《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》教學(xué)大綱(共10頁(yè))

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 教 學(xué) 大 綱 課程名稱(chēng) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 課程負(fù)責(zé)人 任國(guó)林 學(xué) 時(shí) 48 學(xué) 分 3 開(kāi)課院系 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 制訂日期 1999年 東 南 大 學(xué) 課 程 基 本 情 況 課程名稱(chēng) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 課程編號(hào) 09406 先修要求 計(jì)算機(jī)組成原理、接口與通信、操作系統(tǒng)、編譯原理 授課對(duì)象

2、計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)本科 講課學(xué)時(shí) 48學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí) 8學(xué)時(shí)（課程設(shè)計(jì)） 上機(jī)學(xué)時(shí) 教材名稱(chēng) 及主編姓名 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（張晨曦主編） 教學(xué)參考書(shū) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（陸鑫達(dá)等編） 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（鄭緯民等編） 課程的地位、作用及任務(wù) 隨著計(jì)算機(jī)硬件、軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，怎樣合理地分配計(jì)算機(jī)軟、硬件功能，最大限度地開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)的并行性，達(dá)到最佳性能/價(jià)格，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員最關(guān)心的課題。對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)本科生而言，不僅要掌握計(jì)算機(jī)的軟、硬件系統(tǒng)組成及工作原理，具有開(kāi)發(fā)與應(yīng)用技能；而且必須進(jìn)一步掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理和方法。《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》正是這樣一門(mén)面向計(jì)

3、算機(jī)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的課程。 《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)本科生的一門(mén)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)綜合課程。目的之一是從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)出發(fā)，掌握如何分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟、硬件功能進(jìn)行合理分配，以及如何最佳地實(shí)現(xiàn)分配給硬件的功能，達(dá)到最佳性能/價(jià)格；目的之二是從并行處理角度出發(fā)，研究流水技術(shù)和并行處理技術(shù)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)方法，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能/價(jià)格的優(yōu)化。 本課程的任務(wù)是立足于系統(tǒng)設(shè)計(jì)者角度，分析和評(píng)價(jià)影響系統(tǒng)性能/價(jià)格的因素；研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)方法；掌握并行處理技術(shù)在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)方法。 通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生能夠掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)

4、構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)方法，同時(shí)掌握最新的計(jì)算機(jī)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，分為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、并行處理技術(shù)兩大部分。 第一章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 1. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本概念 理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定義、含義與組成，掌握研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要性，掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類(lèi)、評(píng)價(jià)方法。 2. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 理解與掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用的幾個(gè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 3. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類(lèi) 理解與掌握幾種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類(lèi)方法及特點(diǎn)。 4. 計(jì)算機(jī)性能評(píng)價(jià) 理解與掌握計(jì)算機(jī)性能指標(biāo)、評(píng)價(jià)方法。 5.

5、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展 研究影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的三大因素，以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從馮·諾依曼機(jī)到現(xiàn)代微機(jī)結(jié)構(gòu)的發(fā)展過(guò)程和并行性開(kāi)發(fā)的發(fā)展。 第二章 指令系統(tǒng) 1. 數(shù)據(jù)表示 掌握數(shù)據(jù)表示含義、設(shè)計(jì)方法，以及新數(shù)據(jù)表示引入原則。 2. 指令系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 掌握指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本思想、設(shè)計(jì)原則、衡量指標(biāo)，深刻領(lǐng)會(huì)指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和思想，掌握幾種類(lèi)型的指令系統(tǒng)集特點(diǎn)。 3. 指令集功能設(shè)計(jì) 掌握CISC和RISC風(fēng)格的指令功能集的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)原則及優(yōu)化方法。 4. 尋址方式設(shè)計(jì) 研究操作訪問(wèn)的編址和尋址方式，掌握尋址方式的選擇原則

6、—頻帶分析法。 5. 指令格式設(shè)計(jì)及優(yōu)化 掌握操作碼和指令字的設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化方法。 6. RISC使用的技術(shù) 分析RISC的設(shè)計(jì)原則，掌握其所采用的窗口重疊技術(shù)、優(yōu)化延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)、優(yōu)化編譯技術(shù)。 第三章 存儲(chǔ)系統(tǒng) 1. 存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原理 掌握存儲(chǔ)系統(tǒng)的構(gòu)成及其設(shè)計(jì)原則—訪存局部性原理。 2. 高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache） 掌握Cache基本結(jié)構(gòu)和工作原理，研究地址映象與變換、替換策略和更新策略的工作原理和設(shè)計(jì)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)和一致性處理方法（MESI）。 3. 虛擬存儲(chǔ)器

7、以Pentium為例，掌握虛擬存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)與實(shí)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、先行控制到流水線的發(fā)展，掌握標(biāo)量流水工作原理、分類(lèi)原則、性能指標(biāo)及其分析、評(píng)價(jià)方法。 2. 流水操作中的主要障礙 掌握流水操作中的幾種相關(guān)產(chǎn)生原因及其解決方法， 介紹Pentium系列處理器全局相關(guān)的先進(jìn)處理方法—?jiǎng)討B(tài)預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移技術(shù)。 3. 流水線的實(shí)現(xiàn)與控制 掌握流水線的中斷處理方法、非線性流水線調(diào)度方法和流水線控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。 4. 指令級(jí)并行技術(shù) 分析現(xiàn)代微機(jī)所采用的動(dòng)態(tài)執(zhí)行技術(shù)（動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移、動(dòng)態(tài)調(diào)度、基于硬件的推斷執(zhí)行）

