計算機工程和計算機科學范文

導語：如何才能寫好一篇計算機工程和計算機科學，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞：課程體系：核心課程；核心知識體系

計算機科學與技術學科雖然很年輕，但它已經成為一個基礎技術學科，在科學研究、生產、生活等方面都占有重要地位。近50年來，我國的計算機科學與技術專業教育在國家建設需求的推動下，從無到有，逐漸壯大，尤其是從20世紀90年代以來，更是高速發展，已經成為理工科第一大專業。

針對計算機科學與技術專業學生量大，社會需求面寬的現實，“十五”期間，教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會編制了《高等學校計算機科學與技術專業戰略研究報告暨專業規范(試行)》(高等教育出版社出版，2006年9月第一版，以下簡稱為《規范》)。其中，“戰略研究報告”建議改變當前我國計算機科學與技術專業教育的趨同性，鼓勵辦學單位對畢業生的分類培養，取4個可能的方向，即計算機科學、計算機工程、軟件工程以及信息技術?！兑幏丁穮⒄誄omputing Curricula 2005，分別詳細給出了四個方向的核心知識體系，以及覆蓋它們的必修課程組示例。

《規范》體現出的“分類培養”精神得到了廣泛認同，人們普遍認為中國800個左右的計算機科學與技術本科專業點，按同一種模式或者培養方案進行教學是難以滿足廣泛的社會需求的，許多學校也希望得到分類培養的具體指導。但是，如何理解和實現“信息技術”等新的專業方向的教育，如何利用已有的基礎，更好地實踐《規范》，成為大家關注的問題。

為了能更好地利用現已建成的國家、省部級精品課程、精品教材等優質資源，希望能夠按照4個專業方向公共要求來構建一些基本課程，每一個方向都可以通過在這一組課程的基礎上進行擴展來形成符合《規范》的完整的專業方向教學計劃。這一組課程是“耳熟能詳”的，無論是從師資還是教材的角度，在開始走向規格分類實踐時，也是一種現實做法。

一、核心課程選取的原則

本項研究的基本目的是要推薦一組課程，當辦學單位希望按照《規范》描述的知識結構制定自己的教學計劃時，無論四個方向中的哪一個，都能夠比較方便地在這組課程的基礎上進行擴充而實現。顯然，符合這個要求的一組課程不是惟一的，我們著重考慮了如下幾點原則。

1．體現公共要求

《規范》將計算機科學與技術專業劃分成4個專業方向，雖然他們有著不同的問題空間、能力要求、知識結構和課程體系，但還是有共性的部分，這也是作為同一個專業的不同方向所決定的。公共核心課程應該能夠將這些公共的要求涵蓋進去，實現在課程層面上對公共知識體系、專業培養公共要求和基本特征的體現。

2．有利于構成優化的課程體系

公共核心課程需要與其他相關課程一起才能構成完整的教學計劃，所以，這些課程需要易于與相關課程結合，構成不同專業方向的課程體系。

同時我們注意到，近些年來，許多學校在制定新的教學計劃中，采用了設置分級平臺的基本框架。例如，要求教學計劃由公共基礎、學科基礎、專業基礎等組成。考慮到計算機科學與技術專業對應到計算機科學與技術學科，這些課程可以適當照顧到學科的要求，構成一個既照顧到學科，又照顧到專業的基礎平臺，給人們制定有特色的教學計劃提供一定的基礎，使得人們能夠方便地構建完整的、全局優化的專業教育課程體系。

3．充分考慮學時的限制

由于公共核心課程相當于學科、專業平臺的基本內容，所以，只能做一個較小集合，而且課程的學時數要盡可能小，目標在于體現專業教育的最基礎要求，同時給具有特色的完整的教學計劃的制定留有足夠的空間。特別是近些年來，不少學校已經將教學的總學時數降到2500學時以下。所以按照20％計算，將公共核心課程的總學時控制在500學時以內。

4．盡可能成熟的課程

計算機科學與技術專業開辦50余年來，積累了豐富的辦學經驗，一些課程的建設取得了很好的成果，已經具備良好的基礎，這些課程將在專業教育中起到核心、骨干作用，將這些課程進行適當改造后構成公共核心課程，有利于充分利用已有的優質資源，迅速提高整體辦學水平。所以選取的課程應該是“耳熟能詳”的成熟課程。

5．體現本專業教育基本特征

課程要體現學科教育的一些基本特點。例如，雖然計算機科學與技術學科涉及到計算機理、工程實現和開發利用，但對大多數人來說，計算機科學與技術學科是一個以技術為主的學科，特別是在本科教育層面上更是如此。所以課程要對技術和學生的技能訓練有較好的體現。除了學科抽象、理論兩大形態使得初學者在理解上有一定的困難，需要通過實踐去深入體會外，還要考慮社會要求本專業的學生能夠更好地去實現一些系統的研究、構建和維護。因此，選擇的課程應該在加強學生理論聯系實際能力的培養上有引領作用。此外，在本學科發展異?？焖俚臅r候，這些課程相關的內容應該是成熟的、基礎的，有利于學生可持續發展能力培養的。

二、核心知識體系

這里給出計算機科學與技術專業公共核心知識體系，力求從不同專業方向的公共需求出發，給出該專業的學生應該具備的一些基本知識，我們并不試圖包括各個專業方向教育要求的全部知識，每個專業方向都需要在此基礎上按照專業方向的教育需要增加所需要的知識，以構成完整的專業方向知識體系，其具體內容可以參考《規范》。由于是基本知識，是學生必須掌握的，所以，沒有包含推薦的選修知識。該知識體系共包括8個知識領域，39個知識單元，共342個核心學時。其中，

(1)離散結構(DS)60核心學時，包括函數、關系與集合、基本邏輯、證明技巧、圖與樹。

(2)程序設計基礎(PF)67核心學時，包括程序基本結構、算法與問題求解、基本數據結構、遞歸、事件驅動程序設計。

(3)算法(AL)28核心學時，包括基本算法和分布式。算法。

(4)計算機體系結構與組織(AR)60核心學時，包括數據的機器級表示、匯編級機器組織、存儲系統組織和結構、接口和通信、功能組織。

(5)操作系統(OS)32核心學時，包括操作系統概述、操作系統原理、并發性、調度與分派、內存管理、設備管理、安全與保護、文件系統。

(6)網絡及其計算(NC)48核心學時，包括網絡及其計算介紹、通信與網絡、網絡安全、客戶，服務器計算舉例、構建Web應用、網絡管理。

(7)程序設計語言(PL)13核心學時，包括程序設計

語言概論和面向對象程序設計。

(8)信息管理(IM)34核心學時，包括信息模型與信息系統、數據庫系統、數據建模、關系數據庫、數據庫查詢語言、關系數據庫設計、事務處理、分布式數據庫。

按照各個方向核心知識結構的要求，公共核心知識體系覆蓋計算機科學341核心學時的內容，覆蓋率為60.9％，覆蓋計算機工程246核心學時的內容，覆蓋率為44.7％：覆蓋軟件工程199核心學時的內容，覆蓋率為40.3％覆蓋信息技術136個核心學時，覆蓋率為48.4％。

三、核心課程

公共核心課程共包括程序設計、離散數學、數據結構、計算機組成、計算機網絡、操作系統、數據庫系統等7門，這些課程的名稱都采用了盡量一般化的處理，即后面沒有諸如“基礎”，“原理”或者“技術”之類的字樣，為學校開設具體課程留有空間，學?？梢愿鶕约赫n程的特點添上適當的限定，進一步體現自己的辦學特色。

表1給出了各門課程所含的必修知識單元和所需要的學時數，和各個學校相應課程的實際教學時數相比，其中有的課程必修學時數多一點，有的少一點。所需要的總課時為448。希望各個學校在滿足教學基本要求的前提下，根據本校的具體情況，做出適當的調整，可以通過強調某些內容來體現自己的特色。

四、專業方向必修課程示例

按照各個專業方向必修知識體系的要求，以7門公共核心課程為基礎，構建相應方向的必修課程。特別需要強調的是，這里給出的仍然只是“示例”，各個辦學單位可以根據自己的情況設計出更具特色的必修課程，并制定出恰當的教學計劃。

計算機科學專業方向的必修課程示例：計算機導論、程序設計基礎、離散結構、算法與數據結構、計算機組成基礎、計算機體系結構、操作系統、數據庫系統原理、編譯原理、軟件工程、計算機圖形學、計算機網絡、人工智能、數字邏輯、社會與職業道德。15門課程共計776學時。

計算機工程專業方向的必修課程示例：計算機導論、離散數學、程序設計基礎、數據結構、電路與系統、模擬電子技術、數字信號處理、數字邏輯、計算機組成原理、計算機體系結構、操作系統、計算機網絡、嵌入式系統、軟件工程、數據庫系統、社會與職業道德。16門課程共計理論學時920學時。

軟件工程方向必修課程示例：軟件工程專業導論、程序設計、面向對象方法學、數據結構和算法、離散數學、計算機組成、操作系統、計算機網絡、數據庫、工程經濟學、軟件工程、軟件代碼開發技術、人機交互的軟件工程方法、軟件設計與體系結構、軟件質量保證與測試、軟件需求分析、軟件項目管理。16門課程共計920學時。

信息技術方向必修課程示例：信息技術導論、離散數學、程序設計、數據結構、計算機組成、計算機網絡、操作系統、軟件工程、數據庫系統、應用集成原理與工具、Web系統與技術、人機交互、面向對象方法、信息保障和安全、信息系統工程與實踐、系統管理與維護、社會與職業道德。17門課程總計920學時。

五、結語

《規范》將“核心知識結構”作為開辦相應專業方向必須的要求，可以用不同的課程組合來覆蓋，《規范》中給出的“核心課程”只是這種覆蓋的一個“示例”，這里給出的是另一個“示例”。事實上，這也是《規范》所鼓勵的。這里的“公共核心課程”并不是《規范》中四個“核心課程”集合的簡單交集，而是根據對四個方向的理解，對它們公共核心知識單元的一個課程覆蓋。是每個專業方向公共的必修課程，而不是任何一個方向完整的必修課程集合。

