導(dǎo)語：如何才能寫好一篇計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)；軟件模擬技術(shù)；發(fā)展；措施

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）32-0260-02

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，算機(jī)已經(jīng)成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)及信息處理的核心工具。體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)對于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而言是必不可少的技術(shù)手段，通過體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)能夠不但最大程度的降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的費(fèi)用以及時(shí)間，而且也極大提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)說白了就是通過現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件，對系統(tǒng)硬件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的使用情況以及性能進(jìn)行模擬，由于計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)具有一定的技術(shù)優(yōu)勢和成本優(yōu)勢，因此，其目前已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必不可少的手段。

1 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的發(fā)展過程及其現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的中央處理單元的變化下產(chǎn)生的。二十世紀(jì)末，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是利用數(shù)據(jù)信息驅(qū)動技術(shù)來收集計(jì)算機(jī)運(yùn)作的數(shù)據(jù)信息，并完成執(zhí)行程序指令。另外，數(shù)據(jù)信息驅(qū)動技術(shù)深入把握計(jì)算機(jī)的運(yùn)作數(shù)據(jù)信息，并對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部中央處理單元的組成結(jié)構(gòu)以及其具備的特點(diǎn)做詳細(xì)的分析研究，并堅(jiān)持其所存在的漏洞問題。因此，數(shù)據(jù)信息驅(qū)動技術(shù)在當(dāng)時(shí)也被稱為基于執(zhí)行程序指令而形成的一種靜態(tài)模擬技術(shù)[1]。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，因此，在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信息驅(qū)動技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)上，也就出現(xiàn)了能夠分析計(jì)算機(jī)性能技術(shù)。分析計(jì)算機(jī)性能技術(shù)不僅提高了計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)質(zhì)量，而且也實(shí)現(xiàn)了降低計(jì)算機(jī)技術(shù)的研發(fā)成本以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的失敗概率。此后，分析計(jì)算機(jī)性能技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。但由于其不能夠準(zhǔn)確地反映出計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的一些細(xì)小問題，且適用范圍較小，因此，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員為了提高了精確程度，擴(kuò)大適用范圍，于是對該技術(shù)再次進(jìn)行改進(jìn)完善，于是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)就在這個(gè)背景下誕生了。

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，計(jì)算機(jī)中央處理器目前的研究和設(shè)計(jì)過程中，有百分之六十的科研經(jīng)費(fèi)都被投入軟件模擬和性能評估兩方面。從理論上講，軟件和硬件相比，前者的開發(fā)成本及周期要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后者的開發(fā)成本和周期，并且軟件開發(fā)比硬件開發(fā)要簡單。從這個(gè)角度來說，靈活性強(qiáng)以及成本低是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)得到推廣使用的主要原因。然而，由于計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的研發(fā)的技術(shù)性要求極強(qiáng)，所以其也面臨著眾多技術(shù)難題，這些難題對其發(fā)展都起到了阻礙作用[2]。

2 與計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)相關(guān)的一些概念

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，現(xiàn)已逐漸建立較為成型的技術(shù)規(guī)范，在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的過程中，有不少具有創(chuàng)造性的模擬技術(shù)出現(xiàn)，而且其相關(guān)概念也在完善中，但是部分概念由于字面意思非常相近，所以人們都習(xí)慣性的將其畫上等號，例如仿真和模擬兩個(gè)概念，通過以下定義區(qū)分開模擬和仿真兩個(gè)概念。

1）計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)仿真

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)仿真是指通過計(jì)算機(jī)硬件或軟件的方式，對計(jì)算機(jī)模擬器產(chǎn)生的某種模擬結(jié)果進(jìn)行模仿。計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)仿真的主要目的是在另一個(gè)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)一個(gè)已知的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能，使另一個(gè)計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)與原計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一樣的計(jì)算結(jié)果，而對于計(jì)算過程是不太重視的。

2）計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬則是根據(jù)硬件或軟件的工作狀態(tài)來模擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算過程，其主要目的是為了開發(fā)和預(yù)測計(jì)算機(jī)未來的功能和性能，因?yàn)槭茄芯坑?jì)算機(jī)的計(jì)算過程，所以對于計(jì)算結(jié)果也不太重視。

隨著計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的仿真漸漸屬于計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬，因?yàn)轶w系結(jié)構(gòu)模擬要先通過正確的輸出結(jié)果來預(yù)測模擬方式是否可行，其次在研究計(jì)算的過程。例如在計(jì)算體系結(jié)構(gòu)模擬過程中，模擬器運(yùn)行是按照一個(gè)程序進(jìn)行的，而承載模擬器的主機(jī)則是按照領(lǐng)一套程序進(jìn)行的，這樣就會造成指令沖突。因此必須要將模擬器上的運(yùn)行指令實(shí)先翻譯為主機(jī)上的程序指令，那么能實(shí)現(xiàn)由模擬器指令轉(zhuǎn)化為主機(jī)運(yùn)行指令的工具稱為指令集仿真器。從這個(gè)角度來說，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)仿真已經(jīng)成為了計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬的一部分，是計(jì)算機(jī)體系模擬的基礎(chǔ)條件。

3 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬的分類

3.1 體系結(jié)構(gòu)模擬器分類的分類

1）計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬器的分類標(biāo)準(zhǔn)多種多樣，根據(jù)處理器的實(shí)際數(shù)量，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)可以分為單個(gè)處理器和多個(gè)處理器系統(tǒng)模擬兩種。單個(gè)處理器是利用一個(gè)處理系統(tǒng)模擬器來進(jìn)行系統(tǒng)軟件模擬工作，而多處理器是由多個(gè)處理器共同工作，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)存資源共享。根據(jù)模擬目標(biāo)的差異，模擬器又可分為功能模擬、耗能模擬、性能模擬及發(fā)熱模擬技術(shù)[3]。其中性能模擬與其他三個(gè)模擬相比，其發(fā)展的最迅速。但是隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的快速發(fā)展，人們越來越關(guān)注的是計(jì)算機(jī)的耗能問題，因此，耗能模擬在不久將會成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。另外，模擬器還可以根據(jù)開發(fā)模式進(jìn)行劃分，可分為串行結(jié)構(gòu)和并行結(jié)構(gòu)，其中串行結(jié)構(gòu)是利用C語言的編程語言執(zhí)行編程指令的，能夠?qū)崿F(xiàn)直接描述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

2）跟蹤驅(qū)動模擬技術(shù)。跟蹤驅(qū)動模擬技術(shù)是頁面置換計(jì)算方法中最早應(yīng)用的一種緩存管理算法，在有效的模擬跟蹤驅(qū)動的同時(shí)，也會將指令程序執(zhí)行的每條數(shù)據(jù)當(dāng)做模擬器輸入其中，從而模擬某個(gè)體系結(jié)構(gòu)處理器的功能及其實(shí)際性能。

篇2

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)；馮諾依曼；RISC；CISC

中圖分類號：TP303

計(jì)算機(jī)的發(fā)展大體上可以分為兩個(gè)階段，這兩個(gè)階段分別是：串行階段以及并行階段。所謂并行計(jì)算機(jī)，是在串行計(jì)算的基礎(chǔ)上，使得許多組處理單元相互協(xié)調(diào)、相互調(diào)度來完成數(shù)據(jù)以及計(jì)算等處理的方式?；隈T諾依曼的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)可以分成CISC的體系結(jié)構(gòu)以及基于RISC的體系結(jié)構(gòu)。

1 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀

人們的溝通以及工作的效率因?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展得到了很大程度上的提高。在現(xiàn)代的微處理器中，大體上可以將其體系結(jié)構(gòu)分成兩大類，這兩大類分別是：基于CISC的體系結(jié)構(gòu)以及基于RISC的體系結(jié)構(gòu)?；贑ISC的體系的芯片有x86（intel）；基于RISC的體系的芯片有power pc、sparc等等。無論是哪一種結(jié)構(gòu)，人們在設(shè)計(jì)芯片的時(shí)候，都會注重以下幾個(gè)方面的問題：

（1）計(jì)算機(jī)最重要的功能就是在處理數(shù)據(jù)等方面，所以計(jì)算機(jī)的計(jì)算處理速度是計(jì)算機(jī)性能的一個(gè)非常重要的指標(biāo)。計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)會在很大程度上決定計(jì)算機(jī)的處理速度，當(dāng)然處理速度還與許多其它因素有關(guān)：硬件結(jié)構(gòu)、制作工藝等等。對于RISC，其處理速度很快，這是因?yàn)樗捎玫氖橇魉€技術(shù)，同時(shí)能夠直接完成指令的硬件譯碼；對于CISC，由于其硬件本身的復(fù)雜度就足夠高，因此也就表明會有更高的處理速度[2]。

（2）CISC能夠支持比較高級的計(jì)算機(jī)語言，而RISC卻只能夠支持一些精簡指令集以及它們的組合。但是這并不意味著RISC沒有優(yōu)勢，其能夠通過對高級語言的優(yōu)化編譯，實(shí)現(xiàn)對高級語言的支持。

對于以上描述的兩個(gè)目標(biāo)，人們普遍希望計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度越高越好，同時(shí)更加希望計(jì)算機(jī)能夠直接支持高級語言，從而使得人們開發(fā)計(jì)算機(jī)相應(yīng)軟件時(shí)更加方便快捷。

2 兩種體系結(jié)構(gòu)比較

2.1 二者具有不同的實(shí)現(xiàn)方式。兩者的實(shí)現(xiàn)方式是不一樣的。對于CISC來說，采用的存儲結(jié)構(gòu)是比較易于實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)和指令合一的方式。采用這種存儲結(jié)構(gòu)的原因是CISC具有比較高級的指令語義，同時(shí)具有比較長的執(zhí)行指令的周期。而對于RISC來說，其采用的存儲結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)和指令相互分離的結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)槠洳扇×诉壿嫷挠膊季€方式，同時(shí)對于指令的讀取比較頻繁[3]。

2.2 具有不同的編譯器要求。如果時(shí)鐘頻率相同，同時(shí)失去編譯器，那么RISC與CISC的體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)的效率其實(shí)并沒有差別。而且相對來說，RISC體系結(jié)構(gòu)更加需要編譯器對指令的優(yōu)化。CISC具有很大的市場，同時(shí)技術(shù)的發(fā)展也已經(jīng)相當(dāng)成熟。RISC體系結(jié)構(gòu)并不能夠直接取代CISC的體系結(jié)構(gòu)。固然，RISC體系結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的競爭力，但是其邏輯硬布線到目前為止并沒有統(tǒng)一的規(guī)定。RISC也并不是傳統(tǒng)意義上的概念，現(xiàn)代的RISC也具有很多明顯的變化，主要表現(xiàn)在：具有分支預(yù)測的功能、能夠超標(biāo)量執(zhí)行，同時(shí)還能夠亂序執(zhí)行指令[4]。

2.3 兩種體系結(jié)構(gòu)具有不同的設(shè)計(jì)思想。人們通常測量計(jì)算機(jī)執(zhí)行速度的方法是測算執(zhí)行程序的時(shí)間。如果我們想要提高計(jì)算機(jī)的執(zhí)行速度，主要可以從以下幾個(gè)方面來著手：（1）減小每個(gè)指令的執(zhí)行周期；（2）要想提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度，也可以提高某些指令的語義級別；（3）最重要的方法還是提高主頻。相對來說，RISC體系結(jié)構(gòu)的指令都比較簡單，因此具有較低的指令語義。大部分的指令都是單周期，因此硬件邏輯實(shí)現(xiàn)十分方便，可以使用邏輯硬布線的方法。

3 體系結(jié)構(gòu)存在的相應(yīng)問題

在近六十年來，世界各地的計(jì)算機(jī)科學(xué)家不斷豐富和晚上計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，成就了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)。對于經(jīng)典的馮諾依曼結(jié)構(gòu)，主要有以下三點(diǎn)核心：存儲模型、二進(jìn)制以及在某一個(gè)特定時(shí)間只能夠串行操作一個(gè)命令。

二進(jìn)制這個(gè)體系已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)界的標(biāo)桿，到目前為止基本上沒有人能夠突破這種二進(jìn)制的體系結(jié)構(gòu)。人們希望能夠?qū)⒋鎯δＪ礁淖円幌?，擺脫寄存器這一存儲模式。但是，即使使用了很多技術(shù)以及先進(jìn)的理論，這種設(shè)想都沒有獲得成功。人們希望計(jì)算機(jī)能夠在某一操作的過程中，實(shí)現(xiàn)大量的并行計(jì)算操作，但是基于馮諾依曼的串行處理機(jī)制仍然沒有得到解決。RISC以及CISC都屬于馮諾依曼體系，因此它們都有各自固有的缺陷[5]。

