《计算机系统结构》课程教学实施细则

开放教育学部计算机系统结构课程教育实施细则计算机系统结构课程是开放教育(本科)计算机科学和技术专业的必选课。 为搞好本课程教学与管理，确保本课程教学质量，实现开放教育本科培养目标，制定计算机系统结构课程教学实施细则。一、课程性质和教学目的(一)课程的学科性质、学科特点和任务；计算机系统结构是计算机科学和技术专业的基础理论课程，该课程承担着为学习者计算机系统理论奠定基础的任务。(二)教育目的；具体介绍了指令系统、存储系统、输入输出系统、流水线和并行处理技术，使学生能够全面掌握计算机系统结构的基本概念、基本原理、基本结构和基本分析方法。二、课程的主要内容和教学要求(一)教育的主要内容；1、计算机系统分层结构体系结构、结构、实现定义体系结构、结构和实现三方关系计算机系统结构分类计算机系统设计定量原理计算机系统结构评价标准高性能技术2 .基本指令系统复杂的指令系统-CISC指令系统- RISC3 .存储系统原理交叉存取存储器Cache存储器虚拟存储器4 .信道处理器输入/输出处理器，中断输入/输出原理系统5 .流水线工作原理时空图超过线性流水线性能分析标准值的处理器超流水线处理器超流水线超标处理机6 .向量处理的基本概念增强普通向量处理器向量处理器性能的普通技术向量处理器性能评估7 .互联网的基本概念消息传递机制互联网实例8.SIMD计算机型号SIMD计算机的基本结构9 .多处理器配置多处理器性能多处理器Cache完整性多处理器的示例(二)各章教学要求；第一章计算机系统结构的基本概念1 .重点把握：计算机系统层次结构、系统结构定义、计算机结构定义、计算机实现定义、系统结构、结构与实现三者关系、透明度、Amdahl法则、CPU性能公式、局部原理、MIPS定义、MFLOPS定义。2 .把握：系统结构分类，冯诺依曼计算机的特点。3 .了解计算机系统结构的发展、价格、应用、VLSI和算法对系统结构的影响。第二章指令系统如何重点了解RISC的定义和特点，并减少指令的平均执行周期数。2 .掌握：延迟传输技术指令取消技术，重叠寄存器窗口的技术。3 .了解：指令流调整技术，RISC优化编译技术。第三章存储系统1 .重点了解：存储系统定义、存储系统性能参数、地址映射和转换方法、替换算法、Cache存储器工作原理、虚拟存储器工作原理。2 .把握：实现下位交叉存取存储器、上位交叉存取存储器、置换算法。3 .了解cache分析、cache写入、分段存储系统和缓冲区对虚拟存储系统性能的影响。第4章输入输出系统1、重要把握：三种基本输入输出方式及各自的工作原理。2 .掌握：信道类型信道内的数据传输过程和流量分析。了解：输入输出系统的特点输入输出系统组织方式通道的作用功能通道的工作过程。第五章标量处理器1、重点把握：流水线工作原理、时空图、线性流水线、输入任务连续状况订货功能、线性流水线吞吐量、加速比和效率、超标处理机工作原理和性能分析、超标处理机工作原理和性能分析、超标处理机工作原理和性能分析。2 .掌握输入任务的不连续状况订货功能、线性流水线性能分析、超标处理器的典型结构、超流水线处理器的典型结构、超标处理器的典型结构。3 .理解：流水线计算机的内存结构，流水线中段的控制方法，流水线技术的开发。第六章矢量处理机1 .重点把握：矢量处理、三种矢量处理方式、内存-内存结构、寄存器-寄存器结构。2 .掌握：链接技术。3 .知道向量处理器的示例数据结构和访问模式、稀疏矩阵处理技术、协处理器以及向量处理器。第七章互联网络1 .重点把握：互联网的作用、静态网络、动态网络。2 .了解：存储转移路径、虫蚀路径、线路交换路径、虚拟路径路径3 .了解互连函数、虚拟信道、单播、无线电、无线电、会议、信道通信、网络通信延迟。第八章SIMD计算机1 .重点把握并行处理机的基本结构、SIMD计算机的基本结构、阵列处理机的基本结构、SIMD计算机的优缺点。掌握SIMD计算机的例子。了解SIMD计算机的模型、并行算法。