篇2

關鍵詞：計算機基礎； 課程設置； 教學模式； 改革

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）33-7514-02

在計算機技術日益成熟和豐富的今天，計算機的運用已經滲透到各行各業。在信息時代的今天，對計算機運用的熟練程度已經很大程度上決定了一個工作團隊，甚至是一個公司或者企業，乃至一個國家的高效運作和發展。大學生作為一個學習和接受計算機教育最為系統和全面的受眾，理所當然應該具備扎實的計算機應用基礎和較高水平的計算機應用能力。在我國，大多數的普通高校都設置了公共計算機課程，目的是針對非計算機專業的大學生進行計算機應用能力的培養。過去的若干年來，大學計算機公共教育對普及和提高大學生的計算機運用水平和能力起到了非常重大的作用。然而，隨著計算機的不斷普及和推廣，如今的大學生在進校之前與之前相比，已經具備了一定了計算機使用能力和水平，而且加之計算機技術淘汰快、更新快的行業特點，新技術、新理念層出不窮。與此不符的是，大學計算機教育的課程設置陳舊、教育模式和理念滯后、對新技術新知識的更新不及時導致了如今的計算機教學已經不能滿足新形勢的需要。因此，作為大學計算機教育的工作者和研究人員應該及時的改進或者制訂新的課程計劃和教學模式。該文主要探討了大學公共計算機教育的現狀和弊端，分析并提出了符合目前形勢的課程設置新思路和教學改革的新想法，并結合教學實踐對其可行性進行了初步的研究分析。通過實踐教學我們發現，新的方法和模式具有較好的可行性、適應性和擴展性，能夠滿足新的教學環境需求。

1 現存問題和弊端

1.1 教學體系缺乏層次化

這個問題在很多高校都存在。以我校為例，每一屆的本科生均來自全國各地，其中相當一部分來自于少數民族地區，由于地域性的差別，直接導致了計算機能力參差不齊。全國所有地區的高考科目都是統一的，但計算機相關知識的學習不同于高考科目，對地域的敏感程度很大。比如，來自偏遠山區的和來自大城市的學生都會學習語文、數學、外語等科目，但是偏遠山區的計算機普及教育肯定遠遠不如大城市，甚至有些地域在此方面是零基礎。所以，在進入大學之后，不同學生群體之間對于計算機知識的了解程度表現出相當的差異。

然而，大多數高校對于計算機課程的設置和教學都是統一設置，沒有考慮到該課程不同于其他課程的特點，缺乏針對性。這樣簡單的教學體系帶來的直接后果就是，計算機基礎好的學生覺得計算機課程的開設缺乏新意，甚至是可有可無的。另一方面，基礎特別差的學生會覺得跟不上學習進度，缺乏足夠的實踐訓練和學習。

1.2教學方式缺乏擴展性

大多數學校對于計算機教學采用的教學形式是分為兩部分：理論課堂教學和實踐課堂教學。這種教學模式已經沿用了多年。在前幾年學生普遍基礎較差，計算機設備資源相對缺乏的情況下，這種教學模式具有相當的積極意義。但現在已經表現出不太適應當前要求的弊端。

計算機公共課作為實踐性很強的課程，重點就在實踐二字上。大多學校普遍采取的理論課教學和實驗課教學相結合的方式從形式上將理論和實踐區分開來了，大大降低了教學的效果和學生的學習效率。有的學生反映，理論課上老師講的內容太多太快，當時還能聽明白，但事后就很快忘記了，等到再上實驗課自己動手操作的事后，完全相當于重新學習。而有的同學反映，如此簡單的內容根本不需要專門的時間講解，直接操作就可以了。總之，理論課程學習是事倍功半的，缺乏靈活性和擴展性。反而實驗環節卻顯得嚴重缺乏和不足。近年來，一些學校已經看到了這些問題，也采取了相應的策略。但這些方法治標不治本，并沒有從根本上看到問題的實質。以我校為例，前幾年只是簡單的減少了理論課時，相對增加了實驗課時，而在課程的內容分層和形式多樣上沒有作任何改變。并未從本質上改變原有的教學模式，所以效果仍不明顯。

1.3缺乏完善的培養體系

計算機應用知識的學習應該是貫穿整個大學學習期間甚至延續到研究生的學習階段。但當前的現狀是，大多數學校只在大學一年級開設計算機基礎和簡單的程序設計課程。一方面，課程門目非常少，另一方面，從時間上看，一年的學習之后再沒有設置計算機的相關課程的學習，因此缺乏連續性、系統性。很多學生特別是偏文科的學生在此后的大學生活中再次系統學習和運用計算機技能的機會少之又少，這實際上是讓大學一年級的學習效果大打折扣。而當學生到了工作崗位之后，卻發現書到用時方恨少。

2 提出的改革策略

2.1 豐富和完整層次化的教學體系

一方面，從教學模式上面著手。打破此前簡單統一的課程設置，進一步提高分級教學的有效性和針對性。對于每個層次的學生設計有針對性的教學內容和教學方式。采取內容可變，時間可變，形式可變的可擴展性教學應對機制。

另一方面，豐富課程內容的設置。不再局限于單一的課程，應該采取多門課程同時展開，必修和選修同時存在的學分標準體系。充分尊重學生的學習主體地位，調動學生的學習積極性。讓基礎好的學生和基礎薄弱的學生都覺得學有所獲，學有所用。

2.2 設計豐富靈活的學習形式

現代化的教學手段是多樣的，關鍵是如何整合這些手段以達到最優的配置。如前所述，我校的計算機教學主要分成兩個部分：課堂理論知識的教學以及實驗課堂的教學。對于大多數的院系，理論課堂和實驗課堂采取1：1的課時分配。理論課堂教學采用投影儀的多媒體教室教學。但是由于多是大教室，學生人數比較多，教學互動嚴重不足，課堂教學效果有待提高。實驗課堂基本實現了人手一臺計算機，但入前面介紹的，由于理論課堂的效果遠遠不夠，所以導致實驗課堂的效果也受到影響，學生在有限的時間內并不能對所有的操作都得到實踐訓練。所以顯得實驗時間遠遠不夠。

通過詳細研究和制訂學習方案，我們提出了將理論學習和實踐學習有機結合，靈活分配的方式進行教學，并將所有的學習場地都設在機房。在總學時不變的情況下，教師有足夠的靈活性根據課堂的情況分配理論課和實踐課的比重，甚至可以精確到每次課上理論環節和實踐環節的時間分配。這樣，就不必在拘泥于理論課課時和實踐課課時的死框框。而是需要多少理論講解就安排多長時間講解，需要多長時間進行操作訓練就安排多長時間給學生實際操作。更為重要的是，這樣能夠保證每一個知識點都可以在學生聽取老師的講解和示范后，可以馬上自己動手進行練習和鞏固，從而大大的提高了學習的效果。同樣是相同課時的學習，學生掌握的程度是遠遠好于以前的教學模式的。

2.3 建設教學的長效機制

我們研究和設計了一套完善的跟蹤教學體系，從而能夠建立起計算機學習的長效機制。避免了以前學生只能在大學一年級可以系統接觸計算機學習，而在其后的大多時間內無法系統學習計算機的尷尬局面。采取的方法是：（1）設計大學計算機學習的必修學分。學生在大學期間必須完成計算機的若干課程的學習，目的是為大一基礎學習的有效鞏固和補充。比如，學生在高年級可以根據自己的專業需求選擇必須的計算機課程學習，這樣既是對大一學習的鞏固，也是對新的技能的進一步學習。從而使得計算機的學習貫穿于整個大學四年的學習區間。（2）開設豐富的計算機課程。不再僅僅是保有兩門計算機課程，開設多品種、多門類、多層次的課程系列。讓學生有足夠的選擇余地，充分尊重學生的自主選擇。（3）有效利用數字化校園網絡平臺，將教師的課件、實驗項目等內容直接上傳網絡，如果學生有需要可以下載使用。并且可以和教師在線討論問題。這種形式使得學習不再是局限于課堂，隨時隨地都可以學計算機，充分運用了計算機學習的特點。

上述長效機制，可以保證在整個大學期間，學生對于計算機的學習始終處于不斷鞏固，不斷更新的狀態。為學生畢業后步入工作崗位后的對計算機運用能力的需求打下扎實的基礎。

3 結束語

我們提出的改革方案已經實行了兩年，從實際情況來看，取得了較好的教學效果。具體反映在：1）學生的主動性高明顯提高，以前的被動接受學習逐漸轉換為主動學習。2）課堂教學效率明顯提高，進一步促進和提高了學生的學習熱情和積極性。3）高年級學生對于計算機的學習覆蓋面逐步擴大，多平臺、多渠道的學習跟蹤機制使得他們有更大的動力去學習計算機應用知識，也有更多的實際應用平臺去運用計算機技能，從而極大鍛煉了學生的實際動手能力。

當然，我們的改革方案仍存在不完善和需要改進的地方。在以后的教學中，我們要進一步實現多元化、立體化的改革方式，培養更具競爭力，適應社會需求的高質量人才。

參考文獻：

[1] 袁開榜. 不斷創新的中國計算機教育還要科學地向前發展[J]. 計算機教育， 2009（16）.

篇3

高職院校的《計算機應用基礎》課程對全校非計算機專業學院開設，基本涵蓋了全校90%的專業，我校的《計算機應用基礎》則早在2005年就被評為國家精品課程，如此重頭的基礎課程，在工學結合人才培養模式的大背景下，其課程的教學體系設計也在不斷的進行改革創新。教育部計算機基礎課程教學指導分委員會主任馮博琴在《對計算機基礎教育的思考》中提出了在新形勢下應從以下三點提高高校計算機基礎教育水平，保證高校計算機基礎教育沿著健康道路發展：考慮計算機教學的組成與分工，將計算機教育作為整體來研究，對于計算機教育的兩個階段的教學目標和教學內容都要妥善安排;考慮與計算機學科的關系;為學生營造多樣化的計算機氛圍[1]。安徽師范大學數學與計算機科學學院的許勇教授等人針對高校計算機基礎課程《計算機文化基礎》的教學現狀和突出問題做了詮釋：對課程的重要性認識不足;學生基礎及專業差異大;教學組織不合理;考核、評價制度不合理;缺乏相應的現代化網絡教學及互動平臺，并提出了相應的改革策略，促進公共計算機課的改革[2]。

縱觀國內外相關研究，職業教育校企合作、工學結合這一領域的研究絕大部分集中在宏觀整合以及模式探討方面，而對于具體的應用層面討論的很有限，首先是重視程度不夠，當前社會重理論研究、輕實際應用，普遍的認為教育信息技術的手段無非是多媒體課件或網絡教學等，缺乏通過特定的信息技術手段將課程設計、學生績效考核及企業文化等多種元素進行融合，可以更有效的提高整合的效果的認知;其次是目前高職類基礎課程的教學和科研脫節嚴重，科研立項對這類選題缺乏足夠的重視，基礎學科教學人員不愿意搞科研創新;第三則是缺乏企業的參與研究和較大范圍有系統的實驗。

