蘭州大學(xué)-計算機專業(yè)(本科)-計算機體系結(jié)構(gòu)-教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)

蘭 州 大 學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)(本科)《計算機體系結(jié)構(gòu)》教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)目 錄一.課程基本信息.課程的性質(zhì)、地位與任務(wù).教材與主要參考書.計劃學(xué)時與學(xué)時分配.課程內(nèi)容與要求第1章 計算機設(shè)計基礎(chǔ)第2章 指令集的設(shè)計第3章 CPU的設(shè)計第4章 流水線技術(shù)第5章 存儲器層次結(jié)構(gòu)第6章 計算機輸/輸出系統(tǒng)第7章 網(wǎng)絡(luò)并行計算系統(tǒng)第8章 多處理器計算機結(jié)構(gòu).教學(xué)環(huán)節(jié).實驗環(huán)節(jié).考試要求.其它相說明課程編號2043061

一. 課程基本信息課程名稱計算機體系結(jié)構(gòu)課程英文名稱ComputerArchitecture課程性質(zhì)：指定選修課先修課程：數(shù)字邏輯；計算機組成原理；概率論與統(tǒng)計；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；操作系統(tǒng)；編譯原理。適用專業(yè)：計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、通信工程專業(yè)開課學(xué)期：第七學(xué)期學(xué) 時7254）學(xué) 分43）二. 課程的性質(zhì)、地位與任務(wù)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是計算機科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的重要學(xué)科，也是高等院校計算機系本科生和研究生學(xué)習(xí)設(shè)計、分析和評價計算機的主干課程。許多著名的院校作為研究生入學(xué)考試課程之一。該課程以講授計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念和基本原理為主，而不是完整介紹各種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)即不是以具體的機器為實例進行教學(xué)在教學(xué)中引進定量原，讓學(xué)生學(xué)會如何測試實際機器，分析實際機器，分析計算機設(shè)計中遇到的各種限制因素，培養(yǎng)正確選擇各種折衷方案的能力。強調(diào)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與操作系統(tǒng)和編譯系統(tǒng)的相互關(guān)系，充分反映出計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不是單純的硬件課程，而是硬件和系統(tǒng)軟件的結(jié)合點，因此本課程不僅適用于培養(yǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和芯片設(shè)計工程師和計算機系統(tǒng)工程師，而且也適用于培養(yǎng)編譯系統(tǒng)和操作系統(tǒng)工程師。.教：

三. 教材與主要參考書《計算機體系結(jié)》石教英等著杭:浙江大學(xué)出版,1998[1版..參考：①量化研究方法（第三版)nHyvdn著鄭偉明、湯志忠、汪東升譯電子工業(yè)出版1.②(ig著ADVANCEDCOMPUTERARCHITECTURE機械工業(yè)出版社1版.③計算機系統(tǒng)結(jié)鄭偉民、湯志著清華大學(xué)出版,1998[2版].④計算機系統(tǒng)結(jié)李學(xué)著西安電子科技大學(xué)出版,2000[3版].《計算機體系結(jié)張晟著高等教育出版,2000[3版].[21世紀(jì)教]四.計劃學(xué)時與學(xué)時分配1.教學(xué)建議《計算機體系結(jié)構(gòu)》課程分經(jīng)典教案面授和電子教案面授兩種。①經(jīng)典教案18周4學(xué)周=72學(xué)講)18×1學(xué)/=18學(xué)(實驗；②電子教案18周3學(xué)周=54學(xué)講)12×3學(xué)/=36學(xué)(實驗。2.教學(xué)進度表（見表1）表1.教學(xué)進度表章 內(nèi) 容

