摘 要：計算機專業(yè)的大學(xué)生應(yīng)該能夠運用數(shù)學(xué)和物理原理，設(shè)計和開發(fā)計算機運行系統(tǒng)，包括中央處理器(CPU)、操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等;能夠運用計算機基礎(chǔ)系統(tǒng)原理，設(shè)計和開發(fā)計算機領(lǐng)域的專門系統(tǒng)，包括軟件開發(fā)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)等;能夠運用計算機專業(yè)系統(tǒng)原理，設(shè)計和開發(fā)各種應(yīng)用系統(tǒng)。本文主要內(nèi)容包括三個方面：首先分析什么是計算機系統(tǒng)能力，它的內(nèi)涵是什么;其次從計算機創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求和計算機產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展的需求兩個方面說明為什么要強調(diào)系統(tǒng)能力培養(yǎng);最后從計算機專業(yè)課程體系建設(shè)環(huán)節(jié)需加強系統(tǒng)能力培養(yǎng)和計算機專業(yè)核心課程實驗室系統(tǒng)能力培養(yǎng)的關(guān)鍵兩個方面說明如何加強系統(tǒng)能力培養(yǎng)。

　　關(guān)鍵詞：計算機系統(tǒng);系統(tǒng)能力培養(yǎng);課程體系;培養(yǎng)方案、實驗教學(xué)

　　一、計算機系統(tǒng)能力的定義與內(nèi)涵

　　計算機系統(tǒng)能力是指能自覺運用系統(tǒng)觀，理解計算機系統(tǒng)的整體性、關(guān)聯(lián)性、層次性、動態(tài)性和開放性，并用系統(tǒng)化方法，掌握計算機硬軟件協(xié)同工作及相互作用的機制的能力。通過掌握軟硬件接口和運行協(xié)同機理、軟硬件邏輯關(guān)系和體系結(jié)構(gòu)、功能設(shè)計和交互模式等知識內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的基本能力，最終實現(xiàn)計算機應(yīng)用和創(chuàng)新的價值。

　　計算機系統(tǒng)能力的內(nèi)涵主要包括三個方面。一是計算機基礎(chǔ)系統(tǒng)能力。即學(xué)生可以運用數(shù)學(xué)和物理原理，設(shè)計和開發(fā)計算機運行系統(tǒng)，包括中央處理器(CPU)、操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這是計算機最基本的系統(tǒng)，稱為計算機基礎(chǔ)系統(tǒng)。二是計算機領(lǐng)域系統(tǒng)能力。即學(xué)會運用計算機基礎(chǔ)系統(tǒng)原理，設(shè)計和開發(fā)計算機領(lǐng)域的專門系統(tǒng)，例如軟件開發(fā)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)等，稱為計算機領(lǐng)域系統(tǒng)。三是計算機應(yīng)用系統(tǒng)能力。即可以運用計算機專業(yè)系統(tǒng)原理，設(shè)計和開發(fā)各種應(yīng)用系統(tǒng)，稱為計算機應(yīng)用系統(tǒng)。

　　二、為什么要強調(diào)系統(tǒng)能力培養(yǎng)

　　強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)能力，是計算機創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求，同樣也是計算機產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展的需求。

　　1.計算機創(chuàng)新人才需要具備系統(tǒng)能力

　　隨著大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的建立和個人移動設(shè)備的普及，我們可以清楚地看到，計算機人才培養(yǎng)強調(diào)的“程序性開發(fā)能力”正在轉(zhuǎn)化為更重要的“系統(tǒng)性設(shè)計能力”。為了應(yīng)對各種復(fù)雜應(yīng)用，編寫出高效程序，應(yīng)用開發(fā)人員必須了解系統(tǒng)平臺的底層結(jié)構(gòu)，并熟練掌握其中的技術(shù)和工具。同時，要求在整體的系統(tǒng)層面綜合設(shè)計，通過軟硬件協(xié)同實現(xiàn)開發(fā)方案的最優(yōu)化，以強大的底層技術(shù)來保證各項復(fù)雜功能的高效實現(xiàn)。正如圖靈獎得主David Patterson指出：“在異構(gòu)計算的時代程序員必須對于算法和硬件模型融會貫通，才能寫出高質(zhì)量的代碼。因此，未來的程序員還必須懂硬件!”