4 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢

4.1 多線程體系。所謂的多線程技術(shù)，是一種結(jié)合了馮諾依曼的控制流模型以及數(shù)據(jù)流模型的新興技術(shù)。它能夠進(jìn)行現(xiàn)場的指令級交換以及順序調(diào)度。一般說來，在線程中，如果其中一條指令執(zhí)行，那么相應(yīng)后面的指令都會相繼執(zhí)行。線程可以成為計(jì)算機(jī)中調(diào)度執(zhí)行的基本步驟，同時(shí)計(jì)算機(jī)中可以同時(shí)并發(fā)運(yùn)行許多個(gè)線程。這樣做的好處是：提高了并行度的效果，同時(shí)又能夠相互隱藏延遲的操作。多線程有著許多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也有一些不足之處。它的優(yōu)點(diǎn)是能夠在很大程度上提高整個(gè)處理器的利用效率，在整體上使計(jì)算機(jī)的性能提高到一個(gè)新的檔次。多線程技術(shù)能夠很好地隱藏幾乎所有的延遲，這是諸如分支預(yù)測錯誤延遲技術(shù)等其它技術(shù)所不具備的。因此，多線程技術(shù)能夠在計(jì)算機(jī)微處理器的結(jié)構(gòu)中具有很高的應(yīng)用價(jià)值。但是為了實(shí)現(xiàn)多線程技術(shù)，就需要很多的硬件同時(shí)并行操作，這種硬件的資源損耗十分巨大[6]。

4.2 VLIW體系。所謂VLIW體系，能夠通過編譯器將許多不同的、相互之間無依賴的操作縮減到一個(gè)長指令字中。VLIW體系域超標(biāo)量有許多相同的地方。超標(biāo)量能夠突破flynn的難題，而VLIW也同樣可以。它們兩者的不同點(diǎn)是在何處處理好執(zhí)行多個(gè)操作時(shí)產(chǎn)生的指令相關(guān)問題。對于這個(gè)問題，超標(biāo)量的RISC處理器的調(diào)度方案留給芯片，VLIW體系的微處理器將工作交給編譯器來決定。從某種意義上來看，VLIW可以是一種特殊的超標(biāo)量技術(shù)，它是基于編譯器或者是軟件的。VLIW體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行指令并行化的方法是靜態(tài)調(diào)度相應(yīng)的執(zhí)行代碼。VLIW體系的微處理器具備的這種調(diào)度方法，具有許多優(yōu)點(diǎn)：它能夠大大簡化硬件的復(fù)雜度，同時(shí)能夠使得處理器功能變強(qiáng)結(jié)構(gòu)變得簡單。硬件簡單的另一個(gè)好處是能夠使得時(shí)鐘具有很大的增長速度。

4.3 單芯片多處理器體系。隨著VLSI等工藝水平的不斷提高，人們自然會想到制作單芯片的多處理器體系。在不同的制作工藝水平下，單芯片上能夠集成的晶體管的個(gè)數(shù)是不一樣的。這種集成個(gè)數(shù)會隨著其制作工藝水平的提高而急劇提高。單芯片的多處理器體系的很大的優(yōu)勢就是其制作非常簡單，同時(shí)具有較好的伸縮性。其它處理器結(jié)構(gòu)對很多方面都有要求，但是它對單處理器的結(jié)構(gòu)并沒有特別的要求。因而具有很大的發(fā)展前景，是一種很好的技術(shù)。

5 結(jié)束語

目前計(jì)算機(jī)的發(fā)展十分迅速，已經(jīng)在各個(gè)方面徹底改變了現(xiàn)代人們的生活方式和工作方式。人們的溝通以及工作的效率得到了很大程度上的提高。在現(xiàn)代的微處理器中，大體上可以將其體系結(jié)構(gòu)分成兩大類，這兩大類分別是：基于CISC的體系結(jié)構(gòu)以及基于RISC的體系結(jié)構(gòu)。本論文簡要介紹了計(jì)算機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，然后對比了兩種不同的體系結(jié)構(gòu)，比較了這兩種體系結(jié)構(gòu)中存在的問題，進(jìn)而提出計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)：

[1]王沁.現(xiàn)代VLIW體現(xiàn)研究的技術(shù)路線[J].自動控制與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，1999（08）.

[2]盧凱，胡湘華.高性能計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)分區(qū)技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2004（31）：179-182.

[3]黃鎧，徐志偉.可擴(kuò)展并行計(jì)算技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[4]李根國，桂亞東，劉欣.淺談高性能計(jì)算的地位及應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2006（23）：3-5.

[5]姚愛紅，張國印，關(guān)琳.基于動態(tài)可重構(gòu)FPGA的自演化硬件概述[J].智能系統(tǒng)學(xué)報(bào)，2008（05）：437-441.

篇3

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)；核心課程建設(shè)；教學(xué)創(chuàng)新

依據(jù)上海理工大學(xué)實(shí)施教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的要求，上海理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系確立了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、計(jì)算機(jī)工程兩個(gè)本科專業(yè)定位為培養(yǎng)計(jì)算機(jī)工程領(lǐng)域需求的工程性人才。在參考ACM/IEEE-CS CC2005[1]對計(jì)算機(jī)工程(CE)學(xué)科課程體系設(shè)置的基礎(chǔ)上，我們將計(jì)算機(jī)組成原理和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的知識組織為一門統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)課程，并采用白中英教授主編的《計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)》作為理論教學(xué)教材[2]。

計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)課程涵蓋兩個(gè)方面：計(jì)算機(jī)組成的基本原理和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)量化設(shè)計(jì)的基本方法。計(jì)算機(jī)組成原理是通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一般性邏輯實(shí)現(xiàn)方法；計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)揭示計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，包括概念性結(jié)構(gòu)和功能特性，確定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟硬件的界面。二者既有區(qū)別，又有內(nèi)在聯(lián)系，因此，適合于整合為一門綜合性專業(yè)基礎(chǔ)課程。但是，由于計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)全國研究生統(tǒng)一入學(xué)考試的專業(yè)基礎(chǔ)課，因此，我們確定本課程的教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于計(jì)算機(jī)組成原理的教學(xué)。

根據(jù)教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會制定的《高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程教學(xué)實(shí)施方案》中關(guān)于計(jì)算機(jī)組成原理課程的實(shí)施方案[3]，我們確立了計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)的教學(xué)目標(biāo)是圍繞單CPU計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本組成和工作原理，系統(tǒng)講述計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)及功能部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能特征、工作原理、交互方式和基本設(shè)計(jì)方法，使學(xué)生理解計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)與工作原理，掌握計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本分析與設(shè)計(jì)方法，為計(jì)算機(jī)工程領(lǐng)域培養(yǎng)具有硬件設(shè)計(jì)和實(shí)施能力的工程性人才；主要教學(xué)任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生對計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的分析、應(yīng)用、設(shè)計(jì)和開發(fā)能力，系統(tǒng)地理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部件的工作原理和運(yùn)行機(jī)制。

1 教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題

多年來，計(jì)算機(jī)組成原理被認(rèn)為是一門既難教又難學(xué)的課程。而計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)則包括計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，這使得教學(xué)內(nèi)容更多、學(xué)習(xí)難度更大。因此，很多同行一直在通過各種方式提高這門課程的教學(xué)質(zhì)量[4-7]。結(jié)合我校計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的具體情況，我們分析發(fā)現(xiàn)造成這一問題的因素有三個(gè)。

第一，本課程需要有數(shù)字電路、數(shù)字邏輯知識為基礎(chǔ)。但是，由于大一大二兩學(xué)年我院采用工科通識教育的缺陷，使得計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)工程兩個(gè)專業(yè)的本科生在學(xué)習(xí)本課程前沒有學(xué)習(xí)過數(shù)字電路和模擬電路，也不了解數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)的方法。因此，學(xué)生基礎(chǔ)差，難以跟上教學(xué)進(jìn)度。

第二，本課程涉及的知識面廣、概念多，而且計(jì)算機(jī)內(nèi)部芯片高度集成化，學(xué)生缺乏對計(jì)算機(jī)各部件的感性認(rèn)識。因此，理解其物理結(jié)構(gòu)和工作原理比較抽象，學(xué)生難以理解。而且，由于該課程講授的計(jì)算機(jī)最基本的原理和方法，課程教學(xué)內(nèi)容的直接應(yīng)用目標(biāo)也不可能很明確，學(xué)生難以理解該課程的直接應(yīng)用價(jià)值，對該課程的重視度不夠。

第三，在計(jì)算機(jī)軟件的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生通過編程技術(shù)可以獲得可見的結(jié)果。而對比計(jì)算機(jī)硬件課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生難以把學(xué)到的硬件知識馬上應(yīng)用起來，不容易獲得類似軟件編程的直觀感受，學(xué)生普遍的認(rèn)識有偏差。這導(dǎo)致學(xué)生誤認(rèn)為本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的實(shí)用性不強(qiáng)或者誤認(rèn)為軟硬件之間的聯(lián)系不大，以后自己只從事軟件編程工作，不需要掌握計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)方面的知識。

基于以上對計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)課程的定位，結(jié)合我校人才培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)現(xiàn)狀，下面，我們將從教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、理論教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)規(guī)劃、課程考核制度、師資隊(duì)伍建設(shè)和綜合教學(xué)平臺建設(shè)六個(gè)方面具體提出本課程的建設(shè)方案。

2 核心課程創(chuàng)新建設(shè)的綜合方案

2.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

教學(xué)內(nèi)容設(shè)置方面的建設(shè)主要集中在三個(gè)方面：第一是補(bǔ)充本課程的基礎(chǔ)知識，包括數(shù)字電路中的TTL門、MOS管技術(shù)等和數(shù)字邏輯課程中的邏輯代數(shù)基礎(chǔ)及組合電路邏輯設(shè)計(jì)方法；第二是補(bǔ)充《計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)》教材中缺失的內(nèi)容，比如增加計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中關(guān)于指令級并行軟硬件設(shè)計(jì)方法、Cache失效性分析、多處理機(jī)同步與通信機(jī)制等。在計(jì)算機(jī)組成原理的教學(xué)內(nèi)容上，盡量補(bǔ)充計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)量化分析的方法和設(shè)計(jì)原理；第三是補(bǔ)充多核處理器技術(shù)的最新設(shè)計(jì)方法和工作機(jī)制，這部分內(nèi)容主要提供給對計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)感興趣的、學(xué)有余力的學(xué)生自學(xué)之用。

為保證理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間的充裕性，我們將理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)單獨(dú)開課，實(shí)驗(yàn)課的進(jìn)度和理論課的進(jìn)度相匹配，其中理論教學(xué)安排64學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)16學(xué)時(shí)，使得理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)時(shí)比為4:1。此外，對學(xué)有余力和參加競賽的同學(xué)另行再組織和指導(dǎo)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，使得理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)環(huán)相扣，逐步深化，并使得培養(yǎng)的學(xué)生具有一定的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和實(shí)踐能力。理論教學(xué)計(jì)劃如表1所示。

這種教學(xué)計(jì)劃使得計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)內(nèi)容更加豐富，既避免了本課程只講授計(jì)算機(jī)組成原理或者只講授計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)知識的弊端，又能保證學(xué)生將來參加研究生入學(xué)考試時(shí)對計(jì)算機(jī)組成原理知識的全面掌握。

2.2 理論教學(xué)方法

在講授基本原理的過程中，我們注意融入計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)發(fā)展的新技術(shù)并作為學(xué)生課后自學(xué)的內(nèi)容，注重基礎(chǔ)理論與最新技術(shù)的融合。由于計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)知識比較抽象，理論學(xué)習(xí)比較枯燥，因此教學(xué)過程中我們要與學(xué)生交流互動，向?qū)W生提出啟發(fā)式和開放式的問題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考。講課中注意觸類旁通，采用舉例、類比的方法，將深奧、難以理解的問題用學(xué)生最容易接受的方式和語言表達(dá)。理論課程全部采用課堂教學(xué)方式，以多媒體課件為主，適當(dāng)使用一些板書。充分發(fā)揮多媒體教學(xué)采用動畫技術(shù)或Flash技術(shù)，充分展現(xiàn)基礎(chǔ)性方法和原理的動態(tài)執(zhí)行過程。比如：SRAM讀寫周期的過程、Cache的訪問和替換策略、指令流水線的過程等。

然而，多媒體教學(xué)方法對運(yùn)算方法和運(yùn)算過程的教學(xué)效果卻不盡人意。經(jīng)分析，我們發(fā)現(xiàn)問題主要是定點(diǎn)數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行加減、乘除的計(jì)算過程沒有采用傳統(tǒng)板書教學(xué)并按步驟書寫，而是采用多媒體教學(xué)且放映速度較快，學(xué)生來不及仔細(xì)體會其中的設(shè)計(jì)技巧和驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果。

