09版 計算機體系結構 教學大綱-于倩

-PAGE10-《計算機體系結構》課程教學大綱一、課程基本信息1、課程名稱：計算機體系結構/ComputerArchitecture2、課程性質：專業(yè)選修課3、總學時/學分：32/24、授課對象：軟件工程專業(yè)、網(wǎng)絡工程專業(yè)、信息安全專業(yè)5、使用教材：[美]WilliamStallings.計算機組織與結構—性能設計（第六版）北京:清華大學出版社，2005年1月二、課程簡介本門課程屬于計算機偏硬技術課程，針對計算機專業(yè)高年級學生開設。主要講授內容為：計算機系統(tǒng)結構、系統(tǒng)總線結構、Cache、內部存儲器、外部存儲器、輸入/輸出結構、操作系統(tǒng)支持、CPU結構和功能、指令集、尋址方式和指令格式、精簡指令集計算機、超標量處理器等。三、教學目的與基本要求通過本門課程的學習，學生必須掌握計算機體系結構的基本概念和基本定律，包括計算機總線、Cache、內存、外存、I/O、操作系統(tǒng)支持、CPU結構和功能、指令集、精簡指令集計算機、超標量處理器等。 四、教學進度表章次題目教學時數(shù)第一章導論2學時第二章計算機的演變和性能2學時第三章計算機功能和互連的頂層視圖2學時第四章Cache2學時第五章內存2學時第六章外存2學時第七章I/O4學時第八章操作系統(tǒng)支持4學時第九章指令集4學時第十章CPU結構和功能4學時第十一章精簡指令集（RISC）計算機2學時第十二章指令并行性和超標量處理器2學時總計48學時五、考核方式和成績評定辦法1、考核方式：閉卷考試+開卷考試2、成績評定辦法：平時、期中、期末成績分別為10%、20%、70%（平時成績由考勤、課堂表現(xiàn)構成、期中考試采用閉卷考試、期末考試采用開卷考試）六、內容提要第一章導論（教學時數(shù)2）教學目的：了解計算機組織與結構的基本概念教學重點：計算機組織與結構教學難點：組織與體系結構的區(qū)別主要教學方法：多媒體教學+課堂討論第一節(jié)計算機體系結構第二節(jié)計算機的組織、結構和功能本章基本概念：計算機組織、體系結構本章思考題：見教材第二章計算機的演變和性能（教學時數(shù)2）教學目的：了解計算機的發(fā)展簡史以及幾種主流計算機的發(fā)展歷史教學重點：計算機的發(fā)展簡史教學難點：計算機結構的發(fā)展主要教學方法：多媒體教學+課堂討論第一節(jié)計算機簡史一、計算機的發(fā)展簡史二、馮諾依曼機三、摩爾定律第二節(jié)計算機的性能設計一、微處理器的速度和性能平衡二、Pentium和PowerPC的最新進展本章基本概念：馮諾依曼機、摩爾定律本章思考題：見教材第三章計算機功能和互連的頂層視圖（教學時數(shù)4）教學目的：了解各主要部件的基本功能以及它們之間的互聯(lián)結構和信號交換類型教學重點：計算機的指令周期和總線互聯(lián)方式教學難點：總線結構主要教學方法：多媒體教學+課堂討論第一節(jié)計算機功能的頂層視圖一、馮諾依曼結構各個部件的功能二、取指周期和執(zhí)行周期、中斷和指令周期、多重中斷、I/O功能第二節(jié)計算機互連結構的頂層視圖一、計算機的互連方式二、總線互連三、PCI總線本章基本概念：指令周期、總線互聯(lián)、PCI總線本章思考題：見教材第四章Cache（教學時數(shù)2）教學目的：了解和掌握計算機存儲體系結構、cache設計要素（映射算法、替換算法、寫策略等）、Pentium和PowerPC的Cache組織教學重點：計算機存儲體系統(tǒng)，Cache的設計要素教學難點：Cache的映射算法主要教學方法：多媒體教學+課后作業(yè)第一節(jié)計算機存儲系統(tǒng)一、存儲系統(tǒng)的分層結構二、各層存儲器的訪問方式第二節(jié)Cache一、Cache存儲器原理二、cache的映射算法、替換算法、容量、寫策略、行的大小、數(shù)目本章基本概念：存儲系統(tǒng)、局部性原理、cache、映射算法、寫策略本章思考題：見教材第五章內存（教學時數(shù)4）教學目的：了解和掌握內存的結構和糾錯算法、高級內存形式教學重點：內存的糾錯算法教學難點：Hamming糾錯碼主要教學方法：多媒體教學+課后作業(yè)第一節(jié)半導體主存儲器半導體存儲器的分類、組織、芯片邏輯與