第三届全国高校计算机系统能力培养高峰论坛在南开大学成功举办

 

 

 

                                                      

 5月6日，第三届全国高校计算机系统能力培养高峰论坛在天津南开大学省身楼举行，来自全国各地计算机领域120多所高校近300名专家学者、企业人士及高校师生代表共同出席。

教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会副主任、全国高等学校计算机教育研究会理事长、国防科技大学教授王志英，教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会秘书长、北京航空航天大学教授马殿富，全国高等学校计算机教育研究会主任、武汉大学教授何炎祥，中国计算机学会体系机构专业委员会主任、国防科技大学教授窦勇，南开大学党委常委、校长助理于海，机械工业出版社华章分社温莉芳副常务副总经理等出席了开幕式。

 

于海在致辞中代表南开大学对与会嘉宾表示热烈欢迎。他指出，信息技术飞速发展，大数据、物联网、人工智能等新技术层出不穷，这些都给计算机教育和人才培养带来了新的挑战。高校计算机类专业系统能力培养研究项目的有关研究成果，为新时期计算机专业建设和人才培养提供了重要指南。希望大家以此次论坛为契机，共同交流、碰撞思想，促进教育教学改革，携手推进高校计算机系统能力培养。

 

开幕式上，王志英以“计算机系统能力培养现状与发展”为题就教育部计算机类专业教学指导委员会系统能力培养项目进展与规划情况进行了说明；王志英、北京大学信息科学技术学院教授陈向群、北京航空航天大学计算机学院副院长高小鹏，共同为北京理工大学等10所第二批系统能力培养试点校、江苏省等4个系统能力培养省级工作组进行了授牌；浙江大学计算机科学与技术学院副院长陈文智介绍了计算机教指委与企业合作系统能力培养项目。

开幕式后，龙芯中科公司总裁胡伟武，何炎祥等专家学者进行了主题发言。

 

胡伟武以“国产基础软硬件人才需求与系统能力培养”为题进行了发言。他谈道，对于大学计算机教育，应用开发型人才充足，底层基础系统研发人才却极度匮乏；应着力培养“造”计算机而不是“用”计算机的能力；课程独立脱节，缺乏系统实验平台是当前计算机专业系统课程面临的教学问题，计算机系统具有很强的不可分割性，应从“逻辑”思维能力到“系统”思维能力转换；实践是最好的课堂，只有动手实践，才能完成系统能力培养的螺旋式上升。

何炎祥围绕“IT的快速发展对计算机教育的冲击与对策”进行了主题发言。他指出，当前日新月异的发展形势对大学有限的学习时间具有冲击，因而现有学习方式和方法要变革；潮水般涌现的新概念、新技术等对大学现有计算机教学方案和课程内容具有冲击，因而教学内容要变革；人工智能和脑科学研究的深入和普及对大学教育理念和计算思维具有冲击，因而要思考如何撬动教师教学的主观能动性和学生学习的主动参与性；教学应体现学科交叉融合衍生出的新的技术生长点和新的应用领域。

 

论坛中，与会嘉宾共享改革经验，分析面临问题，共同探讨了推进高校计算机系统能力培养的方法与策略。来自上海交通大学、南京大学、国防科技大学等示范院校的专家学者介绍了过去一年，示范院校在系统能力改革方面所作的工作内容及最新进展；来自武汉大学、华中科技大学等试点校的专家代表介绍了在系统能力培养改革教学一线遇到的问题及其解决方案。

 

据了解，2010年，在教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会的组织下，启动了“高等院校计算机类专业系统能力培养项目”。至今，研究项目取得了丰富的成果，专家组研制了系统能力培养的课程体系和实践教学体系，开展了一系列宣讲和师资培训、教师交流活动，极大促进了系统能力培养的改革理念在全国高校的普及和推广。2015至2016年，教指委启动了“高等院校第一批系统能力培养试点院校和示范院校”的申报，进一步推动了系统能力培养在全国高校的实施。