因此，后期涉及到計(jì)算相關(guān)的教學(xué)，我們都盡量采用傳統(tǒng)的板書教學(xué)方法；而對于簡單的控制流程、運(yùn)行機(jī)制、狀態(tài)更新等內(nèi)容主要采用多媒體教學(xué)方法，這既發(fā)揮了多媒體教學(xué)生動、信息量大的特點(diǎn)，又體現(xiàn)了傳統(tǒng)板書教學(xué)的細(xì)致和嚴(yán)謹(jǐn)。

此外，理論教學(xué)過程中建議采用引導(dǎo)式教學(xué)方法，而不能采用填鴨式灌輸教學(xué)。講授第二章運(yùn)算方法和運(yùn)算器前，先要介紹計(jì)算的基本功能就是進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)算，既然是算術(shù)邏輯運(yùn)算，那就有二進(jìn)制數(shù)參與運(yùn)算，那么就會介紹各種數(shù)的機(jī)器表示形式；然后介紹數(shù)值數(shù)據(jù)的加減法和乘除法，包括原碼、補(bǔ)碼和移碼的計(jì)算，然后介紹計(jì)算過程的硬件邏輯實(shí)現(xiàn)過程；最后介紹浮點(diǎn)數(shù)的加減乘除運(yùn)算過程和硬件設(shè)計(jì)框圖。

2.3 實(shí)踐教學(xué)規(guī)劃

在實(shí)踐教學(xué)方面，我們從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方式開展教學(xué)革新。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上，分別針對基礎(chǔ)性原理、綜合性知識和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)有針對性的開展實(shí)踐教學(xué)。針對基礎(chǔ)性原理設(shè)計(jì)了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，比如采用多功能運(yùn)算部件74LS181設(shè)計(jì)16位運(yùn)算器的實(shí)驗(yàn)電路，驗(yàn)證運(yùn)算器的功能等；對于綜合知識，我們組織設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，比如給每組學(xué)生分配一張指令表，指令表中包含十余條不同的機(jī)器指令(主要包括設(shè)計(jì)HALT, MOV, ADD, SUB, MUL, DIV, LOAD, STORE, JUMP)，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)整機(jī)邏輯圖來設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)中每條指令的執(zhí)行流程，設(shè)計(jì)微操作控制信號和微指令格式，確定初始微地址和后繼微地址的形成，然后根據(jù)指令流程和微指令格式編寫出每條機(jī)器指令所對應(yīng)的微程序，同時(shí)還要針對每條機(jī)器指令編寫相應(yīng)的測試程序，以測試微程序的正確性。最終，我們要求學(xué)生設(shè)計(jì)出一個(gè)支持簡單指令級的16位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；鼓勵和挖掘有潛力的學(xué)生組織開展創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，以組織興趣小組或競賽小組的形式，開展實(shí)際的工程應(yīng)用開發(fā)或創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)工作，比如通過EDA軟件設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲部件、控制邏輯電路等，通過軟件仿真測試并燒錄到FPGA器件上，檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的正確性；或者采用單片機(jī)、ARM處理器或RISC處理器設(shè)計(jì)一個(gè)嵌入式實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。由于課程教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)有限，創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)主要安排在學(xué)期末最后一個(gè)月的短學(xué)期內(nèi)實(shí)施。

對于實(shí)驗(yàn)方式，我們的教改措施主要有：1)要求理論教學(xué)的老師親自帶教實(shí)驗(yàn)課程，避免理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)老師分開、責(zé)任不明確，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課馬虎過關(guān)的現(xiàn)象；2)具體實(shí)驗(yàn)前，由老師講解實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)。授權(quán)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)設(shè)備或器材帶回宿舍進(jìn)行充分的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，與此同時(shí)他們還可以通過實(shí)驗(yàn)老師的即時(shí)通訊工具或教學(xué)平臺提供的學(xué)生論壇相互交流實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和提出問題；3)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)檢查采用分組答辯的形式，由學(xué)生團(tuán)隊(duì)自由組織并分工，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告、答辯PPT及回答答辯提問。

2.4 課程考核制度

理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)單獨(dú)考核并采用量化考核措施。對于理論教學(xué)環(huán)節(jié)主要考核學(xué)生的出勤率(10%)、作業(yè)完成情況(20%)、期末考試成績(70%)。

1) 出勤率：按出勤次數(shù)計(jì)算，每次出勤計(jì)2分，總分10分。

2) 作業(yè)完成情況：每學(xué)期安排5次作業(yè)，每次總分計(jì)4分。按作業(yè)繳納次數(shù)和作業(yè)評價(jià)結(jié)果記分， ，每次繳納作業(yè) =1，沒有繳納 =0； 表示每次作業(yè)的成績，如表2所示。

3) 期末考試：成績占理論課程學(xué)成績的70%。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)安排5次實(shí)驗(yàn)，主要考核學(xué)生的出勤率(10%)、組織與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力(10%)、實(shí)驗(yàn)完成情況(30%)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(25%)和答辯情況(25%)。

1) 出勤率：按出勤次數(shù)計(jì)算，每次出勤計(jì)2分，總分10分。

2) 組織與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力：根據(jù)團(tuán)隊(duì)成員分工情況和安排的組織討論情況記分，每次計(jì)2分，總分10分。

3) 實(shí)驗(yàn)完成情況：考核每個(gè)學(xué)生是否按規(guī)定完成制定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，每次實(shí)驗(yàn)總分計(jì)6分，分四個(gè)等級。按規(guī)定獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的記6分，在同學(xué)幫助下完成任務(wù)的記4分，在指導(dǎo)老師幫助下完成任務(wù)的記2分，缺席實(shí)驗(yàn)的記0分。如表3所示。

4) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告：考核學(xué)生總結(jié)、歸納實(shí)驗(yàn)任務(wù)的能力，是否按規(guī)定填寫和總結(jié)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，是否具有詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)分工、實(shí)驗(yàn)任務(wù)、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)分析五大要素。每個(gè)要素1分，每次實(shí)驗(yàn)總分記5分。

5) 答辯情況：每次實(shí)驗(yàn)配以答辯環(huán)節(jié)，每次答辯總分5分，共計(jì)25分。能正確回答答辯中提出的問題的記5分，與同學(xué)協(xié)商后正確回答問題的記3分，其他記2分。

2.5 師資隊(duì)伍建設(shè)

按照建設(shè)一流教師隊(duì)伍的要求，結(jié)合學(xué)院師資隊(duì)伍建設(shè)，我們增強(qiáng)本課程講授的師資力量，引進(jìn)具有國外留學(xué)經(jīng)歷的青年教師，建立完善的教師梯隊(duì)，同時(shí)，加強(qiáng)對青年教師的培養(yǎng)，提高教師教學(xué)、科研水平，鼓勵青年教師參加國內(nèi)外訪問學(xué)者計(jì)劃或者計(jì)算機(jī)組成原理和體系結(jié)構(gòu)的理論教學(xué)或?qū)嶒?yàn)教學(xué)培訓(xùn)計(jì)劃。積極參加計(jì)算機(jī)學(xué)會體系結(jié)構(gòu)委員會和計(jì)算機(jī)教育委員會組織的活動。

2.6 綜合教學(xué)平臺

建設(shè)本課程的教學(xué)網(wǎng)站，將每一節(jié)課講授內(nèi)容的電子課件向?qū)W生開放，便于學(xué)生課后復(fù)習(xí)和鞏固所學(xué)知識。同時(shí)，進(jìn)一步完善本課程網(wǎng)站資源，開辟專門的教學(xué)論壇、教學(xué)QQ和群組供學(xué)生討論問題。

聘請研究生擔(dān)任助教，負(fù)責(zé)與實(shí)驗(yàn)課的老師一起完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、回答學(xué)生問題、批改習(xí)題作業(yè)。保證學(xué)生能夠隨時(shí)通過電子郵件和即時(shí)通訊工具聯(lián)系到這些助教，在課程學(xué)習(xí)過程中遇到困難和問題時(shí)就能夠及時(shí)地得到輔導(dǎo)和幫助。助教將收集到的反饋信息匯總，主講教師根據(jù)這些信息及時(shí)調(diào)整教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容，滿足學(xué)生求知的欲望和需求。

綜合教學(xué)平臺的總體功能包括介紹教學(xué)內(nèi)容、師資隊(duì)伍、教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)進(jìn)度、課件資源、在線答疑、論壇討論、習(xí)題庫、友情鏈接等，由專人負(fù)責(zé)管理和更新，真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)平臺作為教師與學(xué)生溝通的橋梁作用。

3 結(jié)語

通過以上措施，我們獲得了較為明顯的教學(xué)效果，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量也得到大幅度的提高。學(xué)生由以前害怕、拒絕學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)課程轉(zhuǎn)變?yōu)閷τ?jì)算機(jī)組成和體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的熱愛，并獲得了更多直觀的體會，進(jìn)一步正確理解了計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的作用和意義，達(dá)到了我們建設(shè)核心課程的初期目標(biāo)。

通過前期的規(guī)劃和初步實(shí)踐，我們計(jì)劃將在以下三個(gè)方面進(jìn)一步推進(jìn)本課程的建設(shè)。

第一，進(jìn)一步了解學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)興趣，根據(jù)因材施教的思想，把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分成不同的層次，面向不同的對象。保證必做實(shí)驗(yàn)的水平和質(zhì)量，提高選做實(shí)驗(yàn)的數(shù)量和種類，滿足多方面學(xué)生的需求。

第二，進(jìn)一步與硬件設(shè)計(jì)、生產(chǎn)企業(yè)合作，組織學(xué)生參加全國性的設(shè)計(jì)大賽。既讓學(xué)生接觸、應(yīng)用到最新技術(shù)的芯片或者設(shè)備，又能提高本校在企業(yè)界和教育界的知名度。

第三，根據(jù)本校學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、課程教學(xué)計(jì)劃，編制一套更適合本校實(shí)際情況的、符合計(jì)算機(jī)組成和體系結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面知識的理論教材和實(shí)驗(yàn)手冊。

參考文獻(xiàn)：

[1] Russel Shackelford,Andrew Mcgettrick,et al. Computing Curricula 2005: the overview report[C]. Proceedings of the 37th SIGCSE technical symposium on computer science education,2006.

[2] 白中英,戴志濤,楊春武,等. 計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)[M]. 4版. 北京:清華大學(xué)出版社,2008.

[3] 教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會. 高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程教學(xué)實(shí)施方案[M]. 北京:高等教育出版社,2009.

[4] 李山山,全成斌. 計(jì)算機(jī)組成原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的調(diào)查與研究[J]. 計(jì)算機(jī)教育,2010(11):127-129.

[5] 胡曉婷,王樹梅,任世錦,等. 提高計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)效果的途徑與方法[J]. 計(jì)算機(jī)教育,2010(11):97-100.

[6] 鄭麗萍,秦杰,王獻(xiàn)榮. 計(jì)算機(jī)組成原理與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容銜接[J]. 計(jì)算機(jī)教育,2010(11):52-55.

[7] 何會民,潘雪增.“計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)”課程教學(xué)創(chuàng)新改革[J]. 高等理科教育,2007(4):74-77.

Educational Innovations of Computer Organization and Architecture

PEI Songwen, WU Chunxue

(Department of Computer Science and Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)

篇4

Abstract： Due to steel housing with a high technological content， construction and installation cost is higher than other classes corresponding housing. However， considered in conjunction occupancy， land use efficiency and other factors； steel residential genus worthy new residential architecture. Based on the high-rise steel residential architecture in what a useful research and exploration， considering in the calculation process seismic loads and wind loads， research for the promotion of development and improvement of steel housing has a guiding significance and reference value.