封裝、模塊組織第二節(jié)糾錯一、Hamming單糾錯碼二、Hamming雙檢錯碼第三節(jié)高級DRAM結構DRAM的最新技術發(fā)展本章基本概念：糾錯、Hamming碼本章思考題：見教材第六章外存（教學時數(shù)2）教學目的：了解和掌握外存的種類、排列組織、檢錯方式教學重點：硬盤教學難點：硬盤的讀取時間計算主要教學方法：多媒體教學+課后作業(yè)第一節(jié)磁盤的基本結構一、磁盤的讀寫機制二、磁盤的數(shù)據(jù)組織、結構化和性能參數(shù)三、磁盤訪問時間的計算第二節(jié)RAIDRAID0-6級以及各級的冗余與檢錯第三節(jié)其他外部存儲器一、光盤二、磁帶本章基本概念：尋道時間、旋轉延遲、RAID、冗余本章思考題：見教材第七章I/O（教學時數(shù)2）教學目的：了解和掌握I/O模塊的工作原理，3種基本I/O方式，I/O通道教學重點：程序式I/O，中斷式I/O，DMA式I/O教學難點：中斷式I/O和DMA式I/O主要教學方法：多媒體教學+課后作業(yè)第一節(jié)外設一、外設的原理二、I/O模塊的功能與結構第二節(jié)3種基本I/O形式一、程序式I/O二、中斷驅動的I/O三、DMA式I/O第三節(jié)其余I/O一、I/O通道和I/O處理器二、外部接口本章基本概念：中斷、DMA、周期竊用、通道本章思考題：見教材第八章操作系統(tǒng)支持（教學時數(shù)6）教學目的：了解操作系統(tǒng)對計算機體系結構的支持教學重點：程序調度和存儲管理教學難點：存儲管理主要教學方法：多媒體教學+課后作業(yè)第一節(jié)操作系統(tǒng)概述一、操作系統(tǒng)的目標、功能、類型二、操作系統(tǒng)的調度第二節(jié)操作系統(tǒng)的存儲管理一、交換、分區(qū)、分頁、分段、虛擬存儲器二、轉換后援緩沖器、第三節(jié)Pentium和PowerPC的存儲管理本章基本概念：調度、存儲管理、虛擬存儲本章思考題：見教材第九章指令集（教學時數(shù)2）教學目的：了解和掌握指令集的特征、功能、尋址方式和指令格式教學重點：指令集的功能、尋址方式和格式教學難點：尋址方式主要教學方法：多媒體教學+課后作業(yè)第一節(jié)指令集的特征和操作數(shù)類型一、指令的要素、表示、類型、地址數(shù)目二、操作數(shù)類型（結合Pentium和PowerPC講授）第二節(jié)尋址方式和指令格式一、尋址方式（結合Pentium和PowerPC講授）二、指令格式（結合Pentium和PowerPC講授）本章基本概念：指令集、操作數(shù)、尋址方式、指令格式本章思考題：見教材第十章CPU結構與功能（教學時數(shù)4）教學目的：了解和掌握CPU的結構、指令周期和指令流水教學重點：指令周期和指令流水教學難點：指令流水策略主要教學方法：多媒體教學+課后作業(yè)第一節(jié)處理器的組織方式（結合Pentium和PowerPC講授）第二節(jié)寄存器的組織方式（結合Pentium和PowerPC講授）第三節(jié)指令流水一、指令流水的策略和性能二、指令流水的轉移處理第四節(jié)處理器舉例（Pentium和PowerPC）本章基本概念：指令流水、流水線策略、轉移處理本章思考題：見教材第十一章精簡指令集計算機RISC（教學時數(shù)2）教學目的：了解和掌握精簡指令集計算機的特征和結構特點教學重點：RISC的結構和流水線技術教學難點：大寄存器組方案，寄存器優(yōu)化主要教學方法：多媒體教學+課后作業(yè)第一節(jié)RISC概述一、RISC的背景二、RISC的特點第二節(jié)RISC的寄存器組織一、大寄存器方案二、基于編譯器的寄存器優(yōu)化第三節(jié)RISC的流水線技術一、RISC流水線的特征二、RISC流水線的優(yōu)化方法第四節(jié)RISC和CISC的對比本章基本概念：RISC、大寄存器組、寄存器優(yōu)化、延遲轉移本章思考題：見教材第十二章指令并行性和超標量計算機（教學時數(shù)2）教學目的：掌握指令并行性方法，了解超標量計算機的結構特點教學重點：指令并行性教學難點：指令發(fā)射策略和相關性主要教學方法：多媒體教學+課后作業(yè)第一節(jié)超標量概述一、流水線和超級流水線二、超標量第二節(jié)超標量計算機的設計考慮一、指令并