【教學(xué)大綱】教學(xué)大綱東南大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院

1、教學(xué)大綱課程名稱運算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程負(fù)責(zé)人任國林學(xué)時48學(xué)分3開課院系 運算機科學(xué)與工程系制訂日期1999 年東 南 大 學(xué)10 / 10課程名稱運算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程編號09406先修要求運算機組成原理、接口與通信、操作系統(tǒng)、編譯原理授課對象運算機專業(yè)本科講課學(xué)時48 學(xué)時試驗學(xué)時8 學(xué)時（課程設(shè)計）上機學(xué)時教材名稱及主編姓名教學(xué)參考書運算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（張晨曦主編）運算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（陸鑫達(dá)等編）運算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（鄭緯民等編）課 程 基 本 情 況課程的位置、作用及任務(wù)隨著運算機硬件、 軟件技術(shù)的不斷進(jìn)展， 怎樣合理地安排運算機軟、 硬件功能，最大限度地開發(fā)運算機的并行性，達(dá)到正確性能/ 價格，是運算機系

2、統(tǒng)設(shè)計人員最關(guān)懷的課題； 對運算機專業(yè)本科生而言， 不僅要把握運算機的軟、 硬件系統(tǒng)組成及工作原理， 具有開發(fā)與應(yīng)用技能； 而且必需進(jìn)一步把握運算機系統(tǒng)設(shè)計的基本原理和方法；運算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)正是這樣一門面對運算機系統(tǒng)分析與設(shè) 計的課程；運算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是運算機專業(yè)本科生的一門系統(tǒng)分析與設(shè)計綜合課程；目的之一是從運算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)觀點動身，把握如何分析和設(shè)計運算機系統(tǒng)，并對運算機系統(tǒng)軟、 硬件功能進(jìn)行合理安排， 以及如何正確地實現(xiàn)安排給硬件的功能，達(dá)到正確性能 / 價格；目的之二是從并行處理角度動身，討論流水技術(shù)和并行處理技術(shù)在運算機系統(tǒng)中的應(yīng)用和實現(xiàn)方法，以實現(xiàn)運算機系統(tǒng)性能/ 價格的優(yōu)化；本課

3、程的任務(wù)是立足于系統(tǒng)設(shè)計者角度，分析和評判影響系統(tǒng)性能/ 價格的因素；討論運算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計方法； 把握并行處理技術(shù)在現(xiàn)代運算機系統(tǒng)中的應(yīng)用和實現(xiàn)方法；通過本課程的學(xué)習(xí)，要求同學(xué)能夠把握運算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計方法， 同時把握最新的運算機流水技術(shù)和并行處理技術(shù)；教學(xué)內(nèi)容和基本要求本課程主要教學(xué)內(nèi)容有七章， 分為運算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、 并行處理技術(shù)兩大部分；第一章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)1. 運算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本概念懂得運算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定義、 含義與組成，把握討論運算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要性， 把握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類、評判方法；2. 運算機系統(tǒng)設(shè)計準(zhǔn)就懂得與把握運算機系統(tǒng)設(shè)計中常用的幾個設(shè)計準(zhǔn)就；3. 運算機

4、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類懂得與把握幾種運算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類方法及特點；4. 運算機性能評判懂得與把握運算機性能指標(biāo)、評判方法；5. 運算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的進(jìn)展討論影響運算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)展的三大因素， 以及運算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從馮· 諾依曼機到現(xiàn)代微機結(jié)構(gòu)的進(jìn)展過程和并行性開發(fā)的進(jìn)展；其次章指令系統(tǒng)1. 數(shù)據(jù)表示把握數(shù)據(jù)表示含義、設(shè)計方法，以及新數(shù)據(jù)表示引入原就；2. 指令系統(tǒng)總體設(shè)計把握指令系統(tǒng)設(shè)計基本思想、 設(shè)計原就、 衡量指標(biāo)， 深刻領(lǐng)悟指令系統(tǒng)的設(shè)計步驟和思想，把握幾種類型的指令系統(tǒng)集特點；3. 指令集功能設(shè)計把握cisc和risc風(fēng)格的指令功能集的設(shè)計思想、設(shè)計原就及優(yōu)化方法；4. 尋址方式設(shè)計討論操

5、作拜訪的編址和尋址方式，把握尋址方式的挑選原就頻帶分析法；5. 指令格式設(shè)計及優(yōu)化把握操作碼和指令字的設(shè)計方法和優(yōu)化方法；6. risc 使用的技術(shù)分析risc的設(shè)計原就，把握其所采納的窗口重疊技術(shù)、優(yōu)化推遲轉(zhuǎn)移技術(shù)、優(yōu)化編譯技術(shù)；第三章儲備系統(tǒng)1. 儲備系統(tǒng)設(shè)計基本原理把握儲備系統(tǒng)的構(gòu)成及其設(shè)計原就 訪存局部性原理；2. 高速緩沖儲備器（ cache）把握cache基本結(jié)構(gòu)和工作原理，討論地址映象與變換、替換策略和更新策略的工作原理和設(shè)計方法，分析影響 cache性能指標(biāo)的因素及優(yōu)化方法；介紹先進(jìn)的 cache結(jié)構(gòu)和一樣性處理方法（ mesi）；3. 虛擬儲備器以pentium為例，把握虛擬