8、，掌握流水線中指令級(jí)并行性開(kāi)發(fā)（超標(biāo)量、VLIW、超級(jí)流水等）的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法。 第五章 向量流水處理 1. 向量流水處理 掌握幾種向量處理方式，及向量長(zhǎng)度控制、訪問(wèn)步長(zhǎng)及向量處理方法。 2. 向量處理機(jī)結(jié)構(gòu) 掌握向量流水工作原理，根據(jù)不同向量處理機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，掌握其存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及并行存儲(chǔ)器無(wú)沖突訪問(wèn)技術(shù)。 3. 增強(qiáng)向量處理性能方法 掌握向量指令級(jí)并行性開(kāi)發(fā)方法、向量處理機(jī)性能指標(biāo)及評(píng)價(jià)方法。 第六章 互連網(wǎng)絡(luò) 1. 互連網(wǎng)絡(luò)基本概念 掌握互連網(wǎng)絡(luò)的功能、種類(lèi)、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) 掌握互連函數(shù)與拓

9、撲結(jié)構(gòu)關(guān)系，靜態(tài)與動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)、SIMD與MIMD網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)原理。 3. 消息傳遞機(jī)制 掌握消息傳遞機(jī)制的性能、路由算法、死鎖及流控問(wèn)題的解決方法。 第七章 并行處理技術(shù) 1. 并行處理技術(shù) 掌握并行性開(kāi)發(fā)策略的原理及其應(yīng)用范圍。 2. SIMD并行處理機(jī) 掌握并行處理機(jī)結(jié)構(gòu)及其工作原理，并行處理機(jī)常用并行算法及其不同結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，以及Pentium中采用的SIMD技術(shù)(MMX技術(shù))。 3. 并行存儲(chǔ)器無(wú)沖突訪問(wèn) 根據(jù)并行存儲(chǔ)器的訪問(wèn)需求，分析存在問(wèn)題、找出解決方法。 4. 多處理機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 掌握多處理機(jī)與SIMD機(jī)的主要區(qū)別，及多處理機(jī)結(jié)構(gòu)

10、、機(jī)間互連方式、Cache的一致性處理方法，通過(guò)具體案例分析多處理機(jī)的體系結(jié)構(gòu)及工作原理。 5. 多處理機(jī)中并行性開(kāi)發(fā) 掌握多處理機(jī)中并行開(kāi)發(fā)語(yǔ)言、編譯程序、并行算法方面并行性開(kāi)發(fā)的基本原理。 6. 多處理機(jī)操作系統(tǒng) 掌握多處理機(jī)操作系統(tǒng)的類(lèi)型及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)。 實(shí)驗(yàn)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)和存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 目的：掌握指令系統(tǒng)和存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理和方法。 要求：設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)的同時(shí)，進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)容的設(shè)計(jì)。 對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的要求 1. 掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念、組成部分及設(shè)計(jì)原則。 2. 掌握計(jì)

11、算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各組成部分的分析、設(shè)計(jì)原則和方法。 3. 掌握現(xiàn)代微機(jī)所采用的流水技術(shù)工作原理和實(shí)現(xiàn)方法。 4. 掌握計(jì)算機(jī)并行處理技術(shù)和并行程序設(shè)計(jì)方法。 課 程 學(xué) 時(shí) 分 配 表 教 學(xué) 內(nèi) 容 講課 學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn) 學(xué)時(shí) 上機(jī) 學(xué)時(shí) 習(xí)題課 其他 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)含義、組成、分類(lèi)、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 3 計(jì)算機(jī)性能及其評(píng)價(jià)，影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展因素，并行性發(fā)展 3 數(shù)據(jù)表示設(shè)計(jì)方法及引入原則，指令系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 3 功能設(shè)計(jì)、尋址方式設(shè)計(jì)、指令格式設(shè)計(jì)及優(yōu)化、RISC采用技術(shù) 3 指令系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

12、 指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)(3學(xué)時(shí)) 存儲(chǔ)體系設(shè)計(jì)原理，高速緩存原理及其設(shè)計(jì) 3 虛擬存儲(chǔ)器原理及其設(shè)計(jì) 3 存儲(chǔ)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 3 存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(3學(xué)時(shí)) 標(biāo)量流水工作原理、數(shù)據(jù)相關(guān)處理 3 流水線控制與實(shí)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)調(diào)度 3 指令級(jí)流水技術(shù) 3 向量流水處理 3 互連網(wǎng)絡(luò) 3 并行處理技術(shù)，SIMD并行處理機(jī)結(jié)構(gòu)、并行算法 3 多處理機(jī)系統(tǒng)及并行性開(kāi)發(fā)技術(shù) 3 合計(jì) 39 6 課內(nèi)外學(xué)時(shí)比：1：2.5 專(zhuān)心---專(zhuān)注---專(zhuān)業(yè)