1開展系統(tǒng)能力培養(yǎng)提高專業(yè)建設(shè)水平處理器、操作系統(tǒng)、編譯器技術(shù)地位：計算機系統(tǒng)的3個核心技術(shù)處理器：指令集、流水線、存儲層次…操作系統(tǒng)：中斷、任務切換、存儲管理…編譯器：代碼生成、優(yōu)化、指令調(diào)度…相互關(guān)系：密切配合，相互影響，互相滲透程序：如何運行的，如何被管理的，如何被生成的學習意義：奠定專業(yè)基礎(chǔ)知新：硬件軟件運行原理及構(gòu)造方法、軟/硬件協(xié)同關(guān)系溫故：C語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法發(fā)展：分布式、并行、算法高效實現(xiàn)、嵌入式。。。2系統(tǒng)能力的主要內(nèi)涵

系統(tǒng)能力核心是在掌握計算系統(tǒng)基本原理基礎(chǔ)上，進一步開發(fā)構(gòu)建以計算技術(shù)為核心的應用系統(tǒng)。這需要學生更多地掌握計算系統(tǒng)內(nèi)部各軟件/硬件部分的關(guān)聯(lián)關(guān)系與邏輯層次，了解計算系統(tǒng)呈現(xiàn)的外部特性以及與人和物理世界的交互模式。系統(tǒng)能力培養(yǎng)體現(xiàn)出典型的工程教育特征。系統(tǒng)能力培養(yǎng)的過程整體貫穿了解決復雜工程問題。系統(tǒng)能力培養(yǎng)系統(tǒng)能力=系統(tǒng)知識+工程實踐能力系統(tǒng)知識：掌握計算機核心系統(tǒng)的工作原理及其構(gòu)造方法，理解計算機系統(tǒng)的軟硬件相互作用關(guān)系工程實踐能力：用工程方法開發(fā)計算機應用系統(tǒng)4系統(tǒng)能力培養(yǎng)系統(tǒng)能力培養(yǎng)的教學研究技術(shù)路線：圍繞頂層目標，重構(gòu)知識體系，強化實驗體系課程群：數(shù)字邏輯、計算機組成、操作系統(tǒng)、編譯技術(shù)教學方法：三工準則工業(yè)標準、工程規(guī)模、工程方法分層實施：不追求教學目標/要求整齊劃一，強調(diào)自我突破結(jié)合自身條件及培養(yǎng)定位，分層次實施建立教學研究的良好生態(tài)環(huán)境5提綱發(fā)展歷程白皮書解讀促進專業(yè)建設(shè)幾點體會后續(xù)工作6系統(tǒng)能力：國內(nèi)計算機教學研究的熱點之一2006：若干大學啟動系統(tǒng)能力培養(yǎng)教學研究2007~2011：。。。埋頭苦干。。。2012/06：成立系統(tǒng)能力培養(yǎng)研究組（里程碑1）北航、清華、北大、浙大、南大、上交、東南、電子科大、西交7系統(tǒng)能力：國內(nèi)計算機教學研究的熱點之一2012.11：第一屆高校計算機類專業(yè)人才培養(yǎng)高峰論壇（里程碑2）在全國范圍內(nèi)，正式介紹系統(tǒng)能力培養(yǎng)的參考建設(shè)方案（之一）全國范圍內(nèi)的密集教學會議高校計算機課程教學系列報告會：每年1次高等學校計算機類專業(yè)人才培養(yǎng)高峰論壇：每年1次計算機組成、操作系統(tǒng)課程聯(lián)合教學研討會：每2年1次全國高校計算機類專業(yè)系統(tǒng)能力培養(yǎng)高峰論壇：每年1次8本屆教指委組織了研究組展開計算機專業(yè)學生系統(tǒng)能力培養(yǎng)的研究，分成為兩個小組：由南京大學、國防科大、北京大學、西北工業(yè)大學、武漢大學等學校有關(guān)教授和機械工業(yè)出版社華章公司組成的研究組側(cè)重進行關(guān)于計算機專業(yè)學生系統(tǒng)知識結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)能力、系統(tǒng)課程設(shè)置及實踐的研究。由北京航空航天大學、浙江大學、國防科大、南京大學等學校有關(guān)教授和高等教育出版社組成的研究組側(cè)重進行系統(tǒng)實踐能力培養(yǎng)的研究系統(tǒng)能力培養(yǎng)系統(tǒng)能力：國內(nèi)計算機教學研究的熱點之一師資培訓班（2014~2017，每年1次）培訓教師：北航、清華、浙大、南大2015.11~白皮書發(fā)布（里程碑3）《基于系統(tǒng)能力培養(yǎng)的計算機專業(yè)課程建設(shè)報告》闡釋了內(nèi)涵，定義了知識體系，給出了參考案例2015.12~高等學校計算機系統(tǒng)能力培養(yǎng)研究項目（里程碑4）教育部高等學校計算機類專業(yè)教指委啟動23所試點學校參與10提綱發(fā)展歷程白皮書解讀促進專業(yè)建設(shè)幾點體會后續(xù)工作11基本思路遵循OBE理念，圍繞頂層目標，重構(gòu)教學體系頂層目標：挑戰(zhàn)性學習成果~CPU/OS/編譯器重構(gòu)：不是顛覆已有知識體系，而是優(yōu)化（調(diào)序、精簡、補充、強化）12課程強化內(nèi)容優(yōu)化內(nèi)容數(shù)字邏輯從數(shù)字二進制展開知識講授以CPU設(shè)計為驅(qū)動講授數(shù)字部件構(gòu)造去除傳統(tǒng)微電子部分內(nèi)容去除非典型計算類實驗計算機組成以RISC系統(tǒng)為主講授硬布線控制方法去除CISC系統(tǒng)去除微程序控制方法以數(shù)字邏輯、計算機組成為例知識與課程知識體系：數(shù)字邏輯、計算機組成、操作系統(tǒng)、編譯技術(shù)參考了《計算機科學與技術(shù)本科專業(yè)規(guī)范》各學?？