計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)教學(xué)大綱

1、?計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)?教學(xué)大綱英文名稱：ComputerArchitectureComputerArchitecture預(yù)修課程：計(jì)算機(jī)原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、編譯原理、高級(jí)語言總學(xué)時(shí)數(shù)：4545 學(xué)時(shí),其中講授 3636 學(xué)時(shí),課內(nèi)實(shí)驗(yàn) 4 4 學(xué)時(shí).學(xué)分：2.52.5教學(xué)對(duì)象：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科學(xué)員開課學(xué)期：第 6 6 學(xué)期一、課程的性質(zhì)、地位和任務(wù)該課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)一門非常重要的專業(yè)根底課.課程系統(tǒng)介紹進(jìn)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所必須了解與掌握的專業(yè)知識(shí),重點(diǎn)介紹計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的根本思想、根本概念、設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方法與評(píng)價(jià)分析方法.本課程內(nèi)容廣、概念多、系統(tǒng)性強(qiáng)、實(shí)例多,涉及計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)技

2、術(shù)領(lǐng)域前沿.本課程的任務(wù)是要使學(xué)生能夠系統(tǒng)全面正確理解和掌握計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)技術(shù)的根本思想,并培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)定量分析的方法初步設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的水平.二、教學(xué)內(nèi)容和要求一計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)根底內(nèi)容和要求：了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本任務(wù)；了解計(jì)算機(jī)技術(shù)開展的趨勢(shì)；了解計(jì)算機(jī)性能與本錢的影響因素,以及性能的評(píng)價(jià)方法,掌握計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)根本概念和定量分析方法的根本原理.重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的根本任務(wù),計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)根本概念,定量分析方法根本原理二計(jì)算機(jī)指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求：從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)了解典型指令集結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點(diǎn)及其開展,掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)指令集結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法以及各種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)；掌握一

3、種 RISCRISC 指令集結(jié)構(gòu)實(shí)例.重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),RISCRISC 指令集結(jié)構(gòu)實(shí)例三流水線技術(shù)內(nèi)容和要求：掌握流水線技術(shù)的根本原理及其性能評(píng)價(jià)方法；掌握 RISCRISC 指令集結(jié)構(gòu)流水線的根本設(shè)計(jì)方法,并能夠從數(shù)據(jù)相關(guān)與限制相關(guān)兩個(gè)方面分析流水線性能,掌握提升流水線性能的軟硬件方法.掌握向量處理機(jī)原理；了解根本的向量處理機(jī)結(jié)構(gòu)；掌握向量處理機(jī)性能改善和評(píng)價(jià)的根本方法.重點(diǎn)：流水線的根本原理與設(shè)計(jì)、分析評(píng)價(jià)方法、向量處理機(jī)原理四指令級(jí)并行內(nèi)容和要求：掌握指令級(jí)并行的根本概念、指令的動(dòng)態(tài)調(diào)度技術(shù),理解限制相關(guān)的動(dòng)態(tài)解決技術(shù),掌握多指令流出技術(shù)的根本原理.重點(diǎn)：記分牌算法、To

4、masuloTomasulo 算法、限制相關(guān)的動(dòng)態(tài)解決技術(shù)五存儲(chǔ)層次內(nèi)容和要求：掌握存儲(chǔ)層次設(shè)計(jì)的目標(biāo)和工作原理；掌握 CacheCache 設(shè)計(jì)的根本方法；理解改進(jìn) CacheCache 性能的主要方法；理解主存和虛擬存儲(chǔ)器的工作原理；掌握存儲(chǔ)層次的定量性能評(píng)價(jià)方法.重點(diǎn)：存儲(chǔ)層次設(shè)計(jì)的目標(biāo)和工作原理、CacheCache 設(shè)計(jì)方法與定量性能評(píng)價(jià)方法六輸入輸出系統(tǒng)內(nèi)容和要求：了解外部設(shè)備的根本工作原理與種類；掌握冗余磁盤陣列RAIDRAID的結(jié)構(gòu)與工作原理；掌握輸入輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本方法,總線與通道的根本概念,以及根本的性能評(píng)價(jià)方法.重點(diǎn)：外部設(shè)備的根本工作原理與輸入輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本方法與