結合此《綱要》與《珠江三角洲地區改革發展規劃綱要（2008-2020）》中相關教育信息化帶動教育現代化的戰略精神，本課題試圖突破前期研究瓶頸，在《計算機應用基礎》課程由單一的教學練模式進化為多方聯動的綜合教學體系的改革趨勢中，運用相應的信息技術手段，針對綜合教學體系中的四大模塊，創建相對應的教學系統、交叉學分系統、績效考核系統、實習管理系統，使每個模塊的效能得到最優化體現，從而為課程改革的最終實現提供一套整體的解決方案。

《計算機應用基礎》課程教學輔助系統包含四個子系統，分別對應新教學體系中的四大模塊，其設計功能及思路如下：

一、教學系統

本系統的設計借鑒了當前比較流行的moodle和discuz！平臺，吸取其設計精華，結合《計算機應用基礎》課程，突出強化其中的教學白板、作業提交、討論組和企業相關功能。系統采用賬號管理，可以支持一個或多個老師對一個或多個專業的課程進行協同設計，從而可以滿足該課程因不同專業與不同企業進行工學結合而進行相應教學設計的需求。教學白板主要用于日常的課堂教學，也可用于學生課后復習;作業提交可以使學生上傳的作業按形成性考核的比例評分;討論組主要用于學生的小組協同學習及對教學的反饋。在各個功能和細節中，著力強化企業文化的滲透。以汽車學院與深圳比亞迪汽車有限公司的校企合作為例，從去企業面試接觸到比亞迪汽車的宣傳冊（word設計），到了解汽車文化和背景以后為比亞迪做產品宣傳（Photoshop設計logo），再到售后反饋（excel表格統計）等等，我們可以事先模擬一個該企業發展所需的主要環節，深入研究《計算機應用基礎》課程的word、excel、photoshop幾個模塊分別可以為他們做什么，然后精心設計案例，內容可按如下設計：

1.WORD長文檔排版：迪車講堂之《春季車輛養護篇》、《夏季車輛養護及節能環保的行車方式》;手冊下載之《F0說明下載》、《S系列車型說明下載》等。

2.EXCEL表格處理：產品導購之《貸款購車計算》、《售后服務查詢》等。

3.PHOTOSHOP圖像處理：《個性改裝》圖片處理、《零件保養》圖片處理、《新車型精品》圖片處理等。

二、交叉學分系統

在常規課程教學以外，還設計了多種輔助教學方式，如該課程與本專業其他各門課程的整合課、請合作企業的相關部門負責人或技術人員來講授的與企業相關的專業技術課等。這一類課在綜合教學體系中統稱為交叉課程。交叉課程模塊的設計旨在通過多種渠道拓展課程的外延，從而到達更加豐富其內涵的目的。本系統主要用于管理這種交差課程學分，按形成性成績考核的比例分配，將其納入課程學分中，考核時同時量化到綜合成績中。本系統由于涉及多門學科學分的協同管理，需要與學校教務管理系統進行對接，因此，設計充分考慮數據的兼容性，采用vb作為腳本設計語言，內部采用模塊化設計，方便后期數據的維護以及由于教學體系的變化而造成的課程增減。

三、績效考核系統

除了專業課程方面，為了全面提高學生的創新能力和就業意識，我們提倡多專業聯合活動，例如，理工科類的創新社團經常要和企業合作開發各種各樣的項目，那么經管類的創新社團也會和企業有各種專業方面的交流與合作，兩個社團聯合起來共同完成一些合作項目，既能給企業帶來全方位的服務，也能讓學生在除專業以外的多個領域獲得提高，不失為一舉多得。本系統主要用于此類創新合作項目的績效管理，根據項目成果、取得的社會效益、參加各類比賽情況、申請立項等給予相應的考核評定。在技術上采用在線數據庫技術，可以實現企業、學校等對項目組的多方評價以及項目組成員的內部考核評價。

四、實習管理系統

課程的最后三周時間里進行模擬招聘實習，大家分組，用word設計個人簡歷，并現場制作PPT進行自我介紹，第二周可以通過小組討論的形式，用excel設計一些對公司有用的統計性表格，如考勤統計，年度銷售量統計，銷售額統計，返修率統計等等，我們還可以根據學生所學專業的不同，設計相應的畢業實習規劃案例，本系統主要用于對上述模擬招聘及實習階段的個人表現在教師指導下進行互評，同時，系統包含視頻采集功能，可以對學生的面試情況進行拍攝，并反饋給學生，以提高他們的面試技巧。

篇4

論文關鍵詞：《計算機應用基礎》；考核模式；改革

一、課程考核改革背景

根據教育部于2000年1月頒布了《教育部關于加強高職高專教育人才培養工作的意見》的文件(以下簡稱《意見》),指出要改革考試方法，除筆試外，還可以采取口試、答辯和現場測試、操作等多種考試形式，著重考核學生綜合運用所學知識、解決實際問題的能力，通過改革教學方法和考試方法，促進學生個性與能力的全面發展。

以前，高職高專計算機專業學生的考試主要以平時上級練習成績、期末考試（筆試）和平時出勤情況來作為學生的考核成績；考試方法簡單，考試形式單一，考核內容仍重于理論；而筆試考試只考共性的、統一的知識技能，不能很好的體現學生動手操作能力。在當今這個“人才飽和”大學生就業困難的時代，為什么計算機專業人人員從事的工作確實跑業務，做銷售員，或是跟計算機有一點搭邊的文員，卻不能勝任一個全職的辦公自動化人員。因為學生實際動手操作的能力較弱，理論與實際沒法結合。在操作方面文字輸入速度慢，不熟悉機關公文規定格式的排版，不熟練辦公軟件的應用。

這一系列問題說明現行計算機專業課的考核機制存在一些不足：忽視了職業教育的“職業”特征，學生實際操作能力差；把學生盡限于校園內，為考試而考試，例如，有學生平時表現非常好，上課認真，期末考試筆試卷面成績相當不錯，但是計算機一級考試卻通不過，這說明了利用原先的考核方式不利于學生職業技能的提高；不能讓學生的動手能力得到很好的鍛煉；不能充分突出計算機專業的特色，脫離了現實工作環境，沒能與市場很好地接軌，不利于學生就業。迫使我們不能不反思。中等職業教育計算機應用基礎課程的考核模式需要進行改革。

二、課程考核改革思路

為了更好適應課程教學改革的方向與進程，著力提高學生自主學習的意識和能力，有效落實教學過程和增強對學生學習全過程的指導和監督，全面測評學生的學習行為和成果，達到較高動手能力的計算機辦公自動化應用性人才的目的。為此，將采用計算機一級考試和計算機操作員認證考試為考核目標。

通過考核既要檢測學生對計算機辦公自動化應用的基本理論的了解和基本操作的使用；又要檢測學生對辦公自動化運用程度，重點考核學生對OFFICE的實際操作能力。

結合課程的培養目標，突出“計算機應用基礎”課程的特點。本次改革的基本思路是：

（一）教、學、評相互結合。計算機應用基礎課程理論和上機實驗是學生學習內容。課程教學大綱要求學生要合理調配學生計算機應用基礎理論與完成實驗的時間，掌握辦公自動化軟件的操作技能，最終達到學習目的。上機實驗是以實際教學和計算機一級考試內容相結合，直接明了的從實踐中理解理論知識，把教師的教與學生的學相聯系，把學生的學與學生平時課堂練習和課外應用相對應。提高學生平時的動手能力，及學生對課程學習的自覺性和積極性。

（二）強化實踐能力，促進學生平時學習。提高學生學習的積極性根據開放教育學生的特點，進行合理地教學過程設計。我們采用平時的教材教學與等級考試、認證考試培訓相結合的方式，甚至在平時實驗聯系中我們可以“一對一”的進行講解，促使學生在平時學習時要不斷地操作實踐，對學習《計算機應用基礎》這門課程的主動性，直到學生100%掌握為止。這樣就強化了學生的實踐操作能力，推進對學生職業化辦公能力訓練和提高，接近職業化教育的事實。

三、課程考核改革方案

根據歷年來，學生對計算機辦公自動化軟件操作方面的能力逐漸在提高，尤其是職業技校、中專上來的學生在辦公軟件操作方面基礎已相當不錯，我們對這類學生最關鍵是在于辦公軟件實質操作的鞏固和理論知識的強化，而普通高中上來的學生在辦公軟件操作方面雖然沒有中專、技校的學生基礎好，但高中階段該課程也是必修課，對于這些學生我們的考核方式要進行改革。

（一）首先我們對《計算機應用基礎》這門課程的考核內容上要明確，學生應掌握的基本內容有：信心社會概念、計算機硬件的概念和組成、網絡的相關概念，以及office軟件的基礎應用。

當然我們對這門課程在教學方式上也統一，要把原先先以教材為主的理論課堂教學，或是沒有實際操作的虛擬黑板式教學方式，改為實質動手操作的多媒體演示教學，和學生機房實際操作的教學方式。這樣可使學生更明確的把理論與實際相結合，更能體現信息教育的特色。

（二）我們對學生要掌握《計算機應用基礎》這門課程要有一定的衡量標準，但在有一定基礎的學生中我們的考核標準也要做適當的調整，以便學生在學習態度上能夠有所改變，能真正學好《計算機應用基礎》這門課程。以前我們采用平時實踐訓練、平時的考勤情況以及期末理論總結性筆試考試相結合的方式進行考核，這樣一來我們的學生在平時的學習中沒有壓力，自己真正學到多少東西是模糊的，但近年了我們應該把學生是否能通過計算機一級考試，是否能獲得計算機操作員認證來作為實質的考核標準，對學生來說是實質的學到了東西，能熟練的掌握和操作辦公自動化軟件，這樣，既可以減少學生在總結性考核時臨時發揮失誤的影響，又可以加強對學生實踐教學的過程管理，提高實踐教學的教學質量，以及學生的動手能力，與社會人才需求相符合，體現了職業化。

