“多核架构及编程技术”课程建设.docx

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1、“多核架构及编程技术”课程建设“多核架构及编程技术”课程建设 引言 武汉大学电子信息学院一直着力于培养具有三创精神（创新、创造、创业）和实践能力的复合型人才。自20XX年“多核微处理器”概念出现以来，学院就意识到“多核架构”及其“基于多核架构的多线程编程技术”必将对现有的软件设计和相关课程内容产生影响，于是成立了“多核课程小组”，并研究规划将“多核”概念和知识添加到本科生课程体系中。20XX年，武汉大学加入“Intel大学合作计划”，并成立“武汉大学Intel多核技术实验室”，20XX年6月，获得“教育部Intel精品课程”建设项目批准。 1课程建设背景及课程体系设计 1.1课程名称及课程目的

2、 课程小组进行了近两周的讨论，从备选名中最终确定课程名称为：“多核架构及编程技术”。之所以确定此课程名，是因为多核课程的受众是通信工程及电子信息工程等专业本科生，学生具有扎实的硬件基础、较强的动手能力和较好的编程能力；针对专业特点及学生特点，多核架构的认知与基于多核的多线程编程技能具有同等重要性；除了对多核多线程编程方法的学习和相关工具的使用技能学习外，多核架构的学习和认知将有助于学生在硬件设计理念上得到提高。 课程名称确定后，课程组又确定了课程的目的。大家一致认为应紧紧围绕“多核架构及编程技术在本学科领域中的应用”为主线开展教学活动，使学生掌握多核体系的基本原理、典型设计策略，全面深入了解多

3、核体系架构，完善知识结构，能在多核平台上进行并行编程，会使用相关工具进行程序优化及调试，理解多核技术对其他学科的影响，能独立完成所要求的实验计划。 1.2课程体系 从学科发展和现代教育思想出发，结合工科专业特点，经充分的研讨，针对我校电子信息工程、通信工程等本科专业，学院创建了“多核架构及编程技术”课程立体体系。该体系结构为：课堂理论教学系列讲座实践性教学（实验和毕业设计）三大模块。课程建设围绕该立体体系进行，以我校电子信息学院“国家工科基础课程电工电子教学基地”为依托，以一级学科“信息与通信工程”为龙头，坚持将多核架构理论与实践有机的结合，贯彻“少而精与博而通”教学思想的创新实践，体现工科专

4、业的特色。 2课程知识体系 2.1基础理论 基础理论通过课堂讲解方式进行，注重学生知识结构的衔接和完善，包括多核技术的相关理论及多核编程工具的使用。其内容主要有：计算机架构的发展史，多核处理器体系结构，基础理论知识，多核多线程的设计方法，并行计算及其实现，基于多核平台的程序调试技术，基于多核的编译优化技术，等。 2.2基础实验 教师讲解并分析完实验内容和要求后，学生独立完成基础实验。基础实验注重提高学生掌握基于多核架构的编程技术的能力，包括了在Windows和Linux操作系统下的多核基础编程及各个工具软件的使用。工具软件包括：Intel C+和Fortran编译器、Intel数学核心函数库和

5、Intel集成性能元件库、Intel TuneTM性能分析器、Intel线程检测器和Intel调试器、Intel线程直方统计器，等。这些基本工具的熟练使用能力可为实际环境中多核技术的运用打好坚实的基础。由于基于多核的编程与操作系统环境和编译有密切的关系，所以在讲解编程工具使用方法之前，应着重介绍多核编译的知识以及操作系统对多核的支持。 2.3课程设计 目前4个大实验（请参见课程网站，ttp:/eis.whu. 3多核课程的建设方法 3.1 教师队伍构成及立体化教学方法 本课程组成员均为长期从事教学科研的一线教师，具有丰富的教学研究和实践经验，且来自于本学科领域的不同研究方向。课程组具有老中青结

