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導語：在計算機系統結構的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優秀范文，愿這些內容能夠啟發您的創作靈感，引領您探索更多的創作可能。
前言：所謂的“多核”是指一塊芯片上集成多個處理器，這些處理器之間不需要設置共享關鍵資源，各自擁有獨立的控制和計算部件。計算機系統結構多核綜合實驗的設計及應用，有利于滿足計算機知識學習需要，更好地提升算機應用創新能力，使計算機原理和技術知識更好地被接受和應用。
一、計算機系統結構多核綜合實驗發展現狀
計算機系統結構多核綜合實驗的發展，是基于多核技術發展到一定階段的產物，多核綜合實驗在滿足實驗教學方面，也發揮了重要的作用。多核計算機的出現，具有代表性的廠家為IBM、Sun，其利用計算機理論對多核處理器進行設計，對多個計算機內核進行集成，以提升計算機的計算速度[1]。2007年1月份，Intel配置了2個4核處理器的8核計算機，隨后Intel公司推出了roadmap，主流處理器達到144核，這表明多核計算機技術手段已經被人們掌握，可以應用于工作和學習當中。在對計算機系統結構多核綜合實驗應用過程中，清華大學設計了FPGA的開放式教學CPU設計，并利用Windows/Linux進行多核編程實驗；南京大學配置Altera DE2實驗板，利用硬件描述語言進行CPU設計；浙江大學開設了基于FPGA的CPU設計和多核編程實驗。隨著計算機系統結構多核化發展，人們對開展多核綜合實驗工作進行關注，并紛紛開設相關課程，注重提升計算機實驗動手能力，使多核技術能夠被更好的理解和掌握[2]。
二、計算機系統結構多核綜合實驗的設計實現
計算機系統結構多核綜合實驗設計過程中，需要對多核實驗關注的知識點予以把握，并且在設計過程中，保證實驗設計具有創新性，以滿足實際需要。具體內容我們可以從下面分析中看出：
2.1多核綜合實驗的知識點
計算機系統結構多核實驗設計，要注重對多核的本質及技術要點進行把握，從而使人們通過多核實驗，能夠掌握多核技術，對原有的計算機結構進行創新，更好地滿足實際發展需要。計算機系統結構多核綜合實驗涉及的知識點主要包括以下幾點：1、硬件設計技術、Cache與存儲一致性、IO管理；2、多核技術與單核技術之間的差異性、嵌入式多核芯片技術、Cell、OpenSpare、Intel雙核芯片；3、多核體系結構特征、多核API優化函數庫；4、多線程編程對多核技術應用的影響、 Windows/Linux編程技術、OpenMP對多核的支持、多線程程序性能測評方法。
在進行多核綜合實驗教學過程中，要對計算機系統結構多核綜合實驗包括的技術要點內容予以把握，在實驗設計時，能夠對這些內容進行涵蓋[3]。
2.2多核綜合實驗設計實現
多核綜合實驗設計過程中，需要考慮到硬件設計和軟件設計相關內容。硬件設計方面，利用FPGA指令進行單CPU實驗，并在后期結合FPGA特征，設計多個處理器內核，進行操作系統移植，保證CPU具有多核特性；軟件設計方面，利用Windows/Linux多核多線程編程實驗，對編程的思想和方法予以認知和理解，增強程序設計能力[4]。具體的實驗設計，我們可以從下面分析中看出：
1、實驗目的。多核綜合實驗設計的目的在于使學生能夠對計算機內部結構和相關工作原理予以認知，能夠掌握CPU分析、應用和設計的能力。同時，對硬件描述語言、EDA軟件、FPGA芯片能夠進行有效使用，具有一定的硬件動手能力，對硬件技術知識更好地了解。
2、平臺設計。平臺設計主要應用PC、FPGA-CPU、單片機控制電路等組成。
3、實驗內容。借助于Verilog HDL/VHDL實現CPU軟核，并利用EDA工具軟件進行系統的模擬和測試，之后將模擬測試的內容加載到FPGA芯片中，保證單CPU能夠以FPGA指令形成。通過利用FPGA芯片，對CPU的功能進行拓展，保證原有實驗存在的缺陷和相關問題得到有效解決。同時，Windows/Linux多核多線程實驗利用win32API、MFC進行實驗操作，對可編程邏輯器件、操作系統功能予以了解和認知。
除此之外，實驗設計過程中，還需要對實驗測試的參數和指標范圍予以明確。選擇16個32位的寄存器，總線寬度為32位數據。
結束語：計算機系統結構多核綜合實驗教學，注重對計算機實驗教學的實踐性予以把握，通過利用多核技術，更好地提升人們對計算機軟硬件知識的理解和掌握，并使人們在學習計算機技術過程中，能夠創新發展，對相關理論進行更好的認知。因此，在進行多核綜合實驗過程中，要注重對FPGA技術予以有效把握，對多核技術內涵更好地理解。
參 考 文 獻
[1]于永斌，徐潔，王華，張鳳荔，吳曉華，丁旭陽. 計算機系統結構課程多核創新實驗探索[J]. 實驗科學與技術，2011，03：68-71.
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關鍵詞：Learning-by-doing 教學模式 教學實踐
文章編號：1672-5913(2011)18-0023-04 中圖分類號：G642 文獻標識碼：A
“計算機系統結構”課程是計算機及應用專業考試計劃中的專業課程，是一門從組織和結構的角度上學習、領會計算機系統的課程。計算機系統是一個軟、硬件綜合體。隨著計算機軟件的日趨復雜，以及硬件在功能、性能、集成度、可靠性、價格上的不斷改進，針對不同的應用，需要研究如何更好地對計算機系統的軟、硬件進行功能分配，如何更好、更合理地實現分配給硬件的那部分功能，使系統有高的性價比，這是計算機系統結構課程學習和研究的主要方面，也是計算機系統結構設計、硬件設計、高層次應用系統開發和系統軟件開發所必須了解和掌握的基本知識。通過本課程學習，學生能進一步樹立和加深對計算機系統的整體概念，熟悉有關計算機系統結構的概念、原理，了解常用的基本結構，領會結構設計的思想和方法，提高分析解決問題的能力。同時，也能了解近十幾年來在計算機系統結構上的進展和今后發展的趨勢。本課程是高等工科院校中計算機專業的主干課，通過介紹目前通用的和先進的計算機系統來具體闡述計算機系統結構原理的各個側面，使學生全面掌握計算機系統結構基本的概念、原理、結構和分析方法。學生在已經學習了“計算機組成原理”、“計算機操作系統”、“匯編語言程序設計”、“高級語言程序設計”等計算機軟件和硬件方面的多門課程之后，通過學習“計算機系統結構”這門課程能夠建立完整的計算機
系統概念，為進一步學習有關專業課程和日后從事計算機系統設計工作打下基礎，因此在計算機專業的教學計劃中占有重要地位和作用。
1 現狀分析
計算機系統結構課程教學已在國內許多高校展開，但是目前的計算機系統結構教學普遍仍停留在以講概念和講原理為主的水平上，不能與新產品和新技術聯系在一起，無法激發學生的學習主動性和創新意識的實踐性，導致學生學完后“會背書，不會做”，從而嚴重影響教學質量，達不到預期設定的教學目標。
在微軟亞洲研究院的大力倡導下，本課程擬引入由卡內基•梅隆大學提出的“Learning-by-doing”這一適用于工程教學的行之有效的先進教學理念，對“計算機系統結構”課程教學進行改革。
“Learning-by-doing”是由美國卡內基•梅隆大學率先提出的一種旨在強化工程學科學生全面的實踐能力和工程素養的教學模式[1]。其思想精髓是對學生與教師進行角色轉變，并充分激發學生自主學習的積極性，使學生真正成為課程的主角，使教師轉變為學生的顧問。
這個改革希望通過“Learning-by-doing”教學模式來改變當前的計算機系統結構的教學現狀，使同學們既能夠在學中做，也能在做中學，從而達到好的學習效果，增強同學們的理解和動手能力。筆者下面將具體闡述如何開展課程的教學改革。
2 前期工作
“Learning-by-doing”教學模式的引入需要我們做大量的前期工作，其中包括：
1) 強化思想教育，注重學生綜合能力的培養。在教學中，我們需要改變學生過于依賴課本和老師的現狀，首先要在思想上去啟迪同學們，灌輸他們發揮自己創造力的思想，使他們明白不能只停留在書本上的概念和原理的理解，而要最后能完成一個完整的、甚至有創造性的微型計算機系統結構設計。并且在教學過程中，我們采用微軟MSF先進項目組織和管理思想，使學生在校期間就能形成良好的軟件工程素養和意識，改變他們普遍重視技術技巧，忽視工程項目過程管理的現狀。
