計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教程教與學（51學時教學大綱）

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教程教與學（51學時教學大綱）英文課程名稱：ComputerArchitecture課程編號：授課語言：中文

學

分：3課內(nèi)學時：51課程性質(zhì)：專業(yè)課先修課程：計算機組成原理考試/考查：考試是否全英/雙語課程：否1課程定位和基本要求1.課程定位本課程是計算機專業(yè)和軟件工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課。其目的是提高學生從總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)分析這一層次來研究和分析計算機系統(tǒng)的能力，幫助學生建立整機的概念；使學生掌握計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概念、原理、結(jié)構(gòu)以及設計和分析方法，并對計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀有所了解。2.課程教學目標課程教學目標1：掌握計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相關的基本概念和計算機系統(tǒng)的設計方法，掌握定量分析的基本方法以及計算機系統(tǒng)的性能評測技術(shù)。掌握計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中并行性的發(fā)展。課程教學目標2：理解指令集結(jié)構(gòu)的分類及指令系統(tǒng)設計中應考慮的各種因素，掌握計算機指令系統(tǒng)的設計方法，掌握指令操作碼的優(yōu)化編碼。課程教學目標3：掌握流水線的基本概念、分類以及性能分析，掌握基本MIPS流水線的實現(xiàn)，掌握流水線中的各種沖突及其解決方法。課程教學目標4：掌握向量處理機的基本概念、結(jié)構(gòu)和性能評價方法。課程教學目標5：掌握指令級并行的概念及其硬件開發(fā)方法，掌握Tomasulo算法以及動態(tài)分支預測技術(shù)。課程教學目標6：掌握指令級并行開發(fā)的軟件方法，包括基本指令調(diào)度、循環(huán)展開、全局指令調(diào)度（蹤跡調(diào)度和超塊調(diào)度）、靜態(tài)多指令流出、顯式并行指令計算；掌握開發(fā)循環(huán)級并行的方法，如軟流水。課程教學目標7：

掌握多級存儲層次，掌握Cache的組成及性能分析，掌握改進Cache性能的方法；

課程教學目標8：掌握磁盤冗余陣列RAID以及通道的工作原理和性能分析；課程教學目標9：掌握互連函數(shù)、互連網(wǎng)絡的參數(shù)和性能指標，掌握靜態(tài)互連網(wǎng)絡和動態(tài)互連網(wǎng)絡。

課程教學目標10：掌握多處理機系統(tǒng)的兩種存儲結(jié)構(gòu)模型,掌握實現(xiàn)多Cache一致性的監(jiān)聽法和目錄法。

課程教學目標11：掌握多核架構(gòu)及多核編程的基本思想。

課程教學目標12：掌握機群系統(tǒng)的軟硬件組成以及其在結(jié)構(gòu)上的特點；了解集群系統(tǒng)的若干實例,了解領域?qū)Ｓ皿w系結(jié)構(gòu)特點。2課程“立德樹人”內(nèi)涵本課程強調(diào)從系統(tǒng)級的層次看問題，自頂向下進行問題求解，強調(diào)培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和能力，有助于我國計算機系統(tǒng)設計的創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展。在超級計算機的教學內(nèi)容上，將采用我國自行研制、曾經(jīng)連續(xù)6期占位全世界最快超級計算機的“天河-2”作為案例，提升學生的愛國主義精神，為我國的計算機事業(yè)做出應有的貢獻。3課程內(nèi)容、教學要求、學時分配和教學手段本課程的內(nèi)容共包含15個方面,分別是：計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎知識，指令系統(tǒng)的設計，流水線技術(shù)，向量處理機，指令級并行及其開發(fā)——硬件方法，指令級并行的開發(fā)——軟件方法，存儲系統(tǒng)，輸入輸出系統(tǒng)，互連網(wǎng)絡，多處理機，多核架構(gòu)與編程，機群系統(tǒng)，領域?qū)Ｓ皿w系結(jié)構(gòu)，陣列處理機，數(shù)據(jù)流?？倢W時數(shù)為51學時。采用以理論教學為主、輔之以上機練習的模式。采用抽象提煉與動畫解析教學法相結(jié)合的教學手段。4考核、成績評定方式及重修要求課程采用以期終閉卷筆試為主的方式進行考核，具體評分標準為：期終考試60%+作業(yè)15%+上機15%+考勤10%。重新修讀可采用免修不免考的方式進行。5教材與主要參考書6實驗云平臺在阿里