第九章多处理器1、重点把握：共享内存多处理器、分布式内存多处理器、多处理器系统的特点。2 .把握：多处理器的例子。3 .理解虚拟共享存储器、多处理器性能模型、多处理器的Cache完整性、监听协议、基于目录的协议、MPP、SMP、机器群系统。三、介质资源介绍本课程目前开发和配置的教育媒体资源如下：1 .文字教材主要教材由清华大学出版社出版计算机系统结构 (第一版)，作者：郑纬民，汤志忠。2 .音像资源。(1)中央电大学生转播教室2点。 (另外，中央电大课程组每学期要重新制作直播课程节目，进行重点指导，对教育问题进行探讨和说明，各基础教育组要认真组织收视，把有关信息传达给各学生。 中所述情节，对概念设计中的量体体积进行分析(2)重庆电大直播教室vcdCD请联系本校现代教育技术中心购买。3 .在线资源：除中央电大资源外，本校制作的在线教育平台发布的资源如下(1)用于指导教育的是授课说明、授课纲要、授课教育实施细则各1篇(2)教育指导的动态文本资源是重要的难点分析9篇(3)教育指导的流媒体资源是： IP课件(live class ) 60讲义(4)用于学习过程评价的是自测第3篇(5)期末复习使用的是期末复习指导和综合练习题。以上资源、文字资源由本校教务处提供，音像资源由本校远程开放教育技术中心提供，网络资源由学生登录本校教育平台查阅。四、课程介绍教育平台是指在其中部署教育活动的虚拟或具体的教育环境。 本课程的教学平台有三个类别：1 .网络教育平台。网络教育平台是一个综合教育服务支持系统，包括网络教学、网上师生交流、网上作业、网上自学、网上考试、质量评价等多项服务。 为学生提供实时和非实时的教育指导服务。本课程的网络教育平台为“电大在线”，进入路径为重庆电大主页( )教育平台-输入：用户名、密码-点击：开放本科专业/计算机科学与技术专业-点击：点击2 .音像制品教育平台。 本课程的中央电大主持教师的实况转播讲座、实况转播指导课和期末复习、重庆电大的实况转播课、实况转播指导课都有视频和CD产品。3 .面试指导平台。 各分校设有本课程面试指导课。五、课程建议(一)本课程的基本框架；本课程教学模式的基本思路是整个教学过程充分体现“开放、自主、灵活、交流”，形成基于网络环境的“一主三学”模式，以学生自主学习为中心，通过指导性辅导，师生共同努力，完成本课程的教学任务。(二)教育战略；教学策略是为达到预定教学效果而采用的教学组织形式、教学方式、教学环节等多种教学行为的综合实施方案。1 .教育组织形式。 根据本课程理论上非常强烈的特点，各分校在实施教学时，从实际教学效果出发，应采用以下教学组织形式(一)个别化自主学习；(二)小组学习、合作学习；(3)集中学习。2 .教育手段。 教育手段是教育活动中师生互相传递信息的工具、媒体和设备。 本课程有以下两种方法(1)传统手段(二)现代信息技术手段。3 .教育方式的方法。 本课程教学方法可采用讨论式、讲义式、案例式等。4 .教育环节。 本课程的教学环节主要有指导(指导)、工作和评价。(三)教育建议和安排；1、以课程为单位组织教学：实施转移开课，允许学生跨专业、跨年级修课，每节课为学生提供教学信息和学习资源，每节课设置责任教师，指导教师，按教学指导和指导的课程组织教研会和教学活动。2、按课堂教学的主要环节安排：安排学生自学内容和时间安排教学指导内容和教学指导时间安排学生作业、实践、自考内容和学生复习作业、实践、自考的时间。3、课堂教学中教师把教学变成辅导学，把教学变成辅导学：把单一的知识讲义变成系统概要讲义、重要的难点指导、学习方法指导和作业讲评等，帮助必须把注入式教学变成指导式、模块式、讨论式、案例式、讲义式教学的学生手工收集学习信息和资源，学生掌握学习的一般方法4 .多媒体与手段开展教学指导：将单一面试指导转变为双向视频指导、音像指导、面试指导、在线指导、电话指导等多种形式的指导，将传统粉笔与黑板面试指导转变为多媒体组合教学指导。