（三）我們鼓勵計算機專業的學生在大一第一學期就報名參加計算機一級考試，一般情況下，學生的等級考試是在十一月中旬，在進行教學的同時參加考試，可以很清楚的了解自己對《計算機應用基礎》這門課程的掌握程度，但并不影響學生通過率，因為我們前面也提到了計算機專業的學生對計算機辦公自動化軟件操作方面的能力逐漸在提高，在高中階段已有一定基礎，只是進行對辦公軟件實質操作的鞏固和理論知識的強化。對于非計算機專業的學生我們把計算機一級考試放于大一的第二學期，也就是每年的四月中旬，非計算機專業的學生，基礎相對要比計算機專業的學生差，在第一學期我們將于計算機專業學生的教學方式一致，只是放慢教學的速度，教學過程中會更加詳細的去演示每個操作題，當然我們不可能保證每位學生對《計算機應用基礎》這門課程的掌握程度是滿意的，所以在第二學期，我們開展計算機等級考試考前輔導，整個輔導原則是學生自愿參加，輔導內容以一級考試的內容為重點，80%的以上的教學時間是以學生的實際動手操作為主，機房為教學場地，不再以教師的教為主，以學生的練習，難題解答為主，教師起輔導作用。

對于計算機專業的學生，我們在大一的第二學期會鼓勵學生參加計算機操作員認證考試（已經通過計算機一級考試的學生）。計算機操作員資格認證考試的內容主要有四大塊分別為：計算機系統操作與使用、文字信息處理、圖形圖像處理、因特網操作。計算機操作員資格認證考試是符合現在社會需求進行培養人才，能完全充分體現職業化水平的職業資格認證。當然，我們照樣也對學生進行培訓，此類的培訓是與實訓教學相結合。每個班級的實訓周里，我們會重點培訓微型計算機系統的基本操作與使用（微型計算機的使用操作方法、基本外部設備的使用與一般調整方法、微型計算機文件系統的操作與管理、常用軟件的安裝設置方法、計算機病毒的檢查處理方法），而其他幾點（文字信息處理、圖形圖像處理、因特網操作）與計算機一級考試相符由學生自己練習。在實訓周里我們將進行實踐考試，全部課程結束后組織理論考試。完全符合學校的教學方式，對學生來說計算機職業化能力水平又是一個很好的體現。

四、課程考核改革的實施效果/結束語

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關鍵詞：科研教學；工程實踐；競賽融合；因材施教

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）22-0085-02

偉大的算法和程序設計技術的先驅者、計算機科學家Danold E. Knuth指出 “計算機科學即是算法的研究”，算法設計與分析設計不僅是國內外大學中計算機類和信息工程類專業本科生的核心課程，也是計算機學科研究生的學位課程，該課程在本科和研究生階段的的整個課程體系中都發揮著重要的作用。在科學技術和社會經濟水平飛速發展的今天，傳統的課堂上講好經典算法+實踐課上做驗證性實驗的教學方式已無法滿足教學效果需要了。在高度信息化的現代大學中，學生的思維和理想被最大程度的激發，一門課程和一個老師要想滿足大多數學生的知識需求是很難的。為了能夠從容面對學生求知若渴的眼神，為了讓這門課在他們當前培養體系和未來的職業生涯中發揮其應有的作用，算法課程的教師們不斷的嘗試著各種各樣的教學改革。文獻[1]和[2]提出了基于ACM-ICPC模式的算法分析與設計課程實踐教學改革，文獻[3]和[4]提出了將翻轉教學用于算法課程中，文獻[5]提出了面向不同層次學生的算法課程教學改革，還有一些教師將先進的教學輔助手段用到了算法教學的課堂中，例如文獻[6]提出了算法可視化的教學輔助平臺，文獻[7]介紹了蟻群算法的教學輔助平臺和教學效果，這些改革措施都在實際教學中取得了很好的效果。但是，單一的改革方式只能優化算法教學的冰山一角，最好的改革應該是立足于學生，因材施教。每個走進大學校園的學生都是寒窗苦讀之后飛進象牙塔的天之驕子，沒有差生，有的只是不同的興趣，不同的思維方式。他們有的思維活躍善于創新，有的思維縝密善于邏輯推理，有的思維沉靜善于鉆研?；诖耍槍φn堂教學環節、實踐課環節和成績考核環節，本文提出了科研、競賽與工程實踐相融合的三位一體的算法分析與設計課程教學方法。

1 課堂教學環節

由于學時限制，傳統的算法分析與設計課堂一般會主講或只講一些經典算法，例如：基于蠻力、分治、減治、動態規劃、貪心等設計技術的算法，很難抽出時間去講解新的算法設計技術，例如回溯、分支限界法、隨機算法和啟發式算法等。若算法課程只關注經典算法和對經典算法的驗證，就會令學生成為井底之蛙、固步自封。在現今，算法的使用已經滲透到日常生活中的各種控制系統中，如果脫離具體應用，讓學生學習純算法，就令學生陷入了讀死書的困局。因此，針對學生情況的不同，筆者將課堂教學的一些改革措施用到了實際教學中，并取得了較好的效果。

天生“學生”之才必有用，結合學生的不同特點，將學生分為科研型、競賽型和工程實踐性三類。教師不對學生盲目歸類，在教學的過程中潛移默化的傳授他們科研、競賽和工程實踐的精神，令學生自主選擇。為了能夠在課堂教學中科研、競賽和工程實踐并重，教師在課堂授課時需要做到如下幾點：

1）教師選擇經典中之經典的幾個算法進行詳細講解，講清楚算法原理和編程思路之后，著重分析其時間復雜度。

2）為學生講解最新期刊上發表的（1）中的幾個算法的論文，介紹其改進方案，以及在時間復雜度或其它方面的改進，帶領學生將該算法學懂學精。

3）選擇ACM競賽中與（1）中幾個算法相關的賽題，在課堂上與學生一起分析。

4）用（1）中幾個算法實現現實生活中的實際問題，將所學算法第一時間用于工程實踐。

5）講完幾個經典之經典算法之后將回溯、分支限界法、隨機算法、啟發式算法搬入課堂，帶領學生在科研、競賽和工程實踐三方面同時強化這些算法。

做到了上述五點，就可以兼顧三種類型學生的需求，令每個學生了解什么是科研，什么是競賽，什么是工程實踐，明白自己適合向哪個方面發展。之后，在實踐課階段選擇自己適合的方向進行實驗和拓展。那些被排除在經典之經典算法之外的經典算法，可以讓學生用翻轉教學的方式學習，教師用較短的時間進行答疑。

在科研、競賽和工程實踐并重的課堂教學環境下，每個同學都對算法設計技術有了全面而深刻的認識，雖然比傳統課堂中學的算法類型少，但是學的精，教師真正做到了“授之以漁”。

2 實踐教學環節

教學環節的全面撒網，是為了每個學生都能找到自己的優勢并進行收獲。所以實踐教學環節應該充分發揮學生的自主性。教師可以將每個實驗內容編為三選一的題目。比如一道算法改進題，一道ACM競賽題，一道路由資源的算法分配題，令學生根據自己的情況自主選擇。為了不打擊學生的自信心，算法的題目不能出的太難，應該每次實驗兼顧各種難度的題型。令學生在攻克一道道算法問題的時候充滿信心，逐步引導他們走進算法的海洋。要做到這些，教師需要做如下準備和工作：

1） 精心研讀各種算法的算法改進方案，給出學生合理的引導，令他們不要誤入科研的死胡同。

2） 收集ACM競賽試題，并且按算法分類，每次實驗都能拿出合適的題目來訓練學生。

3） 涉及工程實踐的算法源程序通常很長，讓學生從讀程序開始學起，讀懂了之后去改變程序，實現其它的功能。

每個實驗完成之后，教師需要認真批改學生的實驗，選出優秀的作品，組織學生進行討論，讓同學們在討論中認可自己，同時學習其它同學的算法思維方式，改進自己的算法設計能力。

3 成績考核環節

課堂教學環節負責全面撒網，實踐環節負責重點收獲，成績考核環節則需要檢驗學生學習知識的廣度和精度，讓學生認識自己學習的程度，然后進步。在實際教學中筆者將成績考核環節分為平時成績（作業和點到）、實驗成績和期中、期末成績。實驗考察學生的編程能力，期末考察經典算法學習情況，期中考察新算法、競賽能力和工程實踐開況。

實驗成績根據實驗情況、實驗記錄和學生口頭闡述為依據，要求科研型的學生做完美的推理、縝密的闡述，要求競賽型的學生快而準，要求工程實踐型的學生細心周到克服實際開發中的各種麻煩。期中考試要求學生上交小論文或科學報告來描述自己的設計或創新，期末考試為閉卷考試，現在很多課程都喜歡設置為開卷考試，但是算法設計與分析課程作為一門重要的核心課程，對于計算機和信息專業的學生而言，就像我們小時候背的乘法律，有些內容牢記了，對于日后的學習是可以起到事半功倍的作用的。

成績評定方式是一種督促的手段，這種手段用好了可以檢驗學生的能力，提高他們的積極性，用的不好，會打擊學生的信心。因為在實驗課和期中測試中，都采用學生自主選擇方式，因此，要根據學生類型制定評分標準：

1）對于科研型的學生，要根據他們讀科學文獻的數目、對文獻的理解程度和自己改進方案的合理性和實現情況綜合評定；

2）對于競賽型的學生，要根據他們的解題速度和解題方法的靈活性來進行成績評定，仿照ACM比賽規則，若答錯一題則倒扣分；

3）對于工程實踐型的學生，需要讓他們將一個大問題劃分為幾個模塊，將幾個小模塊實現之后再整合成一個完整的系統，綜合考評他們面對一個具體問題時的分析和解決能力。

學生根據教師提出的評分標準，自然會以考試和考評為督促手段，在科研、競賽或工程實踐中養成好的習慣，提高自己算法設計的綜合能力。

4結論

本文提出了科研、競賽與工程實踐三位一體的算法設計與分析課程教學方法，并應用于實際教學中。通過科研、競賽和工程實踐并重，經典算法為導向的課堂教學，令學生可以具備三方面的基本能力和選擇能力，并且在后面的實踐環節和考核環節中自主選擇適合自己的學習方式和知識拓展方式，最終在興趣中學習算法課程，為學生未來的職業生涯打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]劉曉璐.基于ACM-ICPC模式的算法分析與設計課程的建設與實踐[J].中國教育信息化：基礎教育，2015（5）：65-67.

[2]李華，趙建平.基于ACM―ICPC的算法設計與分析課程改革[J].計算機教育，2013（7）：88-91.

[3]高麗萍，劉亞，彭敦陸等.翻轉教學在算法設計與分析中的應用研究[J].計算機時代，2014（11）：59-61.