6、合，年龄结构、知识结构和职称结构合理的特征。在课程建设不断深入的过程中，学院还将会扩大课程组成员比例，开发出更多学习和研究案例。 在教学中，学院采取立体化教学方法，即采用课堂理论教学、系列讲座、实践性教学相结合的方式穿插进行。其中，课堂教学采用多媒体教学与传统教学方式有机结合；实验教学先使用多媒体方式进行内容分析和要求讲解后，再进行实验；课程设计部分按大组进行，由指导教师分组进行指导和实践。课后辅导形式更为多样，采用当面交流、教学网站、电子邮箱、QQ群等多种方式对学生进行辅导和答疑。 3.2实验室建设 本课程是一门实践性很强课程，课程教学中一半以上的时间都在实验室进行。“武汉大学Intel多核

7、技术实验室”是一个全方位开放实验室，做到“人尽其材、物尽其利、地尽其用”。本实验室是学院创新实验室的组成部分，隶属于“国家工科基础课程电工电子教学基地”。我们建立了完善的设备管理制度、教学管理制度、值班管理制度、档案管理制度，有效保证了实验室教学活动的顺利开展，为学生业余科研和创新能力的培养提供了平台。 4经验分享 4.1教学内容 紧密结合本学科和专业特点，根据学生知识结构因材施教，强调有机拓宽学生知识面，完善知识结构，强调知识结构衔接性。重要的是，本课程更关注多核知识与本专业领域需求的有机结合，更加强对学生“创新性能力”的培养，更强调学生对多核知识的掌握，更强调学生利用多核知识解决实际问题的

8、能力。 同时，积极关注各种最新技术的发展，以促进多核课程的教学，这将是一个持续的过程。如：课程组通过对今年的热点技术Web2.0的讨论，认为Web 2.0是在微软已经没有办法通过软件再吃掉Intel所增加的处理器频率的时候，所出现的又一个极其消耗用户资源的互联网技术，其带来的超大规模的数据和计算都给多核技术的发展带来了新的用武之地。所以，课程组已经在教学内容中添加了“什么是Web 2.0？”、 “Web 2.0与Web 1.0的区别是什么？”、“Web 2.0的发展给多核发展带来怎样的机会？”等专题，目的在于两个方面：第一，使得学生逐步学会去关注和观察周围正在发生变化的技术，提高发现问题的能力

9、；第二，通过教师的讲解，使得学生对最新知识有全面的了解和认识，并通过对其中存在的和等待解决的问题进行分析，提高解决问题的能力。 4.2教学实践 将基础实验与课程设计相结合，将教学与科研相结合。本课程组教师团队均为长期从事相关研究的一线教师，积累了丰富的教学和科研素材，可以直接转化为多核的应用案例。这样，学生便可以在基础操作技能的基础上将多核技术运用到实际科研环境中。同时，还能在完成课程设计的基础上，结合毕业设计开展进一步的性能优化等研究工作。 4.3教师指导环节 在实践内容的安排上，课程主讲教师直接指导实验各个环节。强调学生对多核架构及编程技术的掌握和实际运用能力的培养和训练。我们的目的不是“

10、为学习而学习，为编程而编程”，而是着实提高学生在本学科领域中多核技术的应用能力，注重“个性化”和创新能力的培养，提高学生灵活运用多核知识的能力。 4.4学习方式 充分依托“国家工科基础课程电工电子教学基地”，借助开放平台，搞好基础训练。紧密结合“大学生科研”活动，让更多的学生利用多核平台进行业余科研。由于程序开发的协同性特点，我们更强调团队精神，并希望通过开展学术研讨、经验交流等“第二课堂”活动，促进学生学习。 5总结 未来的计算平台，不论是桌面应用、移动应用、服务器还是专用嵌入式平台都很有可能采用多核结构。多核课程建设势在必行。 多核微处理器领域目前正在经历快速的发展，我们将密切关注各种最新技术的出现，及时更新或补充教学内容，不断完善多核多线程技术在本学科领域运用的案例，提高教学质量和水平。 4