09版 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) 教學(xué)大綱-于倩

-PAGE10-《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息1、課程名稱(chēng)：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)/ComputerArchitecture2、課程性質(zhì)：專(zhuān)業(yè)選修課3、總學(xué)時(shí)/學(xué)分：32/24、授課對(duì)象：軟件工程專(zhuān)業(yè)、網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)、信息安全專(zhuān)業(yè)5、使用教材：[美]WilliamStallings.計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)—性能設(shè)計(jì)（第六版）北京:清華大學(xué)出版社，2005年1月二、課程簡(jiǎn)介本門(mén)課程屬于計(jì)算機(jī)偏硬技術(shù)課程，針對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)高年級(jí)學(xué)生開(kāi)設(shè)。主要講授內(nèi)容為：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)、Cache、內(nèi)部存儲(chǔ)器、外部存儲(chǔ)器、輸入/輸出結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)支持、CPU結(jié)構(gòu)和功能、指令集、尋址方式和指令格式、精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)、超標(biāo)量處理器等。三、教學(xué)目的與基本要求通過(guò)本門(mén)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生必須掌握計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本概念和基本定律，包括計(jì)算機(jī)總線(xiàn)、Cache、內(nèi)存、外存、I/O、操作系統(tǒng)支持、CPU結(jié)構(gòu)和功能、指令集、精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)、超標(biāo)量處理器等。 四、教學(xué)進(jìn)度表章次題目教學(xué)時(shí)數(shù)第一章導(dǎo)論2學(xué)時(shí)第二章計(jì)算機(jī)的演變和性能2學(xué)時(shí)第三章計(jì)算機(jī)功能和互連的頂層視圖2學(xué)時(shí)第四章Cache2學(xué)時(shí)第五章內(nèi)存2學(xué)時(shí)第六章外存2學(xué)時(shí)第七章I/O4學(xué)時(shí)第八章操作系統(tǒng)支持4學(xué)時(shí)第九章指令集4學(xué)時(shí)第十章CPU結(jié)構(gòu)和功能4學(xué)時(shí)第十一章精簡(jiǎn)指令集（RISC）計(jì)算機(jī)2學(xué)時(shí)第十二章指令并行性和超標(biāo)量處理器2學(xué)時(shí)總計(jì)48學(xué)時(shí)五、考核方式和成績(jī)?cè)u(píng)定辦法1、考核方式：閉卷考試+開(kāi)卷考試2、成績(jī)?cè)u(píng)定辦法：平時(shí)、期中、期末成績(jī)分別為10%、20%、70%（平時(shí)成績(jī)由考勤、課堂表現(xiàn)構(gòu)成、期中考試采用閉卷考試、期末考試采用開(kāi)卷考試）六、內(nèi)容提要第一章導(dǎo)論（教學(xué)時(shí)數(shù)2）教學(xué)目的：了解計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)的基本概念教學(xué)重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)教學(xué)難點(diǎn)：組織與體系結(jié)構(gòu)的區(qū)別主要教學(xué)方法：多媒體教學(xué)+課堂討論第一節(jié)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第二節(jié)計(jì)算機(jī)的組織、結(jié)構(gòu)和功能本章基本概念：計(jì)算機(jī)組織、體系結(jié)構(gòu)本章思考題：見(jiàn)教材第二章計(jì)算機(jī)的演變和性能（教學(xué)時(shí)數(shù)2）教學(xué)目的：了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史以及幾種主流計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史教學(xué)重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