關(guān)鍵詞：高層鋼結(jié)構(gòu)住宅；結(jié)構(gòu)計(jì)算及分析；地震荷載；風(fēng)荷載

Key words： high-rise steel residential；structure calculation and analysis；seismic load；wind load

中圖分類號：TU973 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）02-0131-03

0 引言

鋼框架結(jié)構(gòu)與混凝土框架結(jié)構(gòu)相比，有很多不同之處。一方面鋼材比混凝土材質(zhì)更為均勻、各方向的力學(xué)性能幾乎一樣，這些有利于結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算；另一方面，鋼材強(qiáng)度較高，在相同承載力下鋼構(gòu)件的截面可以減小很多。這是鋼結(jié)構(gòu)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也產(chǎn)生一些問題：構(gòu)件截面的抗彎剛度EI、抗扭剛度GIt、抗翹曲剛度EIw均小于混凝土構(gòu)件的各個(gè)剛度值。剛度小就意味著抗變形的能力比較差，容易產(chǎn)生較大的變形。[1-5]

1 荷載效應(yīng)的計(jì)算

我國《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算作規(guī)定，但公式只限于彈性分析，而且一般采用一階彈性分析。由于鋼框架結(jié)構(gòu)P-Δ效應(yīng)較大，采用一階彈性分析顯得保守，這時(shí)宜采用二階分析。國內(nèi)外學(xué)者對鋼框架結(jié)構(gòu)二階效應(yīng)進(jìn)行了研究，比較成熟的分析方法有兩種：塑性區(qū)法和塑性鉸法。這兩種方法都對材料進(jìn)入塑性階段給出了研究結(jié)果。但由于計(jì)算工作量大，難于在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中推廣。

本文按照我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2014）中的設(shè)計(jì)方法，通過PKPM軟件，對常用的鋼結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行分析，從而找出結(jié)構(gòu)性能比最好的結(jié)構(gòu)體系。[1-2]

2 PKPM計(jì)算分析

2.1 結(jié)構(gòu)模型

現(xiàn)以昆明某小區(qū)12層鋼結(jié)構(gòu)住宅為背景，建筑方案為：（高層）地下1層，地上12層，出屋面樓梯、電梯間1層；層高為地下3.6m，地上12層每層均為2.9m，出屋面4.1m；室內(nèi)外高差：0.45m；地上結(jié)構(gòu)總高度：0.45+2.9×12=35.25m；結(jié)構(gòu)方案為：樓板采用現(xiàn)澆混凝土平板，預(yù)應(yīng)力槽形疊合板，樓面預(yù)留70mm建筑做法，輕骨料混凝土填充；主體結(jié)構(gòu)材料為鋼材：Q235；混凝土強(qiáng)度等級：鋼管混凝土柱C40，其他C30；鋼筋：HPB300級、HRB400級?；A(chǔ)采用鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)；填充墻采用200mm厚加氣混凝土砌塊?？拐鹪O(shè)防烈度分別考慮7度和8度，設(shè)計(jì)基本加速度值為0.10g和0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場地土特征周期值選取0.40s。

結(jié)構(gòu)類型分別考慮鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)和鋼框架-混凝土筒體結(jié)構(gòu)兩種，結(jié)構(gòu)平面布置如圖1和圖2所示，其三維模型如圖3和圖4所示。柱子采用方鋼管柱和鋼管混凝土柱兩種類型。

2.2 計(jì)算結(jié)果比較

通過PKPM計(jì)算，將兩種結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，期中用鋼量對比如表1所示，層間位移角對比如表2所示，應(yīng)力比對比如表3所示。

通過以上分析可以看出，無論是7度設(shè)防區(qū)還是8度設(shè)防區(qū)，采用鋼管混凝土柱的結(jié)構(gòu)用鋼量少，在水平荷載作用下的層間側(cè)移也比較小。說明鋼管混凝土柱的使用效果更好，在高層鋼結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)更好。此外，從應(yīng)力比對比結(jié)果來看，鋼框架-混凝土筒體結(jié)構(gòu)各類構(gòu)件的應(yīng)力比比較高，說明構(gòu)件的承載力更能夠充分發(fā)揮。

3 結(jié)論

本文對高層鋼結(jié)構(gòu)常用的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了分析與對比。從分析結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

3.1 用鋼量

無論是鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)還是鋼框架-混凝土筒體結(jié)構(gòu)，采用鋼管混凝土柱的用鋼量都比較小。7度時(shí)兩種結(jié)構(gòu)的用鋼量比為1：0.96，8度時(shí)兩種結(jié)構(gòu)的用鋼量比為1：0.92，兩種結(jié)構(gòu)的用鋼量相當(dāng)。若是考慮經(jīng)濟(jì)性，在結(jié)構(gòu)中采用鋼管混凝土柱可以大大降低成本。

3.2 抗側(cè)移性能

7度、8度時(shí)，兩種結(jié)構(gòu)類型都可以滿足水平側(cè)移要求，鋼框架-混凝土筒體結(jié)構(gòu)更優(yōu)。兩者的側(cè)移不僅滿足了規(guī)范規(guī)定的限值，而且滿足了住宅精裝修的要求。

3.3 安全性能

鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)和鋼框架-混凝土筒體結(jié)構(gòu)都能滿足安全性能的要求，兩種結(jié)構(gòu)的構(gòu)件應(yīng)力比都比較大，構(gòu)件的承載力能夠充分發(fā)揮。

綜上所述：鋼管混凝土柱的受力性能要強(qiáng)于方鋼管柱，在8度區(qū)，用鋼梁比后者少了8%左右，優(yōu)勢相當(dāng)?shù)拿黠@。對于鋼框架-混凝土筒體結(jié)構(gòu)，在兩個(gè)方向上筒體都屬于強(qiáng)支撐體系，所以安全性能全面高于其他結(jié)構(gòu)類型。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB50017-2014，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社.

[2]鄭添，王恒華.多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)選研究[D].東南大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005.

[3]陳驥.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論與設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[4]崔欽淑，歐新新.PKPM系列程序在土木工程中的應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

篇5

摘要：本文介紹了我院在“計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)實(shí)踐中逐步摸索出的一套行之有效的教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)；教學(xué)實(shí)踐；啟發(fā)式教學(xué)

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

對于“計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)”這門課程，大家普遍認(rèn)為非常抽象，理論內(nèi)容和概念較多，教師授課感覺單調(diào)、乏味，學(xué)生聽起來也比較困難。但實(shí)際上本課程和實(shí)踐聯(lián)系較為密切，因?yàn)橛?jì)算機(jī)現(xiàn)在非常普及，各種部件大家也都熟知，只不過對各部件的工作原理以及相互之間的通信方式還不是太了解，所以有些無所適從。因此，我們在開始講授這門課時(shí)，首先從興趣入手，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用自己以前所學(xué)的知識和了解到的一些市場行情，去寫出一臺計(jì)算機(jī)的配置，看看都需要哪些部件，怎樣配置才是最優(yōu)最合理的。這樣可以使學(xué)生更直觀、更全面、更深入地理解本課程的教學(xué)目的，然后再結(jié)合教學(xué)輔助軟件將計(jì)算機(jī)的硬件進(jìn)行分割、拆卸，如硬盤、軟驅(qū)、光驅(qū)、主機(jī)、打印機(jī)、顯示器等，將其內(nèi)部結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出來，使學(xué)生能夠更好地了解計(jì)算機(jī)功能部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其之間的聯(lián)系。通過這種方式，學(xué)生們普遍感到計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)原來離自己是很近的，消除了畏懼心理，從主觀上開始重視這門課程，并帶著問題和興趣去學(xué)習(xí)，這樣就為講好這門課打下了基礎(chǔ)。

2突出重點(diǎn)，講清難點(diǎn)，注意層次分明

在授課過程中把重點(diǎn)放在基本原理和基本概念上，采用總體與局部相結(jié)合的教學(xué)方法。例如，對于計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件，應(yīng)著重講解它在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用，然后再具體了解工作原理。由于有了前面初步的整機(jī)概念，在進(jìn)行功能部件學(xué)習(xí)時(shí)，對一些基本概念就不會感到陌生，對一些信息的流向及控制也易于理解。在了解了各部件之后，再從整機(jī)角度出發(fā)，綜合分析計(jì)算機(jī)的組成原理及設(shè)計(jì)方法。經(jīng)過這樣一個(gè)由整體到部件，再由部件到整體的“迂回戰(zhàn)術(shù)”后，學(xué)生一般都能建立起對計(jì)算機(jī)的整機(jī)概念，掌握計(jì)算機(jī)的工作實(shí)質(zhì)，加深課程的理解。

在講課時(shí)，注意條理清楚，重點(diǎn)突出，比喻形象。教學(xué)手段采用多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的形式。對適合課堂演示的動態(tài)模擬內(nèi)容，比如像講解“存儲器的讀寫操作”時(shí)就采用直觀的多媒體形式；而對于概念性和推理性很強(qiáng)的內(nèi)容，比如像講解“補(bǔ)碼的加減法”時(shí)，則采用板書結(jié)合教師的手勢和形體語言，以吸引學(xué)生的注意力。

在教學(xué)過程中盡量采用“形象教學(xué)法”，對于難以理解的內(nèi)容，用生活中的一些生動形象的具體實(shí)例加以解釋說明。比如，中央處理器一章中的流水技術(shù)原理，初學(xué)者理解起來也比較困難，我們就舉了一個(gè)“多人搬磚”的例子：十個(gè)人排成一隊(duì)，經(jīng)過第一個(gè)人取磚、中間八個(gè)人傳遞、第十個(gè)人輸出，這樣幾個(gè)過程連續(xù)進(jìn)行就可以完成搬磚任務(wù)。這樣學(xué)生就很容易理解，而且與流水線相關(guān)的概念比如吞吐率、流水效率、數(shù)據(jù)相關(guān)等也就可以迎刃而解了。

3注意啟發(fā)式教學(xué)

(1) 以問促學(xué)

為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)互動，在授課過程中，我們故意設(shè)置一些問題“陷阱”，多問幾個(gè)為什么，引導(dǎo)學(xué)生和教師一起思考，變被動式教為主動式學(xué)。例如，在存儲系統(tǒng)一章中，講述主存儲器是由半導(dǎo)體讀寫存儲器RAM和半導(dǎo)體只讀存儲器ROM組成，RAM是易失性存儲器，ROM是非易失性存儲器，RAM又分為靜態(tài)和動態(tài)兩種。為什么靜態(tài)RAM不需要刷新，而動態(tài)RAM需要刷新？為什么放大器讀出的信息不會送到數(shù)據(jù)線上？將這樣一系列的問題留給學(xué)生討論，調(diào)動學(xué)生的積極性，讓他們各抒己見，最后得出正確的答案。這樣，不僅活躍了課堂氣氛，提高學(xué)習(xí)的趣味性，還便于教師及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在的問題，達(dá)到教學(xué)相長的目的。

(2) 培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力

對一些簡單的教學(xué)內(nèi)容，要求學(xué)生自學(xué)，教師只做提示或針對自學(xué)內(nèi)容提出幾個(gè)具體問題，由學(xué)生討論自己解決。例如在講授中央處理器一章中的傳統(tǒng)CPU一節(jié)時(shí)，考慮到學(xué)生前面已學(xué)習(xí)CPU的基本組成和功能原理，這一節(jié)內(nèi)容可要求學(xué)生自學(xué)，并且布置習(xí)題要求學(xué)生課下完成。

(3) 加強(qiáng)習(xí)題討論課教學(xué)

組織學(xué)生對階段教學(xué)中一些尚未透徹理解，容易混淆的概念以及學(xué)生自學(xué)中沒有解決的問題進(jìn)行討論。例如，存儲系統(tǒng)一章中的存儲器的字位擴(kuò)展是一個(gè)非常重要的問題，學(xué)生在解題時(shí)很容易把字?jǐn)U展和位擴(kuò)展中的地址線畫錯。我們就針對這個(gè)問題進(jìn)行舉一反三，通過仔細(xì)分析，加深學(xué)生對基本概念和基本理論的理解，達(dá)到觸類旁通，有助于學(xué)生解題能力的提高。

4加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，促進(jìn)理論教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際水平

在講授基本概念、基本原理和基本方法的同時(shí)，給學(xué)生提出一個(gè)實(shí)際問題，讓他們通過各種信息渠道獨(dú)立解決，收到了較好的效果。除此之外，我們還吸收了一部分有興趣的學(xué)生組成大學(xué)生科研訓(xùn)練小組，參加教師的科研開發(fā)工作。這樣不僅提高了學(xué)生的動手能力，而且能及時(shí)聽取他們學(xué)習(xí)過程中的意見反饋，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，同時(shí)也能測驗(yàn)他們將所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為實(shí)際能力的水平，為保障教學(xué)的順利進(jìn)行提供了寶貴資料。

這門課程是理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，因此課程教學(xué)與實(shí)驗(yàn)上機(jī)相結(jié)合顯得尤為必要。為了輔助課程教學(xué)，我們使用復(fù)旦大學(xué)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的FD―CES計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)儀，共安排了12學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)上機(jī)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，比如運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)就是一個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，其目的是讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)儀的基本使用方法和基本原理，同時(shí)驗(yàn)證74181的基本功能。存儲器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以自己設(shè)計(jì)一個(gè)存儲系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)存儲器的基本讀寫操作。通過這些實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有了更明確的了解，同時(shí)對計(jì)算機(jī)的硬件特性也有了比較全面的認(rèn)識。另外，我們還要求每個(gè)學(xué)生在獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)之后，寫出合格的實(shí)驗(yàn)報(bào)告以總結(jié)實(shí)驗(yàn)的過程和結(jié)論。

5穿插介紹本學(xué)科的動向

在授課過程中，我們利用適當(dāng)?shù)臋C(jī)會向?qū)W生介紹本學(xué)科發(fā)展的新動向、新技術(shù)，這樣有助于引導(dǎo)學(xué)生牢固樹立為探求技術(shù)發(fā)展而努力學(xué)習(xí)的信心和決心。另外，我們注意引導(dǎo)學(xué)生閱讀相關(guān)參考書目和外文資料，培養(yǎng)學(xué)生及時(shí)查閱新資料、跟蹤新技術(shù)的能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 白中英. 計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)[M]. 北京:科學(xué)出版社,2006.