5、通过电话、电子邮件、在线讨论、小组讨论等互动手段组织师生互动教育活动。(四)学生的自学建议；1 .在教师指导下制定个人学习计划2、参考试行要求，根据个人实际情况，决定适当的学习方式、学习媒体、学习时间和场所3、利用学校提供的学习支持服务进行个体化学习，参加小组学习和集中指导4 .积极参加网上讨论、电话问答等互动式教学活动5 .遵守学习规律，按时完成各阶段的学习任务6 .填写个人学习日志，立即进行学习总结六、课堂教学、学、考试一体化设计(一)对教育和学习的基本要求；在理论教育中要充分体现“指导学”、“补习学”和“促进学”。 要求分三个阶段切实指导学生的学习。 一般来说，设立总学校时约40%是自主学习时间，总学校时约30%是教育指导时间总学校时约30%左右的时间用于形成性审查工作、自测、复习等环节。(2)学习方式的建议和要求1、个别化学习：个别化学习是指学生在具备网络环境的基础上自己决定学习方式，自己管理学习过程，完成学习任务。 对于个体化自主学习者，各分校要求：(一)在教师指导下制定个人学习计划；(2)根据个人的实际情况，决定适当的学习方式、学习媒体、学习时间和场所(3)利用学校提供的学习支持服务，参加小组学习和集中指导(4)积极参加网络讨论、电话问答等互动式教学活动(5)遵守学习规律，按时完成各阶段的学习任务和形成性评价(6)填写个人学习日志，及时进行学习总结。2 .合作学习：合作学习是指学习者以小组形式通过对话活动共同完成学习任务。 本课程在一定程度上学习困难，因此完全自学很难达到预定的教育目的，协调学习是适合学习者选择的方式。 各分校要求以合作方式完成学习任务的学生：(一)制定小组学习计划；(二)通过网络手段组织和积极参与小组活动；(3)及时反馈教育信息，加强与指导教师、同学的联系3、集中学习：集中学习主要解决共性学习问题，方式有双向视频指导、面试指导、集中讨论。 时间一般预定在入学、中期、期末。(三)学习进展建议序列号章目学时数第一章计算机系统结构的基本概念十二学时第二章指令系统八年级第三章存储系统十六学时第四章输入输出系统八年级第五章标量处理器十四学时第六章矢量处理机六学时第七章互连网络八年级第八章SIMD计算机六学时第九章多处理器六学时复习集中指导(问题型、难易度)六学时(四)教育一体化设计；课的性质必选课上课总学时九十学时集中学习的时候29学时媒体资源文字教材，平日工作，中央电大直播课，重庆电大自建教学指导VCD光盘，在线视频请求60课，在线平台资源包括教学实施方案，教学指导，电子教案等单元学习形式学习内容、形式、方式、方法备注第一章计算机系统结构的基本概念个别化自主学习(6学时)内容1、计算机系统分层结构2、系统结构、结构与实现定义3、系统结构、结构与实现三者关系4、计算机系统结构分类5、计算机系统设计定量原理6、计算机系统结构评价标准7、高性能技术等日常工作部分独立完成小组学习(2学时)内容和自学相同的内容完成相关工作日的工作集中学习(4学时)内容计算机系统层次结构、系统结构定义、计算机结构定义、计算机实现定义、系统结构、结构与实现三者关系、透明性、Amdahl法则、CPU性能式、局部性原理、MIPS定义、MFLOPS定义、系统结构分类、冯诺依曼计算机特征等放学后练习题的一部分。形式申请、面试和在线电子教案方式回答整理单元重点内容的质疑方法说明，问答第二章指令系统个别化自主学习(5学时)内容1 .基本指令系统2 .复杂的指令系统-CISC； 3 .简化指令系统- -独立完成-RISC等日常工作的一部分小组学习(2学时)内容和自学相同的内容完成相关工作日的工作集中学习(3学时)内容掌握RISC的定义和特征、减少指令平均执行周期数的方法、内容：延迟迁移技术指令取消技术、重叠寄存器窗口技术等下课练习题的一部分第一次工作日的工作部分的内容形式申请、面试和在线电子教案方式回答整理单元重点内容的质疑方法说明、问答、练习第三章存储系统个别化自主学习(8学时)内容1存储系统原理