 

全国高校系统能力培养高峰论坛于2015年创办，为传播系统能力培养的先进教学理念、推动全国高校的计算机类专业系统能力培养改革起到了积极作用，从第一届会议至今已经成为了计算机教育界、学术界、产业界共同推动人才培养的重要平台。机械工业出版社华章分社一直秉承“全球采集内容，服务中国教育”的宗旨，大力支持论坛的创办，及时将国外先进的系统能力培养体系及教材推介给中国高校，积极推动系统能力培养的发展，三届会议都能看到华章人忙碌的身影。

本届论坛为期两天，共设四个分论坛。论坛由教育部高等院校计算机类专业教学指导委员会、全国高等学校计算机教育研究会、中国计算机学会教育专业委员会、中国计算机学会体系结构专业委员会联合主办，南开大学承办，机械工业出版社华章分社协办。

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三、导教班教学目的及课程内容简介

课程教学目的与要求

使学生能从程序员角度认识计算机系统，能够建立高级语言程序、ISA、OS、编译器、链接器等之间的相互关联，对指令在硬件上的执行过程和指令的底层硬件执行机制有一定的认识和理解，从而增强学生在程序调试、性能提升、程序移植和健壮性等方面的能力，并为后续的“计算机组成与设计”、“操作系统”、“编译技术”、“计算机体系结构”等课程打下坚实基础。

学完本课程后，学生应对以下问题有比较深刻的认识：

ü 程序中处理的数据在机器中如何表示和运算？

ü 程序中各类控制语句对应的机器级代码结构是怎样的？

ü 多个程序模块是如何链接起来形成可执行目标文件的？

ü 机器级代码及构成机器级代码的指令是如何在机器上执行的？

ü 指令执行过程中最重要的存储访问操作是如何进行的？

ü 操作系统内核是如何打断应用程序的正常执行的？

ü 程序中I/O操作功能是如何通过请求操作系统内核提供的系统调用服务来完成的？

课程教学内容简介

“计算机系统基础”课程的内容主要包含三个主题：（1）表示。主要包括：不同数据类型（如带符号整数、无符号整数、浮点数、数组、结构等）的数据在寄存器或存储器中如何表示和存储、指令的表示和编码、存储地址（指针）的表示以及复杂数据结构中数据元素的地址的表示。（2）转换。主要包括：高级语言程序与机器级代码的对应关系。（3）执行控制流。主要包括：机器级代码的执行流程、特别是指令执行过程中的访存过程、逻辑控制流中的异常事件及其处理、I/O操作的执行控制流（如何从用户态转入内核态执行）。

理解“程序如何在计算机上运行”的根本途径是实现一个完整的计算机系统。南京大学计算机科学与技术系“计算机系统基础”课程的小型项目（Programming Assignment，PA）将指导学生实现一个功能完备（但经过简化）的x86模拟器NEMU（NJU EMUlator），最终在NEMU上运行游戏“仙剑奇侠传”，来让学生探究“程序在计算机上运行”的机理。PA包括一个准备实验（配置实验环境）以及4部分连贯的实验内容：简易调试器、指令系统、存储管理、中断与I/O。从教学内容的角度来看，PA涵盖了“计算机系统基础”教材中约95%的内容；从计算机系统栈的角度来看，从微结构、ISA、操作系统，到编程语言、算法、应用程序，PA都会涉及到，向学生呈现出一个简单但完整的计算机系统的构建过程。

本次研讨班将重点偏向实验的角度，让学员通过动手实践巩固“计算机系统基础”的课程知识。本次研讨班将提供PA的“教师体验版”，对学生版的PA进行了精简，保留了与理论课程相关的精髓内容，但仍然要求学员具有一定的动手能力。此外为了能有效地利用研讨班的时间，希望参与本次研讨班的学员提前配置好实验环境并熟悉Linux的基本操作(见附件1)，强烈建议带上1-2位动手能力较强的本科生参加研讨班。