2) 重新規劃系統結構內容和實驗，降低學習門檻。在傳統的以講概念說原理為主的教學模式中，采用深入淺出的教學方式和靈活多變的多媒體教學方法。同時，對計算機系統結構課程的實驗項目進行改革，增大課程覆蓋的深度和廣度，鼓勵學生自主學習、按需學習。
在組織教學內容時盡量繞開硬件細節，以較易掌握的硬件部件為突破口，選用學生很容易接受的計算機組成原理(前期課程)教學設備入手，以達到事半功倍的學習效果。而且為了切實落實“Learning-by- doing”教學思想，我們為每一種計算機系統結構技術都設計一個具體的課程項目，以使學生真正理解和掌握其知識要點與難點，從而使計算機系統結構課程真正成為一門學生看得見摸得著的、實實在在的生動課程。
3) 保證教學內容具有明顯的前沿性和時代性。計算機系統結構技術日新月異，為了實現教學內容與技術同步，課程及時關注計算機科學方面的核心論文及期刊，及時把最新的技術反映到教學內容中，從而長期保持課程的生命力。
3 教改實施
本項教改項目實施的主要目標是：在“計算機系統結構”課程的講授過程中，充分發揮教師的主導作用和學生的主體作用，使學生在全面掌握計算機系統結構原理基礎上，重點培養學生的動手能力和創新能力。
此種能力培養的具體實施則需要從基礎知識、技術講座、基本技能和項目實踐四個方面落實。
對于學生而言，首先應掌握好課本中的基礎知識，形成扎實的理論基礎。然后經常參加老師組織的各種形式的技術講座，掌握當前計算機科學技術的動態，并從整體上把握計算機科學技術發展的前沿。最后，積極參加本課程的實驗和項目工作，掌握主流開發工具和開發技巧，在做的過程中不斷發現問題，然后通過與同學、老師的不斷溝通中去解決問題，從而做到理論指導實踐，實踐中更進一步理解理論。
對于老師而言，首先應做好教學工作，完善原有的多媒體課件。引入聲音、圖像、AVI等多種形式，增強多媒體教學中的適應性、綜合性和趣味性，使教學媒體多樣化。然后，抓住當前技術前沿，抓住學生關心的問題，組織各種形式的技術講座。第三，作為一門實踐性很強的課程，兼顧理論、重在實踐。教師在不斷更新最新的國內外理論知識的同時，重視加強實踐環節，實驗內容全面上網、實驗過程全程指導。對于學生循循善誘，講解實驗內容深入淺出，并付出十分的耐心。在解決問題的過程中重點教導學生解決問題的方法和途徑，而不僅僅只是告訴他們當前問題的答案。
但是，在工作的實施中會有遇到以下具體困難：
1) 內容把握及工作量較大。
課件內容包括教學大綱所有教學知識點，以滿足學科教學需要，并完整涵蓋教學目標所涉及的內容，章節內容的剪裁、取舍以及重點、難點的掌握，是整個項目的基礎，難度較大。
課件需要運用豐富的媒體素材，如圖片、聲音、動畫、視頻影像等，工作量較大，且課程內容涉及計算機系統結構、操作系統、計算機組成原理等課程內容，有較強的綜合性。
2) 模塊講授和整體把握之間的矛盾。
教師的課件要簡潔且具有親和力，頁面視覺效果好，并符合美學及教育學要求。
對各知識點內容宜采用模塊化講授，便于摘取模塊知識點，同時便于教師按各自的教學特點對教學內容進行組裝、搭配及改進。
但是怎么把握模塊與整體的關系，怎么由點到面，是其中一個難點。
3) 實驗教學中硬件復雜度和理論深入淺出之間的矛盾。
書本中淺顯易懂的理論在實踐中卻需要很多其他相關硬件知識的輔助，增加了其硬件實現的復雜度。
4 具體實施
針對如上具體問題，我們采取了以下實施：
1) 此次教改項目研究以長沙學院計算機科學與技術系為依托，以具有多年計算機系統結構研究和課程教學經驗的專業教師及軟件制作開發人員為骨干，以計算機系為應用平臺，由長沙學院教學指導委員會督促實施。
由項目負責人提出整體設計方案和規范化的格式要求；項目組成員對設計方案進行充分的討論、修改和完善；項目組成員按照分工安排和制作規范進行文字腳本的創作；由項目負責人組織全體成員對文字腳本最終定稿并進行專業制作。
2) 理論教學采用模塊式設計方法，確保教學系統的靈活性、可維護性和可擴展性；采用公開標準，保證系統的開放性；廣泛應用PowerPoint、Flash、Photoshop等多媒體課件制作、動畫設計與圖像處理新技術，確保教學系統的技術含量，這是我們理論教學的一個關鍵環節。
我們把計算機系統結構這門課程的較為關鍵及抽象的理論，如計算機流水線技術、消除流水線瓶頸的方法，循環展開、分支預測BTH狀態轉換、多級存儲層次、組相聯Cache的查找[2]、互聯網絡、通信延遲和snooping監聽協議等，都設計了動畫演示，這不僅提高了學生的聽課興趣，同時也加深了他們對抽象理論的真實理解，取得了很好的效果。但我們并不滿足于現有的工作與成績，在已制作PPT課件和動畫課件的基礎上，廣泛征求師生意見，充分吸收計算機系統結構研究的最新成果，進一步充實、完善課件內容。
3) 進一步完善計算機系統結構的實驗教學內容。
項目組對此門課程的實驗教學進行認真總結，真正讓學生通過做實驗來掌握課本中的內容，使學生通過實驗課能直接接軌社會需求，而不是讓這門實驗課
程流于形式。這個環節也是實現“Learning-by-doing”教學模式的關鍵環節。
早期的系統結構實現采用的“PC機+模擬器”的實驗方式形式過于單一，所有的實驗都是先在模擬器中給出計算機系統結構技術參數設定，然后運行測試程序，最后根據程序運行結果給出實驗結論。對學生而言，所做的工作只是系統結構參數的給定，然后面對一堆運行出來的枯燥數據給出實驗結論。由于這些實驗全是驗證型實驗，使得學生沒有真正的實驗體會，感覺也比較抽象，一個學期下來，整個實驗課程沒有收到它應有的效果，同時也沒能激發出學生的創新性。
為了讓學生更加有硬件實驗體會，并發揮學生的創新性思維，我們在原有的“PC機+模擬器”模式下增加一個實驗機箱，變成 “實驗機箱+PC機+模擬器”模式，在原有實驗基礎上，增加了四個實驗：(1)CISC(復雜指令集計算機)實驗；(2)RISC(精簡指令集計算機)實驗；(3)重疊實驗；(4)流水實驗[3]。這些實驗中，系統所具有的軟硬件結構(實驗機箱和模擬器)對實驗設計具有完全的開放性，其數據線、地址線、控制線都由學生來操作連接，系統中的運算器結構、控制器結構及微程序指令的格式及定義均可根據教學需要來做靈活改變或重新設計。這對于自行設計各種結構及不同復雜程度的模型計算機提供了強大的軟硬件操作平臺，從而避免了單純驗證性的實驗模式，極大提高了學生計算機系統的綜合設計能力。同時，該系統還具有與PC微機聯機實時調試的功能，提供了圖形方式的調試界面(CMPP模擬器)，在調試過程中可動態實時顯示模型計算機各部件之間的數據傳送以及各部件和總線上的所有信息。這種圖形調試界面也可用于多媒體輔助教學，從而獲得極佳的教學效果。經過兩個學期的實踐，計算機系統結構實驗課程有了突破性的進展，取得了很好的效果。
4) 校教務處已具備較好的教學錄像等設備，為網上教學資源的及時更新、維護和升級提供了良好的保證。
課程組老師每人均具有專門的上網設備和條件，也進一步建立和完善學生上網實驗和學習的內外部環境，為網上教學互動提供了良好的環境支持。課程組老師及時更新教學網站的內容，并且教學資源全面
開放，教學內容，包括課件、實驗內容，課后習題全面上網，并且開通“問題交流BBS”，使得學生與老師可以通過網絡進行交流。
5 結語
2007年起，長沙學院計算機科學與技術系采用由卡內基•梅隆大學提出的“Learning-by-doing”這
一適用于工程教學的行之有效的先進教學理念對“計算機系統結構”課程進行改革以來，項目負責人全權負責課程的建設，從教學大綱、實驗大綱、考試大綱、教學內容的制定[4]，到多媒體教學課件的開發、實驗項目的改革，經過幾年的教學實踐，該門課程的教學已經比較成功，受到廣大學生以及教學督導組專家的一致好評。
參考文獻：
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[4] 張晨曦,王志英,劉依,等.“計算機系統結構”課程內容體系的研究[J]. 計算機教育,2009(20):57-60.