史教學(xué)難點(diǎn)：計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的發(fā)展主要教學(xué)方法：多媒體教學(xué)+課堂討論第一節(jié)計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)史一、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史二、馮諾依曼機(jī)三、摩爾定律第二節(jié)計(jì)算機(jī)的性能設(shè)計(jì)一、微處理器的速度和性能平衡二、Pentium和PowerPC的最新進(jìn)展本章基本概念：馮諾依曼機(jī)、摩爾定律本章思考題：見(jiàn)教材第三章計(jì)算機(jī)功能和互連的頂層視圖（教學(xué)時(shí)數(shù)4）教學(xué)目的：了解各主要部件的基本功能以及它們之間的互聯(lián)結(jié)構(gòu)和信號(hào)交換類(lèi)型教學(xué)重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)的指令周期和總線(xiàn)互聯(lián)方式教學(xué)難點(diǎn)：總線(xiàn)結(jié)構(gòu)主要教學(xué)方法：多媒體教學(xué)+課堂討論第一節(jié)計(jì)算機(jī)功能的頂層視圖一、馮諾依曼結(jié)構(gòu)各個(gè)部件的功能二、取指周期和執(zhí)行周期、中斷和指令周期、多重中斷、I/O功能第二節(jié)計(jì)算機(jī)互連結(jié)構(gòu)的頂層視圖一、計(jì)算機(jī)的互連方式二、總線(xiàn)互連三、PCI總線(xiàn)本章基本概念：指令周期、總線(xiàn)互聯(lián)、PCI總線(xiàn)本章思考題：見(jiàn)教材第四章Cache（教學(xué)時(shí)數(shù)2）教學(xué)目的：了解和掌握計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)、cache設(shè)計(jì)要素（映射算法、替換算法、寫(xiě)策略等）、Pentium和PowerPC的Cache組織教學(xué)重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)體系統(tǒng)，Cache的設(shè)計(jì)要素教學(xué)難點(diǎn)：Cache的映射算法主要教學(xué)方法：多媒體教學(xué)+課后作業(yè)第一節(jié)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)一、存儲(chǔ)系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)二、各層存儲(chǔ)器的訪(fǎng)問(wèn)方式第二節(jié)Cache一、Cache存儲(chǔ)器原理二、cache的映射算法、替換算法、容量、寫(xiě)策略、行的大小、數(shù)目本章基本概念：存儲(chǔ)系統(tǒng)、局部性原理、cache、映射算法、寫(xiě)策略本章思考題：見(jiàn)教材第五章內(nèi)存（教學(xué)時(shí)數(shù)4）教學(xué)目的：了解和掌握內(nèi)存的結(jié)構(gòu)和糾錯(cuò)算法、高級(jí)內(nèi)存形式教學(xué)重點(diǎn)：內(nèi)存的糾錯(cuò)算法教學(xué)難點(diǎn)：Hamming糾錯(cuò)碼主要教學(xué)方法：多媒體教學(xué)+課后作業(yè)第一節(jié)半導(dǎo)體主存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi)、組織、芯片邏輯與封裝、模塊組織第二節(jié)糾錯(cuò)一、Hamming單糾錯(cuò)碼二、Hamming雙檢錯(cuò)碼第三節(jié)高級(jí)DRAM結(jié)構(gòu)DRAM的最新技術(shù)發(fā)展本章基本概念：糾錯(cuò)、Hamming碼本章思考題：見(jiàn)教材第六章外存（教學(xué)時(shí)數(shù)2）教學(xué)目的：了解和掌握外存的種類(lèi)、排列組織、檢錯(cuò)方式教學(xué)重點(diǎn)：硬盤(pán)教學(xué)難點(diǎn)：硬盤(pán)的讀取時(shí)間計(jì)算主要教學(xué)方法：多媒體教學(xué)+課后作業(yè)第一節(jié)磁盤(pán)的基本結(jié)構(gòu)一、磁盤(pán)的讀寫(xiě)機(jī)制二、磁盤(pán)的數(shù)據(jù)組織、結(jié)構(gòu)化和性能參數(shù)三、磁盤(pán)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間的計(jì)算第二節(jié)RAIDRAID0-6級(jí)以及各級(jí)的冗余與檢錯(cuò)第三節(jié)其他外部存儲(chǔ)器一、光盤(pán)二、磁帶本章基本概念：尋道時(shí)間、旋轉(zhuǎn)延遲、RAID、冗余本章思考題：見(jiàn)教材第七章I/O（教學(xué)時(shí)數(shù)2）教學(xué)目的：了解和掌握I/O模塊的工作原理，3種基