周 次12345678910 11 12 13 14 15 16 17 181 計算機設(shè)計基礎(chǔ) ●●●2 指令集的設(shè)計 ●●3 CPU的設(shè)計 ●●●4 流水線技術(shù) ●●●● ● ●5 存儲器層次結(jié)構(gòu) ● ● ● ●6 計算機輸/輸出系統(tǒng) ● ●7 網(wǎng)絡(luò)并行計算系統(tǒng) ● ●8 多處理器計算機結(jié)構(gòu) ● ●- 上 機 實 驗五. 課程內(nèi)容與要求根據(jù)《計算機體系結(jié)》課程的內(nèi)容考核要求如下，考核分為：掌◆理（▲和了●三個層次掌握要求熟悉識內(nèi)容，并能把標(biāo)準(zhǔn)所列知識綜合應(yīng)用。理解：理解所學(xué)概念，并能用它解決簡單問題。了解：能記住所學(xué)的知識內(nèi)容，并能直接運用這些知識。第1章 計算機設(shè)計基礎(chǔ) 6(4)學(xué)時一、考核知識點1.計算機設(shè)計者的任務(wù)2.計算機性能評價3.構(gòu)成計算機的成本組合4.用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)知識選購計算機二、主要內(nèi)容本章的重介紹計算機設(shè)計者的任務(wù)計算機性能評價和計算機成本構(gòu)。三、考核要求1.▲計算機需求的功能、功能實現(xiàn)時軟件和硬件的選擇計算機的設(shè)計過程。2.◆計算機設(shè)計的幾個原則。3.▲衡量計算機性能的參數(shù)、CPU性能、計算機性能常用指標(biāo)、如何正確評價計算機性能。4.●器件成本、直接成本、間接成本、報價單價格。第2章 指令集的設(shè)計 10(8)學(xué)時一、考核知識點1.指令集的設(shè)計原則2.操作系統(tǒng)、編譯方法和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的相互影響3.指令系統(tǒng)的測量方法4.RISC的設(shè)計思想二、主要內(nèi)容本章的重點是介紹指令集的設(shè)計原則操作系統(tǒng)和編譯方法與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相互關(guān)系、指令系統(tǒng)的測量方法、簡要介紹RISC設(shè)計思想。三、考核要求1.指令的分類、指令設(shè)計的原則、操作數(shù)的確定、尋址方式和指令長度的確定。2.●現(xiàn)代編譯器的結(jié)構(gòu)、編譯對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響和要求、操作系統(tǒng)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)系。3.●測量的作用、測量項目、測量方法和測量舉例。4.▲RISC設(shè)計的起源RISC設(shè)計的原則。第3章 U的設(shè)計 10(8)學(xué)時一、考核知識點1.引言2.數(shù)據(jù)通路3.指令執(zhí)行原理4.控制器（硬連線控制、微程序控制）5.中斷6.綜合應(yīng)用：一種控制器的設(shè)計（硬連線控制設(shè)計、微程序控制的實現(xiàn)方法、微程序的控制改造、總結(jié)）二、主要內(nèi)容本章的重點是以RISC樣機指令集為例介紹處理器數(shù)據(jù)通路和控制器設(shè)計，以及中斷系統(tǒng)。三、考核要求2.數(shù)據(jù)通路。3.指令執(zhí)行原理。4.◆硬連線控制、微程序控制。5.中斷。6.硬連線控制設(shè)計、微程序控制的實現(xiàn)方法、微程序的控制改造。第4章 流水線技術(shù) 18(15)學(xué)時一、考核知識點1.流水線處理的基本原理2.流水線工作的主要障流水線競爭3.多周期操作的流水線策略4.流水線的動態(tài)調(diào)度5.高級流水—進一步開發(fā)指令集的并行處理6.非線形流水線二、主要內(nèi)容本章介紹流水線技術(shù)基礎(chǔ)和高級流水線技術(shù)兩大部分基礎(chǔ)技術(shù)包括流線處理的基本原理和流水線的動態(tài)調(diào)度指令級并行性的開發(fā)和非線形流水線內(nèi)容。三、考核要求1.◆流水線的基本原理、基本處理器流水線。2.◆流水線競爭時的性能、結(jié)構(gòu)競爭及防止措施、數(shù)據(jù)競爭及防止措施、控制競爭及防止措施、實現(xiàn)流水線的困難。3.◆基本流水線的擴展、長延時流水線的競爭及其消除。4.◆數(shù)據(jù)競爭的動態(tài)調(diào)度、控制沖突的硬件預(yù)測。5.循環(huán)并行處理、多發(fā)射處理器、編譯支持指令級并行性開發(fā)、在硬件支持下進一步開發(fā)并行性、超級流水線。6.▲非線形流水線。第5章 存儲器層次結(jié)構(gòu) 13(9)學(xué)時一、考核知識點1.存儲器層次結(jié)構(gòu)的基本概念2.Cache主存存儲器層次結(jié)構(gòu)3.改進Cache主存性能的技術(shù)4.主存的組織方式5.虛擬存儲器6.基于程序行為特性的優(yōu)化技術(shù)二、主要內(nèi)容本章介存儲器層次結(jié)構(gòu)的基本概念Cach、主存和虛存等基礎(chǔ)部分和改進Cach/主存性能的新技術(shù)，最后以Alpha機存儲系統(tǒng)為實例綜合介紹存儲系統(tǒng)的工作過程。三、考核要求1.存儲器的基本性能參數(shù)、存儲器層次結(jié)構(gòu)的基本原理、存儲器存儲結(jié)構(gòu)的性能存儲器層次結(jié)構(gòu)對CPU設(shè)計的影響存儲器存儲結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本題。2.