The Reform Base on Learning-by-doing of Computer Architecture Course
HUANG Caixia1, XU Hui2
(1. Department of Computer, Changsha University, Changsha 410003, China;
2. School of Software Science, Hunan University of Commerce, Changsha 410082, China)
關鍵詞：可重構 可重構計算體系 可重構計算系統結構
中圖分類號：TP338 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）11-0088-01
1 可重構并行計算機系統的基本理念
可重構并行計算機系統要依附于軟件控制，通過可重用的資源，重構及重組轉換為另一個計算體系，以匹配于差異化的相關需要。其具備可重構特性的計算機制我們稱其為可重構計算系統。
重構和重組是可重構計算機制轉換其基本功能的兩種措施，前者即新計算系統的功能外部系統，其在舊的計算系統內并不存在，通過舊計算系統的可重用資源重新組建而成。而后者即新計算系統的功能部件，通常存在于舊的計算系統，經重新組合構建為另一套計算構架。
可重構并行計算機系統的核心體現在可重用資源，在研發FPGA前，可重構計算機系統一般都擇取重組的措施；而在FPGA出現后，使重構措施變得具有可行性，經匹配相應的文件，設置各性質與線的鏈接，進而調節硬件的基本模式。
可重構并行計算機系統是為避免硬件結構和應用無法相適應這一問題。根據處理問題的程度，可把可重構分成下屬幾種：第一種，門級可重構，以核心門級作為切入點，重構計算機制。也就是把功能部件的邏輯通過FPGA予以深化，在使遇到算法改變的時候，利用調整FPGA的配置去完善其功能。此類重構即電路級可重構；第二種，部件級可重構，初期的重構以功能部件作為切入點，利用對功能部件的重新組合去匹配于差異化的計算機制；第三種，指令級可重構。
在常規處理器單元的基礎上設置相應的計算設備，為計算的特殊需要奠定基礎，以達到大計算量指令與附屬程序的執行，此類深化計算機性能的重構措施即指令級可重構；第四種，芯片級可重構，在多處理器共用的原則上，使處理器位數產生變更、處理設施個數能夠和處理器間互連，且能夠予以變動的計算機體系，此類體系即芯片級可重構。
2 可重構計算的系統構架
可重構矩陣能夠訪問指標化處理器單元的高速緩存，不過可重構矩陣能夠和常規處理器單元單獨執行命令，也能夠在指標處理器單元的控制下去執行相應命令。可重構計算的技術核心為可重構矩陣，其中可重構矩陣的組建可以依附于基本門，同樣功能部件亦可組建重鑄矩陣。可重構計算的技術主要包括下述幾類：第一類，可重構陣列元素的組建，明確可重構陣列元泰的功能與其功能實現特性；第二類，可重構陣列元素的物理交互，因為可重構陣列需要匹配于差異化的計算要求，最為有效的物理交互措施即為全連通。第三類，可重構陣列元素的鏈接控制，差異化的計算需要我們要匹配于差異化的連接模式，怎樣控制可重構矩陣元素的連接模式，使其應用更為便捷，需要根據實際情況而定。
3 可重構并行計算機系統計算機體系結構研究的進展
自從計算機發明以來，馮?諾依曼體系結構一直占據計算機體系結構的統治地位，科學家和工程師們在此基礎上不斷研究硬件和軟件，使CPU和存儲器技術得到了飛速的發展，也為信息化、網絡化奠定了基礎。
隨著人們對信息化的要求越來越高，馮?諾依曼體系結構已經無法滿足人們的技術需求和發展要求，對計算機的要求不再僅僅是高速計算，同時更應具備信息處理和智能升級能力。可重構技術與多核技術的出現為此提供了基礎。近年來所發展的計算機體系結構主要包括下述幾點：第一，CPU不僅為一核，而是通過多個核組成； 第二，存儲設施不在是體系的核心構成因子，取而代之的是信息路徑；第三，現階段計算機已不再是通過五大部件所組成，而是通過一些信息處理節點所構建，每個節點的智能化與集成化越來越高；第四，程序設計涵蓋了軟件與硬件，生產方給出的產品會是獨立封裝好的中間件，作為應用方不需要側重于程序的構架，只要做好專業設計即可。
4 結語
重構和重組是可重構計算機制轉換其基本功能的兩種措施，前者即新計算系統的功能外部系統，其在舊的計算系統內并不存在，通過舊計算系統的可重用資源重新組建而成。而后者即新計算系統的功能部件，通常存在于舊的計算系統，經重新組合構建為另一套計算構架。
近年來所研究開發的可重構并行計算機系統的核心體現在可重用資源，在研發FPGA前，可重構計算機系統一般都擇取重組的措施；而在FPGA出現后，使重構措施變得具有可行性，經匹配相應的文件，設置各性質與線的鏈接，進而調節硬件的基本模式。
參考文獻
[1]漆鋒濱，王珊珊，姜小成，何王全.可重構計算及可重構編譯技術研究[A].2012年全國開放式分布與并行計算機學術會議論文集（下冊）[C]，2012（02）：25-26.
關鍵詞:計算機組織與系統結構;計算機組成原理;計算機系統結構;教學改革
中圖分類號:G642 文獻標識碼:B
1引言
“計算機組織與系統結構”是計算機專業最重要的核心基礎課之一。從學科和專業知識結構的角度看,該課程涉及的內容是整個計算機學科和計算機系統中最重要的基礎和核心;從實踐和應用的角度看,該課程具有顯著的實踐和工程應用特點,因而對培養學生的實踐能力、對培養創新人才、對推動我國高等教育和人才培養的戰略目標的實現具有重要的作用。
2008年12月21至22日,教育部在北京召開了2009年度教育工作會議。會議通過的《教育部2009年工作要點》和周濟部長在會議中的講話都強調要“著力培養學生創新精神和實踐能力”、“增強培養高素質人才、科技創新和社會服務的能力”,這是目前在我國實現經濟結構轉型的重大發展戰略下高等教育發展和人才培養的指導方針和發展目標,是目前國家經濟建設、科技和社會發展對我們教育部門人才培養的迫切要求。
但是,就目前我國高校計算機專業的教學現狀來看,我們在計算機學科相關的課程結構設置、教學內容和教學方法上存在一些缺陷。縱觀各大學計算機專業課程設置和授課內容,基本上都偏向算法和程序設計、軟件工程、數據庫、網絡和各種媒體應用類課程,而在計算機組成與系統結構方面開設的課程較少,與本課程在計算機系統中的地位不太相稱;與此同時,課堂教學和實驗教學的內容都比較陳舊,與現代計算機技術的發展水平和實際情況脫節較大,總體上與國外一流大學相比還有很大的差距。
課程結構設置的不均衡和教學內容與方法的落后,使我們培養的人才結構和模式已經不能滿足社會發展的需要。從社會發展需求和就業市場反饋的信息來看,目前計算機軟件人才基本上供大于求,而熟悉計算機硬件設計、具有計算機系統結構理論基礎和設計能力的人才則嚴重短缺,年薪遠遠高于同等軟件設計人員。隨著國家推動各行各業,尤其是傳統制造業向信息化技術發展,以實現經濟結構轉型的重大戰略的出臺,各行各業將大量需要掌握核心芯片和硬件系統設計技術的人才,這些人才需要能夠針對行業需求自行設計和開發具有自主知識產權的計算及控制核心部件和系統。因此,計算機硬件設計人才的培養對今后我國各行各業計算機應用和信息化技術的發展、對實現我國傳統行業的經濟結構轉型將具有十分重要的作用。另外,即使對于那些軟件系統設計和開發者而言,不具備扎實的計算機組成與系統結構基礎,也難以很好地勝任重要的底層和系統軟件的開發任務,不考慮硬件結構的軟件設計將難以最大限度地發揮硬件性能,所實現的程序效率和性能將是比較低下的。
鑒于以上現狀和原因,計算機組成與系統結構的教學具有極其重要的作用,其教學理念、教學內容和教學手段等方面的改革勢在必行。
本文就本課程在計算機系統中的地位、國內本課程的教學現狀、國外一流大學的教學內容和教學模式等幾個方面進行介紹、分析和總結,并在此基礎上,提出“從程序員需求出發、重在流水線CPU設計、強調軟/硬件結合”的課程教學內容改革思路和“從ISA模擬器入手、以功能部件設計為先導、單周期CPU設計為過渡、最終實現流水線CPU”的實驗教學方案。
2本課程的地位和特點
美國UC Berkeley大學的David Patterson教授在他講授計算機組成與設計課程的講義中,曾經用圖清晰地描述了計算機系統的層次結構,并且指出了本課程在其中的位置,如圖1所示。
圖1本課程在計算機系統中的位置