[2] 王讓定. 計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)模式探討[J]. 寧波大學(xué)學(xué)報(bào),2002,(6).

篇6

1.1計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)探索階段

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)所針對的是計(jì)算機(jī)中重要的組成部分——CPU而開發(fā)的。在上世紀(jì)八十年代，計(jì)算機(jī)并沒有得到普及，當(dāng)時(shí)所使用的技術(shù)是數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)，這種技術(shù)可以在執(zhí)行海量的計(jì)算機(jī)操作之后，依照所收集到的數(shù)據(jù)來對CPU進(jìn)行檢測與分析。在隨后的時(shí)間里，數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)在一些創(chuàng)新型分析技術(shù)的影響下得到了巨大的進(jìn)步，在計(jì)算機(jī)行業(yè)中被稱為性能分析模式技術(shù)。這種新型的分析技術(shù)，在CPU的研發(fā)中得到了廣泛的使用，并且在很大程度上降低了開發(fā)的時(shí)間、成本以及投資的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)研發(fā)階段

隨著計(jì)算機(jī)水平的不斷提高，技術(shù)工作人員通過前面的探索工作，整理出來了一套全新的軟件研發(fā)技術(shù)。這套技術(shù)能夠通過性能分析模式，有效地實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的改良，改良后的系統(tǒng)可以在CPU中正常地運(yùn)用軟件模擬技術(shù)。這樣的軟件模擬技術(shù)能夠讓計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，不僅實(shí)現(xiàn)了性能分析技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)還可以有效地控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，在很大程度上降低了研發(fā)的成本。研究成本降低，研究風(fēng)險(xiǎn)也就相應(yīng)地得到了減小。由于現(xiàn)在的軟件研發(fā)越來越看重用戶體驗(yàn)，在研究階段將考慮重點(diǎn)放在技術(shù)受用人群以及技術(shù)的實(shí)用性上。

2計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)應(yīng)用問題分析

2.1計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件簡介

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)的出現(xiàn)，可以通過其技術(shù)的靈活性與兼容性，在不同等級的計(jì)算機(jī)中進(jìn)行模擬運(yùn)行。除此之外，還可以依照用戶需求來制定出相應(yīng)的模擬系數(shù)，可以由用戶來設(shè)置不同難度等級的模擬系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)的CPU性能分析預(yù)測，通過利用其分析技術(shù)所得出的平均值來提高對計(jì)算機(jī)體系的動態(tài)信息收集以及分析，可以有效地實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)體系的規(guī)律進(jìn)行整理與分析，然后由技術(shù)人員對所收集整理的動態(tài)信息進(jìn)行區(qū)分，把整個(gè)過程劃分為初始化運(yùn)行、穩(wěn)定運(yùn)行以及運(yùn)行終值。這項(xiàng)技術(shù)在后續(xù)得到了高速的發(fā)展，很快就成為了分析技術(shù)的主流。

2.2計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)應(yīng)用問題

現(xiàn)行的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)是以傳統(tǒng)的性能分析技術(shù)為基礎(chǔ)而發(fā)展的。在一定程度上模擬技術(shù)傳承了之前技術(shù)的一些優(yōu)點(diǎn)，突出了一些技術(shù)特有的優(yōu)勢，但是在某些層面上還存在著一些問題。首先，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬器的研發(fā)，就當(dāng)前的技術(shù)而言，開發(fā)時(shí)間以及投入資金都存在有一定的難度。其次，模擬技術(shù)的投入使用，在一定程度上縮減了模擬時(shí)間，但還是不能更好地滿足實(shí)際要求，還有一定的改進(jìn)空間，以此來提升處理器的研發(fā)效率，在很大程度上可以降低開發(fā)的投入成本與開發(fā)周期。最后，雖然經(jīng)過近幾年的發(fā)展，模擬結(jié)果雖然已經(jīng)達(dá)到了一定的精度，與之前傳統(tǒng)的分析結(jié)果模擬結(jié)果進(jìn)行對比，有了較大程度的提高，但是同樣與實(shí)際需求有一定的出入，不能單純地依靠模擬器自身來實(shí)現(xiàn)輔助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，需要結(jié)合一些其它方式來配合完成。

2.3解決計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)應(yīng)用問題的方法

第一，軟件模擬技術(shù)中模擬時(shí)間較長的問題，可以通過刪減測試程序的參考輸入?yún)?shù)來解決。把一些沒有必要的參數(shù)以及一些作用不大的指令集進(jìn)行刪除，這樣可以在很大程度上降低模擬運(yùn)行的時(shí)間。通過這種刪減法，可以把一些必要的以及在測試中標(biāo)準(zhǔn)的程序指令保留下來，利用參數(shù)集的輸入數(shù)可以有效地進(jìn)行控制，并且能夠縮短模擬時(shí)間。采用這種模擬技術(shù)，所獲取到的模擬結(jié)果的精準(zhǔn)度能夠得到保證，還具有了縮短模擬時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。第二，計(jì)算機(jī)模擬主要包括了收集數(shù)據(jù)、整理數(shù)據(jù)、構(gòu)造模擬數(shù)據(jù)、編寫數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，最后還包括了軟件運(yùn)行和分析結(jié)果（如圖1所示）。數(shù)據(jù)收集主要是對多個(gè)原始評價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，數(shù)據(jù)整理是指依據(jù)收集到的數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)整體分布情況進(jìn)行判斷。判斷整體的分布包括了兩步，第一步：依據(jù)數(shù)值對整體可能的分布進(jìn)行大致了解，第二步：進(jìn)行分布函數(shù)的擬合檢驗(yàn)。直方圖法是概率密度的近似求法，直方圖以及概率分布在識別一個(gè)分布的形狀時(shí)發(fā)揮著較大的作用。

3結(jié)束語

篇7

關(guān)鍵詞：公選課程　課程結(jié)構(gòu)體系　計(jì)算機(jī)思維　教學(xué)模式

現(xiàn)代社會要求本科教育培養(yǎng)知識廣博、有創(chuàng)新和實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才，以便為高層次的專業(yè)學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為個(gè)人今后的多方向發(fā)展提供全面的準(zhǔn)備，這與終身學(xué)習(xí)和職業(yè)流動的現(xiàn)代化潮流是相適應(yīng)的。許多高校在深化教學(xué)改革中，貫徹“加強(qiáng)基礎(chǔ)、淡化專業(yè)、因材施教、分流培養(yǎng)”的教改方針，打破專業(yè)和學(xué)科壁壘，力求把單科化的專才教育轉(zhuǎn)變?yōu)檎w化的通識教育，在本科教育中建立以素質(zhì)教育為取向的跨學(xué)科公選課體系，在最基本的知識領(lǐng)域?yàn)閷W(xué)生提供多學(xué)科交叉綜合的精品課程，讓學(xué)生廣泛涉獵不同的學(xué)科領(lǐng)域，拓寬知識基礎(chǔ)。公選課體現(xiàn)了教學(xué)模式的多樣化、教學(xué)層次的多元化，本是一件好事，但在實(shí)施實(shí)踐中，也引發(fā)了很多問題。

1　公選課程存在的問題。我校是一所地方理工科院校，自2003年開始向本科生開設(shè)公選課課程體系，按課程性質(zhì)分為計(jì)算機(jī)類、經(jīng)濟(jì)管理類、文學(xué)類、外語類、自然科學(xué)類和環(huán)境類等多方面課程，并在專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中要求學(xué)生必須選修一定學(xué)分的公選課程，才授予學(xué)位，如計(jì)算機(jī)類選修學(xué)分不低于4學(xué)分。幾年來，我們一直關(guān)注計(jì)算機(jī)類公選課程的學(xué)生選修情況，發(fā)現(xiàn)學(xué)生選而不修現(xiàn)象嚴(yán)重，并就此做過相關(guān)調(diào)查問卷，分析其主要原因并歸納如下：

1.1　學(xué)生選課茫然，僅僅根據(jù)課程名稱猜測課程內(nèi)容、性質(zhì)，聽課后發(fā)現(xiàn)與自己想象相差較遠(yuǎn)，于是失去選課時(shí)的熱情，產(chǎn)生混課思想。

1.2　課程體系不完善，教學(xué)內(nèi)容隨機(jī)性較大，學(xué)生沒有前序知識積累，學(xué)起來很難，沒法繼續(xù)學(xué)下去。比如象VC和Java等計(jì)算機(jī)語言課程，有些教學(xué)內(nèi)容需要學(xué)生有c語言的基礎(chǔ)才行，但由于學(xué)生選課時(shí)沒有計(jì)：算機(jī)語言課程體系的指導(dǎo)性課程介紹，致使學(xué)生的學(xué)和教師的教都十分困難，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.3　教學(xué)和管理不夠規(guī)范，學(xué)生沒有教材，考核方式寬松，這種寬進(jìn)寬出的做法，使得公選課在學(xué)生心日中的地位和意義大打折扣，導(dǎo)致學(xué)校設(shè)置公選課的目的、意義不能很好地完成和體現(xiàn)。

在調(diào)查中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對計(jì)算機(jī)類公選課程很感興趣，有的是個(gè)人喜歡，有的是計(jì)劃參加國家計(jì)算機(jī)等級考試，還有部分同學(xué)想拓寬知識結(jié)構(gòu)，有利于求職，總之學(xué)習(xí)態(tài)度是積極的，但為什么效果不理想呢?我們認(rèn)真分析了上述三個(gè)原因，經(jīng)過近幾年的教學(xué)摸索實(shí)踐，總結(jié)出解決問題的總體思路和方法，認(rèn)為最根本的解決方法是全面了解社會求職需求和學(xué)生自身發(fā)展需求，建構(gòu)一套完整的計(jì)算機(jī)公選課程體系，精選教學(xué)內(nèi)容，把學(xué)生最需要、教學(xué)最精彩的部分放在課堂上。制定選修手冊，從橫向和縱向介紹各個(gè)課程的交叉關(guān)系、主講內(nèi)容和目標(biāo)要求，讓學(xué)生按需選修。

2　了解需求，優(yōu)化計(jì)算機(jī)類公選課程結(jié)構(gòu)體系。公選課程的目的是拓寬學(xué)生知識視野，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，秉承了STS(Science Technology Society)教育模式。STS教育是一項(xiàng)綜合性教育，其基本精神在于把科學(xué)教育和當(dāng)前的社會發(fā)展、社會生產(chǎn)、社會生活等緊密結(jié)合，使受教育者的智能得到開發(fā)，勞動素質(zhì)得到提高，未來意識和參與意識得到增強(qiáng)?；诖耍?jì)算機(jī)類公選課程應(yīng)該在以下方面有所作為：

2.1　努力使學(xué)生了解、掌握更多的滲透于日常工作、生活的計(jì)算機(jī)知識，培養(yǎng)科學(xué)的思維方法，計(jì)算機(jī)思維可以用于醫(yī)學(xué)、法學(xué)、商務(wù)、政治或任何一種科學(xué)及工程學(xué)，甚至美學(xué)。

2.2　進(jìn)一步拓寬學(xué)生知識面，完善其知識結(jié)構(gòu)，為其將來在工作中更好的使用計(jì)算機(jī)作為輔助工具打下基礎(chǔ)。

2.3　了解計(jì)算機(jī)方法和模型，了解計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展前沿。我們根據(jù)“社會普遍都需要”、“學(xué)生普遍感興趣”、“教師開課有實(shí)力”三條原則，優(yōu)化了計(jì)算機(jī)類公選課程的體系結(jié)構(gòu)，將其分為四個(gè)平臺：計(jì)算機(jī)語言平臺、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺，圖形圖像處理平臺和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)平臺，各個(gè)平臺的課程關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖如下：