◆Cache/主存的映象方式、Cache/主存的映象機構(gòu)、Cache/主存的替換策略、Cache/主存的寫策略、Cache主存存儲器層次結(jié)構(gòu)實例、Cache/主存的性能分析。3.降低失配率、縮短命中時間、減少失配損失Cache的一致性問題。4.單體單字主存結(jié)構(gòu)、單體多字主存結(jié)構(gòu)、多體交叉主存結(jié)構(gòu)、無沖突模塊訪問。5.虛擬存儲器與Cache主存存儲層次的差別虛擬存儲器設(shè)計的基問題、存儲共享和保護、虛擬存儲器實例。6.指令預(yù)取緩沖器、寄存器和寄存器窗口。第6章 計算機輸輸出系統(tǒng) 5(3)學(xué)時三、考核知識點1.引言2.輸輸出設(shè)備類型3.I/O子系統(tǒng)的控制方式4.總線5.I/O子系統(tǒng)性能測量6.總結(jié)二、主要內(nèi)容本章介介紹輸/輸出設(shè)備類型輸輸出子系統(tǒng)的控制方法總線輸/輸出子系統(tǒng)性能測量冗余磁盤陣(RAI)技術(shù)。三、考核要求1.數(shù)據(jù)表示設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備、存儲設(shè)備、廉價磁盤冗余陣列。2.程序控制I/O處理器。3.總線分類與選擇、總線標(biāo)準(zhǔn)。4.I/O性能預(yù)測I/O系統(tǒng)性能測量。第7章 網(wǎng)絡(luò)并行計算系統(tǒng) 5(3)學(xué)時一、考核知識點1.引言2.通用互連網(wǎng)絡(luò)3.工作站并行計算系(NOW計介紹4.總結(jié)：虛擬并行機PVM二、主要內(nèi)容本章的重點是以應(yīng)用通用互連網(wǎng)絡(luò)和商品化的工作站構(gòu)成并行計算系統(tǒng)的硬軟件技術(shù)包互連網(wǎng)絡(luò)原理工作站網(wǎng)絡(luò)并行計算系統(tǒng)實例介紹和實現(xiàn)絡(luò)并行計算的系統(tǒng)軟件技術(shù)。三、考核要求1.網(wǎng)絡(luò)原理、多機互連網(wǎng)絡(luò)。2.工作站并行計算系(NOW計)介紹。3.PVM結(jié)構(gòu)簡介PVM內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析。第8章 多處理器計算機結(jié)構(gòu) 5(4)學(xué)時一、考核知識點1.引言2.集中共享存儲器式多處理器體系結(jié)構(gòu)3.分布共享存儲器式多處理器體系結(jié)構(gòu)4.同步5.存儲器連貫性模型二、主要內(nèi)容本章的重點共享存儲器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的多處理器系統(tǒng)包括集中共享存儲和分布共享存儲器結(jié)構(gòu)、同步機制和存儲器一致性模型等內(nèi)容。三、考核要求1.并行體系結(jié)構(gòu)的分類、通信模型和存儲器體系結(jié)構(gòu)、通信機制的性能度量、不同通信機制的優(yōu)點、并行處理帶來的挑戰(zhàn)。2.實施一致性的基本機制、兩種監(jiān)聽協(xié)議、基本實現(xiàn)技術(shù)、協(xié)議實例。3.基本目錄的Cache一致性協(xié)議基礎(chǔ)、目錄協(xié)議示例、基于目錄的一致性協(xié)議性能。4.基于硬件原語、利用一致性機制實現(xiàn)鎖功能、同步性能要求、柵欄同步、大規(guī)模機器的同步。5.程序員的觀點、存儲器連貫性的松弛模型、松弛模型的實現(xiàn)、松弛模型的性能、對連貫性模型的最后評論。六.教學(xué)環(huán)節(jié)計算機體系結(jié)構(gòu)是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門指定選修課，其教學(xué)環(huán)節(jié)為教師面授學(xué)生自學(xué)實驗上機習(xí)題練習(xí)等其目的就是加深對該課程的學(xué)習(xí)，來掌握計算機體系結(jié)構(gòu)的基本概念、設(shè)計思想及定量分析算法，分析計算機設(shè)計中遇到的各種限制因素，培養(yǎng)正確選擇各種折衷方案的能力。為今后的學(xué)習(xí)和研究打下良好的基礎(chǔ)。七.實驗與課程設(shè)計環(huán)節(jié)計算機體系結(jié)構(gòu)的實驗可選以Linux、Windows或UNX為平臺，安排上機實驗課和課程設(shè)計。設(shè)置以下實驗：上機實驗課配合課堂教學(xué)，深化所學(xué)內(nèi)容。課程設(shè)計通過對基準(zhǔn)程序的了解和測試，使學(xué)生建立系統(tǒng)整體概念，了解計算機體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計及實現(xiàn)思想。八.考試要求本標(biāo)準(zhǔn)各章考核要求中所列要求均屬考試內(nèi)容，學(xué)生可標(biāo)準(zhǔn)化考試和非標(biāo)準(zhǔn)化考試兩種考試形式的任一種：1標(biāo)準(zhǔn)化考試①試卷分為易中難三個檔次在每份試卷中所占比例依次為352；②試題類型有單項選擇題、多項選擇題、填空題、簡答題、應(yīng)用題和綜合題；③考試采用閉卷筆試(0%)和實驗上機(30%)兩種方式，閉卷筆試時間為120