梢越Y(jié)合自身需求，針對性的裁剪、加強課程體系：{數(shù)字邏輯、計算機組成、操作系統(tǒng)、編譯技術(shù)}、計算機系統(tǒng)綜合設(shè)計典型思路1：前4門課程分布實施；各課程分量均較重清華、北航典型思路2：獨立的綜合課程，分量很重，高度強調(diào)系統(tǒng)級綜合浙大、南大13課程聯(lián)動多門課程聯(lián)動，整體設(shè)計，分布實施重視銜接：課程銜接有序，彼此有效支撐能力形成：實現(xiàn)系統(tǒng)能力的大周期形成性培養(yǎng)14三工實踐準則工業(yè)標準：最好的學習對象工業(yè)標準：是科學、技術(shù)和實踐經(jīng)驗的總結(jié)；是對功能/性能/方法/成本等綜合權(quán)衡與取舍的總結(jié)，折射出系統(tǒng)設(shè)計精髓—平衡(系統(tǒng)之美)“熟讀唐詩三百首，不會作詩也會吟”：即使成不了大家，也是專家工程規(guī)模：系統(tǒng)達到一定規(guī)模，才能顯現(xiàn)基礎(chǔ)性、共性問題沒有足夠工程量，不要奢談系統(tǒng)理解力工程方法：規(guī)模達到一定程度，必須強調(diào)方法沒有方法的指導，很難開發(fā)復雜系統(tǒng)15CPU工程方法（形式建模綜合方法）16數(shù)據(jù)通路獨立設(shè)計/整體綜合狀態(tài)機獨立設(shè)計/整體綜合控制信號獨立設(shè)計/整體綜合建模語言形式建模圖解案例分析方法形式建模綜合方法CPU選型CPU選型決定整個體系的邏輯主線選擇MIPS的主要理由RISC典型代表，計算機技術(shù)的里程碑之一指令集體系結(jié)構(gòu)設(shè)計精巧、規(guī)整，易于理解、學習、實踐在國外大學教學占據(jù)主流地位17提綱發(fā)展歷程白皮書解讀促進專業(yè)建設(shè)幾點體會后續(xù)工作18從學生培養(yǎng)角度計算機組成課程設(shè)計：這是每周1個CPU的節(jié)奏啊！時間緊，任務重！推背感太強！操作系統(tǒng)課程設(shè)計：這次作業(yè)花了相當長的時間啊，而且占用了助教多個寶貴的一晚上。大半夜趕實驗真是一把辛酸淚??！確實學到了不少東西，原先以為很簡單的東西實現(xiàn)起來發(fā)現(xiàn)還是有不少挑戰(zhàn)！編譯技術(shù)課程設(shè)計：沒有真正動手就不會體會到整個宿舍燈火通明徹夜調(diào)試bug的那種心情，不會體會到解決好一個bug時心中油然而生的快樂，不會體會到一遍一遍單步執(zhí)行的那種枯燥也是一種執(zhí)著，不會體會到“一定要解決好”的這種信心和決心。19從學生培養(yǎng)角度比學習專業(yè)知識/具備能力更重要的是心理變化完成挑戰(zhàn)：感受高峰體驗高峰體驗：建立自信建立自信：“計組都能扛下來，還有什么不行！”20凌晨的自習室從專業(yè)建設(shè)角度。。。21復雜工程問題：工程教育專業(yè)認證的核心培養(yǎng)質(zhì)量的終極評價：學生解決復雜工程問題的能力221工程知識：能夠?qū)?shù)學、自然科學、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識用于解決復雜工程問題。2問題分析：能夠應用數(shù)學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。3設(shè)計/開發(fā)解決方案：能夠設(shè)計針對復雜工程問題的解決方案，設(shè)計滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。4研究：能夠基于科學原理并采用科學方法對復雜工程問題進行研究，包括設(shè)計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。5使用現(xiàn)代工具：能夠針對復雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對復雜工程問題的預測與模擬，并能夠理解其局限性。6工程與社會：能夠基于工程相關(guān)背景知識進行合理分析，評價專業(yè)工程實踐和復雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應承擔的責任。7環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展：能夠理解和評價針對復雜工程問題的工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。