[4]張銘.立足北大，放眼未來――“數據結構與算法”MOOC課程教學實踐與思考[J].工業和信息化教育，2014（9）：65-73.

[5]陳翔.面向不同層次學生的算法設計與分析課程教學改革探索[J].計算機教育，2014（18）：19-22.

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關鍵詞：計算機教育；專業設置；課程設置；實踐教學；南洋理工

新加坡南洋理工大學(Nanyang Technological University，NTU)創辦歷史不長，但在國際上已享有盛譽[1]。她用不到30年的時間超越了世界上很多百年大學的水平，堪稱快速崛起的典范。南洋理工大學是一所以工科見長的大學，其計算機專業教育對我國新興大學的計算機學院，以及所有正在探索應用型計算機人才培養的高校，無疑具有很好的參考價值。鑒于此，筆者根據南洋理工大學網站對外公布的辦學資料，梳理南大的計算機教育特色，供同行們參考。

1院系設置與專業劃分

南洋理工大學包括商學院、工學院、文學院和理學院等四個主要學院，下設12個專業學院。除此之外，國立教育學院和拉惹勒南國際研究院是兩個自主學院[1]。計算機工程學院隸屬于工學院，下設計算機工程和計算機科學兩個本科專業，可頒授工學學士學位。其辦學主旨是為學生提供基礎扎實、涉及面廣的計算機專業教育，并進行大量的職業訓練，為學生迎接未來技術快速發展的挑戰和終生學習奠定基礎[2]。

計算機工程專業的辦學宗旨是綜合計算機科學與微電子工程學科，著重計算機系統及其實時應用的制作工程。讓學生具備計算機科學家的分析技能和電子工程師的開發設計技能。其可選專業方向包括計算機及通信網絡、計算機視覺與圖形學、嵌入式系統、高性能計算、信息系統、智能系統[2]。

計算機科學專業的辦學宗旨是專注于計算機技術的有效應用，尤其是算法和數據結構、設計方法、程序設計語言等方面，同時也將重點放在滿足給定要求的有效和可靠軟件的實際設計。該專業與計算機工程專業有很大程度的重疊，但重心置于算法和概念層面。相比于計算機工程專業，計算機科學專業更注重軟件的設計和構建；相比于頒授理學學位的同名專業，該專業更強調計算機科學的實際應用。其可選的專業方向包括智能系統、軟件工程、信息管理、計算機及通信網絡、計算機視覺與圖形學、高性能計算[2]。

2課程設置

南洋理工大學本科教育學制通常為4年。計算機工程學院本科學生在4年期間要修滿154學分。這154學分所包含的課程類別和數量如表1所示[3-4]。

以下分通識課、核心專業課、指定專業選修課幾部分說明課程。有關實踐教學的內容將在下一節專門介紹。

2.1通識課

通識(General Education)課相當于我國的公共課，分為三種。一是核心課程(Core Courses)，主要涉及人力資源管理與溝通技巧，并為學生提供嚴肅思考和評論社會問題的基礎?，F有的5門核心通識課如表2所示。二是指定選修課(Prescribed Electives)，分三個子領域，即人文社會科學、科技與社會、商業與管理。三個子領域覆蓋了幾乎所有學科范圍，有很多全校共享的可選課程。學生可以根據自己所學專業，從開闊視野的角度盡量選讀其他學科的相關課程。例如，科學和工程專業類學生可以選分人文社會科學方面的課，3學分的科技與社會、3學分的商業與管理[5]。三是任選課(Unrestricted Electives)。這類選修課指所有適合學生個人發展取向(更專業或更廣博)的選修課程。通過任選課，有的學生可以輔修其他專業(稱為Minor)，獲得其他領域的資質。任選課的來源通常有以下幾種：各專業學院提供的任選課、學生所學專業提供的相關技術或指定選修課、其他專業提供的輔修課程以及其他途徑(例如受邀參與校內研究項目可獲學分)[5]。

2.2核心專業課

核心專業課為特定專業所有學生都必須修讀的課程。這些課程分布在一到三年級上學期的5個學期中。計算機工程專業和計算機科學專業的核心課如表3和表4所示。

上述課程中，英語提高(HW001)是為英語測試不合格的學生提供的輔導，無學分。精通C語言(CPE110, CSC110)是一門電子學習、在線考試的課程，安排在兩個學期之間的空檔進行。除此之外，還有一些課程不能從名稱直接看出其具體內容，說明如下[6-7]。

1) 編程導論(Introduction to Programming)：該課程用Java語言介紹編程的基本知識。

2) 軟件系統與模型(Software Systems and Models)：主要內容包括并發模型、事件驅動的編程、GUI開發、并發編程、進程交互機理、特性分析等。

3) 程序設計語言(Programming Languages)：主要介紹軟件開發中編程語言的角色，語法與語義的描述，語言翻譯，虛擬機，數據與控制的抽象，數據類型，類型檢查，范圍，異常處理，并發，語言方略比較(面向對象、功能和邏輯的編程)，程序排錯，大規模編程等。

4) 以網絡為中心的計算(Net-Centric Computing)：主要包含通訊與連網、網絡架構、客戶服務器計算與Web技術、建立Web應用、網絡管理等。

5) 軟件工程I(Software Engineering 1)：主要內容包括概述、軟件過程模型、面向功能的分析設計方法、面向對象的分析設計方法、應用程序編程接口 (APIs)、編程環境與基于Web的軟件工程等。

6) 軟件工程II(Software Engineering 2)：主要內容包括項目管理、軟件質量保證、維護、驗證與測試等。

2.3指定專業選修課

指定專業選修課按照不同的專業方向分組列出。學生根據自己的興趣選擇某個專業方向時，就可以選修該方向的指定選修課。但這種分方向的指定選修課，并不一定要打包選修。學生有自己選課的自由。例如，學生可以從一個方向選幾門，再從另一個方向選幾門，只要選修的總學分為24即可。實際上，有些方向給出的指定選修課不足6門(24學分)，學生必須選其他方向的課程。

另一方面，所有專業選修課都是相對獨立的單元，只要修讀了前述專業核心課，就可以選修。每門課都是4個學分，每周上課3小時，另有1.5小時的教師輔導和實驗時間。這些課都安排在4年級的兩個學期(第七、八學期)[3-4]。

3實踐教學

篇7

關鍵詞：計算機；工程實踐；課程體系改革

中圖分類號：G642　文獻標識碼：B

最新人力資源調查顯示，人才市場急需計算機工程師人才特別是“嵌入式人才”，但是負責人才輸出和培養的大專院校近年卻出現了重軟件輕硬件、重研究輕操作、重理論輕實踐的現象，顯然無法滿足市場對人才的需求。為了解決供需矛盾問題，達到教育部提出的“高等教育要重視培養大學生創新能力、實踐能力和創業精神”的要求大專院校除了要培養研究和創新型人才以外，應該注重有大工程觀和大系統觀，同時具備一定實踐能力的高級工程師的培養。

為了提高工程實踐教育水平，根據社會和國家建設的需要，清華大學開始建設計算機工程實踐教育實驗區，以此為契機，我們對計算機工程實踐教育模式進行改革和探索。

1 計算機工程實踐教育的定位和教育理念

計算機工程實踐教育的培養目標是：培養學生接受創新的工程實踐意識、嚴謹的工程實踐作風、科學的工程實踐素質、優秀的工程實踐能力、規范的工程實踐標準等方面的教育。依據學校的規劃和實施方案，根據教學需要，我們建立了自己的教育理念，內容如下：

(1)面向工程需求的課程體系

計算機的發展推動了計算機學科的進步，計算機的應用提升了各學科的技術水平。實驗區面向社會實際工程的不同需求，按照技術基礎、工程應用和工程實踐，建立多層次的課程體系。

(2)強調理論基礎上的實踐

計算機教學具有實踐性強的特點，實驗區給學生提供充足的實踐空間，通過實驗驗證、課程設計、專題訓練、專業實踐、畢業設計等實踐活動，提高學生的實踐能力、科學作風，加深對理論知識的理解。數理、電子技術是計算機學科的基礎，邏輯思維、抽象思維是計算能力的體現，實驗區強調理論指導下實踐，實踐與理論的結合。

(3)依托科研優勢的實踐教育

清華大學計算機科學與技術是全國重點學科，擁有高素質的科研隊伍和雄厚的科研能力，承擔了一系列國家“973”、“863”、“國家自然科學基金”、“國家攻關”等重大和重點項目，取得了多項創新性成果。實驗區注意提取科研中的相關知識點，引入到工程實踐教學中，以先進的科學問題激勵學生的思考。通過實踐教學，讓學生體驗書本與應用、學習與研究、通識與專業、繼承與開創的關聯。提升工程實踐人才的培養水平，努力將實驗區建設成為一個科研成果轉化和工程實踐創新基地。

2　計算機工程實踐教育的改革思路

我們深入地分析了國內外院校在計算機教學方面的經驗，從教學內容、授課機制、實踐教學建設、工程意識與團隊精神培養等教學環節和培養目標上看到了我們的不足，并在此基礎上明確了近幾年內的建設目標。與此同時，我們根據建設和發展的要求，針對人才培養模式提出了如下改革思路：

(1)建設一套完整的工程實踐教育體系。計算機學科是實踐性、工程性很強的學科，實踐環節十分重要。建設技術基礎、工程應用和工程實踐三個層次的課程體系，自主研制或引進一批與世界一流大學接軌的實踐教學裝置和儀器，同國內外知名的企業和公司合作建立一批學生工程實踐基地。

(2)建立一支優秀的工程實踐教師隊伍。一堂好的實踐課對教師的要求很高，建立一支愛崗敬業、技術精湛、水平高、責任心強的教師隊伍十分重要，這是搞好計算機工程實踐教育實驗區建設、提高實踐教學水平的重要保障。工程實踐教育實驗區在注重培養學校內部教師工程實踐能力的同時，將定期邀請一批企業、公司中高素質的工程技術人員講學、任教。

(3)注意把科研成果引入到工程實踐教學中，將計算機工程實踐教學區建設成為一個科研轉化基地。高水平的科研始終是實踐教學的有力支撐和源泉。計算機學科發展很快，必須經常更新工程實踐內容，引導學生直接面對科學前沿，應用新技術駕馭新工程，教會學生在實踐中學習，在學習中提高。

