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本课程是在《计算机组成原理》实验课的基础上发展起来的。东南大学计算机科学与工程学院历来重视实践课程的教学工作，从上世纪八十年代起，就成立了《计算机组成原理》及《计算机组成原理实验》课的课程小组，经常性地开展教学研讨活动，密切跟踪国内外计算机体系结构在教学方面的最新进展，制定和修改教学计划，提出新的教学改革模式。经过多年的探索，使得课程日趋完善，并深受学生欢迎。
课程的发展、形成过程经历了如下几个阶段：
1985年-1998年
最初，《计算机组成原理》的实验课共开设了四个部件实验：时序逻辑电路的设计、总线/半导体静态存储器实验、运算器数据通路实验、简单的计算机接口实验。该类实验以验证型实验为主，学生做完实验后对计算机的硬件组成有了朦胧的感觉，但是课堂讲解和实验内容难以达到最佳融合。为强化学生对书本知识的理解，建立计算机系统的概念，1985年，我们对该实验课程进行了改革，在计算机科学与技术专业本科生中开设了40学时的《计算机硬件实践》课程，内容是学生自己设计一个简易的CPU，可以完成七条基本指令。由于缺少适用的教材和相关教学实验设备，该课程的开设对教师是一个挑战，要求开课教师具有较深的理论功底和较强的实践动手能力。为摸索经验，首次开课以一个小班的同学按照新的教学模式进行试点，由经验丰富的教师指导，并对实验过程进行全程跟踪，大部分同学沿用原来的教学模式。结果表明，小班实验取得了较好的效果，学生感到通过这样的实验学到了很多东西，初步改变了惧怕硬件的心理，改革初现成效。为此，我们对计算机系的学生全部实施新的教学模式，由学生在对课程充分理解的基础上，自主设计自己的CPU，不设条条框框，学生实验完成情况令人满意，其中88级部分学生的课程设计在全国相关教学会议上被作为样板，受到与会者的一致好评。由于课程建设成效显著，“模型计算机系统课程设计”（硬件实验）课程建设于1993年被评为东南大学教学改革成果二等奖。
1999年-2002年
鉴于当时模型计算机设计实验对学生的实践能力的锻炼成效显著，深受学生欢迎，为了在培养学生综合设计能力方面提高一个新的层次，1999年起，课程小组开始着手建设综合性更强，实践能力锻炼更有力的课程，在原“计算机硬件实验”的基础上增加了部分外围接口部件的设计，包括键盘接口、时钟/定时器接口、常规I/O接口、打印机接口、中断等。这就是现在的“计算机系统综合课程设计”的雏形。在2000年“计算机硬件系列课程群”建设过程中，又将EDA技术、嵌入式系统等多项新的技术引入到该课程中。
同时，为了与当时国内外先进的硬件设计技术接轨，并改善实验条件，课程小组成员研制了《计算机组成原理》硬件实验台，该实验台包括了运算器、数据通路、存储器、总线等传统部件实验电路，可以满足组成原理课程的各种部件实验。由于实验台采用了一片10万门以上的大规模可编程阵列逻辑(FPGA)芯片，可供学生方便灵活地进行各种控制器的设计及模型机的设计，便于学生充分发挥自己的能力，不受任何限制地设计出各种电路。
2003年-2004年
2003年，在“计算机硬件系列课程群”建设结束并获奖之后，按照课程群的总体大纲，以及学院对学生“立足系统，兼顾应用”的培养目标的要求，本课程小组成员研讨了当前嵌入式系统的发展现状，同时，参考了加州大学伯克力分校的课程设计实践的经验，将“计算机系统综合课程设计”定位在采用EDA、OO（面向对象）、SOPC等技术，综合软硬件实践，形成小型嵌入式系统的设计目标。将学生5-6人分为一组，设计内容包括嵌入式CPU设计，接口电路设计，BIOS设计，编译器设计，简单应用程序设计等，真正的将学生带进计算机系统的硬件和软件设计与开发的领域，让学生得到一次全面综合的实践训练。
为了更好的完成该课程设计方案，在建设该实践课程的同时，本课程小组组织实施了“计算机系统设计实践环节改革”的教改项目。通过该项目的研究，建立了一套行之有效的开放式实践教学模式，为该课程教学实践活动明确了教学方法。该教学改革项目也获得了东南大学教学成果2等奖。
2005年-现在
2005年，本课程小组再接再厉，组织实施了“提高计算机专业学生设计与分析能力的方法研究”的教改项目，主要研究如何培养学生综合运用各种知识分析问题、解决问题和综合运用知识的能力；如何安排设计性实验启迪学生思维，以提高学生的创新意识和科研能力；分析了计算机专业学生应该具备的专业素质能力，根据分析，强化了软硬结合，综合分析的实践教学目标，调整了教学大纲，为学生自主创新留给了更大的空间，并强调了学生团队合作的作用。
具体实施过程中，我们结合科研和工程应用，将实验层次分为基础性实验、综合设计性实验、研究创新性实验，逐步培养学生基本实验技能、系统设计能力和创新意识。
为了理论教学和实践教学的紧密配合，多年来，课程小组致力于教材与配套实验教材的建设、课程网站建设和有关实验设备的研制。先后出版了《计算机组成原理》（第一版、第二版）、《计算机组成原理习题精解与实验指导》、《现代微机原理与接口技术》（第一版、第二版，其中第二版是东南大学“十一五”重点规划教材）、《计算机系统综合课程设计》（普通高等教育“十一五”国家级规划教材）；开发了《计算机系统综合设计》、《计算机组成原理》、《现代微机原理与接口技术》、《数字逻辑电路》等多门课程网站；研发和正在研发“计算机组成原理实验台”、“计算机综合系统设计实验台原型”和“计算机接口实验台原型”。
2007年，东南大学计算机学院与Intel联合成立了东南大学-Intel多核技术实验室之后，我们将多核技术逐步引入到了多门课程当中，并开展相关的课题研究与竞赛活动。本课程小组经过认真分析近几年学生做本课程设计的具体情况，认为对于部分优秀的学生，可以积极引导他们从硬件结构和软件设计两个层面考虑多核技术的使用。为此，我们专门将多核技术以讨论课的形式增加到了本课程的理论课学时中，并积极鼓励学生考虑设计简单的双核CPU，以及在软件层面探讨多核技术的运用。
在学校和学院的大力支持下，课程小组一直进行着坚持不懈的探索与改革，从人才培养模式、课程体系与教育思想、教学内容与方法的改革、考试内容与方式的改革等方面都取得了全面、系统的成果。
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