從圖1可以看出計算機系統從大的方面可以分成硬件(Hardware)和軟件(Software)兩部分。在硬件和軟件交界面上的是指令集體系結構ISA(Instruction Set Architecture),圍繞ISA的陰影部分就是計算機組成和系統結構的內容。很明顯,這部分內容處于整個計算機系統中極其重要的位置。課程所涉及的硬件包括:處理器(Processor)、存儲器(Memory)和輸入/輸出系統(I/O System),處理器主要由數據通路(Datapath)和控制邏輯(Control)組成。這些硬件是操作系統(Operating System)直接管理的資源,也是編譯器(Compiler)對高級語言源程序翻譯生成的目標程序代碼直接運行的平臺。因此,本課程的教學內容除了計算機硬件所涉及的各部件及其各部件的互連和指令系統等內容以外,還與數字邏輯電路設計(Digital Design & Circuit Design)、操作系統和編譯器等技術和課程也密切相關。此外,數據的表示、Cache的局部性、虛擬存儲器的實現、過程調用的硬件實現以及寄存器使用約定等內容與應用程序的設計與開發也密切相關。由此可見,這部分是整個計算機系統的核心內容,因而“計算機組織與系統結構”自然成為計算機專業的核心基礎課程。
從該課程的地位來說,它是多門后續專業核心課的先導課程,在整個專業教學中,起著重要的承上啟下的作用,對于學生完整地理解計算機系統的層次結構、系統地建立計算機整機概念、掌握計算機硬件和軟件之間的接口、培養學生對計算機硬件系統的分析、應用、設計及開發能力,都直接起到重要的作用。
但是,該課程涉及的知識面廣、內容多;課程難度大、概念抽象。不少學生覺得枯燥無味,凌亂繁雜,導致學習興趣下降,學習時似懂非懂,考試時死記硬背,考完后一切全忘,難以達到教學目的。因此,如何把握課程的主線和重點,改革教學內容和教學模式,為學生今后的專業學習打下堅實基礎,使學生具備一定的硬件設計和開發能力,增強學生的動手能力和自信心,是該課程教學改革必須解決的問題。
3本課程國內、外教學現狀和比較
2009年教育部首次進行碩士研究生計算機專業基礎課全國聯考,考核的四門專業基礎課總分為150分,計算機組成原理和數據結構是占分比重較高的兩門課程,各占45分,充分說明了教育部對計算機組成與系統結構在計算機專業中重要性的認可,也迫使我們相關任課教師認真思考如何才能使該課程的教學真正起到課程所應有的重要作用。
在教育部的大力倡導和推動下,最近幾年國內很多大學都開始對本課程進行教學改革,從教學內容、教學手段、實驗環境和實驗內容等方面進行了不同程度的革新。但與國外一流大學相比還相差很大,體現在教學內容和實驗水平兩個方面的主要差距如下。
3.1教學內容上的差距
從目前所使用的教材和網上資源中課程講義內容等方面可以看出,國內高校該課程的教材內容和教學內容普遍存在下列問題:
(1) 內容比較陳舊,且概述性內容多,實例和細節方面內容較少,內容缺乏深度和系統性。特別是在有關CPU設計原理方面,還停留在三級時序系統、CPU內總線結構、CPU和存儲器之間的異步控制等等方面,與流水線處理器設計技術的發展水平和現狀相差甚遠。學完后學生基本上沒有流水線處理器設計的概念,和后續的系統結構課程之間有一條較大的鴻溝,未能為深入理解各類并行處理技術奠定堅實的基礎。
(2) 未能有意識地建立硬件和軟件之間的聯系。例如,在介紹虛擬存儲器、異常和中斷等內容時很少提及硬件和操作系統的關系;在介紹數據表示、Cache局部性特點等與程序設計密切相關的部分時,未能與程序設計中的問題結合起來;指令系統和硬件結構等是與編譯器密切相關的,但教學內容中很少提及編譯器和硬件的關系。由于未能把教學內容與其實際運用場合和環境聯系起來,學生在學習時會感到茫然,不知道學了有什么用,而且由于缺少感性認識,學生在對課程內容的理解上感到困難。特別是多數學生認為自己將來不會從事CPU等硬件設計工作,因而也提不起學習本課程的興趣。
我們調查了美國UC Berkeley、Stanford、MIT、CMU和UIUC等幾個一流大學的課程教學情況,通過訪問相關課程網站,下載相關的課程講義,我們發現這些大學中開設的相關課程的教學內容和實驗內容有以下幾個特點:
(1) 所用教材基本上是David Patterson教授和John Hennessy教授編著的《Computer Organization and Design: the Hardware/Software Interface》和《Computer Architecture: A Quantitative Approach》,以及美國CMU的Bryant教授等編著的《Computer Systems: A Programmer’s Perspective》。
(2) 處理器設計講得較透徹。以MIPS處理器幾條典型指令為基礎,從單周期處理器、多周期處理器,逐步過渡到流水線處理器的設計,最后以流行的Intel系列處理器作為實例介紹高級流水線處理器的基本構成。在介紹流水線處理器時比較深入地闡述了三種流水線沖突(hazard)的解決方案,并簡單介紹了如何在流水線方式下實現異常和中斷處理。如此詳盡地介紹流水線CPU設計在國內的高校中目前還較少。
(3) 以MIPS處理器或IA32處理器為模型機貫穿整個教材,所以整體上系統性比較好。無論是指令系統、數據的表示及運算,還是CPU實現都以MIPS或IA32為藍本進行介紹,并且以大量的實例清楚說明了高級語言程序、匯編語言程序、機器代碼和處理器實現之間的關系;并簡單說明將高級語言源程序進行編譯、匯編、鏈接,生成可執行文件在計算機上啟動執行的過程。將學生能直觀感覺到的高級語言程序和在CPU上執行的機器代碼程序聯系起來,使學生對一個程序的整個處理過程有全面的了解。
(4) 將數據表示和高級語言程序中的類型定義、Cache的局部性和高級語言中循環的實現、指令類型和高級語言編程結構等建立聯系,將課程內容落實到具體運用點上,使學生不僅學會本課程內容,還學會運用相關知識解決具體問題,同時也增強了學生的學習興趣和綜合學習及運用能力。
(5) 在計算機硬件和軟件(主要是操作系統)交界的地方清楚說明了硬件和軟件的關系,通過了解具體計算機功能的軟/硬件實現,使學生深刻體會計算機功能的軟、硬件劃分原則,以及成本和性能的權衡策略;同時也使學生了解硬件和軟件之間如何協調工作。
(6) 結合高級語言和機器級代碼之間的轉換,結合流水線中的數據沖突和控制沖突處理的介紹,對有關編譯優化技術進行了說明和解釋。事實上,脫離具體指令集體系結構和硬件實現就無法清晰說明這些編譯優化技術,因此這樣的安排是比較恰當的。
(7) 利用性能評價方法對各種硬件設計方案進行定量分析,以加深學生對各種硬件設計方案、性能評價基本知識和基礎理論的認識,也培養了學生對理論知識的應用能力和科學、嚴謹的學術風格。
(8) 由于對CPU設計的內容介紹得比較具體,使得相應的實驗內容比較容易和課堂教學配套。從上述提到的這些一流大學設置的相應實驗內容來看,基本上是圍繞單周期處理器和五段流水線處理器設計展開的。
(9) 教材更新速度快。由清華大學鄭緯民教授等翻譯的《Computer Organization and Design: the Hardware/Software Interface》教材中文第3版2007年才出版,目前英文第四版已經出版并在使用了。教材的快速更新使得課程的教學內容能始終保持先進性。
從所下載的教案可以看出,上述幾個一流大學的教學內容都有一個明顯的特點,就是課堂教學雖以教材為中心,但不完全按照教材內容組織,增加了許多書中沒有的內容,加進了任課老師的自我理解或借鑒了其他教材和教案的內容和描述方式,這也是值得我們學習的。
3.2實驗內容上的差距
分析美國這幾所學校課程網站和教材《Computer Organization and Design》所附光盤對其他一些學校課程實驗的介紹內容,可以發現,國外本課程的最終實驗目標是在FPGA板上實現一個帶轉發功能的RISC風格的流水線處理器,并模擬實現I/O設備與主機的簡單通信。
通常都是先讓學生在一個軟件模擬器(或指令解釋器)上熟悉指令系統,有些學校讓學生自行設計一個指令解釋器,也有些學校讓學生在模擬器上用匯編語言實現一個小的游戲程序或其他特定功能的程序;然后在給定基本功能部件的源碼框架下,逐步實現單周期處理器、不帶任何沖突處理的流水線處理器,最終實現帶轉發和阻塞處理的具有Cache機制的流水線處理器。
實驗設計策略基本上都是通過從簡單的小部件逐步過渡到復雜部件,最終設計一個完整CPU的過程。該過程反映了結構化設計思想,遵循“自底向上”的設計方法。
目前國內有些大學也已經開始嘗試使用硬件描述語言通過軟件仿真技術和FPGA或CPLD技術來開展硬件實驗,比傳統的實驗教學機大多只能進行驗證性實驗已經前進了一大步。但是,實驗內容基本上只是多周期處理器的設計與實現,還沒有達到流水線處理器設計的水平,與國外一流大學相比,還有很大差距。
4教學改革思路
為了在教學內容與實驗內容上縮小與國際一流大學的差距,我們提出了“從程序員需求出發、重在流水線CPU設計、強調軟/硬件結合”的課程教學內容改革思路和“從ISA模擬器入手、以功能部件設計為先導、單周期CPU設計為過渡、最終實現流水線CPU”的實驗教學方案。
4.1教學內容改革
教材在教學過程中起主導作用,所以,我們首先從選擇或編寫教材入手來推動教學內容的改革。在教材建設方面采用了循序漸進的策略。
