《计算机体系结构》课程教学大纲.doc

课程编号：“计算机体系结构”课程教学大纲computer architecture course outline50学时 3学分一、课程的性质、目的及任务计算机体系结构是计算机科学与技术专业的核心课程之一，与计算机组成原理、微型计算技术课程等课程彼此交叉重复，但各有侧重，彼此相互补充、相互辅助。计算机体系结构重点论述计算机系统的各种基本结构、设计技术和性能分析方法，计算机组成原理侧重讨论计算机基本部件的构成和组成方式，基本运算的操作原理和单元的设计思想、操作方式及其实现；而微型计算机技术则突出应用，详细讲述微处理器芯片、计算机主版、接口技术和应用编成方法。本课程的目的及任务是：使学生通过本课程的学习，在计算机基本部件构成的基础上，了解计算机系统的各种基本结构，掌握在计算机设计的各个环节中影响性能的因素，以及提高性能的各种理论和方法，并通过定量分析技术对设计中的整体和局部的性能进行评价，提供科学依据。二、适用专业电子科学与技术、计算机应用三、先修课程计算机导论四、课程的基本要求通过本课程的学习，学生应能达到下列要求：1、计算机体系结构的基本概念（1）了解体系结构的概念：层次概念，性价比，数据表示，性能量纲，翻译和解释等。（2）了解体系结构的发展并行性的发展：存储程序机器的结构特点，分布的i/o处理能力，保护的存储器空间，存储器组织结构的发展，并行处理技术，指令集的发展。（3）了解计算机的分代和分型，计算机实现技术的发展。（4）掌握执行程序的的并行级别，处理数据的并行级别，提高并行性的技术途径。（5）熟练掌握定量分析技术：响应时间，测试程序，大概率事件优先原则，amdahl定律，系统加速比，程序局部性原理，cpu时间，cpi 。2、计算机指令集结构设计（1）掌握指令集结构的分类：堆栈方式，累加器方式，寄存器方式。（2）理解通用寄存器型指令集结构分类：寄存器-寄存器型，寄存器-存储器型，存储器-存储器型。（3）了解各种寻址技术，熟练掌握寄存器寻址，立即值寻址，偏移寻址等。（4）理解cisc指令集功能特点，risc指令集功能特点，控制指令。（5）理解操作数的类型、表示和大小，掌握指令集格式设计。（6）了解编译技术与计算机体系结构的关系及其相互影响。（7）熟练掌握和理解dlx指令集结构和表示。3、流水线技术（1）了解流水线的分类,掌握各种流水线的特点。（2）熟练掌握dlx基本流水线的各功能段的任务,总结各功能段的异同点,对不同指令各个段的含义。（3）掌握dlx流水线的性能分析和计算,吞吐率,最大吞吐率,加速比,效率等的计算。熟练流水线时空图的画法。（4）理解流水线中的结构相关，重点掌握数据相关和控制相关。（5）了解mips r4000整型流水线，了解向量处理机。4、指令级并行（1）掌握循环展开的基本方法，循环展开对编译器的要求。（2）了解相关性中的数据相关，名相关，反相关的含义。（3）理解指令的动态调度的原理，掌握计分牌动态调度的各阶段的任务，掌握tomasulo算法动态调度的各阶段的任务。（4）了解分支预测缓冲技术，掌握分支目标缓冲技术。5、存储层次（1）了解多级存储器层次。（2）掌握cache映像规则，查找方法，替换算法，写策略。（3）掌握cache性能计算。（4）理解各种降低失效率的方法，各种减少失效开销的方法，各种减少cache命中时间方法。6、输入输出系统（1）了解磁盘设备结构和性能公式。（2）了解总线基本工作原理，了解同步总线和异步总线。（3）掌握i/o总线，了解i/o与操作系统的关系。（4）理解通道处理机，掌握i/o系统性能的计算。7、多处理机（1）了解并行计算机系统结构分类，了解通信模型和存储器模型结构。（2）理解通信机制的性能，不同通信机制的优点。（3）了解集中式共享存储器结构，分布式共享存储器结构。（4）了解互连网络的性能参数，静态连接网络，动态连接网络。五、课程的教学内容(一) 课堂讲授的教学内容1、计算机体系结构的基本概念层次概念，性价比，数据表示，性能量纲，翻译和解释，提高并行性的技术途径，响应时间，测试程序，大概率事件优先原则，amdahl定律，系统加速比，程序局部性原理，cpu时间，cpi。2、计算机指令集结构设计寄存器寻址，立即值寻址，偏移寻址，dlx指令集结构和表示。3、流水线技术dlx基本流水线的各功能段的任务，吞吐率,加速比,效率等的计算，流水线时空图，数据相关和控制相关。4、指令级并行循环展开的基本方法，指令的动态调度的原理，分支目标缓冲技术。5、存储层次cache映像规则，cache性能计算，降低失效率的方法，减少失效开销的方法，减少cache命中时间方法。6、输入输出系统同步总线和异步总线，i/o系统性能的计算。(二) 实验的教学内容无六、学时分配表内 容讲 课讨 论实 验小 计(一)计算机体系结构的基本概念99(二)计算机指令集结构设计77(三)流水线技术1212(四)指令级并行88(五)存储层次1010(六)输入输出系统44合 计5050七、主要参考书1计算机体系结构 张晨曦 编著 高等教育出版社，20012计算机体系