　　2.計算機產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展的需求

　　隨著我國計算機產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，崛起一大批高水平的IT企業(yè)，計算機產(chǎn)業(yè)也已成為國家創(chuàng)新的龍頭，為我國經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮了重要支撐作用，但仍存在缺乏核心技術(shù)、發(fā)展頻受扼制的問題，這對計算機專業(yè)人才的能力提出了新要求。與此同時，我國高校在世界上的排名大幅度躍升，我國高校的計算機專業(yè)直接和世界一流大學(xué)相關(guān)專業(yè)合作交流與競爭越來越緊密。高等學(xué)校尤其是計算機專業(yè)對人才培養(yǎng)的定位有了提升，迫切需要培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，培養(yǎng)具備推動計算機學(xué)科發(fā)展的優(yōu)秀人才。學(xué)生個人的成長空間也將大幅擴展，成為各行各業(yè)的領(lǐng)軍人才、領(lǐng)袖人物。

　　系統(tǒng)能力是支撐計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石。從20世紀60年代的大型機時代、80年代的微型機時代，到90年代的互聯(lián)網(wǎng)時代，再到進入21世紀的云計算時代，正是計算機系統(tǒng)的不斷迭代，推動了計算機產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。計算機產(chǎn)業(yè)復(fù)雜性的提高與網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，對系統(tǒng)能力的培養(yǎng)提出了更高的要求。

　　系統(tǒng)能力是大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。大數(shù)據(jù)蘊含的巨大應(yīng)用價值和潛力已被廣泛認知，數(shù)據(jù)的分析、數(shù)據(jù)價值的發(fā)掘與應(yīng)用、算法的時效性等均依賴于數(shù)據(jù)計算系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的存儲和訪問依賴于數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。因此，高效能、高可擴展、高可用的大數(shù)據(jù)依賴于計算和存儲系統(tǒng)，是大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。

　　系統(tǒng)能力是人工智能發(fā)展的核心實力。人工智能作為深刻改變社會生產(chǎn)力和生產(chǎn)關(guān)系的顛覆性技術(shù)，正引領(lǐng)著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命向縱深推進，重構(gòu)著人類的生產(chǎn)、生活方式以及思維模式。人工智能的發(fā)展作為一門學(xué)科獨立存在，到今天已經(jīng)有60余年的歷史了。1956年達特茅斯會議首次提出了“Artificial Intelligence”(人工智能，AI)這個術(shù)語，1959年Arthur Samuel 又提出了“機器學(xué)習(xí)”這一定義，推翻了以往“機器無法超越人類，不能像人一樣寫代碼和學(xué)習(xí)”這一傳統(tǒng)認識。但到了20世紀70年代，由于機器翻譯等項目失敗以及一些學(xué)術(shù)報告的負面影響，導(dǎo)致人工智能發(fā)展陷入低谷。1985年，又出現(xiàn)了更強可視化效果的決策樹模型，1997年人工智能Deep Blue戰(zhàn)勝了世界國際象棋冠軍，近年來深度學(xué)習(xí)廣受關(guān)注、大數(shù)據(jù)時代的到來，以及AlphaGo圍棋人機大戰(zhàn)，人工智能真正成為世界各國贏得全球科技競爭主動權(quán)的重要戰(zhàn)略抓手。縱觀人工智能的發(fā)展歷史可以發(fā)現(xiàn)，人工智能設(shè)計的核心技術(shù)主要包括算法(深度學(xué)習(xí))、算力(以GPU、TPU等為代表的AI芯片及超級計算機)、數(shù)據(jù)(大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)集)，而這些都需要計算機系統(tǒng)的支撐，都是建立在系統(tǒng)能力之上。

　　系統(tǒng)能力是解決卡脖子技術(shù)的關(guān)鍵能力。2018年，《科技日報》相繼報道35項“卡脖子”技術(shù)，包括芯片、操作系統(tǒng)、核心工業(yè)軟件、核心算法、航空設(shè)計軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等。習(xí)近平同志在網(wǎng)絡(luò)安全和信息化工作座談會上的講話中指示，沒有網(wǎng)絡(luò)安全就沒有國家安全。解決這些“卡脖子”難題，需要我們聚焦核心技術(shù)，加大科研投入，培養(yǎng)計算機人才的系統(tǒng)能力。

　　系統(tǒng)能力是進行高端工程的關(guān)鍵能力。高端工程研發(fā)有別于大學(xué)中常見的基礎(chǔ)研究工作，既要有先進的技術(shù)和理念，又要產(chǎn)出實際可用的系統(tǒng)特別是產(chǎn)出基礎(chǔ)性平臺。基礎(chǔ)性平臺的影響是非常深遠的，以加州大學(xué)伯克利分校為例，他們研制的BSD操作系統(tǒng)、PostgreSQL數(shù)據(jù)庫，以及最近的軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN，都對學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界產(chǎn)生了極大的影響。系統(tǒng)能力關(guān)注交叉性、基礎(chǔ)性和工程性，是進行高端工程的關(guān)鍵能力。

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