教學內容改革之初,我們采用“國內教材為主,國外經典教材為輔”的方針,2004年初步引入Patterson和Hennessy的《Computer Organization and Design》作為主要參考教材,對于一些重要章節,如中央處理器、指令系統、Cache和總線等,把該教材的內容大量地補充到課堂講義和作業中;2006年開始全面使用該教材。但在使用該教材時發現存在一些問題,例如,篇幅太大、內容組織比較零亂等,給學生的學習帶來較大困難。特別是從2009年開始,碩士研究生計算機專業基礎課實行全國聯考,因此涉及到教學內容與國內其他高校所用教材之間的統一協調問題,因而,從2008年開始,我們結合國內教學的特點,又開始自編教材。新編教材主要以MIPS和Intel Pentium4處理器為模型機,參考UC Berkeley、Stanford、MIT和CMU等國外一流大學相關課程的講義、實驗說明和所用教材,同時結合國內主流教材,在充分考慮與課程群中其他課程的銜接和實驗相配套的基礎上編寫。與目前國內同類教材內容相比,在計算機性能評價、指令集體系結構與高級語言程序設計的關系、存儲器分層結構中的軟、硬件接口、CPU設計和指令流水線、計算機硬件與編譯優化的關系等諸多方面進行了強化。
4.2教學實驗改革
目前國內大多數高校本課程的教學實驗,主要是在實驗教學機上進行,且大多以驗證性實驗為主,基本上以“依葫蘆畫瓢”方式進行實驗,很難進行自主創新設計,特別是很難通過實驗建立一個整機概念,流水線設計思想也沒有體現。
我校由于近年來對教學內容進行了大幅度改革,課堂教學中加大了對CPU設計、特別是流水線CPU設計的教
學力度,使學生打下了很好的理論基礎。同時,硬件教學實驗室配置了Altera DE2實驗板,使學生可以通過硬件描述語言和FPGA進行CPU設計實驗。
實驗教學改革在以下幾個方面進行:(1)與課堂教學同步進行一套“硬件模擬程序”實驗,即:用軟件方式模擬各個功能部件的功能及性能設計。例如,用軟件模擬運算器、Cache、總線等的不同設計方案以及不同方案所獲得的性能。(2)通過ISA模擬器實驗,使學生深入理解數據的表示、指令集體系結構、匯編語言和機器代碼的轉換,以及指令執行過程等。(3)以功能部件設計為先導、單周期CPU設計為過渡、最終實現流水線CPU。要求學生先使用Quartus II軟件進行模擬設計,通過后再下載到Altera DE2的FPGA板上進行驗證。所有學生都要求能完成一個五段理想流水線CPU設計,部分能力強的學生還完成了帶轉發和阻塞功能的五段流水線CPU設計。
實驗的最終目標是和其他課程聯合開展綜合性實驗,在自行設計的CPU芯片基礎上,設計匯編語言和高級語言,并配置簡單的操作系統和編譯器,學生可以通過自行設計的高級語言編寫游戲等應用軟件,在自行設計的CPU上運行。
5結束語
多年的教學工作告訴我們,學生的潛能是無限的,學習興趣也是可以激發出來的。只要我們投入精力,引導有方,一定能帶領學生領略到計算機王國的無限風光。
相信隨著教育部和各高校對教學工作的重視,隨著各高校從事本課程教學的老師們的努力,一定能在不長的時間內與國際一流大學的計算機硬件教學達到同步,為計算機專業的教學打下堅實的基礎,從而提升整個專業的計算機教學水平。
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通過對面向服務架構（SOA）的深入研究，我們將Webservices技術集成到智能Agent架構中，提出面向Web服務的計算機審計系統（簡稱WSCAS）。本文其余部分如下：第二部分闡述計算機審計系統（CAS）、面向服務構架（SOA）以及本文研究動機；第三部分提出WSCAS的體系架構，包括基于Agents的Webservices系統結構、多智能體Agents的交互等；第四部分開發一個WSCAS系統原型；第五部分對WSCAS系統原型進行討論；最后對全文進行小結，并指出未來進一步研究的方向。
相關問題的研究
（一）計算機審計系統（CAS）。隨著信息技術在企業管理中的廣泛使用，尤其是ERP系統的實施，企業的經營、管理及核算越來越依賴于復雜而龐大的管理信息系統。審計的對象也發生了根本變化，由紙質財務賬簿轉變為數據庫中的電子數據（或稱電子賬）；同時，資本市場對審計報告真實性和及時性的要求也越來越高。無論是以加強內部控制和企業管理增值為目的的內部審計、以財務真實性和公允性鑒證為目的的社會審計，還是以真實性、合法性和效益性審查為目的的國家審計，都不可避免地會受到企業信息化的沖擊與挑戰。審計師必須運用IT技術手段，掌握數字化審計證據收集方法，才能勝任信息化環境下的審計工作，降低審計風險，提高審計效率。定義1計算機審計：計算機審計也稱計算機輔助審計，是審計人員運用信息技術和審計知識，在被審計單位現場或者通過遠程網絡，對被審計單位與財政財務收支和管理財政財務收支相關的電子賬目或財務數據庫數據進行審計。現代審計的范圍正逐步延伸，跨越了財務模塊，計算機審計對象已經發展為面向整個供應鏈的信息系統審計，是對整個企業應用的業務數據審計。定義2計算機審計系統（CAS）：計算機審計系統是在審計過程中所采用的能夠完成特定審計功能的各種應用系統的總稱。計算機審計系統作為審計輔助工具，可以完成審計數據采集、整理、計算、統計、查詢和報表生成等工作，為審計人員實施各種審計檢查和收集審計證據提供幫助。
（二）面向服務構架（SOA）。面向服務構架（簡稱SOA）是一種軟件架構思想，這一思想認為軟件即服務，是將企業內部與外部的每一個業務功能單元封裝成服務。SOA將這些服務從復雜的環境中獨立出來，進行組件化封裝，不同的服務之間通過標準接口相互調用。作為企業應用解決方案的基本元素，服務可以被描述、、發現及綁定，其平臺是獨立的、自治的，并且可以用XML編程的大型分布式互操作應用系統。圖1說明了Web服務能夠執行面向服務架構的模型。圖1描述了Web服務的基本組成。該架構由三個參與者和三個基本操作構成。三個參與者即服務提供者（Serviceprovider）、服務請求者（Servicerequester）和服務（Servicebroker）；三個基本操作即服務（Publish）、服務查找（Find）和服務綁定（Bind）。
（三）研究動機。計算機審計系統解決了數據采集、數據預處理、數據分析、疑點管理、審計底稿撰寫、審計報告生成等難題，提高了審計效率和效果，在實際工作中發揮著重要的作用。許多學者致力于將新的信息技術應用到計算機審計中，并開始探索新的計算機審計模式。廖志芳等提出了聯網審計實際的三種審計組網模式，即集中式、分布式以及點到點式組網模式［2］。李世新在對XBRL和Web服務進行介紹的基礎上，提出了一種基于XBRL和Web服務的網絡化審計取證模式［3］。李湘蓉在研究了網絡環境中計算機審計系統應具有特點的基礎上，提出了一個基于本體的計算機審計系統［4］。還有學者論述了計算機審計模式及風險防范［512］。一些學者對Internet環境下的審計系統進行了研究，Chen和Sun通過對面向服務架構環境進行研究，提出了一個內部控制持續審計模型，稱為協同持續性審計模型，通過對企業資源計劃數據庫中的數據轉換組件進行封裝，軟件提供商可以為企業提供模式匹配服務來實時轉換業務交易數據［13］。Ye和He運用Web服務的一系列組件，提出了基于Web服務的持續審計業務流程模型，用于提供有關特定業務的鑒證［14］。Internet環境下的動態信息系統具有共享資源的多樣性，無統一控制的“真”分布性，基礎平臺的開放性和動態性，人、設備和軟件的多重異構性，節點的高度自治性，鏈接方式的動態開放性，網絡連接的多樣性，使用方式的靈活性和個性化，實體行為的不可預測性。我們認為在新的動態企業信息環境下，迫切需要與之相適應的審計模式和計算機審計系統。
面向Web服務的計算機審計系統（WSCAS）體系結構
（一）系統體系結構。面向Web服務的計算機審計系統（WSCAS）是一個開放的系統，復雜的審計任務由大量解決問題的Agent承擔，每一個智能Agent只能解決特指的某一類問題，關注特定任務的完成。用Webservices封裝的Agent，一個服務可能涉及一個或多個Agent，這些不同功能的Agent協力合作并提供特定的服務。系統是一個開放的環境，不同的Agent不必在同一地點或屬于同一公司。通過對其他Agent知識和能力的理解，這些Agent能夠突破固有的智能范圍，協同工作實現目標。圖2是面向Web服務的計算機審計系統（WSCAS）體系結構。由于系統具有開放性，可以不斷地向系統中加入新的Agent，從而使得系統的處理能力不斷增強，適應性不斷提高。也就是說，除了WSCAS提供的服務，其他個人和公司也可以提供審計項目管理服務、審計數據采集整理服務、審計數據分析服務、審計抽樣服務、審計文檔管理服務以及其他相關的計算機審計服務。通過標準的通訊協議，每一個Webservices封裝的Agent可以自由選擇訪問其他服務。
