增加嵌入式系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容，今后還可以和《操作系統(tǒng)》課程結(jié)合，將自己設(shè)計的系統(tǒng)裝上Linux。,VHDL vs. Verilog HDL,已經(jīng)學(xué)過的基礎(chǔ)課程：C語言程序設(shè)計VHDL 善于描述一些高層的設(shè)計。易于模塊化。Verilog HDL 善于描述更低層設(shè)計，包括結(jié)構(gòu)級和物理級。適合激勵、仿真、器件建模。從語法核心上，Verilog HDL完全是一種事件觸發(fā)的模式。例如非常容易描述一個多時鐘的觸

7、發(fā)器。美國、日本、亞洲工程師較多用Verilog HDL歐洲工程師較多用VHDL,挑戰(zhàn),技術(shù)的循序漸進。實際電路實驗、原理圖、Verilog HDL。SoPC時代的嵌入式課程。后XScale時代的嵌入式課程。數(shù)字電路課程信息學(xué)院開設(shè)還是計算機學(xué)院開設(shè)？X86匯編、微機原理與接口、操作系統(tǒng)之間的依賴關(guān)系。課時問題，學(xué)生該學(xué)的蜻蜓點水，不該學(xué)的占了大量學(xué)時。實驗的前后銜接只解決了小部分課時問題。一步不行，步步不行。教師素質(zhì)和