5、評(píng)價(jià)方法七多處理機(jī)系統(tǒng)內(nèi)容和要求：了解多處理機(jī)技術(shù)的開展及方向,了解典型的多處理機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和根本工作原理.了解計(jì)算機(jī)互連網(wǎng)絡(luò)的作用與類型,掌握典型的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)根本工作原理.重點(diǎn)：多處理機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和根本工作原理,典型互連網(wǎng)絡(luò)的工作原理八機(jī)群計(jì)算機(jī)內(nèi)容和要求：了解機(jī)群的根本概念與結(jié)構(gòu),機(jī)群的特點(diǎn)和分類,了解典型的機(jī)群系統(tǒng)結(jié)構(gòu).重點(diǎn)：機(jī)群的根本概念與結(jié)構(gòu)三、教學(xué)組織與實(shí)施一課時(shí)分配程學(xué)時(shí)數(shù)為 4545 學(xué)時(shí),其中,講授 3636 學(xué)時(shí),課內(nèi)實(shí)驗(yàn) 4 4 學(xué)時(shí)4 4 個(gè)課內(nèi)實(shí)驗(yàn),選作實(shí)驗(yàn) 2 2個(gè),課堂研討與自主學(xué)習(xí) 3 3 課時(shí),測(cè)試 2 2 課時(shí).各局部內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配如下：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)根底4 4

6、 學(xué)時(shí)計(jì)算機(jī)指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3 3 學(xué)時(shí)流水線技術(shù)6 6 學(xué)時(shí)指令級(jí)并行5 5 學(xué)時(shí)存儲(chǔ)層次8 8 學(xué)時(shí)輸入輸出系統(tǒng)4 4 學(xué)時(shí)多處理機(jī)系統(tǒng)5 5 學(xué)時(shí)機(jī)群計(jì)算機(jī)1 1 學(xué)時(shí)課堂研討3 3 課時(shí)課內(nèi)實(shí)驗(yàn) 4 4 學(xué)時(shí)測(cè)試 2 2 學(xué)時(shí)二上機(jī)內(nèi)容與要求1 1 . .學(xué)時(shí)數(shù)：4 42 2 . .設(shè)備：586586 以上微機(jī),連接內(nèi)部教學(xué)網(wǎng)3 3 . .內(nèi)容和要求：通過 WinDLXWinDLX 流水線、WinDLXWinDLX 綜合實(shí)驗(yàn)、SSESSE 與 IPPIPP 實(shí)驗(yàn)、CacheCache 實(shí)驗(yàn)以及可選實(shí)驗(yàn)一一基于天河陽光實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)的 CPUCPU 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)、面向特定領(lǐng)域的訪存優(yōu)化,讓學(xué)生深化

7、對(duì)所學(xué)重點(diǎn)知識(shí)的掌握,培養(yǎng)靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的水平.四、對(duì)教學(xué)方法與教學(xué)手段的建議課程講授將大力采用案例教學(xué)法,將原理和設(shè)計(jì)理論與實(shí)例緊密結(jié)合,特別是結(jié)合我們的科研實(shí)踐,在傳授根底知識(shí)的同時(shí),通過針對(duì)性的練習(xí),大力培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想,以及綜合設(shè)計(jì)水平.該課程課堂講授擬采用 CAICAI 教學(xué)手段,課程試驗(yàn)擬采用自行開發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境.同時(shí),及時(shí)吸收國外計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程最先進(jìn)的教學(xué)方法、教學(xué)手段和教材,在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候,采用國外最先進(jìn)的教材實(shí)施教學(xué).五、考核方法筆試/學(xué)習(xí)報(bào)告.六、教材與參考書一教材1 1.?計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)?,王志英等,清華大學(xué)出版社,二參考書1 1 .?計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)： 量化研究方法 英文版？第版 ?, 美 亨尼西 Hennessy,J.L.Hennessy,J.L. 等,機(jī)械工業(yè)出版社,202,2022 2年.2 2 .ComputerOrganizationandDesign:TheHardware/SoftwareInterface,SecondEdition,DavidA.Pattersona.ComputerOrganizationandDesign:TheHardware/SoftwareInterface,SecondEdition