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精品课程建设是一个系统工程，针对教育部－Sun精品课程，我们本着理论与实践并重、教学资源科学管理和多方共享的原则，初步完成了“微处理器组织与设计”的课程建设工作。其中取得的一些经验也可为其他精品课程建设提供参考。
一、课程建设基础
微电子学是国家和各大高校大力支持和发展的重点学科。北京大学微电子学系为我国微电子产业培养了一大批优秀人才，已经成为我国培养高水平微电子人才的一个重要基地。“微处理器组织与设计”课程是面向微电子学硕士研究生开设的专业必修课。自2002年开课至今已经讲授了5年。微处理器是一个非常具有代表性的数字集成电路，就课程性质而言，“微处理器组织与设计”是一门理论与实践并重的课程。通过该课程的学习，要求修课学生能够系统地掌握微处理器的体系结构、电路结构和ASIC实现及验证方法；了解高性能的单片多处理器、多线程处理器的体系结构及其实现；进一步较全面地掌握大规模复杂数字集成电路的设计方法、设计流程和验证方法。
通过5年的教学探索，对于学生的电路设计方面的基础知识掌握状况、学习期间的课后时间分配及实验能够达到的深度有了充分的了解。每个学年都根据上一学年的教学效果，不断地调整课程的内容深度、授课的进度并调整实验内容难度，以期达到最好的教学效果。经过5年的积累，现在已基本形成了成熟的教学大纲和完整的实验数据。
二、精品课程建设的意义
2008年初，北京大学的“微处理器组织与设计”成为教育部－Sun精品课程。Sun公司基于GPL2.0协议已经发布了UltraSPARC-T1处理器设计的高级描述（HDL，High Level Description）的全部RTL源代码，一个验证套件和模拟模型、一个指令集架构规范和Solaris 10操作系统仿真图像。相关文档均可从opensparc.net网站下载。Sun公司的拥有CoolThreads技术的OpenSPARC-T1处理器是目前具有高吞吐量和极佳环保特性的处理器，我们的精品课程将在将原有课程的基础上，引进先进的SPARC－T1技术，在加强基本理论的同时，加强实践的环节，使我们的学生在校园里就能掌握全球微处理器设计的先进技术和技术发展动向，为今后步入实际工作岗位奠定较高的起点。精品课程的建设将为校园与业界的进一步结合提供大好机遇。
三、精品课程建设现状及问题
在课程建设过程中，当然需要根据实际的情况作相应的调整。首先是课程内容的调整。如何将SPARC T1技术引入原有课程？OpenSPARC-T1微处理器是一款64位SPARC V9结构的高集成度的微处理器，它集成了8个SPARC内核，每一个SPARC内核可以支持4线程的数据处理。OpenSPARC-T1没有强调单个处理器或者单个处理器核心的计算主频，而是强调整体的计算吞吐量，使用这种运行32个并行线程的低功率、低热的处理器，能够在计算吞吐量上获得巨大收获，就如同将一台机架服务器缩至一片芯片之中。
而在实际的课程建设过程中，由于课时关系，所设计实现的微处理器复杂度不能过大，否则学生难以完成实验。OpenSPARC-T1是一个8核32线程的微处理器。这样规模巨大的微处理器引入课程作为教学实例是不现实的。为了适应教学要求，我们将其裁减为单核2线程1级cache的微处理器作为教学实例，并编写相应的教材和实验教程试用。
相比较而言，原有的课程试验数据没有完整的RTL代码，课程中用于实验的微处理器体系结构是完全自主定义的，因此存在以下问题：
（1）没有相应的程序编译开发环境。微处理器测试时使用的软件只能通过手工编写机器码实现，使软件验证受到极大的限制。
（2）微处理器下载到FPGA验证板时，不能支持boot操作系统，降低了学生的学习兴趣。
课程引入OPENSPARC T1微处理器后则可以完全克服上述缺点。
（1）SPARC是现在主流的几种微处理器结构。
（2）OPENSPARC T1是完全开源的，我们可以得到完整的RTL级设计。易于建立起完整的实验数据。
（3）有完全的软件开发环境。