(4)加強工程實踐教育標準化，推出面向工程實踐的系列教材。作為工程實踐性強的代表學科，計算機學科對工程實踐能力的要求非常高，但是近10年對此的要求和教育重視程度有所降低，因此加強工程實踐教育尤其是大工程實驗方面的教育是我們接下來的重點改革目標，為了更加系統化和規范化，將推出配套的面向工程和實踐的系列教材。

3 計算機工程實踐教育的課程體系和培養方式

我們設定的計算機工程實踐教學課程體系包括三個層次：技術基礎類、工程應用類和工程實踐類課程，其中工程應用類又分為軟件和硬件兩個子類(如圖1所示)。

(1)技術基礎類課程

從課程設置方面看，這些基礎課程都屬于計算機專業基礎課程，是計算機系學生的必修專業基礎課。這類課程為學生打下了堅實的計算機應用技術基礎，為工程實踐技術的應用做好準備。

(2)工程應用類課程

工程應用類課程分為兩大系列：軟件工程應用系列和硬件工程應用系列課程。軟件工程應用系列以計算機網絡技術、軟件工程、數據挖掘等課程為主體；硬件工程應用系列以計算機組成原理、微計算機技術、嵌入式系統、FPGA設計等課程為主體。這些課程雖然如此分類，但是有很多課程軟件和硬件技術都融合在一起，并非有嚴格的界限劃分，學生在學習和選擇上也僅做參考。這些課程直接為學生服務，提高學生利用“人類通用智慧工具”分析和解決問題的能力，將計算機科學與技術在工程應用中充分體現出來，提升學生的綜合素質和工程應用能力。

(3)工程實踐類課程

計算機工程實踐類課程包括必修和選修環節，目的是能夠將學生培養成為合格的工程師，有創新的工程實踐意識、嚴謹的工程實踐作風、科學的工程實踐素質、優秀的工程實踐能力。此類課程在內容上每年都進行更新，在質量有充分保證的基礎上，每年都爭取增加和擴大，以提高學生的選擇空間。

在三類課程中，實驗區重點突出工程實踐類課程，并逐年提高此類課程所占的比例，力圖將學生訓練成在工程實踐上有很強自主性和創新能力的專才。以計算機工程實踐必修課“計算機專業實踐”為例。該課程要求學生在教師指導下，靈活運用所學到的基礎知識和主要專業知識，自己設計、制作、調試完成一個工程性極強的大型教學實踐課程，使學生在實際動手能力、創新思維、專業知識、工程實踐能力和團隊合作精神等方面得到全面的訓練。主要內容包括“開放式CPU設計與測試”、“多模態身份驗證系統”、“足球機器人及機器人足球賽”、“基于FPGA的微機接口設計”等。以“開放式CPU設計與測試”專題為代表，該實踐專題的最大優點是開放式設計，完全由學生自主設計處理機體系結構，并進行全面測試。該實踐專題以“數字電路”和硬件設計語言為基礎，把“計算機組成原理”和“計算機系統結構”等課程理論與實踐融合在一起，是計算機本科硬件課程的匯總。

再例如2007年7月夏季學期推出的“基于大規模集群的海量數據處理技術”課程，該課程是Google公司與實驗區合作，在清華大學開設的有關集群分布式編程的課程。通過本課程的學習，學生將深入了解到通過大規模集群的模式處理海量數據的方式與編程方法。來自Google公司的優秀工程師親自講述有關使用大規模集群處理海量數據的理論知識以及相應的實際編程方法。通過實踐相關的課程內容，使用開源的Apache Lucene Hadoop工具，學生親身實踐Google文件系統以及Google所使用的分布式編程方式MapReduce。學生還需要完成特定的分布式應用程序設計來鞏固所學的編程知識，用于處理實際的海量數據問題。課程內容的重點放在實踐上面，Google公司為學生提供一個具有20個節點的大規模集群范例，學生可以在這個集群上面完成相應的實踐課程以及最后的大項目作業。大項目作業是檢驗學生是否掌握課程內容的關鍵，學生可以根據自己的能力以及對課程的理解程度，選擇一些項目來實踐完成。例如可以利用所學的編程方法完成一個完整獨立的搜索引擎，或者在現有的基礎之上建立類似于Google的分布式鎖機制Chubby以及結構化數據處理系統BigTable。我們主要邀請Google內部的具有實際分布式工作經驗的工程師前來授課，包括世界一流大學的教師，授課語言為英語。

篇8

關鍵詞：計算機 人才創新

一、計算機科學與技術人才培養創新體系的制定

計算機科學與技術人才培養創新體系的構建是實現人才培養目標的重要前提，而計算機科學與技術專業又不同于相對成熟穩定的傳統學科，該學科不僅發展迅速，而且與其他學科的交叉融合日益突出，因此，原有的人才培養方案己經不再滿足新時期的計算機科學與技術專業的高等教育的需求。計算機學院對計算機科學與技術專業的人才培養體系進行了重新調整，嚴格執行教育部制定的“高等學校計算機科學與技術專業發展戰略研究報告暨專業規范”和“高等教育計算機科學與技術專業公共核心知識體系與課程”的規定，同時從本校實際出發，創新計算機專業人才培養的課程體系和教育培養體系，完成了對計算機科學與技術專業人才培養體系的構建。

計算機人才培養創新體系研究的范圍很廣，具體內容包括：課程知識創新體系、實踐教學創新體系、師資隊伍建設創新體系、教學資源建設創新體系等等。此外，還要把上述體系融合為一種行之有效的人才培養模式，逐步進行細化，最終實現基礎扎實、軟硬兼通，同時兼顧計算機科學和計算機工程兩個培養方向的寬口徑人才培養目標。

二、構建計算機科學與技術人才創新體系的措施

（一）構建計算機科學與技術人才課程知識創新體系

擁計算機科學與技術、網絡工程、軟件工程、信息管理和通信工程共五個專業，各個專業既是獨立的專業又相互融合，每個學科都有自己的學科優勢和人才優勢，而計算機科學與技術專業又是學院的龍頭專業，因此我們在制定計算機專業的課程知識體系時，并沒有把它當做一門孤立的學科對待，而是立足學院的高度建立了一個各個學科既互相融合、又互相促進的課程體系，我們的基本思路是打通五個專業的主要基礎課，建立學院的基礎教學平臺課，然后在此基礎上構建各個專業的核心課，除了學校的公共課外，學院的課程分成三個層次：學院平臺課、專業核心課和專業特色課，如圖1所示。學院平臺課和專業核心課在計算機科學與技術專業中具有舉足輕重的地位，通常被視為該專業的“看家本領”。此外，通過專業特色課，我們把人才培養目標定位成“計算機科學”和“計算機工程”兩個出口，前者偏重軟件，后者偏重硬件，做到了軟硬并重。構建計算機科學與技術人才課程知識創新體系。

（二）構建計算機科學與技術人才實踐教學創新體系

計算機科學與技術專業具有很強的工程性和應用性，這就決定了我們的本科教育在強調理論深度的同時，必須把對學生實踐能力的訓練放到一個足夠重要的位置上，因此，實踐教學體系的制定和落實，直接決定了人才的素質和培養質量。網絡教學平臺是一種行之有效的手段，不僅可以提供優質的教學資源和豐富的教學活動，而且可以大大拓寬課堂教學的時間和空間。網絡教學平臺一般包括管理員空間、教師空間和學生空間三個組成部分。其中教師空間和學生空間是主體部分，并且功能基本一致。教師空間包括教學資源和教學活動兩部分，如圖3所示。在教師空間中我們為學生提供了豐富的教學資源，包括教學課件、教學視頻、教學文件、題庫、實驗材料等，從而方便學生的自主學習。此外，網絡教學平臺可以彌補課堂教學中師生互動少的不足，可以為教學提供豐富的教學活動，如在線學習、在線討論、在線答疑、提交作業、批改作業。因此，網絡平臺不僅極大地豐富了教學資源，而且實現教學和實驗的網絡化，大大拓寬了課堂教學。

三、構建計算機科學與技術人才創新體系的思考

制定一個科學、有效的“計算機科學與技術專業人才培養體系”是將人才培養理念落實到實處、實現人才培養目標的必要條件。由于人才培養體系是一項復雜的系統工程，因此，為了實現人才培養的目標應將其中的各項內容貫徹落實到人才培養的實踐當中。首先，要精心設計本學科的課程知識體系；其次，通過多種手段，強化實踐教學體系；然后，要進一步地通過培養高水平的教學團隊提升整個師資隊伍的建設；最后，利用網絡教學平臺為學生提供優質的教學資源，構建計算機科學與技術人才創新體系，使計算機科學與技術人才有個新的發展。參考文獻：

[1]張麗萍.程序設計精品課程建設的研究與實踐[J].教育科學，2012（1）.

篇9

【關鍵詞】電子計算機 網絡 控制軟件 改進

隨著計算機和網絡的不斷進步，信息技術飛速發展，互聯網的普及與應用為人們的生活、學習、交流帶來了極大方便，但與此同時網絡安全入侵事件卻屢見報端，如果對于計算機網絡應用中的控制軟件應用不加以改進和提升就會使網絡安全問題更加突出，給網絡用戶帶來更大的安全隱患，所以，加強網絡安全，保證網民的正常生活，確保網絡秩序的正?；蔷W絡工作者現實需要面對的非常棘手的問題。

一、相關概念界定

（一）網絡控制。所謂網絡控制，是指通過一系列的通信信道網絡控制裝置構成一個或多個閉環控制，隨著信號處理，優化和控制決策函數的操作功能。網絡控制系統被應用于―系列通信網絡的不同物理部件之間，進行處理系統交換信息和控制分配系統的信號，并且控制器可以被分散在網絡中的不同位置。

（二）網絡軟件。網絡軟件是指，在計算機網絡環境中，用于支持數據通信和各種網絡活動的軟件。連接到計算機網絡的系統，通常是基于系統本身的特性，容量和服務對象，配置不同的網絡應用系統，目的是用戶與其他系統共享網絡資源，或是把本地系統的功能和資源提供給其他網絡用戶共享使用。網絡軟件通常包括網絡協議和協議軟件，網絡通信軟件，網絡操作系統軟件，網絡管理軟件和網絡應用軟件幾種。

（三）網絡控制軟件。網絡控制軟件是網絡軟件之一，即通過支持該軟件的行為，來提高網絡的工作效率，是專門為網絡管理人員設計，以幫助網絡管理人員對網絡進行自動化監控和管理，最終達到減少故障，提高IT效率的目標。

