
《《计算机系统结构》课程教学大纲》.docx
9页〈〈计算机系统结构》课程教学大纲一、 课程基本信息课程代码:230442课程名称:计算机系统结构英文名称: Computer Architecture课程类别:专业课学 时:72(其中实验18学时)学 分:3.5适用对象:计算机科学与技术、网络工程专业考核方式:考试(其中平时成绩占 30%期末考试成绩占70%先修课程:计算机组成原理、操作系统二、 课程简介本课程是计算机专业一门重要的专业基础课,对于培养学生的抽象思维能力和自 顶向下、系统地分析和解决问题的能力有非常重要的作用其目标是使学生掌握计算 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通过学习本课程,能把在“计算机组成原理”等 课程中所学的软、硬件知识有机地结合起来,从而建立起计算机系统的完整概念This course is a computer professional important foundation for the professional class, for training students in abstract thinking, and top-down, System analysis and the ability to solve problems is a very important role.The goal is to enable students to master computer system structure the basic concepts, basic principles and basic structure, basic design and analysis methods and computer system architecture and the history of the development of an understanding of the status quo. Through the study of this course, can in "Principles of Computer Organization", y the school curriculum of the software and hardware knowledge combined organic, Computer systems in order to establish the integrity of the concept.三、 课程性质与教学目的《计算机系统结构》的教学对象为计算机相关专业的高年级本科生专业技术基础 课程,目的是介绍计算机体系结构的概念、技术和最新动态,着重介绍软,硬件功能 分配以及如何最佳、最合理地实现软、硬件功能分配。
要求了解基本概念、基本原理、 基本结构和基本分析方法使学生对计算机系统结构、组成和实现有一个整体掌握四、教学内容及要求第一单元计算机系统结构的基本概念(一) 目的与要求1、 掌握计算机系统的多级层次结构,掌握计算机体系结构、计算机组成 与计算机实现的定义及三者之间的关系 理解透明性、虚拟机的概念了 解语言实现的两种基本技术2、 理解系列机和软件兼容的基本思想3、 了解计算机的分代和分型;了解应用需求和计算机实现技术的发展对 体系结构的影响4、 掌握存储程序计算机在体系结构上的主要特点了解对这种体系结构 所作的改进5、 掌握同构型多处理机、异构型多处理机和分布处理系统的定义和异同 点6、 了解计算机性能的若十定义知道估评计算机性能的测试程序7、 掌握计算机体系结构设计的三个基本原则 ,并能熟练应用Amdahl定 律和CPU性能公式求解问题二) 教学内容1. 主要内容计算机系统结构(计算机系统结构层次、计算机系统结构定义、计算机组 成与实现、计算机系统结构的分类)计算机系统设计技术(计算机系统设计的定量原理、计算机系统设计者的 主要任务,计算机系统设计的主要方法)计算机系统结构的评价标准(性能、成本)2. 基本概念和知识点计算机系统层次结构,系统结构、组成和实现三者之间关系,透明性,Amdahl定律,CPU性能公式,局部性原理,MIPS定义,MFLOP建义,系 统结构分类,冯.诺依曼计算机特征,计算机系统结构的发展,价格、应 用、VLSI和算法对系统结构的影响。
3. 问题与应用(能力要求)要求学生掌握计算机系统层次结构、系统结构、组成与实现的定义、系统 结构、组成与实现的三者关系、计算机系统结构的分类、计算机系统设计 的定量原理、计算机系统结构的评价标准,为进一步深入学习后继各章打 下基础三) 实践环节与课后练习实践环节:实验一:Linux基本命令练习;实验二:Linux基本命令及C语言编程环境练习;实验三:CPU性能测试实验;实验四:编译器对系统性能的影响实验课后练习:布置一些关于计算机系统设计的定量原理和评价 cpu性能的课后习题四)教学方法与手段理论讲授、实验与课堂讨论相结合第二单元指令与寻址(一) 目的与要求1 、了解数据类型和数据表示2、 掌握指令集结构的各种分类方法了解堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构和通用寄存器型指令集结构的优缺点以及三种通用寄存器型指令集结构的优缺点3、 了解当前指令集结构中所使用的一些操作数寻址方式通过对基准程 序进行测试统计,了解各种寻址方式的使用情况4、 掌握指令集结构功能设计上的两种不同方向掌握CISC计算机指令集 功能设计的目标、CISC结构存在的缺点掌握RISC计算机指令集结构的 功能设计的目标与原则。
