计算机体系结构：Lecture-00 Introduction.pdf

计算机体系结构是理解现代计算机设计与实现的核心领域，它涉及到性能、成本、能源效率以及设计复杂性等关键因素。这门课程，"计算机体系结构：Lecture-00 Introduction"，旨在让学生深入理解不仅限于桌面微处理器，还包括服务器和嵌入式系统的架构原理，以及多核架构的案例研究。对于软件导向的学生来说，学习计算机体系结构能帮助他们编写更高效的应用程序和系统软件，如操作系统和编译器。 课程的基础知识要求包括： 1. 计算机组织：学生应熟悉处理器组织、指令集架构以及汇编语言编程。 2. 数字逻辑基础：学习逻辑门、真值表、卡诺图，了解组合逻辑与顺序逻辑以及有限状态机（FSMs）的区别。 3. 编程和数据结构背景：至少掌握一种高级编程语言（如C、C++或Java）以及相关数据结构知识。 4. 英语能力：由于可能涉及英文阅读材料，如期刊论文、会议论文、其他书籍摘录和技术手册。 指定教材为《计算机体系结构：量化方法》第五版，作者John L. Hennessey和David A. Patterson，由Morgan Kaufman在2011年出版。此外，课堂上可能会分配额外的阅读材料以扩展学习。 课程的主要部分包括： 1. 引言：介绍计算机体系结构的基本概念。 2. 定量分析原理；MIPS架构：深入理解性能评估和MIPS指令集。 3. 流水线、危害和实现问题：探讨如何处理流水线中的冲突和实际设计挑战。 4. 指令级并行性（ILP）和Tomasulo算法：提高处理器效率的技术。 5. 内存层次结构设计和缓存优化：理解内存层次结构对性能的影响及优化策略。 6. 虚拟内存：探讨虚拟地址到物理地址的映射机制。 7. 分支预测、推测和超标量技术：提升ILP的策略。 8. 线程级并行性（TLB）和多线程架构：在多核环境中实现并行处理。 课程涵盖了从基础的处理器组织到复杂的多核架构设计，通过深入学习，学生将能够全面理解计算机系统背后的设计决策，并具备评估和优化系统性能的能力。这不仅对软件开发者，也对硬件工程师和系统设计师至关重要，因为它们都是构建和改进计算技术不可或缺的部分。