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学院成功举办“龙星计划”暑期课程

2010-08-18

  2010年8月9日至13日,我校计算机科学与技术学院2010年暑期小学期课程《计算机系统结构前沿》在西区三教3124教室进行。该课程由美国俄亥俄州立大学的 Robert M. Critchfield讲席教授、计算机科学与工程系主任张晓东主讲,专题为“局部性原理在计算机和分布式系统中的应用”(课程主页:http://mail.ustc.edu.cn/~wbdai/dragonstar/index.html。张晓东2004年受聘为我校客座教授,目前担任中国《计算机学报》英文版执行主编,并受聘为中国科学院首批海外评审专家。来自全国各地和本地兄弟院校合工大和安大、我校计算机学院和信息学院的90多名本科生、硕士生和博士生参加了本课程的学习。我校和外校的几位青年教师也参加了课程学习和教学方法观摩。


图1 部分听课学员与授课教授张晓东合影

 

  与其它科学技术领域一样,计算机领域也有自已的研究规律和定理。在今后很长的时间里,计算机学科的发展会被以下三个规律所制约和导向。第一个是摩尔定律(Moore’s Law),第二是阿姆达尔定律(Amdal’s Law),第三个就是局部性原理(Principle of Locality)。大部分重要的系统性能问题都与这三个规律有关。


  在计算机系统中,数据的存储、访问和传输已成为阻碍系统性能的主要瓶颈,访问数据的速度远远低于计算的速度,而对数据访问的需求已经成为计算机运行的主要部分。数据在计算机系统中的存储层次也变得越来越深:从硬件寄存器(Registers)到高速存储器(Cache)再到主存的DRAM,通过数据总线,系统可以与各种磁盘,如半导体的固态存储器(Solid State Device)或机械的硬磁盘等。通过互联网,计算机之间还可以通过网络进行大规模的远程存储、访问和通讯。计算机系统中的数据访问的速度和效率是由两个基本要素决定的:(1)点与点之间的传输速度(Bandwidth);(2)在某点读或写数据的时间延迟(Latency)。在过去的20多年里,在计算机的各个不同的联结点之间数据的传输速度,有了很大的提高,但数据访问的延迟却没能有效地改善。为了解决这一对越来越突出的矛盾,在计算机系统设计和实现中,三种最有效的硬件或软件的方法是∶缓存(Caching),备份(Replication)和预取(Prefetching)。这门课以这三个基本技术为核心,全面介绍计算机各个存储层面上的最有代表性和最先进的数据管理方法。


  这门课程是国家自然科学基金会资助的“龙星计划”课程(龙星计划主页:http://dragonstar.ict.ac.cn/DS_index.asp)的一部分,在我校纳入2010年暑期小学期课程《计算机系统结构前沿》(课号:Z011SD301,选课主页:http://www.teach.ustc.edu.cn/page.asp?post=764)的教学内容,40学时2学分。

 

  课程主讲老师张晓东在中国国家自然科学基金会资助的龙星课程计划委员会与中科院计算所的徐志伟研究员共同担任主任。“龙星计划”委员会每年组织一批在美国学术界已有所成就的中国教授在全国各地大学系统讲授多门研究生课程。“龙星计划”课程开办了近十年来,免费向成千上万的国内大学生、研究生和青年教师授课,这个课程计划已逐渐成为国内计算机教学和科研的一个组成部分。


  本次课程共进行了13讲,教学方式为讲授与讨论,每天上午下午集中授课。在教学过程中,张老师与听课师生进行了积极的课内和课外互动。面对不同层次和不同研究方向的学生,他把复杂的系统设计问题和解决问题的思路淋漓尽致地展现出来,从计算机系统最基本的概念和设计原则开始一步步深入到如何针对具体研究问题产生出创新思路,通过不时地提出问题来引导大家开展由浅入深的讨论,让大家不知不觉地顺着他的思路去理解一个个复杂的系统设计问题和巧妙的解决办法。刚开始几节课,大家参与讨论还需要被动地等待张老师提问。到了后来,张老师的讲课不时地会被同学们的主动提问打断。课间课后还出现了不同研究方向的学生对同一个问题的讨论和争论。特别是中国科大微处理器体系结构研究小组的同学与中国人民大学数据库研究小组同学的讨论最后从教室延伸到了餐厅,直到课程结束仍然意犹未尽。张老师说这正是他所期待的教学效果。在美国的好学校里,老师就是这么教的,学生就是这么学的。


图2 张老师正在授课


图3 学生们正在聚精会神听张老师讲解

图4 学生正在提问

图5 张老师课间正在解答学生问题

图6 中国人大数据库小组的研究生在课堂上提出他们想到的研究问题

图7 校内外学生课间交流

 