（4）有完整的FPGA实验板验证教程，在Sun公司的支持下可以很快引入到课程中。
（5）Sun公司与教育部展开战略合作，我们可以得到很好的技术服务与技术支持。这对于课程建设是非常重要的，可以大大缩短课程建设时间。
另一个非常重要的方面在于必须进一步加强师资队伍的建设。教学团队的建设是一个长期而持续的过程。在之前的几年里，该课程的讲授主要由一位老师完成，试验的教学内容需要1～2位助教来协助完成。现在的精品课更加强调试验的环节，所以在实践部分必须增加师资力量。针对SPARC T1技术和FPGA试验平台，Sun公司能够组织相关的教师培训。我们可以充分利用这些资源，建设好自己的教学团队。
其次，在教学资源的管理和共享方面同样需要加强。为了更好地发挥精品课的作用，让更多的学生（不仅是该课程的修课学生）能够方便地得到相关的知识，课程网站的建设必须大力加强，其中包括课程基本情况、课程讲义、课程试验数据下载、相关参考资料的更新和下载等等。另外，课程网站也可以提供相关网站链接（例如：OpenSPARC网站，Opensparc.net是一个免费的、积极的、开源社团的资源网站）和技术讨论区，以便渴望知识的学生们能够高效地查找需要的资料，并且进行相关技术讨论。
四、精品课程建设过程中的几点体会
在“微处理器组织与设计”教育部－Sun精品课程的建设过程中，我们遇到了一些问题，但同时也探索了一些解决问题的方法，并积累了一些经验。几点体会如下：
1.课程教学与科研工作互相促进
教员的科研工作可以促进课程教学，而教学活动也会促进教员的科研工作，同时促进学生的科研活动。承担本课程教学工作的教员都长期从事微处理器设计研究和其它VLSI数字集成电路的设计研究工作，在长期的研究实践工作中积累了大量的设计经验和经典实例。把科研活动取得的认识、成果及时引入到教学内容中，既可促进教员对尚在研究中的技术进行系统整理和分析，也有利于保持教学内容的先进性。一方面开阔了学生的视野，使得学生不但掌握本领域中的成熟技术，而且对其中的前沿问题和方向有一定的认识；另一方面也避免了枯燥的概念、方法、技术的陈述，通过教员与学生之间的交互，促使教员、学生从不同的角度来分析科研工作中的问题，促进科研工作的进步。
2.激发学生的学习兴趣和热情
为了实现让每个修课学生都有收获的目标，我们从多个角度激发学生的学习兴趣和热情。（1）把具体技术与实现原理结合起来：课程讲义是针对试验中实现的OpenSPARC-T1微处理器为基础设计的，从而使学生在进行试验之前已经初步掌握其知识架构；（2）让学生在学习过程中获得成就感：课程为学生设计了全套的试验数据、程序编译开发环境和操作系统，通过FPGA实现的处理器将是一颗真正可工作起来的处理器，配合板上其它逻辑电路，即可实现所要求的功能。
3.及时引入先进的技术和成果
作为一门面向研究生的课程，让学生了解国内外微处理器发展的前沿和方向，既是课程必备的内容、也是学生的期望。“微处理器组织与设计”课程在“教育部－Sun精品课程”项目的资助下，通过对Sun公司的OPENSPARC T1的详细讲解，学生们可以通过具体的一颗处理器的设计实现过程掌握、了解相关微处理器设计的知识，同时配合最新的资料支持和论坛讨论，可以使学生们得到最大的收获。
4.充分调配师资资源
针对现在多名教师配合授课的现状，每学年上课之前教学团队负责人要召开教学动员会，并确认教学任务分工。我们的精品课现在由三名教师担当任课，一名教师主要负责授课内容、一名教师主要负责试验课程部分、一名教师负责教学资源管理和技术论坛维护。任务分工清楚，各司其职，积极配合，充分交流，有利于高效地完成教学任务。
5.课程资源管理和分享
精品课较之其他课程在教学资源管理和共享方面需要付出更多的精力。如何管理好、共享好教学资源？我们的教学团队安排了重点负责该块任务的教师，其主要任务在于整理教学讲义、并且不断搜集相关资料、更新参考文献，同时重点负责技术论坛的答疑。而网络维护的任务，主要由北大微电子学系自己的网络管理员负责。
五、结束语