本I/O方式，I/O通道教學(xué)重點(diǎn)：程序式I/O，中斷式I/O，DMA式I/O教學(xué)難點(diǎn)：中斷式I/O和DMA式I/O主要教學(xué)方法：多媒體教學(xué)+課后作業(yè)第一節(jié)外設(shè)一、外設(shè)的原理二、I/O模塊的功能與結(jié)構(gòu)第二節(jié)3種基本I/O形式一、程序式I/O二、中斷驅(qū)動(dòng)的I/O三、DMA式I/O第三節(jié)其余I/O一、I/O通道和I/O處理器二、外部接口本章基本概念：中斷、DMA、周期竊用、通道本章思考題：見(jiàn)教材第八章操作系統(tǒng)支持（教學(xué)時(shí)數(shù)6）教學(xué)目的：了解操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的支持教學(xué)重點(diǎn)：程序調(diào)度和存儲(chǔ)管理教學(xué)難點(diǎn)：存儲(chǔ)管理主要教學(xué)方法：多媒體教學(xué)+課后作業(yè)第一節(jié)操作系統(tǒng)概述一、操作系統(tǒng)的目標(biāo)、功能、類(lèi)型二、操作系統(tǒng)的調(diào)度第二節(jié)操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)管理一、交換、分區(qū)、分頁(yè)、分段、虛擬存儲(chǔ)器二、轉(zhuǎn)換后援緩沖器、第三節(jié)Pentium和PowerPC的存儲(chǔ)管理本章基本概念：調(diào)度、存儲(chǔ)管理、虛擬存儲(chǔ)本章思考題：見(jiàn)教材第九章指令集（教學(xué)時(shí)數(shù)2）教學(xué)目的：了解和掌握指令集的特征、功能、尋址方式和指令格式教學(xué)重點(diǎn)：指令集的功能、尋址方式和格式教學(xué)難點(diǎn)：尋址方式主要教學(xué)方法：多媒體教學(xué)+課后作業(yè)第一節(jié)指令集的特征和操作數(shù)類(lèi)型一、指令的要素、表示、類(lèi)型、地址數(shù)目二、操作數(shù)類(lèi)型（結(jié)合Pentium和PowerPC講授）第二節(jié)尋址方式和指令格式一、尋址方式（結(jié)合Pentium和PowerPC講授）二、指令格式（結(jié)合Pentium和PowerPC講授）本章基本概念：指令集、操作數(shù)、尋址方式、指令格式本章思考題：見(jiàn)教材第十章CPU結(jié)構(gòu)與功能（教學(xué)時(shí)數(shù)4）教學(xué)目的：了解和掌握CPU的結(jié)構(gòu)、指令周期和指令流水教學(xué)重點(diǎn)：指令周期和指令流水教學(xué)難點(diǎn)：指令流水策略主要教學(xué)方法：多媒體教學(xué)+課后作業(yè)第一節(jié)處理器的組織方式（結(jié)合Pentium和PowerPC講授）第二節(jié)寄存器的組織方式（結(jié)合Pentium和PowerPC講授）第三節(jié)指令流水一、指令流水的策略和性能二、指令流水的轉(zhuǎn)移處理第四節(jié)處理器舉例（Pentium和PowerPC）本章基本概念：指令流水、流水線(xiàn)策略、轉(zhuǎn)移處理本章思考題：見(jiàn)教材第十一章精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)RISC（教學(xué)時(shí)數(shù)2）教學(xué)目的：了解和掌握精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的特征和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：RISC的結(jié)構(gòu)和流水線(xiàn)技術(shù)教學(xué)難點(diǎn)：大寄存器組方案，寄存器優(yōu)化主要教學(xué)方法：多媒體教學(xué)+課后作業(yè)第一節(jié)RISC概述一、RISC的背景二、RISC的特點(diǎn)第二節(jié)RISC的寄存器組織一、大寄存器方案二、基于編譯器的寄存器優(yōu)化第三節(jié)RISC的流水線(xiàn)技術(shù)一、RISC流水線(xiàn)的特征二、RISC流水線(xiàn)的優(yōu)化方法第四節(jié)RISC和CISC的對(duì)比本章基本概念：RISC、大寄存器組、寄存器優(yōu)化、延遲轉(zhuǎn)移本章思考題：見(jiàn)教材第十二章指令并行性和超標(biāo)量計(jì)算機(jī)（教學(xué)時(shí)數(shù)2）教學(xué)目的：掌握指令并行性方法，了解超標(biāo)量計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：指令并行性教學(xué)難點(diǎn)：指令發(fā)射策略和相關(guān)性主要教學(xué)方法：多媒體教學(xué)+課后作業(yè)第一節(jié)超標(biāo)量概述一、流水線(xiàn)和超級(jí)流水線(xiàn)二、超標(biāo)量第二節(jié)超標(biāo)量計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)考慮一、指令并