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

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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 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 課程負責人 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

2、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；而且必須進一步掌握計算機系統(tǒng)設(shè)計的基本原理和方法?！队嬎銠C系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》正是這樣一門面向計

3、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、硬件功能進行合理分配，以及如何最佳地實現(xiàn)分配給硬件的功能，達到最佳性能/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，要求學(xué)生能夠掌握計算機系統(tǒng)結(jié)

4、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、評價方法。 5.

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，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

6、—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性能指標的因素及優(yōu)化方法。 介紹先進的Cache結(jié)構(gòu)和一致性處理方法（MESI）。 3. 虛擬存儲器

7、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 標量流水技術(shù) 1. 標量流水工作原理 介紹重疊、先行控制到流水線的發(fā)展，掌握標量流水工作原理、分類原則、性能指標及其分析、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）

8、，掌握流水線中指令級并行性開發(fā)（超標量、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。 2. 互連網(wǎng)絡(luò)與拓撲結(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)

10、、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

11、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 習題課 其他 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)含義、組成、分類、設(shè)計準則 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

12、 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 39 6 課內(nèi)外學(xué)時比：1：2.5 專心---專注---專業(yè)