《计算机体系结构》课程教学大纲.docx

《计算机体系结构》是一门针对计算机科学与技术专业本科生的必修课程，旨在培养学生深入理解和设计计算机系统的能力。课程以计算机系统的层次结构为视角，强调分析和设计方法，特别是如何利用并行处理技术优化性能与成本。课程内容涵盖计算机设计基本原理、指令系统、存储系统、输入输出系统、标量处理机、向量处理机、互连网络以及并行处理机等多个方面。 1. 计算机设计基本原理： - 学生需要理解计算机性能评价的量化方法，如Amdahl定律和CPU性能公式。 - 冯·诺依曼结构是基础，重点在于掌握其特点和设计原理。 - 了解计算机系统结构的发展历程和影响因素。 2. 指令系统： - 学习数据表示和寻址技术，设计优化的指令格式和功能。 - 精简指令集计算机（RISC）的关键技术是重点，包括浮点数格式设计和寻址方式优化。 3. 存储系统： - 学习虚拟存储器和高速缓冲存储器（Cache）的工作原理，掌握三级存储体系。 - 重点是存储系统性能的计算，如Cache的组相联映射和地址变换。 4. 输入输出系统： - 掌握中断系统和通道处理机的基础知识，了解中断优先级和屏蔽机制。 - 通过编程实践，理解程序控制输入输出和直接存储器访问（DMA）方式。 5. 标量处理机： - 流水线处理机是核心，需要分析其性能和参数计算。 - 控制相关解决方法，如分支预测技术，包括静态和动态预测。 - 学习超标量和超流水线处理机的特征及其指令执行时序。 6. 向量处理机： - 了解向量处理的基本概念和结构，如存储器-存储器和寄存器-寄存器结构。 - 学习提高向量处理性能的技术，如链接技术、循环开采等，并评估性能。 7. 互连网络： - 了解基本的互连网络概念，熟悉不同类型的互连网络和消息传递机制。 - 探究互连函数、寻径方式和多级互连网络的实现。 8. 并行处理机： - 学习并行处理机模型和基本结构，包括其优缺点。 - 分析并行处理机实例，探讨并行算法的应用。 通过这门课程，学生将具备分析和设计现代计算机系统的能力，理解软硬件功能分配，掌握并行处理技术，为未来在计算机领域的工作和研究打下坚实基础。