《計算機系統(tǒng)結構》教學大綱(共10頁)

精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上教 學 大 綱課程名稱 計算機系統(tǒng)結構 課程負責人 任國林 學 時 48 學 分 3 開課院系 計算機科學與工程系 制訂日期 1999年 東 南 大 學課 程 基 本 情 況課程名稱計算機系統(tǒng)結構課程編號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)本科講課學時48學時實驗學時8學時（課程設計）上機學時教材名稱及主編姓名計算機系統(tǒng)結構（張晨曦主編）教學參考書計算機系統(tǒng)結構（陸鑫達等編）計算機系統(tǒng)結構（鄭緯民等編）課程的地位、作用及任務隨著計算機硬件、軟件技術的不斷發(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)設計人員最關心的課題。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)與應用技能；而且必須進一步掌握計算機系統(tǒng)設計的基本原理和方法。計算機系統(tǒng)結構正是這樣一門面向計算機系統(tǒng)分析與設計的課程。計算機系統(tǒng)結構是計算機專業(yè)本科生的一門系統(tǒng)分析與設計綜合課程。目的之一是從計算機系統(tǒng)的層次結構觀點出發(fā)，掌握如何分析和設計計算機系統(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)，研究流水技術和并行處理技術在計算機系統(tǒng)中的應用和實現(xiàn)方法，以實現(xiàn)計算機系統(tǒng)性能/價格的優(yōu)化。本課程的任務是立足于系統(tǒng)設計者角度，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)結構的分析和設計方法；掌握并行處理技術在現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中的應用和實現(xiàn)方法。通過本課程的學習，要求學生能夠掌握計算機系統(tǒng)結構的分析和設計方法，同時掌握最新的計算機流水技術和并行處理技術。教學內容和基本要求 本課程主要教學內容有七章，分為計算機系統(tǒng)結構設計、并行處理技術兩大部分。第一章 系統(tǒng)結構設計基礎1. 計算機系統(tǒng)結構基本概念 理解計算機系統(tǒng)結構定義、含義與組成，掌握研究計算機系統(tǒng)結構的重要性，掌握系統(tǒng)結構的分類、評價方法。2. 計算機系統(tǒng)設計準則 理解與掌握計算機系統(tǒng)設計中常用的幾個設計準則。3. 計算機系統(tǒng)結構分類 理解與掌握幾種計算機系統(tǒng)結構的分類方法及特點。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. 計算機系統(tǒng)結構的發(fā)展 研究影響計算機系統(tǒng)結構發(fā)展的三大因素，以及計算機系統(tǒng)結構從馮·諾依曼機到現(xiàn)代微機結構的發(fā)展過程和并行性開發(fā)的發(fā)展。第二章 指令系統(tǒng)1. 數據表示 掌握數據表示含義、設計方法，以及新數據表示引入原則。2. 指令系統(tǒng)總體設計 掌握指令系統(tǒng)設計基本思想、設計原則、衡量指標，深刻領會指令系統(tǒng)的設計步驟和思想，掌握幾種類型的指令系統(tǒng)集特點。3. 指令集功能設計 掌握CISC和RISC風格的指令功能集的設計思想、設計原則及優(yōu)化方法。4. 尋址方式設計 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. 指令格式設計及優(yōu)化 掌握操作碼和指令字的設計方法和優(yōu)化方法。6. RISC使用的技術 分析RISC的設計原則，掌握其所采用的窗口重疊技術、優(yōu)化延遲轉移技術、優(yōu)化編譯技術。第三章 存儲系統(tǒng)1. 存儲系統(tǒng)設計基本原理 掌握存儲系統(tǒng)的構成及其設計原則訪存局部性原理。2. 高速緩沖存儲器（Cache）掌握Cache基本結構和工作原理，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結構和一致性處理方法（MESI）。3. 虛擬存儲器 以Pentium為例，掌握虛擬存儲器的結構與實現(xiàn)技術。第四章 標量流水技術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產生原因及其解決方法， 介紹Pentium系列處理器全局相關的先進處理方法動態(tài)預測轉移技術。3. 流水線的實現(xiàn)與控制 掌握流水線的中斷處理方法、非線性流水線調度方法和流水線控制器的設計與實現(xiàn)方法。4. 指令級并行技術分析現(xiàn)代微機所采用的動態(tài)執(zhí)行技術（動態(tài)預測轉移、動態(tài)調度、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. 向量處理機結構掌握向量流水工作原理，根據不同向量處理機的系統(tǒng)結構，掌握其存儲系統(tǒng)的設計方法及并行存儲器無沖突訪問技術。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 互連網絡1. 互連網絡基本概念掌握互連網絡的功能、種類、互連網絡基本工作原理及其性能指標。2. 互連網絡與拓撲結構 掌握互連函數與拓撲結構關系，靜態(tài)與動態(tài)網絡、SIMD與MIMD網絡的實現(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1. 并行處理技術 掌握并行性開發(fā)策略的原理及其應用范圍。2. SIMD并行處理機 掌握并行處理機結構及其工作原理，并行處理機常用并行算法及其不同結構的實現(xiàn)方法，以及Pentium中采用的SIMD技術(MMX技術)。3. 并行存儲器無沖突訪問 根據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)結構掌握多處理機與SIMD機的主要區(qū)別，及多處理機結構、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構及工作原理。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。實驗內容和基本要求 內容：在給定的假設條件下，進行指令系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)的設計。 目的：掌握指令系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)設計的基本原理和方法。 要求：設計指令系統(tǒng)的同時，進行相關系統(tǒng)結構內容的設計。對學生能力培養(yǎng)的要求1. 掌握計算機系統(tǒng)結構的基本概念、組成部分及設計原則。2. 掌握計算機系統(tǒng)結構各組成部分的分析、設計原則和方法。3. 掌握現(xiàn)代微機所采用的流水技術工作原理和實現(xiàn)方法。4. 掌握計算機并行處理技術和并行程序設計方法。課 程 學 時 分 配 表教 學 內 容講課學時實驗學時上機學時習題課其他計算機系統(tǒng)結構含義、組成、分類、設計準則3計算機性能及其評價，影響系統(tǒng)結構發(fā)展因素，并行性發(fā)展3數據表示設計方法及引入原則，指令系統(tǒng)總體設計3功能設計、尋址方式設計、指令格式設計及優(yōu)化、RISC采用技術3指令系統(tǒng)課程設計指令系統(tǒng)設計(3學時)存儲體系設計原理，高速緩存原理及其設計3虛擬存儲器原理及其設計3存儲系統(tǒng)課程設計3存儲系統(tǒng)設計(3學時)標量流水工作原理、數據相關處理3流水線控制與實現(xiàn)，動態(tài)調度3指令級流水技術3向量流水處理3互連網絡3并行處理技術，SIMD并行處理機結構、并行算法3多處理機系統(tǒng)及并行性開發(fā)技術3合計396 課內外學時比：1：2.5專心-專注-專業(yè)