通過學(xué)習(xí)一門計(jì)算機(jī)語言，了解計(jì)算機(jī)編程思想和計(jì)算機(jī)工作原理，培養(yǎng)利用抽象和分解來設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)的解決問題方法，提高學(xué)生的邏輯思維能力；通過學(xué)習(xí)圖形圖像處理技術(shù)，使學(xué)生了解計(jì)算機(jī)處理多媒體數(shù)據(jù)的方式、方法，掌握一門最實(shí)用的計(jì)算機(jī)工具；通過學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)原理和技術(shù)，了解網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作過程，洞察Internet網(wǎng)絡(luò)行為，建立網(wǎng)絡(luò)資源安全意識。通過學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，了解計(jì)算機(jī)在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的工具作用，感悟計(jì)算機(jī)思維是數(shù)學(xué)和工程思維的補(bǔ)充和結(jié)合。

3　精選教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)計(jì)算機(jī)思維。公選課旨在拓寬基礎(chǔ)、溝通文理，體現(xiàn)通識教育理念，力圖引導(dǎo)學(xué)生從本科教育最基本的領(lǐng)域中獲得廣泛的知識，讓學(xué)生了解不同學(xué)術(shù)領(lǐng)域的研究方法及主要思路。因而教學(xué)內(nèi)容重在啟發(fā)思想，而非灌輸知識的細(xì)節(jié)，提倡“少而精”。

公選課程一般學(xué)時(shí)在36～48之間，學(xué)時(shí)少，要在課堂上講述全部教學(xué)內(nèi)容是不可能的，而教學(xué)內(nèi)容又是一門課程的靈魂，是十分重要的。計(jì)算機(jī)公選課程重點(diǎn)放在計(jì)算機(jī)思維的培養(yǎng)，圍繞這個(gè)中心對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模塊劃分，實(shí)行課內(nèi)、課外并行的教學(xué)模式。

計(jì)算機(jī)思維是研究計(jì)算的――什么是可以計(jì)算的，怎樣進(jìn)行計(jì)算。它是人的思維方式，不是計(jì)算機(jī)的，教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生如何描述問題、表示問題，以及用算法解決問題。我們對一些語言類課程進(jìn)行了這種模式教學(xué)的實(shí)施，具體做法是：課堂上對重點(diǎn)、難點(diǎn)部分詳細(xì)、系統(tǒng)講解，其余部分以引導(dǎo)為主，為了指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，精心制作學(xué)生學(xué)習(xí)測試系統(tǒng)，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)自學(xué)和自評。在測試系統(tǒng)中既有學(xué)習(xí)內(nèi)容的總結(jié)，又有各種測試題目的知識點(diǎn)點(diǎn)評，既有章節(jié)測試，又有綜合練習(xí)，特別是對于一些編程題目，軟件給出解題思路，深受學(xué)生歡迎。這種課上、課下相互補(bǔ)充的教學(xué)模式，既免除了學(xué)生沒有教材的苦惱，又解決了授課時(shí)間緊張的問題，大大提高了教學(xué)效果。

4　利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行課程宣傳，引導(dǎo)學(xué)生制定選修計(jì)劃。網(wǎng)絡(luò)選課需要很好的網(wǎng)絡(luò)信息支持，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行課程廣告，加強(qiáng)對學(xué)生的選課指導(dǎo)。雖然學(xué)生選課由導(dǎo)師指導(dǎo)，但由于學(xué)科專業(yè)之間的差距，并不是所有導(dǎo)師都了解計(jì)算機(jī)課程。為此我們對計(jì)算機(jī)公選課程制作了各種宣傳資料，將課程內(nèi)容簡介、先序課程要求及授課教師的材料整理裝訂或者放到校園網(wǎng)，指導(dǎo)學(xué)生作出長遠(yuǎn)的整體選修計(jì)劃，從而提高學(xué)生選課的主動性。

計(jì)算機(jī)思維代表的是哪里都適應(yīng)的一種態(tài)度和技能川。培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)思維是貫穿計(jì)算機(jī)公選課程教學(xué)目標(biāo)的核心。只有保證課程體系的完整性和穩(wěn)定性，深入研究教學(xué)內(nèi)容，利用校園網(wǎng)采取課內(nèi)、課外并行交互的教學(xué)模式，才能使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)獲得大量信息，完成公選課程的教學(xué)目標(biāo)，讓不同專業(yè)、不同層次的學(xué)生均有所收獲。

參考文獻(xiàn)

1　趙存生、關(guān)海庭、金頂兵，通選課一素質(zhì)教育的一項(xiàng)重要舉措[J]，中國高等教育，2003(21)

2　羅逾蘭、周志華，開設(shè)CTS教育公選課的嘗試，教育探索，2003.5(14 3)

3　申鳳君、楊蕓、申鳳玲，高校公選課存在的問題及對策，成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(社會科學(xué)版)，2006.9

4　王玉瓊，對高校公選課教學(xué)管理的幾點(diǎn)思考，教師教育研究，2005.3

5　張小芳，加強(qiáng)公選課管理，推進(jìn)學(xué)分制改革，湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2006.9

6　丁明珠、郭菊英，公選課改革初探，漳州師范學(xué)院學(xué)報(bào)(哲學(xué)社會科學(xué)版)，2004.1

篇8

【關(guān)鍵詞】云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)業(yè)務(wù)實(shí)例IDC

1 云計(jì)算定義

從嚴(yán)格意義上來說,云計(jì)算不是一個(gè)具體的技術(shù)概念,并沒有明確的定義,也因其所指的“什么都能做”而受到業(yè)界的廣泛批評。盡管如此,我們卻可以對云的特性進(jìn)行分析,從而明確云計(jì)算的涵義。可以通過以下幾條語句來描述它:

(1)云計(jì)算是通過互聯(lián)網(wǎng)廣泛共享計(jì)算資源的一種計(jì)算方式,而不是使用本地PC的軟件或存儲;

(2)云計(jì)算是快捷接入互聯(lián)網(wǎng)所提供的遠(yuǎn)端站點(diǎn)的一種延伸。理論上,這是一種范式轉(zhuǎn)移,對用戶來說,云將實(shí)現(xiàn)的技術(shù)細(xì)節(jié)抽象了,用戶不需要也不用了解和控制組成云的技術(shù)架構(gòu);

(3)云計(jì)算描述了一種新的基于互聯(lián)網(wǎng)IT服務(wù)的補(bǔ)充、消費(fèi)和交付模式,它提供典型的基于互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)――以動態(tài)可擴(kuò)展的和虛擬的資源作為服務(wù);

(4)典型的云計(jì)算提供商交付公共在線商業(yè)應(yīng)用,這些商業(yè)應(yīng)用在客戶端通過網(wǎng)頁瀏覽器訪問,而軟件和數(shù)據(jù)則被存儲在服務(wù)器端。

由此,我們可以嘗試著給云計(jì)算下一個(gè)定義:提供計(jì)算能力,將底層技術(shù)架構(gòu)(如:服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò))抽象為計(jì)算資源,方便地、按需地通過網(wǎng)絡(luò)訪問可配置計(jì)算資源的共享池,計(jì)算資源能以少量的管理代價(jià)或由服務(wù)提供商交互而被快速提供和釋放。這個(gè)定義描述了云計(jì)算的五個(gè)必要特性:

(1)按需自助服務(wù):申請、調(diào)整和釋放資源均由用戶在管理界面上自行操作;

(2)廣泛網(wǎng)絡(luò)訪問:任何時(shí)間、任何地點(diǎn)和任何接入方式均可以訪問到云計(jì)算所提供的服務(wù);

(3)資源的池化:計(jì)算機(jī)的物理資源不再專人專用,而是有需求才占用,不需要就釋放;

(4)良好的彈性:資源的調(diào)度能夠及時(shí)響應(yīng)用戶需求的擴(kuò)張和收縮;

(5)計(jì)費(fèi)服務(wù):可滿足公用服務(wù)的運(yùn)營需求,資源的使用以計(jì)時(shí)和計(jì)量來收取費(fèi)用。

其實(shí)云計(jì)算所涵蓋的技術(shù)并不具有創(chuàng)新性,它是很多已有技術(shù)的抽象、進(jìn)化和綜合:

(1)網(wǎng)格計(jì)算(Grid Computing):分布式計(jì)算和并行計(jì)算的一種形式,一群聯(lián)網(wǎng)的松耦合計(jì)算機(jī)可協(xié)同處理非常巨大的任務(wù),如同一臺超級的虛擬計(jì)算機(jī)。通常用于科學(xué)計(jì)算;

(2)公用計(jì)算/效用計(jì)算(Utility Computing):將計(jì)算資源打包,如計(jì)算能力和存儲,作為一項(xiàng)可計(jì)量的服務(wù),類似于傳統(tǒng)的公用設(shè)施(例如:水、電、氣)。由亞馬遜首先進(jìn)行商用;

(3)自主計(jì)算(Autonomic Computing):計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有自主管理能力。

從工作原理層面來看,云計(jì)算=網(wǎng)格計(jì)算。工作負(fù)載被傳送給由分派任務(wù)的主控節(jié)點(diǎn)和工作的從屬節(jié)點(diǎn)組成的IT基礎(chǔ)設(shè)施,主控節(jié)點(diǎn)控制分配給工作負(fù)載的資源(即有多少從屬節(jié)點(diǎn)運(yùn)行并行化的工作負(fù)載)。客戶機(jī)只看到工作負(fù)載被分配給云/網(wǎng)格,然后結(jié)果返回給它。從屬節(jié)點(diǎn)可以是虛擬主機(jī),也可以是物理主機(jī)。

從運(yùn)營層面來看,云計(jì)算=公用計(jì)算/效用計(jì)算。這是Amazon EC2等的商用模型,在這種模型中,由一個(gè)外部實(shí)體來維護(hù)IT基礎(chǔ)設(shè)施,而客戶購買這個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施上的時(shí)間/資源。正是這種“在云中”致使云計(jì)算分布在Web上,處在向它租用時(shí)間和資源的機(jī)構(gòu)之外。

從運(yùn)維管理層面來看,云計(jì)算=自主計(jì)算。大規(guī)模硬件節(jié)點(diǎn)(1000至100萬)所組成的云,若仍采用以前的IT系統(tǒng)運(yùn)維模式,大量的運(yùn)維工作要由人工來處理,這將是不可能完成的任務(wù)。因此需要云計(jì)算具備自主管理的能力。

2 云計(jì)算分層體系

云計(jì)算有著龐大的體系結(jié)構(gòu),通常人們只看到它的某個(gè)方面,就如經(jīng)典故事“盲人摸象”中的盲人對大象的感覺,如圖1:

圖1云計(jì)算之盲人摸象

因此,我們有必要就云計(jì)算這頭“大象”進(jìn)行系統(tǒng)化的分析。云計(jì)算是由5個(gè)層面構(gòu)成的分層體系,這5個(gè)層面是必不可少的,如圖2所示:

圖2云計(jì)算分層體系架構(gòu)

各層的詳細(xì)描述如下:

2.1 云客戶端(Cloud Clients)

云客戶端,有時(shí)又稱為云終端或云電腦,是直接面向客戶的人機(jī)接口。一臺云客戶端由計(jì)算機(jī)硬件和/或計(jì)算機(jī)軟件組成(計(jì)算機(jī)軟件是否存在,取決于云計(jì)算應(yīng)用,可能需要特別設(shè)計(jì)用于獲得云服務(wù)的軟件,否則云服務(wù)就不能使用)?，F(xiàn)下流行的云客戶端有:

(1)手機(jī):基于Linux的Palm(預(yù)置WebOS的Linux核心)、Android(Linux核心)、iPhone(Darwin核心),以及基于Microsoft的Windows Mobile;

(2)胖客戶端:CherryPal、Wyse、Zonbu、基于gOS系統(tǒng)的;

(3)瘦客戶端/網(wǎng)頁瀏覽器:Internet Explorer、Mozilla Firefox、Google Chrome、WebKit。

2.2 云應(yīng)用(Cloud Applications)

云應(yīng)用是在軟件結(jié)構(gòu)上采用云計(jì)算,通常不必在客戶端安裝和運(yùn)行應(yīng)用,所有的操作、維護(hù)和升級均在服務(wù)端進(jìn)行,因此可以減輕軟件維護(hù)、日常操作和支持的負(fù)擔(dān)。可以作為云應(yīng)用的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)關(guān)鍵特征:

(1)基于網(wǎng)絡(luò)訪問的和可管理的商用軟件;

(2)活動管理是由服務(wù)端控制,而不是客戶端,使得客戶可以通過Web方式遠(yuǎn)程訪問應(yīng)用;

(3)應(yīng)用的交付更接近一對多的模式(單實(shí)例、多租戶架構(gòu))而不是一對一模式,包括架構(gòu)、價(jià)格、合作伙伴和管理特征;

(4)集中化的功能更新,不需要在客戶端下載補(bǔ)丁和升級包。

現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用可以劃入云應(yīng)用的主要有以下幾大類:

(1)Web應(yīng)用:有Webmail、Facebook、Twitter、YouTube、Yammer等。

Webmail:利用瀏覽器通過Web方式來收發(fā)電子郵件的服務(wù)或技術(shù),不需借助郵件客戶端;

Facebook:起源于美國大學(xué)校園的社交網(wǎng)站,國內(nèi)類似的有人人網(wǎng)等;

Twitter:國外的一個(gè)網(wǎng)站,它利用移動網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行即時(shí)通訊,是微博的典型應(yīng)用。目前國內(nèi)也出現(xiàn)了許多類似Twitter的網(wǎng)站,比如說說、飯否等,與國內(nèi)移動通信服務(wù)商、即時(shí)聊天工具綁定;

YouTube:國外的視頻分享網(wǎng)站,國內(nèi)有youku、tudou等。

(2)軟件即服務(wù):Software as a Service,如:Google Apps、Salesforce、Nivio、、Zoho、等。

Google Apps:Google在線應(yīng)用服務(wù),提供帶有私人標(biāo)志的電子郵件、即時(shí)通信(網(wǎng)上聊天)、日歷工具、網(wǎng)站設(shè)計(jì)工具、協(xié)同辦公工具等,這些服務(wù)都由Google托管,而不需要用戶安裝或維護(hù)任何軟硬件;

Salesforce:提供客戶關(guān)系管理軟件,它開辟了一種新的軟件應(yīng)用模式,通過互聯(lián)網(wǎng)使用企業(yè)級應(yīng)用軟件,按需使用、按需付費(fèi)。國內(nèi)的XTools、八百客等也提供類似的在線CRM服務(wù);

:在線教育軟件公司提供的基于云的人才、業(yè)績、學(xué)習(xí)管理及培訓(xùn)的軟件平臺,按需應(yīng)用和付費(fèi);

Zoho:AdventNet公司開發(fā)的一個(gè)辦公室軟件套裝,提供全方位的在線商務(wù)辦公解決方案;

:基于云的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺。

(3)軟件+服務(wù):Software plus Services,將客戶端的軟件與托管服務(wù)結(jié)合在一起,這是軟件即服務(wù)與傳統(tǒng)客戶端軟件互補(bǔ)的概念,如:Microsoft Online Services。

2.3 云平臺(Cloud Platform)

云平臺又稱為平臺即服務(wù)(PaaS),它將計(jì)算平臺和/或解決方案棧(有多層)作為一項(xiàng)服務(wù),通?；谠苹A(chǔ)設(shè)施來支撐其上的云應(yīng)用。因其避開了成本、復(fù)雜的采購、底層硬件和軟件層管理,它可以有效促進(jìn)應(yīng)用部署。

現(xiàn)有的云平臺主要有兩大類:

(1)解決方案棧

解決方案棧(Solution Stacks)是指實(shí)現(xiàn)功能完備的解決方案所需要的一套軟件子系統(tǒng)或組件,解決方案可以是一項(xiàng)產(chǎn)品或服務(wù)。例如:開發(fā)一項(xiàng)Web應(yīng)用,就需要用到操作系統(tǒng)、Web服務(wù)、數(shù)據(jù)庫和編程語言,常常提及的有:LAMP(操作系統(tǒng)――Linux,Web服務(wù)――Apache,數(shù)據(jù)庫――MySQL,編程語言――Perl、PHP或Python)、WINS(操作系統(tǒng)――Windows,Web服務(wù)――IIS,編程語言――.NET,數(shù)據(jù)庫――SQL)。

當(dāng)前,云平臺的解決方案棧有:

Google App Engine:在Google集群中開發(fā)和托管Web應(yīng)用的平臺,目前,它只支持Python和Jave編程語言。主要的競爭對手有:亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(Amazon Web Services)、微軟的蔚藍(lán)服務(wù)平臺(Azure Services Platform);

Rackspace Cloud Sites:Rackspace Cloud公司提供的一項(xiàng)Web應(yīng)用托管/云平臺服務(wù),按需使用、按使用付費(fèi),支持PHP 5、Perl、Python和.NET語言。Rackspace Cloud公司還提供Cloud Files(云存儲)和Cloud Servers(云基礎(chǔ)設(shè)施)的服務(wù);

Engine Yard、Heroku:基于Ruby on Rails的云平臺;

Azure Services Platform:基于微軟數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)網(wǎng)云端(不只有云平臺,還有客戶端)服務(wù)平臺,提供Windows Azure云操作系統(tǒng),所有的服務(wù)和應(yīng)用都運(yùn)行在這個(gè)操作系統(tǒng)之上。該平臺提供5項(xiàng)服務(wù):Live Services、SQL Services、.NET Services、SharePoint Services、CRM Services;

:Salesforce公司的PaaS產(chǎn)品。該平臺能使外部開發(fā)者創(chuàng)建額外的應(yīng)用,并將這些應(yīng)用整合到Salesforce的主應(yīng)用中,而且這些應(yīng)用都是托管在的基礎(chǔ)設(shè)施中。

(2)結(jié)構(gòu)化存儲

1)數(shù)據(jù)庫

基于云的數(shù)據(jù)庫,目前有:

Amazon SimpleDB:Amazon的分布式數(shù)據(jù)庫,它與Amazon的EC2和S3共同組成亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù);

BigTable:Google的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),基于Google文件系統(tǒng)(GFS)、Chubby Lock Service和其他的Google程序,不對外界直接提供業(yè)務(wù)。

2)文件存儲

基于云的文件存儲,目前有:

Amazon S3(Simple Storage Service):Amazon的在線存儲服務(wù),是一項(xiàng)公共收費(fèi)服務(wù),Web應(yīng)用程序開發(fā)人員可以使用它存儲數(shù)字資料,包括圖片、視頻、音樂和文檔;

Nirvanix SDN:Nirvanix公司的云存儲產(chǎn)品,將來提供Clound NAS。它將Amazon S3作為其競爭對手;

Rackspace Cloud Files:Rackspace Cloud公司的云存儲產(chǎn)品,提供對媒體文件的在線存儲和內(nèi)容分發(fā)。

3)隊(duì)列

基于云的消息發(fā)送,如:Amazon SQS(Simple Queue Service),提供計(jì)算機(jī)之間消息的可靠發(fā)送。

2.4 云基礎(chǔ)設(shè)施(Cloud Infrastructure)

云基礎(chǔ)設(shè)施,也稱為IaaS(基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)),是指計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施的交付使用,典型地表現(xiàn)為一個(gè)平臺虛擬化環(huán)境。主要有以下幾種類型:

(1)物理機(jī)

各種IDC提供的物理主機(jī)租用。

(2)虛擬機(jī)

主要指基于操作系統(tǒng)的虛擬化,將一臺物理機(jī)資源虛擬成多個(gè)操作系統(tǒng)并行運(yùn)行,每個(gè)操作系統(tǒng)相互獨(dú)立。目前有:

Amazon EC2:Amazon Elastic Compute Cloud,亞馬遜彈性計(jì)算云,能夠根據(jù)用戶需要擴(kuò)展或收縮計(jì)算資源。EC2采用Xen虛擬化技術(shù),每個(gè)虛擬機(jī)被稱為一個(gè)實(shí)例,功能等同于VPS(Virtual Private Server,虛擬專用服務(wù)器,按月收費(fèi)(而云平臺按使用收費(fèi))),以EC2 Compute Units為CPU基本單位,等同于2007年的1GHz的Opteron或Xeon處理器;

Rackspace Cloud Servers:Rackspace Cloud公司的云服務(wù)器,這些服務(wù)器基于Xen的虛擬機(jī),4核CPU和16G內(nèi)存。它以2008年10月22日收購的Slicehost產(chǎn)品為基礎(chǔ),支持大量的Linux版本,如:Arch、CentOS、Debian、Fedora、Gentoo、Red Hat和Ubuntu,對Windows的支持有些滯后;

GoGrid:一項(xiàng)云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù),基于Xen技術(shù),支持Linux和Windows(Server 2003和Server 2008)的虛擬機(jī)。GoGrid提供世界上第一個(gè)多服務(wù)器控制面板,允許用戶在幾分鐘之內(nèi)部署和管理負(fù)載均衡的云服務(wù)器(Cloud Servers)。

2.5 服務(wù)器層

服務(wù)器層是由計(jì)算機(jī)硬件和/或計(jì)算機(jī)軟件組成的,這里的計(jì)算機(jī)軟硬件均是針對云服務(wù)的交付而特別設(shè)計(jì)的。

3 云計(jì)算在國內(nèi)的應(yīng)用

在上一節(jié)中,云計(jì)算實(shí)例均為云計(jì)算企業(yè)對外運(yùn)營的盈利工具,被定義為云計(jì)算公共云。這是主流意義上的云計(jì)算,其資源按細(xì)粒度的動態(tài)提供?？蛻敉ㄟ^Web應(yīng)用/Web服務(wù)方式在互聯(lián)網(wǎng)上自助服務(wù),由云計(jì)算提供商共享其資源,并按細(xì)粒度的使用收費(fèi)。

在國內(nèi),最可能演進(jìn)到云計(jì)算公共云的實(shí)體是IDC(互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心)。IDC與云計(jì)算對外提供資源的特點(diǎn)非常相似,不同的是IDC所提供的資源更加粗粒度和更加底層,如:機(jī)房空間、機(jī)架位置和服務(wù)器整機(jī)等。IDC發(fā)展到現(xiàn)在,已經(jīng)凸顯出以下問題:

(1)市場方面:國內(nèi)IDC提供商主要有通信運(yùn)營商(中國電信、中國聯(lián)通、中國移動)和專業(yè)IDC運(yùn)營商(世紀(jì)互聯(lián)),各IDC提供商之間基本上是同質(zhì)、低價(jià)、低水平的無序競爭,如:機(jī)房租用或建設(shè)成本的競爭、通信管道的競爭以及能源的競爭,這也是當(dāng)前綠色I(xiàn)DC無法大行其道的原因;

(2)業(yè)務(wù)方面:IDC業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)單一,以主機(jī)托管業(yè)務(wù)為主,缺少增值業(yè)務(wù),不利于商業(yè)模式的演進(jìn)和新業(yè)務(wù)的展開,而且多樣化的托管主機(jī)不利于統(tǒng)一管理和節(jié)能規(guī)劃;

(3)資源方面:缺乏有效的資源整合,運(yùn)營商的各IDC之間資源利用不均衡,地方差異大,如發(fā)達(dá)地區(qū)的IDC資源非常緊張,而發(fā)展中地區(qū)的IDC資源卻因得不到充分利用而顯得“富余”。

因此,IDC提供商需要引入新技術(shù),優(yōu)化IDC架構(gòu),降低運(yùn)營成本,而滿足這種需求的新技術(shù)將是云計(jì)算。云計(jì)算將給IDC帶來以下新特點(diǎn):

(1)統(tǒng)一運(yùn)營和管理:整合地理上分布的IDC資源,實(shí)現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)的地理無關(guān)性,從成本上抹平地區(qū)差異;

(2)跨多個(gè)IDC容災(zāi)備份:實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一運(yùn)營和管理,從而帶來跨IDC的容災(zāi)備份特征,為容災(zāi)要求特別高的用戶(如銀行和證券企業(yè))提供低成本的解決方案;

(3)自動化的運(yùn)維管理:云計(jì)算復(fù)雜的體系結(jié)構(gòu)以及龐大的規(guī)模必然導(dǎo)致維護(hù)難度的增加,所以必須依賴系統(tǒng)本身的自動運(yùn)維,減少人工參與。當(dāng)前IDC的人機(jī)維護(hù)比例是1:100,而云計(jì)算運(yùn)營商的人機(jī)維護(hù)比例是1:1000以上,Google甚至達(dá)到了1:5000;

(4)從系統(tǒng)架構(gòu)上降低PUE:云計(jì)算的架構(gòu)通過其開機(jī)、停機(jī)、并機(jī)的高彈性來提高服務(wù)器利用率,保證開機(jī)服務(wù)器的利用率達(dá)到70%以上,從而有效降低PUE(Power Usage Effectiveness,電源使用效率)。目前,傳統(tǒng)IDC的PUE均在2.1以上,采用云計(jì)算架構(gòu)可以將PUE降低到1.6以下;

(5)快速的服務(wù)及產(chǎn)品交付:當(dāng)前一項(xiàng)IDC業(yè)務(wù)從申請到開通,通常需要多個(gè)業(yè)務(wù)人員的參與及3個(gè)以上工作日,而云計(jì)算IDC通過用戶自服務(wù)的門戶以及自動化任務(wù)流可實(shí)現(xiàn)即時(shí)開通;

