09版-计算机体系结构-教学大纲-于倩

09版-计算机体系结构-教学大纲-于倩LtD-PAGE1-《计算机体系结构》课程教学大纲一、课程基本信息1、课程名称：计算机体系结构/ComputerArchitecture2、课程性质：专业选修课3、总学时/学分：32/24、授课对象：软件工程专业、网络工程专业、信息安全专业5、使用教材：[美]WilliamStallings.计算机组织与结构—性能设计（第六版）北京:清华大学出版社，2005年1月二、课程简介本门课程属于计算机偏硬技术课程，针对计算机专业高年级学生开设。主要讲授内容为：计算机系统结构、系统总线结构、Cache、内部存储器、外部存储器、输入/输出结构、操作系统支持、CPU结构和功能、指令集、寻址方式和指令格式、精简指令集计算机、超标量处理器等。三、教学目的与基本要求通过本门课程的学习，学生必须掌握计算机体系结构的基本概念和基本定律，包括计算机总线、Cache、内存、外存、I/O、操作系统支持、CPU结构和功能、指令集、精简指令集计算机、超标量处理器等。 四、教学进度表章次题目教学时数第一章导论2学时第二章计算机的演变和性能2学时第三章计算机功能和互连的顶层视图2学时第四章Cache2学时第五章内存2学时第六章外存2学时第一节计算机功能的顶层视图一、冯诺依曼结构各个部件的功能二、取指周期和执行周期、中断和指令周期、多重中断、I/O功能第二节计算机互连结构的顶层视图一、计算机的互连方式二、总线互连三、PCI总线本章基本概念：指令周期、总线互联、PCI总线本章思考题：见教材第四章Cache（教学时数2）教学目的：了解和掌握计算机存储体系结构、cache设计要素（映射算法、替换算法、写策略等）、Pentium和PowerPC的Cache组织教学重点：计算机存储体系统，Cache的设计要素教学难点：Cache的映射算法主要教学方法：多媒体教学+课后作业第一节计算机存储系统一、存储系统的分层结构二、各层存储器的访问方式第二节Cache一、Cache存储器原理二、cache的映射算法、替换算法、容量、写策略、行的大小、数目本章基本概念：存储系统、局部性原理、cache、映射算法、写策略本章思考题：见教材第五章内存（教学时数4）教学目的：了解和掌握内存的结构和纠错算法、高级内存形式教学重点：内存的纠错算法教学难点：Hamming纠错码主要教学方法：多媒体教学+课后作业第一节半导体主存储器半导体存储器的分类、组织、芯片逻辑与封装、模块组织第二节纠错一、Hamming单纠错码二、Hamming双检错码第三节高级DRAM结构DRAM的最新技术发展本章基本概念：纠错、Hamming码本章思考题：见教材第六章外存（教学时数2）教学目的：了解和掌握外存的种类、排列组织、检错方式教学重点：硬盘教学难点：硬盘的读取时间计算主要教学方法：多媒体教学+课后作业第一节磁盘的基本结构一、磁盘的读写机制二、磁盘的数据组织、结构化和性能参数三、磁盘访问时间的计算第二节RAIDRAID0-6级以及各级的冗余与检错第三节其他外部存储器一、光盘二、磁带本章基本概念：寻道时间、旋转延迟、RAID、冗余本章思考题：见教材第七章I/O（教学时数2）教学目的：了解和掌握I/O模块的工作原理，3种基本I/O方式，I/O通道教学重点：程序式I/O，中断式I/O，DMA式I/O教学难点：中断式I/O和DMA式I/O主要教学方法：多媒体教学+课后作业第一节外设一、外设的原理二、I/O模块的功能与结构第二节3种基本I/O形式一、程序式I/O二、中断驱动的I/O三、DMA式I/O第三节其余I/O一、I/O通道和I/O处理器二、外部接口本章基本概念：中断、DMA、周期窃用、通道本章思考题：见教材第八章操作系统支持（教学时数6）教学目的：了解操作系统对计算机体系结构的支持教学重点：程序调度和存储管理教学难点：存储管理主要教学方法：多媒体教学+课后作业第一节操作系统概述一、操作系统的目标、功能、类型二、操作系统的调度第二节操作系统的存储管理一、交换、分区、分页、分段、虚拟存储器二、转换后援缓冲器、第三节Pentium和PowerPC的存储管理本章基本概念：调度、存储管理、虚拟存储本章思考题：见教材第九章指令集（教学时数2）教学目的：了解和掌握指令集的特征、功能、寻址方式和指令格式教学重点：指令集的功能、寻址方式和格式教学难点：寻址方式主要教学方法：多媒体教学+课后作业第一节指令集的特征和操作数类型一、指令的要素、表示、类型、地址数目二、操作数类型（结合Pentium和PowerPC讲授）第二节寻址方式和指令格式一、寻址方式（结合Pentium和PowerPC讲授）二、指令格式（结合Pentium和PowerPC讲授）本章基本概念：指令集、操作数、寻址方式、指令格式本章思考题：见教材第十章CPU结构与功能（教学时数4）教学目的：了解和掌握CPU的结构、指令周期和指令流水教学重点：指令周期和指令流水教学难点：指令流水策略主要教学方法：多媒体教学+课后作业第一节处理器的组织方式（结合Pentium和PowerPC讲授）第二节寄存器的组织方式（结合Pentium和PowerPC讲授）第三节指令流水一、指令流水的策略和性能二、指令流水的转移处理第四节处理器举例（Pentium和PowerPC）本章基本概念：指令流水、流水线策略、转移处理本章思考题：见教材第十一章精简指令集计算机RISC（教学时数2）教学目的：了解和掌握精简指令集计算机的特征和结构特点教学重点：RISC的结构和流水线技术教学难点：大寄存器组方案，寄存器优化主要教学方法：多媒体教学+课后作业第一节RISC概述一、RISC的背景二、RISC的特点第二节RISC的寄存器组织一、大寄存器方案二、基于编译器的寄存器优化第三节RISC的流水线技术一、RISC流水线的特征二、RISC流水线的优化方法第四节RISC和CISC的对比本章基本概念：RISC、大寄存器组、寄存器优化、延迟转移本章思考题：见教材第十二章指令并行性和超标量计算机（教学时数2）教学目的：掌握指令并行性方法，了解超标量计算机的结构特点教学重点：指令并行性教学难点：指令发射策略和相关性主要教学方法：多媒体教学+课后作业第一节超标量概述一、流水线和超级流水线二、超标量第二节超标量计算机的设计考虑一、指令并行性和机器并行性二、指令发射策略和指令相关性三、超标量计算机的