  课程最后一讲的主题是“计算机学者发表论文的目的与追求”。张老师向同学们提出了这样一个思考性的问题:计算机科技领域的进步不仅极大地提高了人类社会的生产力,同时也改变了世界、乃至人们的行为方式。与历史上其他工业和技术革命相比,在相对短的时期内,为什么计算机领域会对人类社会的贡献如此之大?范围如此之广?就这一问题,他结合自已多年来的科研实践,谈了自已的学习和思考,并得出以下几点认识:(1)计算机的基础理论和大多数技术创新都来源于大学和研究所的学术研究;(2)与其它领域相比,专利保护在计算机领域相对薄弱,很多新技术直接来源于刚发表的论文成果。开源软件吸引了全社会的优秀技术人才,广大用户都受益于这些高质量的开发成果,加快了核心技术的推广应用;(3)计算机科学是少有的主要以严格评审的会议来发表论文,从而达到有效交流和快速传播效果的科技领域。

 

  最后,张老师对“计算机学者发表论文的目的与追求”这个问题,提出了自已的四点体会。

 

  第一,要把握技术发展的方向和应用需求,解决重要的问题。在计算机领域里有时也容易出论文,并产生泡沫。有些问题是探讨性的,来去都很快。有些系统问题可以抽象为数学模型,并加以不切实际的假设,这样就可以设计出很多算法。然而,大多数这样的论文对计算机科学和技术的进步是起不到有效推动作用的。

 

  第二,争取让更多同行读我们的论文。计算机领域的会议和期刊数量太多,大多数研究人员只阅读在重要会议和期刊上发表的论文,所以我们要竭尽全力在这些重要的平台上发表论文,这样才能获得同行了解我们工作的机会。在计算机科学技术领域,对一篇论文的引用数量,可以从一个侧面说明一篇论文读者的数量。SCI,EI和期刊的影响因子等指标都不能全面地反映学术的质量和影响。论文的质量只能由本学科的同行和专家来评定。SCI所给出的影响因子是与该学科参与研究的人数成正比的。比如,生命科学领域拥有庞大的研究队伍,其刊物的影响因子就会很高。相比之下,在计算机的一些很重要的研究领域,比如计算机系统结构,研究人数相对较少,但它的研究成果却会直接影响使用信息技术的各行各业。可是由于使用计算机的人并不引用这些论文,所以其影响因子也相对比其它自然科学领域的期刊小得多。

 

  第三,发表有影响力的论文。有影响力的论文有以下几个特点。(1)用通用算法的形式来取代工程中的特殊解和非优化解。(2)对一个复杂的问题有透彻的解释,并给予有指导意义的结论。(3)给出有意义的通用计算模型,从而使解决一类问题都可以得益。

 

  第四,更新和开发创造性的核心和应用技术,推动社会进步。很多不断更新的计算机技术都是直接来源于学术论文的结果。将一个研究的系统原型再推进一步,有时就会成为影响世界的系统。比如,Linux, BSD,MySQL,Google, Hadoop, BitTorrent, VMware都是很好的例子。

 

  课程的最后,张老师以爱因斯坦说过的一句话寄语青年学生和老师:“不要试图去做一个成功的人,更要努力地去做一个有价值的人”。由此得出这样的结论:我们发表论文的目的和追求应当是通过计算技术的进步,为社会增加有益的价值。

 

  计算机学院为组织这次面向全国和全校的国际课程教学活动做了大量的会务准备工作。学院专门指派安虹老师负责这门课程的会务和外校师生的接待工作,并专门安排了国际课程经费支持这次教学活动。除了上课以外,学院还特意安排张晓东老师利用晚上的时间与华夏班的学生、计算机系统结构研究方向课题组的师生进行了交流。


图8 张老师与华夏班同学交流

图9 张老师与计算机学院计算机系统结构研究方向的师生进行交流

 

  开课期间,候建国校长会见了张晓东,向他阐述了中国科大坚定不移地培养高水平人才和产出国际一流研究成果的办校方针。陈华平院长与张晓东就人才引进问题进行了深入的探讨。陈恩红副院长在第一天开课前赶赴教室,向全国各地来中国科大听课的师生表示热烈的欢迎,向不远万里专程来科大上课的张晓东老师表示衷心的感谢。课程结束后,课程会务组安排前来听课的外校师生参观了中国科大校史馆。科大的办学历史和成就带给大家在科大学习和工作的无比向往。



图10 候建国校长和陈华平院长会见张老师

 



图11 校外学员参观中国科大校史馆

 

  《计算机系统结构前沿》暑期小学期课程圆满地结束了,这门课程的举办受到了学院、教务处和研究生院的高度重视并提供了大力支持,起到了帮助听课师生洞察国际前沿、激发创新精神、促进对外交流的作用,同时也让校外学员了解了中国科大创建世界一流大学的办学历程。


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