二、網絡控制軟件的應用及弊端

網絡管理軟件應用程序的范圍很廣，主要可以分為廣義和狹義兩個方面。從廣義上來說，任何有網絡的地點都需要網絡管理，網絡管理軟件就用在這些領域內。從實際的應用來看，電信，銀行，金融等眾多行業都使用網絡管理軟件。在狹義的角度來看，網絡管理軟件有不同的劃分方式。根據網絡管理軟件管理的對象來分，它可分為系統管理軟件和設備管理軟件。系統管理軟件是對全面的整個網絡，深入的監控和管理的軟件（包括服務器，網絡設備和應用程序）；設備管理軟件是各種網絡設備廠商推出的，可以很好地管理他們的網絡的設備（如華為設備管理軟件）。雖然網絡控制軟件通過網絡使得人們的工作、學習和生活都帶來了巨大的方面，讓網絡用戶通過網絡可以實現各種各樣的遠程操作，但是也同樣存在著弊端，例如由此會產生一些網絡系統的安全問題；計算機運行的速度問題；由于網絡帶寬的問題導致的信息在傳輸過程中的阻塞等現象，這就需要電子計算機網絡工作者加強對網絡控制軟件的改進和完善。

三、電子計算機工程網絡控制軟件改進應采取的措施

目前，隨著人們對網絡需求的提高，網絡規模急劇擴充的現實已經越來越不充分，因此計算機工程網絡控制軟件的另一趨勢是智能化，集成化的網絡管理的方發展方向。

（一）注重對網絡安全的建設。我們可以有效地利用網絡設備和網絡系統，對網絡進行安全性測試，如果發現該系統漏洞和安全風險后，進行排除。由于系統本身不可避免的存在一些漏洞，這時可以使用各種軟件的“補丁”對漏洞進行修補，更多的系統軟件服務，就更容易發生多的系統漏洞，因此，應該要避免運行過多的軟件，提高電腦速度，減少漏洞風險，經常性的進行漏洞掃描，以提升網絡系統的安全性，有效地保證計算機網絡的安全性。用戶可以通過授權和其他方法來對數據進行加密，以此保護網絡系統的安全性。對系統中的所有數據，可以通過現代數據加密技術進行保護，除了指定的網絡設備和網絡用戶，沒有人可以解密加密數據。加密技術主要體現在系統運營和維護，以及開發軟件和應用方面，有效的實了現端到端的網絡安全保障，是網絡安全問題最有效和最可靠的解決方案。

（二）優化配置。配置應用程序為用戶提供了寫訪問的資源，配置應用程序可分為以下幾種形式：（1）有關當前資源分配信息?？梢允褂肧NMP來詢問如路由表，接口表，地址表和ARP表等。（2）通過管理協議更改配置。通過SNMP協議服務中的Set服務來更改配置信息。這里的一個困難是由于SNMP安全問題，許多制造商不允許寫訪問的資源。這時可以通過登錄系統進行配置。設備制造商允許用戶登錄到系統中直接更改系統配置工具。

（三）電子計算機工程網絡控制實現分布式管理。核心分布式對象的目的是解決跨平臺的連接和互動的問題，以實現分布式應用系統。分布式網絡管理是建立多域名管理，域名管理負責管理域對象的管理進程的進程，同時進程間進行協調與互動，以完成全球網絡的管理。這不僅降低了在中央網絡管理的負荷，并降低了信息傳送的延遲時間，達到更有效管理的目的。目前，分布式技術的研究主要來自兩個方面：一是使用CORBA技術的，另一種是利用移動技術。

（四）深入研究和拓展智能網絡控制系統。智能控制是一類無需人工干預就能夠通過自主駕駛智能機實現其目標的過程，是機器模擬人類智能的一個重要領域。智能控制，包括學習控制系統，分級分級智能控制系統，專家系統，模糊控制和神經網絡控制系統。應用智能控制技術，實現自動控制理論和先進的電腦控制系統，將促進科學技術進步和提高工業生產系統的自動化水平，加快計算機技術智能控制的發展研究方法。

四、結束語

總之，為了提升計算機工程網絡控制軟件的計算機工程網絡控制軟件的性能，必須使其朝著智能化、網絡化和集成化的方向發展，并加以改進，從而促進計算機控制系統的發展進程和計算機控制系統的應用。

參考文獻：

[1] 祁寶婷.電子計算機工程網絡控制軟件的改進[J].城市建設理論研究（電子版），2013，（23）.

[2] 張彤.計算機網絡管理軟件的應用研究[J].企業導報，2012，（10）.

篇10

基于自主研發的新穎異構多核工程科學計算加速協處理器（ESCA）體系結構，實現了圖像Laplace變換算法。針對ESCA架構特點，采用子字并行計算和訪存延遲隱藏等機制，進行了一系列并行算法優化，并在四核ESCA處理器原型上對圖像Laplace變換算法的進行了性能評測。實驗結果表明，對于計算密集型計算任務，ESCA處理器具有良好的計算加速效果。

關鍵詞：異構多核；協處理器；計算密集型；Laplace變換；并行計算

中圖分類號： TN492

文獻標志碼：A

Implementation of Laplace transform on heterogeneous multi-core

engineering and scientific computation accelerator coprocessor

Abstract：

Engineering and Scientific Computation Accelerator （ESCA） is a heterogeneous multi-core architecture to accelerate computation-intensive parallel computing in scientific and engineering applications. This paper described an implementation of Laplace transform on the hybrid system based on ESCA coprocessor， and the performance of Laplace transform on the quad-core prototype ESCA was exploited. The experimental results show that the ESCA can accelerate program of compute-intensive applications fairly well.

Key words：

heterogeneous multicore； coprocessor； compute-intensive； Laplace transform； parallel computing

0 引言

高性能計算（High Performance Computing， HPC）廣泛應用于金融、制藥、交通、銀行、證券、醫療、教育以及科學計算及信息化服務等領域[1]，已成為衡量一個國家核心競爭力的關鍵指標。近年來受應用需求和系統實現技術的驅動，高性能計算機的核心評價指標已經從高性能計算轉向高效能計算[2]，即每瓦特能耗下所能實現的性能（Performance-per-Watt，Flops/W）?！爸魈幚砥?協處理器”的混合計算體系結構[3-4]以其獨特的效能優勢[5]，已經成為高性能計算機系統體系結構研究的主要趨勢之一。同時，片上多核處理器作為摩爾定律的一種新的延續形式，已經成為處理器性能持續增長的必然途徑[6]。對此，文獻[7-8]面向科學計算、數字信號處理和多媒體處理等科學與工程計算應用領域，提出了一種自主研發的異構多核處理器——工程科學計算加速協處理器（Engineering and Scientific Computation Accelerator，ESCA）體系結構。

ESCA處理器是一個具有強大計算性能的協處理器，采用經典存儲器接口方式，與商用主流的通用微處理器（如Intel CPU、IBM Power PC等）或嵌入式微處理器（如ARM、 SPARC等）有效協同，實現基于混合計算體系結構的高性能計算機系統。其中，主處理器上運行操作系統，主要負責執行系統任務和控制任務（如響應中斷、操作外設等），并根據應用特點將并行計算任務分配到協處理器計算節點上；ESCA處理器負責對具體的計算任務進行加速。這種“主處理器加協處理器”的混合異構多核架構可以提供強大的計算能力，廣泛應用于計算密集型的科學與工程計算應用領域[9]。

圖像信息處理是一種典型的計算密集型應用，而Laplace變換在圖像處理中的應用非常廣泛。本文深入分析了ESCA體系結構的特點，基于ESCA架構實現了圖像Laplace變換算法，并進行了一系列并行算法優化。實驗結果表明，對于計算密集型計算任務，ESCA處理器具有良好的計算加速效果。

1 ESCA體系結構

ESCA處理器主要包括計算陣列、控制內核、指令高速緩存、總線接口單元以及直接存儲訪問引擎幾大部分，體系架構如圖1 所示。其中，計算陣列集成多個計算內核（Processing Element，PE），以單指令多數據流（Single Instruction Multiple Data， SIMD）模式并行執行以提供高計算能力；控制內核負責ESCA處理器與外部的通信，同時取指令發送給PE計算陣列進行運算操作，控制程序的正確執行并收集程序執行過程中的各種狀態（異常、中斷等）。指令高速緩存用于存儲近期可能用到的ESCA計算任務程序，為控制內核提供快速的取指響應。總線接口單元則主要用于進行片內外數據通信，匹配外部Local Bus接口時序和Local Memory接口時序，控制數據通路，根據不同的位寬比例進行數據拆包和打包工作，并且產生相應的控制信號。

控制內核是ESCA處理器的控制中樞，它包含多個控制狀態寄存器。這些控制狀態寄存器參與全局編址，可供Host訪問和查詢。而ESCA處理器芯片根據這些控制狀態寄存器的設置執行相關操作，如指令高速緩存的預取、計算任務的開始執行、調試模式、DMA傳輸配置等。此外，控制內核讀取指令并進行初步譯碼，識別該指令是在控制內核處理器核中執行的（如同步指令、Load/Store指令、跳轉指令、控制內核級別的簡單計算和比較指令等）還是要傳遞給計算陣列進行的（如用于運算加速的計算指令、網絡傳輸指令等）。計算陣列則是進行并行計算，它支持向量模式及子字并行，同時在計算陣列實現了條件執行和條件中斷，以及間接尋址等功能。PE之間的互聯網絡采用層次化方式構建，具有很高的可擴展性和靈活性。

2 圖像Laplace變換算法在ESCA上的實現

2.1 圖像Laplace變換基本原理

拉普拉斯算子是最簡單的各向同性微分算子，具有旋轉不變性。一個二維圖像函數的拉普拉斯變換是各向同性的二階導數，定義為：

另外，拉普拉斯算子還可以表示成模板的形式，如圖2所示。從模板形式容易看出，如果在圖像中一個較暗的區域中出現了一個亮點，那么用拉普拉斯運算就會使這個亮點變得更亮。因為圖像中的邊緣就是那些灰度發生跳變的區域，所以拉普拉斯銳化模板在邊緣檢測中很有用。

2.2 Laplace變換算法在ESCA上的實現

2.2.1 任務劃分

由于ESCA系統是以“主處理器加協處理器” [10]的混合計算模型執行的，主處理器（商用CPU）在處理數據相關性不大的計算類和復雜繁瑣的非計算類具有優勢，而協處理器（ESCA處理器芯片）則適合用來處理計算性強但邏輯性不強的大量平行數據。所以需要進行合理的任務劃分，使二者協同工作，共同完成計算任務，能充分利用各自的架構優勢，發揮出強大的計算能力。