8職業(yè)規(guī)范：具有人文社會科學素養(yǎng)、社會責任感，能夠在工程實踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行責任。9個人和團隊：能夠在多學科背景下的團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色。10溝通：能夠就復雜工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設(shè)計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達或回應指令。并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流。11項目管理：理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟決策方法，并能在多學科環(huán)境中應用。12終身學習：具有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和適應發(fā)展的能力。復雜工程問題制導課程體系建設(shè)遵循OBE（成果導向）理念復雜工程問題＝OBE的挑戰(zhàn)性學習成果復雜工程問題驅(qū)動，自頂向下重構(gòu)知識體系、實驗體系突出復雜工程問題在課程體系建設(shè)中的頂層指導意義注重將工業(yè)界復雜工程問題加工為教學領(lǐng)域復雜工程工程問題23OBE制導的課程體系建設(shè)基本模式復雜工程問題的特征復雜工程問題的7個特征（1）必須運用深入的工程原理經(jīng)過分析才可能得到解決（2）需求涉及多方面的技術(shù)、工程和其它因素，并可能相互有一定沖突（3）需要通過建立合適的抽象模型才能解決，在建模過程中需要體現(xiàn)出創(chuàng)造性（4）不是僅靠常用方法就可以完全解決的（5）問題中涉及的因素可能沒有完全包含在專業(yè)標準和規(guī)范中（6）問題相關(guān)各方利益不完全一致（7）具有較高的綜合性，包含多個相互關(guān)聯(lián)的子問題定義復雜工程問題時，特征1必須滿足，2～7部分滿足24與特征1的匹配特征1：必須運用深入的工程原理經(jīng)過分析才可能得到解決CPU/OS/編譯器：每個任務都滿足要求以下幾點特別值得重視（）25要求內(nèi)涵CPU對操作系統(tǒng)的支撐必須深刻理解CPU初始化的具體原理，才能開發(fā)內(nèi)核啟動代碼必須深刻理解CPU中斷機制，才能編寫內(nèi)核的中斷處理和任務調(diào)度必須深刻理解存儲層次、MMU等才能開發(fā)內(nèi)核的存儲管理CPU對編譯器的支撐必須深刻理解寄存器的性能特性，才能完成編譯器中的寄存器分配、代碼生成必須深刻理解指令集各指令語義，才能編寫出與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的代碼優(yōu)化算法操作系統(tǒng)對編譯器的支撐必須深入理解線程概念及其運行特點，才能完成正確處理編譯中的全局寄存器分配、堆棧設(shè)計等。開發(fā)方法建模思想、EDA開發(fā)方法、CPU黃金模型驗證方法、仿真開發(fā)、交叉調(diào)試、軟件工程基本方法與特征2的匹配特征2：需要涉及多方面的技術(shù)、工程和其它因素，并可能相互有一定沖突。CPU：涉及離散數(shù)學、數(shù)字邏輯、沖突覆蓋性分析、硬件建模及仿真等開發(fā)過程涉及：測試用例開發(fā)、黃金模型驗證、仿真調(diào)試、FPGA開發(fā)等具體工程問題OS/編譯器：涉及CPU、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法等開發(fā)過程涉及：代碼管理、交叉編譯、仿真調(diào)試、遠程調(diào)試等工程問題編譯器：還往往面臨算法選擇問題對于某個應用而言，不是優(yōu)化算法越多就能得到最高優(yōu)化效果選擇優(yōu)化算法必須面向特定應用領(lǐng)域，結(jié)合具體應用行為及特點26與特征3的匹配特征3：需要通過建立合適的抽象模型才能解決，在建模過程中需要體現(xiàn)出創(chuàng)造性。CPU：設(shè)計CPU，必須建立指令執(zhí)行的數(shù)據(jù)通路抽象視圖流水線沖突分析：必須建立沖突分析矩陣，才能完成沖突覆蓋性分析OS/編譯器：大量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（數(shù)組、樹、圖）和算法（如遍歷）27與特征5的匹配特征5：問題中涉及的因素可能沒有完全包含在專業(yè)標準和規(guī)范中。CPU/OS/編譯器：均包含大量的知識和技術(shù)需要學生自學開發(fā)方法：黃金參考模型、調(diào)試技術(shù)、交叉編譯。。。軟件工具、開發(fā)平臺：EDA、GCC、FPGA、版本管理。。。28與特征6的匹配特征6：問題相關(guān)各方利益不完全一致。指令集：