四、导教班日程安排

天	单元		讲课内容	内容说明
8.14	下午14：00后报到，地点：长威大酒店
8.15	上午	(1) ICS课程介绍 (2) PA介绍 (3) 寄存器结构体		(1) 程序执行过程与系统栈 (2) PA与课程内容的关系 (3) 数组,、struct、 union之前的嵌套关系，IA-32通用寄存器组织
	下午	(1) 简易调试器 (2) lab介绍 (3) lab1		(1) 熟悉NEMU框架 (4) lab与课程内容的关系 (2) 位操作
	晚上	自由讨论，答疑		自愿前往
8.16	上午	(1) 实现add指令 (2) 实现f2F()		(1) 数据的表示、指令生命周期 (2) 浮点数的表示、编码、机器数和真值的关系
	下午	(1) 添加变量支持 (2) 打印栈桢链		(1) 符号与符号表 (2) 过程调用的机器级表示、栈桢及其结构
	晚上	自由讨论，答疑		自愿前往
8.17	上午	(1) 实现loader (2) 黑客小练习		(1) 可执行目标文件格式、程序的加载 (2) 可执行目标文件格式、程序的加载、代码的本质
	下午	(1) cache的访问 (2) lab2		(1) cache的工作原理 (2) 二进制炸弹
	晚上	自由讨论，答疑		自愿前往
8.18	上午	(1) 实现IA-32分段机制 (2) 实现IA-32分页机制		(1) IA-32分段机制的工作原理 (2) IA-32分页机制的工作原理
	下午	(1) 实现TLB (2) lab3		(1) TLB的工作原理 (2) 缓冲区溢出
	晚上	自由讨论，答疑		自愿前往
8.19	上午	(1) 实现IA-32中断机制 (2) 运行hello world		(1) IA-32中断机制的工作原理 (2) 内核对中断/异常的处理过程、系统调用
	下午	移植打字小游戏		中断、I/O
	晚上	大联欢

五、报名须知

1. 本次导教班费用 2000元/人。现场缴纳（可刷卡）。

2. 报到时间： 8月14日下午14：00以后开始报到。

报到地点：长威大酒店（地址：山东省威海市文化西路196号文化西路和沈阳路交叉口（山东大学南门往西800米））

上课时间：8月15-19日（全天）

上课地点：山东大学（威海）机电与信息工程学院，地址：山东省威海市文化西路180号

3. 交通费、食宿费自理。

推荐住宿宾馆：长威大酒店，价格：约320元/标间(含早餐)
地址：山东省威海市文化西路196号文化西路和沈阳路交叉口（山东大学南门往西800米）
其他推荐酒店：

1	酒店名称	锦江之星酒店	汉庭酒店	山东大学威海国际学术中心
2	地址	山东大学南门西	山东大学南门对面	威海市北环海路130号（山东大学西门对面）
3	距会场距离	200米	500米	800米
4	联系方式	0631-5620888	0631-5685188	0631-5671888
5	标间价格	约340元/间	约349元/间	约680元/间
6	优缺点	紧邻学校，交通方便	离会场近	海边，景色宜人

 

4. 回执请发送至以下联系人：

1）联系人：张梦玲（机械工业出版社华章分社）   

电话：010-88379099，18510352970

       电子邮件：zml@hzbook.com，hzedu@hzbook.com

2）联系人：贺红副院长（山东大学威海）

电话：0631-5688157    13210901307

电子邮箱：hehong@sdu.edu.cn

5. 由于飞机火车购票都需要实名制，请各位老师提前安排好会议往返交通。

6. 会议现场提供盖章的会议纸质邀请函，如提前需要，也可来函索要。

教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会

山东大学（威海）机电与信息工程学院

机械工业出版社华章分社（北京华章图文信息有限公司）

附件：威海计算机系统基础导教班.docx