在北京大学“微处理器组织与设计”教育部－Sun精品课程的建设工程中，我们遇到了一些问题，但同时也探索了一些解决问题的方法，并积累了一些经验。其中取得的这些经验也希望为其他精品课程的建设提供参考。
一、课程建设基础
微电子学是国家和各大高校大力支持和发展的重点学科。北京大学微电子学系为我国微电子产业培养了一大批优秀人才，已经成为我国培养高水平微电子人才的一个重要基地。“微处理器组织与设计”课程是面向微电子学硕士研究生开设的专业必修课。自2002年开课至今已经讲授了5年。微处理器是一个非常具有代表性的数字集成电路，就课程性质而言，“微处理器组织与设计”是一门理论与实践并重的课程。通过该课程的学习，要求修课学生能够系统地掌握微处理器的体系结构、电路结构和ASIC实现及验证方法；了解高性能的单片多处理器、多线程处理器的体系结构及其实现；进一步较全面地掌握大规模复杂数字集成电路的设计方法、设计流程和验证方法。
通过5年的教学探索，对于学生的电路设计方面的基础知识掌握状况、学习期间的课后时间分配及实验能够达到的深度有了充分的了解。每个学年都根据上一学年的教学效果，不断地调整课程的内容深度、授课的进度并调整实验内容难度，以期达到最好的教学效果。经过5年的积累，现在已基本形成了成熟的教学大纲和完整的实验数据。
二、精品课程建设的意义
2008年初，北京大学的“微处理器组织与设计”成为教育部－Sun精品课程。Sun公司基于GPL2.0协议已经发布了UltraSPARC-T1处理器设计的高级描述（HDL，High Level Description）的全部RTL源代码，一个验证套件和模拟模型、一个指令集架构规范和Solaris 10操作系统仿真图像。相关文档均可从opensparc.net网站下载。Sun公司的拥有CoolThreads技术的OpenSPARC-T1处理器是目前具有高吞吐量和极佳环保特性的处理器，我们的精品课程将在将原有课程的基础上，引进先进的SPARC－T1技术，在加强基本理论的同时，加强实践的环节，使我们的学生在校园里就能掌握全球微处理器设计的先进技术和技术发展动向，为今后步入实际工作岗位奠定较高的起点。精品课程的建设将为校园与业界的进一步结合提供大好机遇。
三、精品课程建设现状及问题
在课程建设过程中，当然需要根据实际的情况作相应的调整。首先是课程内容的调整。如何将SPARC T1技术引入原有课程？OpenSPARC-T1微处理器是一款64位SPARC V9结构的高集成度的微处理器，它集成了8个SPARC内核，每一个SPARC内核可以支持4线程的数据处理。OpenSPARC-T1没有强调单个处理器或者单个处理器核心的计算主频，而是强调整体的计算吞吐量，使用这种运行32个并行线程的低功率、低热的处理器，能够在计算吞吐量上获得巨大收获，就如同将一台机架服务器缩至一片芯片之中。
而在实际的课程建设过程中，由于课时关系，所设计实现的微处理器复杂度不能过大，否则学生难以完成实验。OpenSPARC-T1是一个8核32线程的微处理器。这样规模巨大的微处理器引入课程作为教学实例是不现实的。为了适应教学要求，我们将其裁减为单核2线程1级cache的微处理器作为教学实例，并编写相应的教材和实验教程试用。
相比较而言，原有的课程试验数据没有完整的RTL代码，课程中用于实验的微处理器体系结构是完全自主定义的，因此存在以下问题：
（1）没有相应的程序编译开发环境。微处理器测试时使用的软件只能通过手工编写机器码实现，使软件验证受到极大的限制。
（2）微处理器下载到FPGA验证板时，不能支持boot操作系统，降低了学生的学习兴趣。
课程引入OPENSPARC T1微处理器后则可以完全克服上述缺点。
（1）SPARC是现在主流的几种微处理器结构。
（2）OPENSPARC T1是完全开源的，我们可以得到完整的RTL级设计。易于建立起完整的实验数据。
（3）有完全的软件开发环境。
（4）有完整的FPGA实验板验证教程，在Sun公司的支持下可以很快引入到课程中。
（5）Sun公司与教育部展开战略合作，我们可以得到很好的技术服务与技术支持。这对于课程建设是非常重要的，可以大大缩短课程建设时间。