(6)豐富的業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu):將云計(jì)算引入IDC,也當(dāng)然引入了云計(jì)算的業(yè)務(wù)模式,在IaaS、PaaS和SaaS各個(gè)層面均能提供多樣化的業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)粒度。

除了云計(jì)算的公共云以外,還有在企業(yè)內(nèi)網(wǎng)中提供仿真云計(jì)算的私有云。之所以說是仿真,是因?yàn)樗接性撇痪邆湓朴?jì)算的低成本(需要大規(guī)模才能實(shí)現(xiàn)低成本)、多租戶、管理外包和計(jì)量性等特性,而著重于數(shù)據(jù)安全、維護(hù)管理和可靠性。私有云因?yàn)槠髽I(yè)仍需要購買、建設(shè)和管理而遭受廣泛批評,而其本身并沒有獲得云計(jì)算的低投入和少管理的好處。但值得注意的是,私有云是向公共云過渡的階石,特別是對金融企業(yè)及那些看似“云”的未來數(shù)據(jù)中心。

4 結(jié)束語

云的到來總是攜風(fēng)夾雨,云計(jì)算也不例外。業(yè)界對其爭議頗多,不少人對云計(jì)算的前景產(chǎn)生困惑,甚至持否定態(tài)度。但不可否認(rèn)的是,業(yè)界不乏有深厚技術(shù)儲備的企業(yè)在努力推動著云計(jì)算產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展。通過本文的分析,可以看到云計(jì)算是一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈,其中蘊(yùn)含著巨大的商機(jī),各類IT企業(yè)都能在其中找到自已的位置。我們應(yīng)該認(rèn)識到,云計(jì)算的發(fā)展方向是沒錯的,只是發(fā)展的路上總會有些拌腳石或攔路虎。

由于體系結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,要將云計(jì)算技術(shù)落實(shí)到企業(yè)應(yīng)用將是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程,涉及到多方的配合,以及客戶化的定制。這個(gè)工程需要由云計(jì)算的技術(shù)集成商來實(shí)施,拉近前沿技術(shù)與商業(yè)應(yīng)用的距離,從而使云計(jì)算技術(shù)真正落地。

參考文獻(xiàn)

[1]張為民,等編著. 云計(jì)算深刻改變未來[M]. 北京:科學(xué)出版社,2010.

[2]IBM虛擬化與云計(jì)算小組. 虛擬化與云計(jì)算[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2010.

【作者簡介】

篇9

關(guān)鍵詞：看真設(shè)計(jì)樓梯；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；分析

中圖分類號：TU229 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

為了提高建筑工程整體結(jié)構(gòu)的抗震性能、提高建筑物震后的通行能力，我國在2008年汶川震后對《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行了修訂。新規(guī)范中明確了對樓梯構(gòu)建的計(jì)算要求與分析要求。規(guī)范條文說明中進(jìn)一步指出了樓梯構(gòu)建與主體結(jié)構(gòu)整澆時(shí)，梯板起到斜支撐作用，對結(jié)構(gòu)剛度、承載力、規(guī)則性的影響較大，因此，必須參與抗震計(jì)算。而且，作為樓梯的結(jié)構(gòu)組成，樓梯間的抗震設(shè)計(jì)也是現(xiàn)代建筑工程設(shè)計(jì)過程中所要計(jì)算并考慮的重要因素。現(xiàn)代建筑工程的設(shè)計(jì)過程中需要針對樓梯抗震設(shè)計(jì)將其與結(jié)構(gòu)計(jì)算進(jìn)行整體分析與計(jì)算，以此實(shí)現(xiàn)建筑工程抗震性、實(shí)現(xiàn)建筑工程抗震設(shè)計(jì)的目的。

1 抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的重要意義

在現(xiàn)代建筑工程的設(shè)計(jì)中，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)所具有的優(yōu)勢使得其在現(xiàn)代建筑工程的設(shè)計(jì)中有著極為廣泛的應(yīng)用。在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中，樓梯能夠?qū)翘蓍g結(jié)構(gòu)起到斜撐作用，增加主體結(jié)構(gòu)的剛度。在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于計(jì)算方式與設(shè)計(jì)理論的限制使得樓梯及樓梯間不參與整體結(jié)構(gòu)的計(jì)算。隨著現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)理論的日趨成熟以及建筑物抗震等級要求的不斷提高，建筑工程抗震樓梯設(shè)計(jì)參與整體結(jié)構(gòu)計(jì)算已經(jīng)納入相關(guān)規(guī)范要求。在抗震樓梯與樓梯間增加剛度的同時(shí)，還應(yīng)與水平隔板、樓蓋板等做好鏈接，以此形成整體、提高建筑物的抗震性能。在汶川地震震后調(diào)查中，樓梯梯段板斷裂的情況非常普遍，嚴(yán)重影響了震后的自救與救災(zāi)。而且，樓梯系統(tǒng)的斷裂也造成了對主體結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，造成了余震中建筑物抗震性能的下降。

2 抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的分析

2.1 抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算效果分析

在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算過程中，首先要對樓梯結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型，同時(shí)對其輸入合適的地面運(yùn)動。運(yùn)用計(jì)算方式對動力非線性反應(yīng)進(jìn)行分析根據(jù)建筑工程整體結(jié)構(gòu)以及相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范選用常用樓梯結(jié)構(gòu)形式，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行荷載取值的分析。綜合考慮外框架線荷載、內(nèi)框架線荷載等。對于降雪量較大的地域還應(yīng)考慮雪荷載，風(fēng)力較大區(qū)域還應(yīng)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇是否進(jìn)行風(fēng)荷載計(jì)算等。做好上述分析與計(jì)算工作后，還應(yīng)進(jìn)行內(nèi)力的計(jì)算。考慮現(xiàn)澆樓板以及現(xiàn)澆樓梯板結(jié)構(gòu)對框架梁、框架剛度的影響，并進(jìn)行計(jì)算。

為了綜合分析抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的效果，在設(shè)計(jì)與計(jì)算過程中還需要對地震作用下框架結(jié)構(gòu)受力性能等問題進(jìn)行計(jì)算與分析，以此實(shí)現(xiàn)建筑物整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、抗震性的提高。作為建筑物結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，樓梯抗震設(shè)計(jì)參與結(jié)構(gòu)計(jì)算中應(yīng)針對其技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算與分析。針對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不考慮樓梯構(gòu)建而分析其荷載的問題進(jìn)行專項(xiàng)計(jì)算與分析。根據(jù)汶川震后調(diào)查結(jié)果顯示，樓梯對主體結(jié)構(gòu)的抗震性能有著很大的影響。因此，現(xiàn)代結(jié)構(gòu)計(jì)算與設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分考慮抗震設(shè)計(jì)樓梯與主體結(jié)構(gòu)間的相互作用，實(shí)現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)與樓梯構(gòu)建的整體性、實(shí)現(xiàn)提高建筑物抗震性能的最終目的。

2.2 抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算作用分析

在對抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的兩模型對比計(jì)算分析中得出，抗震設(shè)計(jì)樓梯的應(yīng)用能夠使主體結(jié)構(gòu)整體剛度增大，使整體結(jié)構(gòu)的自振周期減小。而且，抗震設(shè)計(jì)樓梯還能夠提高整體結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。從抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的分析與相關(guān)論證中可以看出，地震作用下抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的結(jié)構(gòu)樓層相對位移較不參與計(jì)算情況下減少很多。但是兩者在X方向樓層相對位移相差不大。Y方向位移相差較大。由此可以看出抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算后能夠有效提高整體結(jié)構(gòu)的剛度、限制結(jié)構(gòu)的側(cè)移。而且，在地震作用下參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的抗震設(shè)計(jì)樓梯能夠使結(jié)構(gòu)層間位移減小，實(shí)現(xiàn)了減小結(jié)構(gòu)側(cè)移的目的。因此，在現(xiàn)代建筑物的設(shè)計(jì)與計(jì)算過程中應(yīng)加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的應(yīng)用，以此實(shí)現(xiàn)建筑物整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與抗震性。

3 抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的相關(guān)要點(diǎn)

在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算過程中，應(yīng)針對抗震設(shè)計(jì)樓梯的的相關(guān)規(guī)程開展工作。采用樓梯與主體結(jié)構(gòu)整澆工藝時(shí)，樓梯布置應(yīng)盡可能規(guī)則，并讓樓梯參與整體抗震計(jì)算。在這一過程中還應(yīng)對樓梯構(gòu)建進(jìn)行抗震承載力驗(yàn)算。樓梯構(gòu)建應(yīng)根據(jù)抗震構(gòu)造要求進(jìn)行相關(guān)措施，確保樓梯構(gòu)架能夠滿足抗震設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)計(jì)算的需求。嚴(yán)格按照縱向面筋拉通并不小于最小配筋率、梯板按斜支撐構(gòu)建設(shè)計(jì)、樓板兩側(cè)設(shè)置縱向暗梁、梯板雙層鋼筋網(wǎng)間距控制等要求實(shí)現(xiàn)樓梯構(gòu)件的抗震構(gòu)造目的。

4 以科學(xué)的設(shè)計(jì)管理為基礎(chǔ)提高樓梯抗震能力

抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的目的就是為了提高建筑物的整體結(jié)構(gòu)抗震能力、提高樓梯通道的抗震能力，以此實(shí)現(xiàn)地震災(zāi)害逃生、自救能力。針對這一需求，現(xiàn)代建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)針對樓梯抗震設(shè)計(jì)對主體結(jié)構(gòu)抗震能力的促進(jìn)作用強(qiáng)化樓梯抗震設(shè)計(jì)的應(yīng)用。通過樓梯抗震設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)計(jì)算的綜合應(yīng)用提高建筑物的抗震能力、提高樓梯抗震能力。為了確保抗震設(shè)計(jì)樓梯與結(jié)構(gòu)計(jì)算工作質(zhì)量的提高，現(xiàn)代建筑工程設(shè)計(jì)單位應(yīng)從自身的管理體系完善入手保障設(shè)計(jì)工作質(zhì)量。通過管理體系的完善、設(shè)計(jì)人員職責(zé)的明確使抗震設(shè)計(jì)樓參與結(jié)構(gòu)計(jì)算工作的質(zhì)量處于受控狀態(tài)，保障設(shè)計(jì)工作能夠滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。另外，設(shè)計(jì)單位還應(yīng)針對抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算這一技術(shù)強(qiáng)化設(shè)計(jì)人員的培訓(xùn)工作。針對這一技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的需求，現(xiàn)代建筑工程設(shè)計(jì)單位還要強(qiáng)化抗震設(shè)計(jì)專業(yè)知識以及樓梯抗震設(shè)計(jì)參與主體結(jié)構(gòu)計(jì)算相關(guān)知識的培訓(xùn)與考核。以設(shè)計(jì)人員專業(yè)知識的完善、專業(yè)素質(zhì)的提高作為基礎(chǔ)促進(jìn)抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)我國建筑工程抗震能力提高的目的。

篇10

清華大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師 張堯?qū)W

透明計(jì)算的模型與結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)正在朝普適計(jì)算的方向發(fā)展，普適計(jì)算能為人們提供個(gè)性化的主動服務(wù)。普適計(jì)算應(yīng)提供以下兩類基本服務(wù)：在同一終端機(jī)上獲得來自于不同平臺的各種服務(wù)和在不同地點(diǎn)的不同終端機(jī)上可獲得同一服務(wù)。

可是目前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)很難做到完全的個(gè)性化服務(wù)和實(shí)現(xiàn)普適計(jì)算，不僅無法實(shí)現(xiàn)上述兩類基本服務(wù)，也無法讓用戶選擇服務(wù)。

目前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存在的問題主要有三個(gè)方面：

一、操作系統(tǒng)與硬件平臺的關(guān)系過于緊密。一些大操作系統(tǒng)在小設(shè)備上根本無法運(yùn)行，應(yīng)用不能跨操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)與硬件平臺互相促進(jìn)升級之間也有矛盾。

二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)只提供有限服務(wù)。服務(wù)一般由計(jì)算機(jī)軟硬件廠商和軟件研制人員決定，而不是用戶決定。

三、易形成產(chǎn)業(yè)壟斷和產(chǎn)本升高。只能由少數(shù)廠商生產(chǎn)制造，很難有自己的操作系統(tǒng)和CPU。

馮?諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是把指令和數(shù)據(jù)看作程序，存放于存儲器中，通過總線送到CPU上執(zhí)行?！巴该饔?jì)算”的基本思想是把馮?諾依曼提出的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)擴(kuò)展為“把指令和數(shù)據(jù)存放在網(wǎng)絡(luò)存儲器中，并通過能滿足指令和數(shù)據(jù)傳輸速度需要的網(wǎng)絡(luò)調(diào)入用戶端系統(tǒng)的CPU上執(zhí)行?！?/p>