（二）智能Agent交互。如下頁圖3所示，WSCAS交互系統由外部實體和審計組件兩部分組成。外部實體向系統提供被審計單位的數據和模型。根據《審計法》規定，被審計單位接到審計通知書后，要向審計小組提供審計范圍內以及特定時間段審計所需要的完整數據。被審計單位的數據不但包括財務數據、業務數據，還包括被審計單位的基本情況、上一次審計的結論等相關數據。被審計單位模型包括審計所需的被審計單位業務流程、相關的法律法規等系統模型，這些模型是開展審計工作的基礎和判斷審計疑點的依據。審計組件包括數據采集模塊、審計數據分析模塊、審計抽樣模塊和審計文檔管理模塊。
數據采集是審計人員從被審計單位的信息系統中提取指定范圍、指定內容的業務數據并收集到審計系統中。用IT技術對電子賬進行審計有兩個需解決的關鍵問題：一是審計人員采集電子賬中的電子數據，包括電子賬套中的數據和信息系統數據庫中的數據；二是分析審查采集到的電子數據。數據采集是對電子賬數據進行實質性審查工作的第一步。數據采集是否全面、準確、客觀將直接影響計算機審計的結果。若采集的數據不能客觀全面地反映企業的經濟業務狀況，那么審計人員即使有很強的職業判斷能力，也無法得出正確的審計結論，從而增加審計風險。因此數據采集在整個計算機審計過程中至關重要。數據采集的信息可以分為三類：被審計單位信息采集、財務數據采集、業務數據采集。
一是被審計單位信息采集Agent。審計業務的開展與被審計單位的企業規模、業務流程、組織結構以及相關的行業法規制度等密切相關，在審計準備階段和審計實施階段的初期，審計人員必須首先獲得被審計單位相關信息，然后才能開展審計工作，被審計單位信息采集Agent負責此類信息點采集。二是財務數據采集Agent。財務數據采集主要采集以下兩種數據：財務備份賬套數據和財務數據庫數據。財務賬套數據是會計信息系統中經過加密后的備份電子數據，其格式不是標準的數據庫格式，而是會計信息系統以其獨特的方式備份數據。不同的會計信息系統財務賬套數據文件的格式不同，所以WSCAS提供不同的財務賬套數據采集Agent作為智能數據采集接口，完成財務備份賬套數據的采集工作。財務數據庫數據是保存在標準數據庫中的會計數據，數據文件以標準的數據庫文件格式保存，系統為各種數據庫提供了相應的數據采集Agent，財務數據庫中有許多表，其中和審計相關的主要數據庫表為會計期間定義表、會計科目表、會計科目的設置表、憑證表等。通過數據采集Agent接口采集數據，審計人員要清楚數據庫，數據庫表，字段的結構、屬性和含義，這樣才能對數據進行采集整理，保證數據的完整性。三是業務數據采集Agent。由于審計范圍的不斷擴大，審計對象不再局限于財務數據，還包括許多業務數據的審計，如社會保障審計、高速公路收費審計、經濟效益審計等，這些數據保存在業務數據庫中，由業務數據采集Agent作為智能的采集接口，采集業務數據。
數據采集的目的是為審計分析做準備。審計數據分析是通過運用審計分析方法和分析工具，對被審計單位審計數據進行分析，發現審計線索，獲取審計證據，進而形成審計結論。利用計算機的數據分析方法有：賬表分析；數據查詢；數據挖掘；聯機處理；審計分析工具；審計疑點管理等。接下來進行具體分析。一是賬表分析Agent。審計人員將采集到的財務備份數據還原成電子賬，通過對被審計單位會計基礎資料的檢查和分析，找出審計線索，得出審計結論。賬表分析Agent的主要功能包括總賬審查、科目明細賬審查、輔助賬審查、會計科目審查、憑證審查、未記賬憑證審查、日記賬審查、報表審查等。二是數據查詢分析Agent。審計人員根據審計經驗，按照一定的審計分析模型，對從數據庫中采集到的數據進行查詢分析，發現審計線索，達到審計目的。數據查詢分析Agent主要的查詢分析方法有數值統計、重號分析、斷號分析、分類分析、數據分層分析、時間分層分析等。三是數據挖掘Agent。隨著信息技術的高速發展，尤其是被審計單位信息系統數據庫中各種格式的業務數據急劇增長，只靠審計人員的人工閱讀或簡單的審計數據檢索無法及時發現不同層次的審計線索。數據挖掘Agent能夠從被審計單位海量的數據中挖掘出隱含的、先前未知的、對審計結論有價值的審計線索，以及能被審計人員所理解“知識”的數據處理過程。四是聯機處理Agent。聯機分析處理是與數據倉庫密切相關的一種決策支持工具，聯機處理Agent能夠使審計人員從多角度對審計數據進行處理，獲得對審計數據更深層次的了解，發現審計線索，實現對審計決策的支持和多維分析。五是審計分析工具Agent。除了上述一般審計分析方法外，WSCAS還提供了一個開放的、專用的審計分析工具平臺，審計人員不但可以利用系統提供的審計分析工具，還可以不斷充實新的審計分析服務。審計分析工具Agent可以進行單科目金額分析、對方科目分析、壞賬準備計算、營業稅計算、固定資產折舊計算、個人所得稅計算、圖表數據分析等，幫助審計人員發現審計疑點。六是審計疑點管理Agent。審計疑點管理Agent可以存儲、管理并逐項落實審計分析中發現的審計疑點。
審計抽樣是審計人員在實施審計的過程中，從審計對象總體中選取一定數量的樣本進行測試，并根據樣本測試結果推斷總體特征的一種方法。審計抽樣是一種能夠大幅度提高工作效率、量化控制審計風險、規范審計行為、提高審計工作質量的審計技術方法。特別是在被審計單位內部控制制度健全、審計對象數量龐大且經驗判斷難以奏效的情況下，采用審計抽樣技術審計效果顯著。具體應用如下：一是抽樣管理Agent。抽樣管理Agent可以管理審計抽樣全過程的信息，包括總體表中的數據管理、抽樣方法的選擇、樣本表中的數據管理等。二是抽樣審核Agent。抽樣審核Agent對審計抽樣的樣本信息在審計現場進行審計核對，并將審核的結果輸入系統中，輸出生成抽樣審核結果表供審計人員使用。三是抽樣評價Agent。抽樣評價Agent根據樣本數據的審核結果，推斷總體審計數據的情況。
審計文檔管理是計算機審計過程中的一項重要內容，審計過程中的文檔主要有審計底稿、審計日記、審計證據、審計報告、審計臺賬等。具體應用如下：一是審計底稿Agent。審計底稿Agent記錄審計過程中所發現的被審計單位違紀違規問題，對審計日記、審計證據所反映的問題進行描述，匯總審計報告、審計臺賬等審計資料。二是審計日記Agent。審計日記Agent記錄審計人員當天的審計過程，內容涉及審計分工、審計事項、審計實施步驟和方法、審計查閱的資料和數量、審計人員的專業判斷和查證結果以及其他一些需要記錄的情況等。三是審計證據Agent。審計證據Agent負責建立、管理和匯總審計證據。四是審計報告Agent。審計報告Agent以審計底稿為素材，生成報告提綱并形成審計小組的審計報告初稿。五是審計臺賬Agent。對照審計報告、審計決定等審計文書的結論，對每篇審計底稿的問題和金額進行確認，系統根據確認后的結果，由審計臺賬Agent自動匯總問題和處理處罰數據，生成審計臺賬，最終生成的審計臺賬參與審計報表的匯總。
面向Web服務的計算機審計系統（WSCAS）的原型開發
本文將移動Agent技術和Webservices技術結合，集成兩者優勢，克服各自局限性，構建面向Web服務的計算機審計系統，如圖4開放Internet環境下的計算機審計服務的集成架構。為了實現系統中審計服務的統一調用，我們將各種業務邏輯封裝為服務，提供標準、統一的服務接口，從而實現技術對外界透明。本文使用了Java技術開發系統功能模型，描述模型的架構和元素。
系統評價
為了驗證本文所論述方法的有效性，闡明基于Web服務是如何集成工作并實現計算機審計的目標，我們用一個案例來描述服務的協同操作過程（具體見下頁圖5）。審計人員對企業進行財務審計，首先要明確審計任務，組成計算機審計小組，在了解被審計單位基本情況的基礎上，制定計算機審計方案，確定計算機審計范圍、審計重點、審計實施步驟、審計安排、審計方式、人員分工以及需要運用的計算機審計方法和審計實施注意事項等，利用WSCAS開展基于Web服務的計算機審計工作。
（1）審計項目管理Service發出審計通知書。審計小組通過系統的審計項目管理服務，向被審計單位發出審計項目通知書。
（2）被審計單位信息Service以服務的形式向系統被審計單位的基本情況信息，提供給審計小組。
（3）審計數據采集Service采集被審計單位審計數據。被審計單位信息Service按照審計小組的審計要求，將審計通知書中說明的指定時間段、指定范圍的審計數據進行服務封裝、注冊和，提供給審計數據采集Service。審計數據采集Service首先對采集到的審計數據進行數據驗證，確認采集數據的真實性、正確性和完整性，然后對數據進行預處理，這是由于被審計單位的數據來源繁雜，采集來的審計數據可能存在質量問題，不能直接進行審計數據分析，需要進行預處理。預處理包括數據轉換和數據清理。數據轉換是將采集來的原始數據轉換成審計人員容易識別的數據格式和名稱，主要包括將被審計單位的數據有效裝載到WSCAS系統中，明確數據字典，標識出每張表、每個字段的含義及其關系；數據清理是整理不符合質量要求的數據，清除存在明顯錯誤的數據，如缺失的數據、不完整的數據、不準確的數據、不一致的數據以及重復的記錄等。
