《计算机系统基础(下)》课程简介与教学大纲

PAGEPAGE6《计算机系统基础(下)》课程简介课程编号：07024019课程名称：计算机系统基础(下)/IntroductiontoComputerSystems学分:3.5学时：56（课内实验(践)：16上机：课外实践：）适用专业：软件工程建议修读学期：5开课单位：软件工程先修课程：C语言程序设计1、2计算机系统基础(上)考核方式与成绩评定标准：闭卷平时成绩30%期末70%教材与主要参考书目：(1)计算机系统基础（第1版）袁春风机械工业出版社2014(2)深入理解计算机系统(原书第3版)兰德尔•E.布莱恩特(RandalE•Bryant)(作者),等(作者),龚奕利(译者),贺莲译(译者)机械工业出版社2016主要参考书目：(1)TheLinuxProgrammingInterface,MichaelKerrisk.NoStarchPress,2010.内容概述：中文：(控制在300字以内，包括教学内容简述及课程实现目标)本课程是软件工程的专业基础课，从程序员的角度，基于intelX86的硬件平台和Linux，介绍与计算机系统相关的核心概念，解释这些概念如何相互关联并最终影响程序执行的结果和性能。可以使程序员明确程序的执行是如何实现的，并理解与执行密切相关的层次存储结构、异常处理和IO操作。主要内容包括：CPU和数据通路的原理，流水线指令执行、存储器层次结构、异常控制流、I/O操作的实现等。课程实现目标包括：毕业要求3.1理解计算机硬件系统的基本架构与工作原理。体现在理解CPU、数据通路、流水线方式指令执行；掌握各种不同层次存储器的结构与性能特点；理解I/O硬件与软件的接口；毕业要求3.2理解计算机软件系统的基本架构与工作原理。体现掌握cache的原理、一致性以及替换算法，并能结合cache策略分析程序性能；理解进程、异常以及中断，并掌握Linux下signal信号处理系统调用的使用；在系统内核的层次上理解I/O中断的实现原理，并掌握用户级I/O函数的应用，同时知道它们与系统级I/O函数的区别。英文：Thiscourseisarequiredcourseforstudentsofthespecialityofsoftwareengineering.Itmainlyintroducestheprinciplesofcomputersystems(hardwareandsoftware),intheperspectiveofprogrammersandbasedonLinuxX86platform,andhowtheseconceptsareinvolvedintotheexecutionofprograms.Finally,studentscancomprehendhowtheprogramsareexecutedbyCPUanddata-path,towhichtheconceptscloselyrelativesuchaslayeredstoragesystem,exceptionandinterruption.Thematerialsinvolvedinthiscourseincludes:theprinciplesofCPU,datapathandpipeline;thehierarchicalstoragesystemandvirtualmemory;exceptionprocessingandtheimplementofI/O. Theimplementingobjectsofthiscoursearethefollowing. Graduaterequirement3.1:Graduatesshouldcomprehendthefundamentalarchitectureandtheworkingprinciplesofcomputerhardwaresystems.Itisembodiedinthatcomprehendingtheworkingprinciplesofexecutingprogramsincomputersystems,thestructuralandperformancecharacteristicsofdifferentlayerinstoragesystems,andI/Ointerfacesbetweensoftwareandhardware.; Graduaterequirement3.2:Graduatesshouldcomprehendthearchitectureandworkingprinciplesofsoftwaresystems.Itisembodiedinthatgraduatescancomprehendtheprinciplesofcache,theconsistenceandthereplacementpolicy,asaresult,theycananalyzetheperformanceofaprogramcombinedwithcertaincachepolicy.Andtheycancomprehendprocess,exceptionandinterruptioninLinuxenvironment,andknowhowtousesignalsystemcallstodealwithasynchronizedeventswhencoding.ItisalsoembodiedinthattheycancomprehendI/Ooperationinthekernellevel,andunderstandthedifferencebetweensystemI/OandlibraryI/Ofunctions. 《计算机网络》教学大纲课程名称课程编号学分/学时建议开课学期计算机系统基础(下)070240193.5/5645先修课程后续课程开课单位适用专业C语言程序设计1、2计算机系统基础(上)操作系统编译原理软件工程软件工程一、课程性质、目的与任务（说明课程在人才培养过程中的地位及作用，概括本课程的指导思想，提出本课程的任务。包括对学生分析、解决问题的能力，实践能力和创新能力的培养等。）本课程是软件工程的专业基础课，从程序员的角度，基于intelX86的硬件平台和Linux，介绍与计算机系统相关的核心概念，解释这些概念如何相互关联并最终影响程序执行的结果和性能。可以使程序员明确程序的执行是如何实现的，并理解与执行密切相关的层次存储结构、异常处理和IO操作。主要内容包括：CPU和数据通路的原理，流水线指令执行、存储器层次结构、异常控制流、I/O操作的实现等。本课程是软件工程的专业基础课，从程序员的角度，基于intelX86的硬件平台和Linux，介绍与计算机系统相关的核心概念，解释这些概念如何相互关联并最终影响程序执行的结果和性能。可以使程序员明确程序的执行是如何实现的，并理解与执行密切相关的层次存储结构、异常处理和IO操作。主要内容包括：CPU和数据通路的原理，流水线指令执行、存储器层次结构、异常控制流、I/O操作的实现等。课程实现目标包括：毕业要求3.1理解计算机硬件系统的基本架构与工作原理。体现在理解CPU、数据通路、流水线方式指令执行；掌握各种不同层次存储器的结构与性能特点；理解I/O硬件与软件的接口；毕业要求3.2理解计算机软件系统的基本架构与工作原理。体现掌握cache的原理、一致性以及替换算法，并能结合cache策略分析程序性能；理解进程、异常以及中断，并掌握Linux下signal信号处理系统调用的使用；在系统内核的层次上理解I/O中断的实现原理，并掌握用户级I/O函数的应用，同时知道它们与系统级I/O函数的区别。本课程目标为课程教学和课程实验两部分。1．课程教学活动对学生能力培养的安排本课程的目的是使学生深入理解计算机硬件和软件系统对程序和数据的执行的影响，并使他们能结合缓存策略、存储系统、异常控制流和I/O的关系分析程序的具体执行。2．课程实验对学生能力培养的安排通过实验环节，让学生分析缓存策略对程序行为的影响；让学生自己实现内存分配函数malloc，free和realloc，理解数据在内存中的布局和组织，培养学生的编程能力和设计能力。二、教学内容及学时分配（按章节列出内容要求学时等，实验上机项目要列在课程内容一栏）课程名称总学时数为多少学时，其中理论教学为多少学时，实验教学为多少学时；课程教学共有多少章，具体内容及学时安排等如下表所示：课程内容教学要求重点（☆）难点（△）学时安排实验学时上机学时备注(指标)程序的执行A☆Δ83.1层次结构存储系统A☆Δ163.13.2异常控制流A☆Δ103.2IO操作的实现A☆63.2cache模拟63.13.2内存分配函数实现63.2进程与信号43.2（教学基本要求：A-掌握；B-熟悉；C-了解）三、建议实验（上机）项目及学时分配本课程安排3次实验：1.cache模拟实验2.内存分配函数实现3.进程与信号共16学时。四、教学方法与教学手段课程教学以课堂讲授、案例代码分析为主，结合实验、作业等共同实施。鉴于课改需要，本课程参考多本国内外著名教材。五、考核方式与成绩评定标准课程考核成绩采用平时成绩+期终考试成绩相结合的方式，平时成绩占课程考核成绩的30%，平时成绩考核采用课堂提问、作业、实验相结合的方式；期终考试成绩占课程考核成绩的70%，期终考试试卷对应该课程支撑毕业要求指标点的情况如下表所示：课程支撑毕业要求指标点在试卷中的相应分数指标点3.135指标点3.26