6、儲備器的結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)技術(shù)；第四章標(biāo)量流水技術(shù)1. 標(biāo)量流水工作原理介紹重疊、先行掌握到流水線的進(jìn)展，把握標(biāo)量流水工作原理、分類原就、性能指標(biāo)及其分析、評判方法；2. 流水操作中的主要障礙把握流水操作中的幾種相關(guān)產(chǎn)生緣由及其解決方法， 介紹pentium系列處理器全局相關(guān)的先進(jìn)處理方法 動態(tài)猜測轉(zhuǎn)移技術(shù)；3. 流水線的實現(xiàn)與掌握把握流水線的中斷處理方法、 非線性流水線調(diào)度方法和流水線掌握器的設(shè)計與實現(xiàn)方法；4. 指令級并行技術(shù)分析現(xiàn)代微機所采納的動態(tài)執(zhí)行技術(shù) （動態(tài)猜測轉(zhuǎn)移、 動態(tài)調(diào)度、 基于硬件的推斷執(zhí)行），把握流水線中指令級并行性開發(fā)（超標(biāo)量、 vliw、超級流水等） 的工作原理和實現(xiàn)方法；第

7、五章向量流水處理1. 向量流水處理把握幾種向量處理方式，及向量長度掌握、拜訪步長及向量處理方法；2. 向量處理機結(jié)構(gòu)把握向量流水工作原理， 依據(jù)不同向量處理機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 把握其儲備系統(tǒng)的設(shè)計方法及并行儲備器無沖突拜訪技術(shù)；3. 增強向量處理性能方法把握向量指令級并行性開發(fā)方法、向量處理機性能指標(biāo)及評判方法；第六章互連網(wǎng)絡(luò)1. 互連網(wǎng)絡(luò)基本概念把握互連網(wǎng)絡(luò)的功能、種類、互連網(wǎng)絡(luò)基本工作原理及其性能指標(biāo)；2. 互連網(wǎng)絡(luò)與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)把握互連函數(shù)與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系， 靜態(tài)與動態(tài)網(wǎng)絡(luò)、 simd與mimd網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)原理；3. 消息傳遞機制把握消息傳遞機制的性能、路由算法、死鎖及流控問題的解決方法；第七章并行

8、處理技術(shù)1. 并行處理技術(shù)把握并行性開發(fā)策略的原理及其應(yīng)用范疇；2. simd 并行處理機把握并行處理機結(jié)構(gòu)及其工作原理， 并行處理機常用并行算法及其不同結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)方法，以及 pentium中采納的 simd技術(shù)mmx技術(shù) ；3. 并行儲備器無沖突拜訪依據(jù)并行儲備器的拜訪需求，分析存在問題、找出解決方法；4. 多處理機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)把握多處理機與 simd機的主要區(qū)分，及多處理機結(jié)構(gòu)、機間互連方式、cache的一樣性處理方法，通過詳細(xì)案例分析多處理機的體系結(jié)構(gòu)及工作原理；5. 多處理機中并行性開發(fā)把握多處理機中并行開發(fā)語言、 編譯程序、并行算法方面并行性開發(fā)的基本原理；6. 多處理機操作系統(tǒng)把握多處

9、理機操作系統(tǒng)的類型及其實現(xiàn)技術(shù)；試驗內(nèi)容和基本要求內(nèi)容：在給定的假設(shè)條件下，進(jìn)行指令系統(tǒng)和儲備系統(tǒng)的設(shè)計；目的：把握指令系統(tǒng)和儲備系統(tǒng)設(shè)計的基本原理和方法；要求：設(shè)計指令系統(tǒng)的同時，進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)容的設(shè)計；對同學(xué)才能培育的要求1. 把握運算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念、組成部分及設(shè)計原就；2. 把握運算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各組成部分的分析、設(shè)計原就和方法；3. 把握現(xiàn)代微機所采納的流水技術(shù)工作原理和實現(xiàn)方法；4. 把握運算機并行處理技術(shù)和并行程序設(shè)計方法；課 程 學(xué) 時 分 配 表教 學(xué) 內(nèi) 容講課試驗上機習(xí)題課其他學(xué)時學(xué)時學(xué)時運算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)含義、 組成、分類、設(shè)計準(zhǔn)就3運算機性能及其評判，影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)展因素，并行性3進(jìn)展數(shù)據(jù)表示設(shè)計方法及引入原3就，指令系統(tǒng)總體設(shè)計功能設(shè)計、尋址方式設(shè)計、指令格式設(shè)計及優(yōu)化、risc3采納技術(shù)指令系統(tǒng)課程設(shè)計儲備體系設(shè)計原理，高速緩3存原理及其設(shè)計指令系統(tǒng)