另一个非常重要的方面在于必须进一步加强师资队伍的建设。教学团队的建设是一个长期而持续的过程。在之前的几年里，该课程的讲授主要由一位老师完成，试验的教学内容需要1～2位助教来协助完成。现在的精品课更加强调试验的环节，所以在实践部分必须增加师资力量。针对SPARC T1技术和FPGA试验平台，Sun公司能够组织相关的教师培训。我们可以充分利用这些资源，建设好自己的教学团队。
其次，在教学资源的管理和共享方面同样需要加强。为了更好地发挥精品课的作用，让更多的学生（不仅是该课程的修课学生）能够方便地得到相关的知识，课程网站的建设必须大力加强，其中包括课程基本情况、课程讲义、课程试验数据下载、相关参考资料的更新和下载等等。另外，课程网站也可以提供相关网站链接（例如：OpenSPARC网站，Opensparc.net是一个免费的、积极的、开源社团的资源网站）和技术讨论区，以便渴望知识的学生们能够高效地查找需要的资料，并且进行相关技术讨论。
四、精品课程建设过程中的几点体会
在“微处理器组织与设计”教育部－Sun精品课程的建设过程中，我们遇到了一些问题，但同时也探索了一些解决问题的方法，并积累了一些经验。几点体会如下：
1.课程教学与科研工作互相促进
教员的科研工作可以促进课程教学，而教学活动也会促进教员的科研工作，同时促进学生的科研活动。承担本课程教学工作的教员都长期从事微处理器设计研究和其它VLSI数字集成电路的设计研究工作，在长期的研究实践工作中积累了大量的设计经验和经典实例。把科研活动取得的认识、成果及时引入到教学内容中，既可促进教员对尚在研究中的技术进行系统整理和分析，也有利于保持教学内容的先进性。一方面开阔了学生的视野，使得学生不但掌握本领域中的成熟技术，而且对其中的前沿问题和方向有一定的认识；另一方面也避免了枯燥的概念、方法、技术的陈述，通过教员与学生之间的交互，促使教员、学生从不同的角度来分析科研工作中的问题，促进科研工作的进步。
2.激发学生的学习兴趣和热情
为了实现让每个修课学生都有收获的目标，我们从多个角度激发学生的学习兴趣和热情。（1）把具体技术与实现原理结合起来：课程讲义是针对试验中实现的OpenSPARC-T1微处理器为基础设计的，从而使学生在进行试验之前已经初步掌握其知识架构；（2）让学生在学习过程中获得成就感：课程为学生设计了全套的试验数据、程序编译开发环境和操作系统，通过FPGA实现的处理器将是一颗真正可工作起来的处理器，配合板上其它逻辑电路，即可实现所要求的功能。
3.及时引入先进的技术和成果
作为一门面向研究生的课程，让学生了解国内外微处理器发展的前沿和方向，既是课程必备的内容、也是学生的期望。“微处理器组织与设计”课程在“教育部－Sun精品课程”项目的资助下，通过对Sun公司的OPENSPARC T1的详细讲解，学生们可以通过具体的一颗处理器的设计实现过程掌握、了解相关微处理器设计的知识，同时配合最新的资料支持和论坛讨论，可以使学生们得到最大的收获。
4.充分调配师资资源
针对现在多名教师配合授课的现状，每学年上课之前教学团队负责人要召开教学动员会，并确认教学任务分工。我们的精品课现在由三名教师担当任课，一名教师主要负责授课内容、一名教师主要负责试验课程部分、一名教师负责教学资源管理和技术论坛维护。任务分工清楚，各司其职，积极配合，充分交流，有利于高效地完成教学任务。
5.课程资源管理和分享
精品课较之其他课程在教学资源管理和共享方面需要付出更多的精力。如何管理好、共享好教学资源？我们的教学团队安排了重点负责该块任务的教师，其主要任务在于整理教学讲义、并且不断搜集相关资料、更新参考文献，同时重点负责技术论坛的答疑。而网络维护的任务，主要由北大微电子学系自己的网络管理员负责。
五、结束语
在北京大学“微处理器组织与设计”教育部－Sun精品课程的建设工程中，我们遇到了一些问题，但同时也探索了一些解决问题的方法，并积累了一些经验。其中取得的这些经验也希望为其他精品课程的建设提供参考。