（4）審計數據分析Service。以審計數據采集Service輸出的中間表作為審計分析的基礎進行審計分析。在審計分析中，審計人員根據相關的業務處理邏輯、業務數據的勾稽關系、法律法規的規定或審計經驗等，建立審計分析模型，用賬表核對、指標分析、賬表勾稽關系模型、業務邏輯分析模型、法律法規分析模型以及審計經驗模型等方法進行總體審計數據分析，然后審計數據分析Service對審計數據進行復算、檢查、核對和判斷，發現審計線索，收集審計證據。
（5）審計數據抽樣Service。在明確審計目標和審計對象的基礎上，根據被審計單位的內部控制評價水平確定審計抽樣的樣本量。審計數據抽樣Service選取樣本并審查，評價抽樣結果，并返回到審計數據分析Service。
（6）在審計數據分析和審計數據抽樣過程中，審計人員記錄當天審計過程、實施審計的步驟和方法、審計查閱的資料和數量、審計人員的專業判斷和查證結果等，將這些情況提交到審計文檔管理Service，形成審計日記。
（7）在審計數據分析過程中，審計數據分析Service將審計發現的問題作為審計疑點，發送到審計文檔管理Service，審計文檔管理Service負責落實審計疑點，若證實確是問題，則將該疑點作為審計證據。
（8）審計文檔管理Service編制審計報告初稿，和被審計單位溝通，生成審計報告正式稿，形成審計意見。
（9）審計文檔管理Service向審計項目小組提交、歸檔審計文檔資料。
關鍵詞：管理信息系統；B/S模式；網上結算系統；計算機
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 (2011) 21-0000-02
Online Billing System Design and Implementation
Based on B/S Structure
Cui Luo
(Dongying Radio and TV,Dongying 257000,China)
Abstract:With the implementation of enterprise computer applications continue to increase,gradually expand the scope of the software,while the enterprise is also increasingly concentrate on the business process-oriented issues,enterprise application integration into enterprises and software vendors have to face and solve complex technical and management issues.According to the needs of larger financial asset management companies,so that all units more convenient and fast,timely and accurate settlement between,reduce capital precipitation,queries in a timely manner the units of the income,expenditure and benefit analysis of the situation,made against the problems of the appropriate measures,it is recommended that starts"online settlement development system"project.Management information system of safety management is very important.This article uses the authentication,permissions,encryption,three kinds of technology to protect your network and security management information system.On Web-based financial management system for detailed analysis,based on actual requirements,detailed design of each functional module,and the use of JSP technology in advanced control mode implements the MVC system.
Keywords:Management information system;B/S mode;Online billing system;Computer
一、資料與方法
（一）研究背景
在信息技術飛速發展的今天，企業信息化建設采用了開放式的Internet／Intranet網絡體系，并結合企業經營模式和管理模式變革對企業信息系統進行重構，重構后的企業信息系統不再是局限于企業內部信息流通的封閉式系統，而是與企業所處的行業供應鏈各個環節保f@P移F信息交流通暢的開放式系統，企業幾乎所有的經營和管理活動都依賴于這個開放式的網絡信息系統來進行，其賴以運作的財務信息系統應做到遠程處理、信息共享和集中管理、分散處理，以實現與企業信息系統與其它子系統之間完美集成、無縫連接，從而消除信息“孤島”，如果做不到這點，企業管理的信息流就會脫節，企業信息化目標就會落空，企業在瞬息萬變的市場競爭中就難以樹立競爭優勢。隨著信息技術的發展和應用，企業傳統的經營模式逐步轉向電子商務，同時在管理方面進行企業過程的重整和組織結構等的改革，企業經營模式和管理模式的這些變化，也要求企業財務管理必須支持和適應。一方面，企業財務要支持電子商務，其財務管理系統必須做到消息采集和處理方法的無紙化管理和實時管理、結算和支付的網絡化、電子化和安全化。另一方面，財務管理信息系統也要適應改革后的企業新過程和新組織結構，增加異地處理等功能。
（二）技術方案
信息技術的高速發展使網絡計算模式不斷更新。從單機時代的主機／終端模式、文件服務器時代的共享數據模式、客戶機／服務器時代的Client／Server（客戶機／服務器）模式，再到今天網絡計算時代的Browser／Server（瀏覽器／服務器）模式，計算模式發生了巨大變化。同時計算模式的不斷進步使管理軟件的架構發生了很大變化。本章通過對系統可選擇的開發模型進行分析與比較，選擇三層結構的Web Browser（瀏覽器）／Server（服務器）模型開發。并且通過對該模型幾個技術方案的比較，確定了系統開發使用的技術方案。
計算機科學與技術專業下設研究方向，計算機科學與技術專業是一級學科；
三個二級學科，分別是計算機系統結構、計算機軟件與理論 、計算機應用技術 ；
每個專業研究方向、考試科目不同，考研前需要查詢招生院系招生簡章具體規定；
關鍵詞：統一收支結算；醫院財務體系；構建方法
經濟的發展讓醫院財務體系得到了不斷發展和完善，這從醫院財務分析指標體系即可鮮明的體現出來。然而，隨著社會的進步，人們對醫療服務、醫療水平的提高等諸多因素，也使的當前醫院的財務體系暴露出一些問題。鑒于現代企業統一收支結算的科學性，有必要探究其在醫院財務體系構建中的應用。
一、醫院財務體系現狀
（一）對負債比率不夠重視
負債比率即指醫院的負債比率指標，即資產負債率，是醫院負債總額和資產總額的比率，即在醫院的資產總額中，有多少是通過借債所得。以醫院經營的視角來看，負債低表明醫院對外部資金的運用能力較差，而負債率過高，則醫院風險過大，一般較為合理和健康的負債率應維持在6成到7成左右。然而，目前我國很多醫院對其都沒有引起足夠的重視，要么負債率過低阻礙的醫院的發展，要么負債率過高，極度膨脹極易引起醫院陷入“財務危機”。
（二）流動比率過大
所謂流動比率即流動資產與流動負債的比率，亦可表示為醫院現金用于償還流動債務的能力。因此，從這個意義上說，流動比率越大，債權人的利益越大。但是，就我國目前來看，雖然各醫院基本保持了高流動比率的特點，但是過高的流動比率卻顯示了醫院對于外部資金的使用上沒有統籌合理的安排，某種程度上是浪費了資源，一般情況較好的流動比率應控制在2：1為佳。此外，在流動比率上，還可從速度比率上進行控制，它是速動資產和流動負債的比率，是醫院償還流動負債能力的最佳體現，通常業界人士認為此比率應維持在1：1為佳，但從我國醫院財務體系調查來看，這種理想效果很難實現。
（三）病人費用評價指標較高
病人費用評價是詮釋醫院責任，提高醫院服務質量，提升醫院口碑的最基本條件，即以“少花錢、治好病”為中心的評價指標，比如患者就診、住院、用藥、手術等費用是否合理、是否過高等等。就目前來看，此方面雖然有關部門和醫院都做出了相較完善的規定，但在具體的執行過程中扔暴露出一些不足之處，尚有待完善。
