《計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》教學(xué)大綱(共10頁)

精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上教 學(xué) 大 綱課程名稱 計算機系統(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 計算機科學(xué)與工程系 制訂日期 1999年 東 南 大 學(xué)課 程 基 本 情 況課程名稱計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程編號09406先修要求計算機組成原理、接口與通信、操作系統(tǒng)、編譯原理授課對象計算機專業(yè)本科講課學(xué)時48學(xué)時實驗學(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計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（張晨曦主編）教學(xué)參考書計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（陸鑫達(dá)等編）計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（鄭緯民等編）課程的地位、作用及任務(wù)隨著計算機硬件、軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，怎樣合理地分配計算機軟、硬件功能，最大限度地開發(fā)計算機的并行性，達(dá)到最佳性能/價格，是計算機系統(tǒng)設(shè)計人員最關(guān)心的課題。對計算機專業(yè)本科生而言，不僅要掌握計算機的軟、硬件系統(tǒng)組成及工作原理，具有開發(fā)與應(yīng)用技能；而且必須進(jìn)一步掌握計算機系統(tǒng)設(shè)計的基本原理和方法。計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)正是這樣一門面向計算機系統(tǒng)分析與設(shè)計的課程。計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是計算機專業(yè)本科生的一門系統(tǒng)分析與設(shè)計綜合課程。目的之一是從計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)觀點出發(fā)，掌握如何分析和設(shè)計計算機系統(tǒng)，并對計算機系統(tǒng)軟、硬件功能進(jìn)行合理分配，以及如何最佳地實現(xiàn)分配給硬件的功能，達(dá)到最佳性能/價格；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)在計算機系統(tǒng)中的應(yīng)用和實現(xiàn)方法，以實現(xiàn)計算機系統(tǒng)性能/價格的優(yōu)化。本課程的任務(wù)是立足于系統(tǒng)設(shè)計者角度，分析和評價影響系統(tǒng)性能/價格的因素；研究計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計方法；掌握并行處理技術(shù)在現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中的應(yīng)用和實現(xiàn)方法。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生能夠掌握計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計方法，同時掌握最新的計算機流水技術(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，分為計算機系統(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. 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本概念 理解計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定義、含義與組成，掌握研究計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要性，掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類、評價方法。2. 計算機系統(tǒng)設(shè)計準(zhǔn)則 理解與掌握計算機系統(tǒng)設(shè)計中常用的幾個設(shè)計準(zhǔn)則。3. 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類 理解與掌握幾種計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類方法及特點。4. 計算機性能評價 理解與掌握計算機性能指標(biāo)、評價方法。5. 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展 研究影響計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的三大因素，以及計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從馮·諾依曼機到現(xiàn)代微機結(jié)構(gòu)的發(fā)展過程和并行性開發(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 掌握指令系統(tǒng)設(shè)計基本思想、設(shè)計原則、衡量指標(biāo)，深刻領(lǐng)會指令系統(tǒng)的設(shè)計步驟和思想，掌握幾種類型的指令系統(tǒng)集特點。3. 指令集功能設(shè)計 掌握CISC和RISC風(fēng)格的指令功能集的設(shè)計思想、設(shè)計原則及優(yōu)化方法。4. 尋址方式設(shè)計 研究操作訪問的編址和尋址方式，掌握尋址方式的選擇原則頻帶分析法。5. 指令格式設(shè)計及優(yōu)化 掌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 存儲系統(tǒng)1. 存儲系統(tǒng)設(shè)計基本原理 掌握存儲系統(tǒng)的構(gòu)成及其設(shè)計原則訪存局部性原理。2. 高速緩沖存儲器（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. 虛擬存儲器 以Pentium為例，掌握虛擬存儲器的結(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、先行控制到流水線的發(fā)展，掌握標(biāo)量流水工作原理、分類原則、性能指標(biāo)及其分析、評價方法。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)處理方法動態(tài)預(yù)測轉(zhuǎn)移技術(shù)。3. 流水線的實現(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)計與實現(xiàn)方法。4. 指令級并行技術(shù)分析現(xiàn)代微機所采用的動態(tài)執(zhí)行技術(shù)（動態(tài)預(yù)測轉(zhuǎn)移、動態(tài)調(diào)度、基于硬件的推斷執(zhí)行），掌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，及向量長度控制、訪問步長及向量處理方法。2. 向量處理機結(jié)構(gòu)掌握向量流水工作原理，根據(jù)不同向量處理機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，掌握其存儲系統(tǒng)的設(shè)計方法及并行存儲器無沖突訪問技術(shù)。3. 增強向量處理性能方法 掌握向量指令級并行性開發(fā)方法、向量處理機性能指標(biāo)及評價方法。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、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?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 掌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 并行處理技術(shù)1. 并行處理技術(shù) 掌握并行性開發(fā)策略的原理及其應(yīng)用范圍。2. SIMD并行處理機 掌握并行處理機結(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中采用的SIMD技術(shù)(MMX技術(shù))。3. 并行存儲器無沖突訪問 根據(jù)并行存儲器的訪問需求，分析存在問題、找出解決方法。4. 多處理機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)掌握多處理機與SIMD機的主要區(qū)別，及多處理機結(jié)構(gòu)、機間互連方式、Cache的一致性處理方法，通過具體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) 掌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)掌握多處理機操作系統(tǒng)的類型及其實現(xiàn)技術(shù)。實驗內(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)和存儲系統(tǒng)的設(shè)計。 目的：掌握指令系統(tǒng)和存儲系統(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。對學(xué)生能力培養(yǎng)的要求1. 掌握計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念、組成部分及設(shè)計原則。2. 掌握計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各組成部分的分析、設(shè)計原則和方法。3. 掌握現(xiàn)代微機所采用的流水技術(shù)工作原理和實現(xiàn)方法。4. 掌握計算機并行處理技術(shù)和并行程序設(shè)計方法。課 程 學(xué) 時 分 配 表教 學(xué) 內(nèi) 容講課學(xué)時實驗學(xué)時上機學(xué)時習(xí)題課其他計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)含義、組成、分類、設(shè)計準(zhǔn)則3計算機性能及其評價，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)計方法及引入原則，指令系統(tǒng)總體設(shè)計3功能設(shè)計、尋址方式設(shè)計、指令格式設(shè)計及優(yōu)化、RISC采用技術(shù)3指令系統(tǒng)課程設(shè)計指令系統(tǒng)設(shè)計(3學(xué)時)存儲體系設(shè)計原理，高速緩存原理及其設(shè)計3虛擬存儲器原理及其設(shè)計3存儲系統(tǒng)課程設(shè)計3存儲系統(tǒng)設(shè)計(3學(xué)時)標(biāo)量流水工作原理、數(shù)據(jù)相關(guān)處理3流水線控制與實現(xiàn)，動態(tài)調(diào)度3指令級流水技術(shù)3向量流水處理3互連網(wǎng)絡(luò)3并行處理技術(shù)，SIMD并行處理機結(jié)構(gòu)、并行算法3多處理機系統(tǒng)及并行性開發(fā)技術(shù)3合計396 課內(nèi)外學(xué)時比：1：2.5專心-專注-專業(yè)