《计算机组成与设计》典型思政案例

《计算机组成与设计》
典型思政案例
山东大学计算机科学与技术学院
《计算机组成与设计》课程团队
知识点
思政元素
计算机的基本组成/计算机发展史山东大学DJL 1集成电路数字通用计算机
➢1972年山东大学自主研制成功
DJL-1小规模集成电路计算机获
全国科学大会奖
➢作为新一代山大人为中国计算
机发展做出贡献
科技报国
图片来源于网络，仅用于教学
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知识点思政元素
指令集设计龙芯推出自主研发指令集
➢当今国际形势下，指令集对芯片的自主研发起到关键性作用➢龙芯推出自主研发指令集LoongArch ，支撑“中国芯”
提升行业服务意识
科技报国
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知识点
思政元素指令流水
火神山的“中国速度”
➢
流水线的思想是火神山速度的支撑
➢科技支撑“中国速
度”，专业素质支
撑科技发展
提升行业服务意识
2020年1月23日，武汉市委市政府做出建设“火神山”医院的决定
2月2日，火神山医院完成交接
10天！
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冯·诺依曼架构的性能瓶颈存储器
运算器
计算机的基本组成/冯·诺依曼体系架构华人学者对计算机架构的前沿研究
存内计算架构存储器
运算阵列
Chi, Ping, et al.. “PRIME: A Novel Processing -in-Memory Architecture for Neural Network Computation in ReRAM-Based Main Memory.”In 2016 ACM/IEEE 43rd Annual International Symposium on Computer Architecture (ISCA).
➢基于经典的冯·诺依曼架构，大数据应用中存储器和运算器间有大量数据交换，成为性能瓶颈
➢2016年加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校华人教授团队提出“存内计算”这种新架构，有效解决了这一问题
了解前沿知识、开拓眼界的同时培养文化自信
计算机的工作步骤/计算机的工作步骤计算机国际形势
图片来源于网络，仅用于教学➢复杂的国际形势下需要掌握核心技术
➢了解计算机工作方式是设计计算机的重要基础夯实基础，科技报国
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知识点思政元素存储介质/DRAM DRAM 国际市场形势
➢DRAM 是当今计算机系统内存的主要介质
➢目前DRAM 的国际市场，韩国三星、海
力士、美国美光占97%的市场份额，处于垄断地位
➢关注国际、国内DRAM 行业发展，贡献
自己力量
提升行业服务意识
44%
29%
24%
3%
DRAM 国际市场份额
三星SK 海力士美光其他
知识点思政元素
存储器访问/并行访问效率中国银河-1号巨型计算机
➢我国研发的银河-I巨型计算机的存储
器结构：素数模块、交叉访问，分析
其并行性
➢1983年研制成功，填补了国内巨型计
算机的空白，中国成为继美国、日本
之后，第三个能独立设计和制造巨型
计算机的国家
树立实现中华民族
伟大复兴的信心
银河-1号巨型计算机
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知识点思政元素存储器扩展
国产内存模块上市
➢2020年,合肥长鑫自主研发内存模块上市，填补国产DRAM 空白
➢该内存模块由8个内存颗粒扩展而成，结合本节知识分析其扩展方式
树立文化自信，科技报国
自主研发的国产长鑫DDR4内存模块
知识点思政元素
存储器校验/海明校验海明发明校验方法的故事
Richard Hamming
（1915-1998）
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➢海明为了解决读卡错误，提出改进的校验方法
➢鼓励学生养成善于发现问题、解决问题的习惯勤于观察，擅于创新
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知识点思政元素存储器/cache
中国互联网的蓬勃发展
➢2020年互联网普及率达70.4%，极大便利了人们生活
➢PowerCache
（缓存）技术是打破网络速度瓶颈的武器
培养文化自信
网络扶贫：累计帮助超过100万贫困人口脱贫，宽带网络覆盖90%以上的贫困村
网络教育互联网医疗电商直播
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知识点思政元素
原码中国数学家首次提出正负数概念
➢负数是由三国时期中国数学家刘徽在《九章算术》提出的➢为数的表示提供了科学的方法
“正算赤，负算黑；否则以斜正为异”
---三国∙刘徽
培养民族自豪感
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知识点思政元素溢出阿丽亚娜-5空难
➢1996年6月4日，阿丽亚娜-5运载火箭首次测试发射，火箭在发射后37秒被迫自行引爆。

➢事故原因：高速航行中意外出现90度水平滚转←无法纠正航向而触发自毁装置,本质原因是16位有符号数溢出
培养严谨的科学态度
阿丽亚娜-5空难
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知识点思政元素中断嫦娥五号探月
➢嫦娥五号实现月球轨道交会对接➢嫦娥五号里面的中断系统设计
培养文化自信
知识点思政元素
屏蔽字技术中国的自动驾驶技术
➢2017年12月2日，全球
首例自动驾驶客运巴士
「阿尔法巴」在深圳投
入试运营
➢百度Apollo自动驾驶方
案拉开量产大幕
➢自动驾驶里的中断优先
级技术
培养文化自信
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知识点思政元素数据寻址方式
抗疫中的AI 技术
➢以卷积神经网络为基础的AI 算法在抗疫中起到了重要作用➢以卷积操作为例，分析其执行过程中的数据寻址
培养文化自信
AI 技术助力抗疫
知识点思政元素
数的表示方法国家数据强国战略
➢计算机中数据的表
示方法是建设数据
强国的重要基础
➢掌握基础知识，为
建设数据强国贡献
力量
夯实基础，科技报国
图片来源于网络，仅用于教学
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知识点
思政元素
控制单元设计/组合逻辑法
控制单元设计缺陷引发空难
➢波音737MAX 的控制系统缺陷引发了多场空难
➢作为系统的设计者，必须保证系统的正确性、安全性
培养严谨的科学态度
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课程章节/知识点思政元素控制单元设计/维程序法长征八号首飞成功
➢2020年12月22日，长征八号运载火箭首飞成功
➢火箭在控制单元的控制下完成各项功能，引出控制器设计方法
培养民族自豪感
感知火箭飞行位置和姿态计算与预计弹道偏差
伺服机构控制喷雾摆动弹道轨迹修正。