ESCA系統中主處理器（Host）與協處理器（ESCA芯片）之間按照offload mode協同完成具體應用：Host端先對原始數據進行預處理，然后創建初始化ESCA處理器芯片線程空間，將相關指令和數據從系統主存下載到ESCA芯片的片外存儲器中，之后再啟動ESCA芯片執行；ESCA芯片接收到啟動控制信號后，由控制核控制內核從初始地址開始取指運行，配置計算陣列對待處理數據的DMA加載過程。當一次批量運算所需的數據都從片外存儲器通過DMA方式載入到計算陣列的局部存儲器之后，所有PE在SIMD模式下執行并行計算。當計算陣列完成該次計算任務后，由控制內核配置計算陣列的結果數據到片外存儲器的DMA下載過程。當ESCA芯片的所有計算任務完成后，控制內核將操作完成的控制信號寫入特定狀態寄存器，Host查詢到該狀態，將ESC外存儲器的結果數據讀回，通過相應處理得到最終結果。ESCA系統執行圖像Laplace算法的具體程序流程如圖3所示。

2.2.2 分塊存儲

從式（3）可知，在對圖片進行Laplace變換時，每計算一個像素點都會用到原始像素矩陣的3×3的小矩陣，而BMP格式圖片的像素點在存儲器中是按行存儲的，所以在計算時，需要多次訪問局部存儲器。因此需要將圖片像素進行分塊存儲，使每一塊的數據大小為ESCA計算陣列所能處理的大小，就能減少ESCA計算陣列對局部存儲器的訪問次數，提高訪問效率。

ESCA的一個處理單元有16×16個寄存器，在子字并行（Subword）技術[11]下，一個寄存器可以存放4個像素值，除去用作臨時變量的16個寄存器，ESCA處理單元一次能批量處理64×15個像素點，在ESCA計算陣列規模為2×2的情況下，ESCA計算陣列一次能批量處理64×60個像素點。因此可以在Host端先對二維BMP圖片進行分塊，每塊大小為64×60個像素點，以塊為單位部署到ESCA的局部存儲器中。計算時，每次傳遞一塊數據到計算陣列，經計算陣列計算后，結果數據再以塊為單位放回到ESCA局部存儲器中。最后，由Host端將ESCA局部存儲器中的結果數據矩陣還原成Bmp圖片。

考慮到邊界元素的影響，原始數據塊之間會有部分數據重疊，每個數據塊包含的實際像素點為56×52個，這也即結果數據塊的大小。所以對于尺寸為W×H的Bmp圖片，分塊后個數為N，則：

2.2.3 分塊計算

在對圖像數據完成分塊處理后，由ESCA計算陣列對分塊數據批量完成Laplace變換。計算陣列是ESCA的計算核心，由多個處理單元組成，構成了一種片上輕量級集群結構，通過片上互聯網絡進行有效互連，在控制內核的控制下以SIMD方式實現高效并行計算。為了方便管理和控制，處理單元以方陣形式組織，根據應用需求，可以從2×2的規模，方便的擴展到4×4，甚至16×16的規模。

在本文中，計算陣列由2×2共4個處理單元組成。將分塊數據的64×60個像素點的塊數據按列分成4個64×15個像素的小塊，再分配到計算陣列的4個處理單元中去。由于相鄰處理單元數據不存在數據相關性，所以4個處理單元可以完全的高速并行進行計算。除去邊界元素，每個處理單元一次批量計算出來的像素點為56×13個，計算陣列一次批量計算出來的總的像素點為56×52個。

2.3 性能優化

2.3.1 子字并行機制

為了對性能進行進一步優化，除了在計算陣列的多個處理單元能實現SIMD并行外，還可以在處理單元內通過子字并行（Subword）機制實現SIMD并行。所謂子字并行，是將多個短數據（即子字）打包并封裝到一個寄存器中，利用數據并行操作對一個寄存器中的所有子字進行并行處理，是一種低功耗、小規模的SIMD并行。

對于圖像Laplace變換這項具體應用，ESCA處理單元的寄存器是64位，而8位BMP圖片的1個像素點為8位，考慮到計算的中間結果可能超過8位，故用16位來存儲，ESCA的1個寄存器可以存儲4個像素點。利用子字并行機制，1條指令能同時對1個寄存器內的4個像素點的數據進行并行處理。

在Host端圖片像素是順序存儲的，如圖4所示，相鄰的點并不在相鄰寄存器的對應位置。

為了減輕Host端數據處理的負擔，盡量保持數據的原始性，由ESCA的計算陣列通過多媒體數據重排指令來完成這一過程。對于進入ESCA計算陣列的原始數據，通過數據重排由圖4到圖5；對于ESCA計算陣列計算出來的結果數據，則通過數據重排由圖5到圖4。

2.3.2 訪存延遲隱藏

為了解決存儲帶寬對ESCA系統性能提升的制約，還可以通過減少訪存開銷來提高系統性能[12]。通過計算陣列局部存儲器實現的雙緩沖（dual-buffer）機制，在計算陣列的一塊Local Storage進行計算的同時，往另一塊Local Storage里灌數據，兩塊存儲器交替進行計算，可以最大限度地隱藏訪存延遲，提高效能，具體實現方式如圖6所示。

在這個過程中，由于片內外數據傳輸以流水方式通過DMA控制器進行，在進行大批量數據傳輸之前，需要先通過

DMA 通道命令進行傳輸參數配置，并觸發DMA控制器通過正確的DMA隊列向總線接口發起鏈路請求，進而向片外存儲器控制器發起連續的讀寫請求。數據傳輸延遲時間（以時鐘周期為單位）的估算公式為：

DMA數據傳輸時間=DMA命令配置開銷+

DMA控制器隊列響應及仲裁開銷+

DMA傳輸過程主要包括計算陣列對片上存儲器原始數據的讀取和將計算陣列結果數據寫入片上存儲器。通過前面的討論可知，原始數據的一次批量讀取為64×60個像素點，結果數據的一次批量寫入為56×52個像素點，其中1個像素點占16位，代入式（5）可以計算得到如表2所示結果。

3 性能評測

本文采用UMC 0.18μm 1P6M CMOS工藝實現了1個片上集成4個計算內核的ESCA處理器原型芯片，其指令寬度128b，目標工作頻率250MHz，單精度浮點性能4 GFlops，片上網絡帶寬8GB/s，存儲器采用256-bit的eDRAM。選擇的主處理器測試平臺為Inter Core2 Duo CPU 9400，工作主頻為2.53GHz，1.99GB內存。測試中，分別基于“Intel處理器+四核ESCA芯片”以及獨立的Intel CPU處理器2個平臺對不同尺寸的8位256色BMP圖片執行Laplace變換。其中，前者Intel處理器只執行簡單的任務分配，計算加速任務完全由ESCA芯片執行。由于ESCA芯片通過計算陣列片上存儲器實現的dual-buffer機制實現了訪存延遲隱藏，實際程序運行時間計算公式為：

相比2.5GHz的Intel CPU，工作頻率為250MHz 的ESCA芯片通過采用4個計算內核同時執行子字并行計算，并且有效隱藏數據訪存傳輸延遲，可以獲得1.10～1.16倍的性能加速比。由于ESCA芯片工作頻率遠低于Intel CPU，因此體現了ESCA處理器良好的計算加速效果。評測中也發現，圖片尺寸ESCA系統加速性能有直接影響。由于ESCA芯片計算陣列一次批量處理的像素點為56×52個，假設圖片尺寸為M×N，那么M和N分別為56和52的整數倍時，ESCA的計算整列每次批量運算都為滿載運算，計算效率最高。當增加ESCA芯片個數或者計算陣列規模時，計算時間會相應減少，但訪存時間會成為制約系統性能提升的瓶頸。

4 結語

ESCA處理器是一款自主研發的新穎異構多核處理器工程科學計算加速協處理器，片上集成多個計算內核工作在SIMD模式，具有高的計算性能，內核之間通過高效的片上網絡進行通信，具有高的網絡通信帶寬，可以針對計算密集型應用進行有效計算加速。本文基于該“主處理器+ESCA協處理器”系統實現了圖像Laplace變化算法，進行了一系列并行算法優化，并在四核ESCA處理器原型芯片上進行性能評測。實驗結果表明，對于計算密集型計算任務，ESCA處理器具有良好的計算加速效果。如何解決訪存時間對系統性能提升的制約問題，將是我們后續研究的重點。

參考文獻：

[1] BELL G， GRAY J. Whats next in high-performance computing？[J].Communications of the ACM，2002， 45（2）： 91-95.

[2] HOFSTEE H P. Power efficient processor architecture and the cell processor[C]// Proceedings of the 11th International Symposium on High-Performance Computer Architecture. Washington， DC： IEEE Computer Society， 2005：258-262.

[3] BARKER K J， DAVIS K， HOISIE A， et al. Entering the petaflop era： the architecture and performance of Roadrunner [C]// Proceedings of the 2008 ACM/IEEE Conference on Supercomputing. Piscataway： IEEE， 2008：23-33.

[4] KOCH K. Roadrunner and hybrid computing[EB/OL].[2013-02-20].http：//lanl.gov/orgs/hpc/salishan2007/koch.pdf

[5] FENG W C.Top500 official website[EB/OL]. [2013-02-20].http：///

[6] KUMAR R， TULLSEN D M. Heterogeneous chip multiprocessors[J]. IEEE Computer Science， 2005， 38（11）： 32-38.

[7] WU D， DAI K， ZOU X， et al. A high efficient on-chip interconnection network in SIMD CMPs[C]// Proceedings of the 10th International Conference on Algorithms and Architecture for Parallel Processing. Heidelberg： Springer-Verlag， 2010： 149-162.

[8] WU D， ZOU X， DAI K， et al. Implementation and evaluation of parallel FFT on ESCA architecture[J]. Journal of Zhejiang University： Science C （Computer and Electronics）， 2011， 12（12）： 976-989.

[9] CHEN P， DAI K， WU D， et al. The parallel algorithm implementation of matrix multiplication based on ESCA[C]// Proceedings of the IEEE Asia Pacific Conference on Circuits and Systems. Piscataway： IEEE， 2010： 1091-1094.

[10] ANDRE R B， CHRISTOPHER D， TROND R H， et al. State-of-the-art in heterogeneous computing[J]. Scientific Programming， 2010， 18（1）： 1-33.