CPU傾向于更大規(guī)模的指令集；編譯器傾向于選擇一個規(guī)模較小的子集。中斷響應、現(xiàn)場切換、存儲管理：OS設(shè)計希望CPU提供盡可能多的硬件支持，但這顯然會導致CPU設(shè)計復雜度提升。寄存器資源：編譯器希望更多的寄存器資源以提高優(yōu)化水平，但這會導致CPU指令集設(shè)計和實現(xiàn)復雜度的提高，同時也會導致單條指令執(zhí)行性能下降。29與特征7的匹配特征7：具有較高的綜合性，包含多個相互關(guān)聯(lián)的子問題。第1層次：CPU＋OS＋編譯器=計算機系統(tǒng)第2層次：CPU/OS/編譯器均是綜合性問題，可以繼續(xù)分解CPU：指令集、流水線、Cache、MMU、I/OOS：存儲系統(tǒng)、任務調(diào)度、中斷處理、文件系統(tǒng)編譯器：詞法分析、語法分析、代碼生成、代碼優(yōu)化第3層次：必須綜合運用其他相關(guān)課程學習的知識開發(fā)CPU：數(shù)理邏輯、數(shù)字邏輯、匯編、C等開發(fā)操作系統(tǒng)、編譯器：C/C++語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法、匯編等30提綱發(fā)展歷程白皮書解讀促進專業(yè)建設(shè)幾點體會后續(xù)工作31系統(tǒng)能力培養(yǎng)與專業(yè)建設(shè)結(jié)合的必要性系統(tǒng)能力培養(yǎng)奠定學生的基礎(chǔ)能力直接關(guān)聯(lián)課程：數(shù)字邏輯、計算機組成、操作系統(tǒng)、編譯技術(shù)間接關(guān)聯(lián)課程：前序課程（C語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法）；后繼課程（體系結(jié)構(gòu)、并行、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫、嵌入式。。。）對今后的知識學習及能力培養(yǎng)意義重大系統(tǒng)能力培養(yǎng)的挑戰(zhàn)性成果，是非常好的復雜工程問題問題既重要又清晰（老師、學生均容易理解和接受）與復雜工程問題的特征匹配度高挑戰(zhàn)性強，學生完成后具有強烈的自信、雄心，激發(fā)學習欲望32系統(tǒng)能力培養(yǎng)與專業(yè)建設(shè)結(jié)合的必要性系統(tǒng)能力培養(yǎng)是專業(yè)建設(shè)實施的好工作抓手如何入手，往往是專業(yè)建設(shè)組織實施時要考慮的關(guān)鍵因素課程群是理想的建設(shè)顆粒度，利于課程體系建設(shè)的規(guī)劃、組織與實施課程體系

戰(zhàn)略，課程群

戰(zhàn)役，課程

戰(zhàn)斗建設(shè)好系統(tǒng)能力課程群，就具備了課程體系建設(shè)的范例與基礎(chǔ)系統(tǒng)能力培養(yǎng)工作彈性大，易體現(xiàn)專業(yè)認證的持續(xù)改進具有持續(xù)深化的需求，能不斷出新思路與成果目標問題在難度、廣度方面靈活組合，年年提高，體現(xiàn)專業(yè)的進步以CPU開發(fā)為例性能等級：單周期

多周期

流水線指令規(guī)模：5-6條20/30條50+條系統(tǒng)架構(gòu)：支持cache、MMU、中斷/異常33系統(tǒng)能力培養(yǎng)與專業(yè)建設(shè)結(jié)合的必要性相當多高校已開展此項工作，案例豐富示范學校多：清華、北大、北航、浙大、南大。。。多種具體技術(shù)方案可供選擇試點高校多：幾十所大學參與（北工大、首師大、合法師范。。。）結(jié)合自身需求裁剪定制34課程體系建設(shè)模式變革系統(tǒng)規(guī)劃：圍繞頂