计算机体系结构(系统结构)教学大纲

1、学时数：48学时学分：3授课对象：计算机科学与技术及相关专业本科学生先修课程：计算机组成原理，数字逻辑，操作系统，编译原理一、课程的性质和目的系统分析这一本课程是计算机专业一门重要的专业基础课。其目的是提高学生从总体结构、层次来研究和分析计算机系统的能力，帮助学生建立整机的概念；使学生掌握计算机系统结构的基本概念、基本原理、基本结构、基本设计和分析方法，并对计算机系统结构的发展历史和现状有所了解。二、教学内容及要求第一章计算机系统结构的基本概念计算机系统结构的概念（计算机系统的层次结构，计算机系统结构，计算机组成，计算机实现，系列机）计算机系统结构的发展影响计算机系统结构的成本和价格因素定量分

2、析技术基础（计算机性能评测的基本概念，测试程序，性能设计和评测的基本原则，Amdahl定律，CPU的性能）计算机系统结构中并行性的发展（并行性概念，提高并行性的技术途径）第二章计算机指令集结构设计指令集结构的分类寻址技术指令集结构的功能设计操作数的类型、表示和大小指令集格式的设计（寻址方式的表示方法，指令集格式的选择）DLX指令集结构第三章流水线技术流水线的基本概念及分类DLX的基本流水线流水线性能分析（时空图，吞吐率，加速比，效率，消除流水线瓶颈段的方法）流水线中的相关及解决方法（结构相关，数据相关，控制相关，定向技术，指令调度，分支预测，延迟分支等）MIPSR4000流水线计算机简介向量处

3、理机（向量处理方式，向量处理机的概念，提高向量处理机性能的主要技术，向量处理机的性能评价）第四章指令级并行指令级并行的概念（循环展开，相关）指令的动态调度（动态调度的原理，记分牌技术，Tomasulo算法）控制相关的动态解决技术（分支预测缓冲，分支目标缓冲，基于硬件的前瞻执行）多指令流出技术（静态超标量，动态多指令流出，超长指令字）第五章存储器层次结构1.存储器的层次结构（存储层次的性能参数，“Cache主存”层次，“主存辅存”层次）Cache基本知识（映象规则，查找方法，替换算法，写策略，Cache的结构）3.Cache性能分析4.降低Cache失效率的方法（增加Cache块大小，提高相联度

4、，VictimCache,DODCache,硬件预取技术，由编译器控制的预取，编译器优化）减少Cache失效开销的方法（让读失效优先于写，子块放置技术，请求字处理技术，非阻塞Cache技术，采用两级Cache）减少命中时间（小而简单的Cache,虚拟Cache,写操作流水化）提高主存带宽的组织结构虚拟存储器（基本原理,TLB）进程保护和虚存实例AlphaAXP21064存储层次第六章输入输出系统1.I/O系统与外部存储设备可靠性、可用性和可信性廉价磁盘冗余阵列RAIDDRAID0DRAID7）I/O设备与CPU/存储器的连接D总线，通道）I/O系统性能分析DI/O性能与系统响应时间，统）Lit

5、tle定律，M/M/1排队系统，M/M/m排队系6.I/O与操作系统DDMA和虚拟存储器，I/O和Cache数据一致性，异步I/O)第七章多处理机并行计算机系统结构的分类通信模型和存储器的结构模型3.对称式共享存储器系统结构（多处理机Cache一致性,实现一致性的基本方案,监听协议及其实现）4.分布式共享存储器系统结构（基于目录的Cache一致性,目录协议及其实现）互连网络D互连网络的性能参数，静态连接网络，动态连接网络）同步D基本硬件原语，用一致性实现锁，同步性能问题，大规模机器的同步）多处理机实例三、教材及参考书1.教材张晨曦等,计算机体系结构（第二版）,高等教育出版社,2005年。2.参考书1PattersonD.A.andHennessyJ.L.C,omputerArchitecture:AQuantitativeApproach,3rdedition,MorganKaufmann,2002（机械工业出版社,2002）。2尹朝庆，计算机系统结构教程，清华大学出版社，2005年。四、课时安排顺序具体内容（知识模块）课内学时课外学时1素质报告系统的视角自顶向下的思维方式层次结构创新思维和创新能力总体规划：全面培养综合能力22理论教学计算机系统结构的基本概念41计算机指令