（四）財務管理指標需提高
醫院財務系統建設的是否完善，很大程度上與財務管理相關。比如藥品周轉率是否合理，能否達到在滿足醫院用藥的要求上實現藥房的最小存儲量，比如床位使用率，病床周轉次數的管理，以及管理費用在醫院財務總支出中所占比重等都是衡量醫院財務管理指標的重要方面，而從實際來看這些方面都或多厚少存在更進的地方。
二、統一收支結算用于醫院財務體系的可行性
所謂統一收支結算，即為了降低企業風險、提高企業競爭力和經濟效益，彌補一些公司缺乏可有效控制公司財務風險的高級財務主管或首席財務官的弊端，而采取資源集中控制收入和支出，并進行統一結算的現代企業財務制度。鑒于上述醫院財務體系中表現的問題，可從以下幾方面討論下統一收支結算用于醫院財務體系的可行性。
1、統一收支結算可幫助醫院避免財務危機
我國大多醫院都屬于事業型單位，醫院的組織形式和結構層次較多，這是無法規避的問題，而即便是各種類型的民營醫院亦是在醫院總部到下面各個科室之間設置了諸多功能機構，這就難免造成權利和利益的分散，而相對的責任和風險則向醫院主體層面集中。而同一收支結算恰恰可以對醫院的財務體系實施統一、統籌安排，將不可避免的權利和利益下放所造成的風險控制在可控范圍內，實現了風險的集中管理和集中轉移，如此便在很大程度上避免了醫院發生財務危機的可能性。此外，統一收支結算亦可實現醫院資源控制和使用的分離目的，實現了資源的合理分配，不僅可有效的節約經營成本，而且可在內部形成潛在的、巨大的無形價值。
2、統一收支結算符合醫院的整體利益
統一收支結算是醫院有效掌控財務體系，對各科室和部門進行統籌監督和管理的保障，通過統一收支結算，醫院各科室將摒棄原本獨立的財務體系和經營方向，以醫院的發展角度出發，以醫院整體的利益為服務出發點，因此勢必會帶動各部門乃至醫院醫務人員的工作行為向符合醫院整體發展戰略的方向轉移，這就避免了個別科室特立獨行的行為，尤其是對于醫護服務的整齊劃一的要求更是如虎添翼，同時也方便了醫院對下面部門的管理。所以說，從醫院長遠發展上考慮統一收支結算是保證醫院財務體系健全，為醫院健康持久發展的護衛者。
三、醫院財務體系實現統一收支結算的實踐
從統一收支結算在醫院財務體系實踐的可行性中即可看出在醫院財務體系構建中的重要，因此在構建醫院財務體系的過程中應勇于嘗試對統一收支結算的實踐。對此，可從兩方面進行。
1、由點及面，全面鋪開
雖然統一收支結算已經在現代企業中證明了其科學性和有效性，但是鑒于醫院的特殊性質，一刀切進行全面的改革顯然不妥，為此，醫院可先從某一科室進行實驗性統一收支結算，然后逐步擴展。在此過程中應對設計財務的各種賬目、現金做好明確記錄，同時定期地與該科室進行對比，以檢測統一收支結算的效果。
2、從財務部門入手，健全醫院財務體系
既然是構建醫院的財務體系，所以在財務部門進行改革和實踐首當其沖，對此醫院可結合自身實際，對于各科室的會計進行綜合評定考核，待實驗成果出來后，將不符合標準或問題較嚴重的予以辭退，同時建立起由醫院直屬的財務部門，進而形成統一收支結算的影響體系機構。
總結：
本文結合醫院財務體系中存在的弊端，以及現代企業統一結算的優勢，將兩者常識性地進行了結合，從醫院本身即理論實際上看，將統一收支結算用于醫院財務體系是可行的、有效的，當然要想起發揮更大的效力還須各醫院在實踐中不斷探索、完善。（作者單位：浙江省溫州市中心醫院）
參考文獻：
【關鍵詞】計算機組成原理 課程體系 構建
【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）09-0247-02
一、課程建設中存在的問題
近年來，多數高等院校計算機科學與技術專業都以必修課的形式開設了“計算機組成原理”這門課程。雖然各院校講授的內容各不相同，但是他們對該課程的性質、地位、作用及重要性都有了一定的認識。由于“計算機組成原理”課程覆蓋的專業較多，因此各校在進行教學時在一些問題上還存在不同的認識，其中的有些問題還需要進一步探索。
二、課程的地位及作用
“計算機組成原理”是系統介紹了計算機組成與系統結構的基本原理、基本設計與實現方法。通過本課程的學習使學生對計算機的組成與系統結構有較全面的認識，使學生從理論和實踐上掌握計算機系統的設計與開發的方法，進而提高學生進行計算機應用系統設計開發的能力，培養學生的綜合素質。因此，“計算機組成原理”課程在計算機科學與技術專業及相關專業中具有舉足輕重的作用。
三、課程體系的構建
（一）課程概述
本課程主要從計算機的基本概念、基本組成結構分析著手，對計算機各個基本組成部件及控制單元的工作原理進行討論，分析計算機系統的一般特點，使學生掌握有關軟、硬件的基本知識，尤其是個基本組成部件有機連接構成整機系統的方法，為培養學生對計算機系統的分析、設計、開發和使用能力打下基礎。
（二）課程性質
適用專業類：高等院校計算機科學與技術及相關專業
授課時數：54學時
實踐時數：18學時
先修課程：數字邏輯、數據結構與算法、C++語言程序設計。
（三）課程內容
本課程對教學內容的要求分為3個層次，分別是：“掌握”、“理解”和“了解”。對于要求“掌握”和“理解”的內容，要做到概念清楚，原理明白，并具有分析和計算能力，有些內容還要求會應用。“掌握”比“理解”要求更高，有些知識必須熟記。對要求“了解”的內容應當知道基本概念和基本原理。“計算機組成原理”課程體系應由理論知識、實驗兩大部分組成。
1.理論知識
① 計算機系統概述 （4學時）。主要內容： 計算機系統軟硬件的組成與層次結構、 計算機系統的設計技術與評價標準、 計算機的發展和應用。
②計算機的邏輯部件 （6學時）。主要內容：布爾代數的基礎知識、 計算機中常用的組合邏輯電路、時序邏輯電路。
③數據表示、運算方法與運算部件 （10學時）。主要內容： 數字化信息編碼、 計算機中數據的表示、轉換和運算、 二進制乘法和除法運算、 浮點數的運算方法、 運算部件、 數據校驗碼。
④主存儲器 （6學時）。主要內容： 主存儲器概述、 讀/寫存儲器、 非易失性半導體存儲器。
⑤指令系統 （6學時）。主要內容： 指令格式與數據表示、 尋址方式、 指令類型與指令系統的兼容性、 RISC和CISC、 指令系統舉例。
⑥中央處理部件 （6學時）。主要內容： 計算機的硬件系統、 控制器的組成、 微程序控制的工作原理、 流水線工作原理。
⑦存儲器系統 （6學時）。主要內容： 存儲器系統概述、 高速緩沖存儲器、 虛擬存儲器、 相聯存儲器和存儲保護。
⑧輸入輸出系統 （6學時）。主要內容： 輸入輸出系統概述、 程序中斷、 DMA輸入輸出方式、 通道控制方式、 總線結構、 外設接口。
⑨計算機系統結構 （4學時）。主要內容： 計算機系統概述、 多媒體計算機、超級流水線處理機和超長指令計算機、 計算機網絡簡述。
理論共54學時，3學分，成績比例70%。
2.實驗
通過做實驗讓學生加深對所學學科知識的理解和掌握，同時培養學生的動手能力和分析問題的能力，為后續課程的學習奠定基礎。具體內容如下：①運算器實驗（6學時）②存儲器實驗（4學時）③微程序控制器實驗（2學時）④模型機組成與指令執行實驗（4學時）⑤輸入輸出實驗（2學時）。
共18學時，1學分，30%。
（四）課程的重點和難點
重點：掌握計算機的各個組成部件的工作原理。
難點：指令的執行和存儲空間的擴充。
四、加強課程構建的具體設想及主要措施
（一）在教學環節中突出本課程的實踐環節
“計算機組成原理”是計算機科學與技術類專業的一門重要專業基礎課。本課程的學習將為學習“操作系統”、“微機原理”等后續課程和研制開發各種系統和應用軟件打下扎實的理論和實踐基礎，因此可以將“計算機組成原理”課程的知識結構結合相應的實踐環節來鞏固并加深所需的知識點的理解。在教學過程中，即注重學生基礎理論知識的掌握，也注重學生動手能力、設計能力的培養，使本課程在處理知識面的寬度和深度上，既滿足作為基礎課的要求又達能到課程突出實踐環節的特色。
（二）教學方法的整改策略
實驗教學分層次組織：以能力培養為宗旨，根據難度分為達到“實驗設置基本要求”和“實驗設置較高要求”的實驗。教師根據學生情況分層次組織實驗，既能掌握基礎性實驗，也能體驗有一定難度的實驗，使不同程度的學生都能從中受益，并提高學生的學習興趣。
（三）教學手段的改進
“計算機組成原理”充分地利用了學校網絡資源，將教學課件、教輔材料及習題集等資源上網，使學生方便地下載，了解本課程的教學安排、計劃和要求、考試題型及考核方式，便于學生課下的復習自學、鞏固知識點，并對學生課余主動學習提供了很大的方便。使用這樣先進的教學手段，既提高了教學質量，又取得了良好的教學效果。
五、結束語
該課程體系是在分析和研究部分高等院校“計算機組成原理”課程教學實踐基礎上構建的，但是由于多數院校開設“計算機組成原理”課程授課的學生層次和研究方向、專業特色的不同，教學內容、教學方法、教學手段、實驗環節等還處于探索階段。因此其科學性、合理性和實用性有待實踐的進一步檢驗和完善。
參考文獻：