5、 了解各种控制指令的定义、四种改变控制流程的操作及三种表示分支 条件的技术6、 掌握操作数类型与操作数表示的定义及表示方法,了解各种操作数类 型、操作数类型大小7、 掌握指令中两种表小寻址方式的方法8、 了解DLX中的寄存器、数据类型、寻址方式和数据传送、指令格式及 DLX中的操作二) 教学内容1. 主要内容数据表示(数据表示与数据类型、浮点数据表示、自定义数据表示)寻址技术(编址方式、编织单位、零地址空间个数、输入输出设备的非线性编址、并行存储器的编址技术)定位方式(逻辑地址与物理地址、直接定位方式、静态定位方式、动态定位方式)指令格式的优化设计(指令的组成、操作码的优化表示、地址码的优化表 示、指令格式设计举例)指令系统的功能设计(基本指令系统、复杂指令系统、精简指令系统)2. 基本概念和知识点关于系统指令系统层的基本知识,包括数据表示、寻址技术、指令格式的 优化设计、CISC指令系统和RISC指令系统等RISC的定义与特点,减少 指令平均执行周期数方法指令流调整技术 ,延时转移技术指令取消技术,重叠寄存器窗口技术3. 问题与应用(能力要求)掌握指令集设计的原则,了解指令的分类、选择原则、指令的结构、操作数的寻址方式、指令长度对计算机系统的影响,掌握 RISC计算机的设计思想。
三)实践环节与课后练习实践环节:实验一:熟悉WinDLX勺使用;课后练习:布置一些关于计算定点和浮点数表示范围、设计浮点数格式、 Huffman扩展编码法、分析和设计指令格式的课后习题五)教学方法与手段以理论讲授为主结合实验及习题课第三单元存储系统(一)目的与要求1、 理解多级存储层次的思想及其作用;掌握存储层次的三个性能参数的 定义及计算方法2、 掌握“Cach"主存”层次、“主存—辅存”层次及其区别;理解存储 层次的四个问题3、 掌握全相联映象、直接映象以及组相联映象的思想和特点;理解路数 和组数的概念及其关系4、 掌握在各种映象规则的情况下 Cache的查找方法掌握随机法、先进 先出、LRU等替换算法5、 理解Cache对“写”操作的处理方法6、 掌握CPLM问的计算方法,并能灵活运用于实例进行分析计算7、 理解改进Cache性能的三个方面8、 掌握减少命中时间的三种方法及其基本思想9、 掌握提高主存性能的四种方法(增加存储器宽度、多体交义存储器技术、独立存储体技术、避免存储体冲突)10、 理解虚拟存储器的特点及有关虚拟存储器的4个问题; 掌握快表的概 念;了解页面大小的选择二) 教学内容1. 主要内容存储系统(存储系统的定义、存储器的层次结构、频带平衡、并行存储器) 虚拟存储器(虚拟存储器工作原理、地址的映象与变换、加快内部地址变 换的方法、页面替换算法及其实现、提高命中率的方法)高速缓冲存储器(基本工作原理、地址映象与变换方法、 Cache替换算法及其实现、Cache的性能分析)三级存储系统(虚拟地址Caches全Cache技术)2. 基本概念和知识点存储子系统的定义、原理和性能参数分析和设计,并行存储器原理和性能 分析,高速缓冲存储器工作原理、地址映像和地址变换方法原理及其实现、 数据块替换算法及其实现、数据一致性保持及其实现,虚拟存储器工作原 理、地址映像和地址变换原理及其实现、页面替换算法及其实现,虚拟存 储器和Cache存储器性能分析和设计方法,页面或数据块替换的进程足 迹,三级存储系统工作原理。
3. 问题与应用(能力要求)掌握存储器的层次结构,学会分析如何利用局部性原理提高 Cache/主存储器、主存/虚拟存储器的性能不但掌握虚拟存储器和高速缓冲存储器 的硬件原理,而且要掌握其分析方法和设计方法三) 实践环节与课后练习实践环节:实验一:基于Cache的矩阵乘积算法性能改善实验;课后练习:布置一些关于计算存储系统的性能参数(容量、速度和价格)、 并行存储器的分析和设计以及和贞式、虚拟存储器相关的课后习题四) 教学方法与手段以理论讲授为主结合分组讨论、实验及习题课第四单元输入输出系统(一)目的与要求1、 掌握输入/输出系统的基本概念;了解与I/O有关的问题、设计I/O 的三个标准2、 了解磁盘的基本结构与性能公式; 了解半导体盘、盘阵列RAID磁带、 光盘等各种存储设备3、 掌握总线的基本工作原理及其分类了解总线的三个常用的参数、总 线标准和实例4、 掌握通道处理机的定义掌握通道的作用和功能、通道的工作过程、通道的种类以及通道的流量计算5、 了解I/O与计算机的连接方式以及由此引起的数据的一致性问题6、 了解设计I/O系统的步骤以及I/O对计算机性能的影响二) 教学内容1. 主要内容输入输出原理(输入输出系统的特点、输入输出系统的组织方式、基本输入输出方式)中断系统(中断源的组织、中断系统的软硬件功能分配、中断屏蔽)通道处理机(通道的作用和功能、通道的工作过程、通道种类、通道中的数据传送过程、通道的流量分析)输入输出处理机(输入输出处理机的作用、输入输出处理机的种类、输入输出处理机的特点)2. 基本概念和知识点输入输出原理、输入输出系统的组织方式、中断系统、通道处理机、输入输出处理机。
3. 问题与应用(能力要求)要求学生掌握输入输出原理、中断系统、通道处理机和输入输出处理机三) 课后练习布置一些和中断屏蔽及通道有关的课后习题四) 教学方法与手段以理论讲授为主结合习题课第五单元标量处理机(一) 目的与要求1、 掌握多条指令在处理机中的重叠执行方式2、 掌握先行控制方式的原理和结构3、 掌握各种数据相关的解决办法4、 了解控制相关的解决。












