教学大纲东南大学计算机科学与工程学院Word文档下载推荐.docx
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先修要求
计算机组成原理、接口与通信、操作系统、编译原理
授课对象
计算机专业本科
讲课学时
48学时
实验学时
8学时（课程设计）
上机学时
教材名称
及主编姓名
计算机系统结构（张晨曦主编）
教学参考书
计算机系统结构（陆鑫达等编）
计算机系统结构（郑纬民等编）
课程的地位、作用及任务
随着计算机硬件、软件技术的不断发展，怎样合理地分配计算机软、硬件功能，最大限度地开发计算机的并行性，达到最佳性能/价格，是计算机系统设计人员最关心的课题。
对计算机专业本科生而言，不仅要掌握计算机的软、硬件系统组成及工作原理，具有开发与应用技能；
而且必须进一步掌握计算机系统设计的基本原理和方法。
《计算机系统结构》正是这样一门面向计算机系统分析与设计的课程。
《计算机系统结构》是计算机专业本科生的一门系统分析与设计综合课程。
目的之一是从计算机系统的层次结构观点出发，掌握如何分析和设计计算机系统，并对计算机系统软、硬件功能进行合理分配，以及如何最佳地实现分配给硬件的功能，达到最佳性能/价格；
目的之二是从并行处理角度出发，研究流水技术和并行处理技术在计算机系统中的应用和实现方法，以实现计算机系统性能/价格的优化。
本课程的任务是立足于系统设计者角度，分析和评价影响系统性能/价格的因素；
研究计算机系统结构的分析和设计方法；
掌握并行处理技术在现代计算机系统中的应用和实现方法。
通过本课程的学习，要求学生能够掌握计算机系统结构的分析和设计方法，同时掌握最新的计算机流水技术和并行处理技术。
教学内容和基本要求
本课程主要教学内容有七章，分为计算机系统结构设计、并行处理技术两大部分。
第一章系统结构设计基础
1.计算机系统结构基本概念
理解计算机系统结构定义、含义与组成，掌握研究计算机系统结构的重要性，掌握系统结构的分类、评价方法。
2.计算机系统设计准则
理解与掌握计算机系统设计中常用的几个设计准则。
3.计算机系统结构分类
理解与掌握几种计算机系统结构的分类方法及特点。
4.计算机性能评价
理解与掌握计算机性能指标、评价方法。
5.计算机系统结构的发展
研究影响计算机系统结构发展的三大因素，以及计算机系统结构从冯·
诺依曼机到现代微机结构的发展过程和并行性开发的发展。
第二章指令系统
1.数据表示
掌握数据表示含义、设计方法，以及新数据表示引入原则。
2.指令系统总体设计
掌握指令系统设计基本思想、设计原则、衡量指标，深刻领会指令系统的设计步骤和思想，掌握几种类型的指令系统集特点。
3.指令集功能设计
掌握CISC和RISC风格的指令功能集的设计思想、设计原则及优化方法。
4.寻址方式设计
研究操作访问的编址和寻址方式，掌握寻址方式的选择原则—频带分析法。
5.指令格式设计及优化
掌握操作码和指令字的设计方法和优化方法。
6.RISC使用的技术
分析RISC的设计原则，掌握其所采用的窗口重叠技术、优化延迟转移技术、优化编译技术。
第三章存储系统
1.存储系统设计基本原理
掌握存储系统的构成及其设计原则—访存局部性原理。
2.高速缓冲存储器（Cache）
掌握Cache基本结构和工作原理，研究地址映象与变换、替换策略和更新策略的工作原理和设计方法，分析影响Cache性能指标的因素及优化方法。
介绍先进的Cache结构和一致性处理方法（MESI）。
3.虚拟存储器
以Pentium为例，掌握虚拟存储器的结构与实现技术。
第四章标量流水技术
1.标量流水工作原理
介绍重叠、先行控制到流水线的发展，掌握标量流水工作原理、分类原则、性能指标及其分析、评价方法。
2.流水操作中的主要障碍
掌握流水操作中的几种相关产生原因及其解决方法，介绍Pentium系列处理器全局相关的先进处理方法—动态预测转移技术。
3.流水线的实现与控制
掌握流水线的中断处理方法、非线性流水线调度方法和流水线控制器的设计与实现方法。
4.指令级并行技术
分析现代微机所采用的动态执行技术（动态预测转移、动态调度、基于硬件的推断执行），掌握流水线中指令级并行性开发（超标量、VLIW、超级流水等）的工作原理和实现方法。
第五章向量流水处理
1.向量流水处理
掌握几种向量处理方式，及向量长度控制、访问步长及向量处理方法。
2.向量处理机结构
掌握向量流水工作原理，根据不同向量处理机的系统结构，掌握其存储系统的设计方法及并行存储器无冲突访问技术。
3.增强向量处理性能方法
掌握向量指令级并行性开发方法、向量处理机性能指标及评价方法。
第六章互连网络
1.互连网络基本概念
掌握互连网络的功能、种类、互连网络基本工作原理及其性能指标。
2.互连网络与拓扑结构
掌握互连函数与拓扑结构关系，静态与动态网络、SIMD与MIMD网络的实现原理。
3.消息传递机制
掌握消息传递机制的性能、路由算法、死锁及流控问题的解决方法。
第七章并行处理技术
1.并行处理技术
掌握并行性开发策略的原理及其应用范围。
2.SIMD并行处理机
掌握并行处理机结构及其工作原理，并行处理机常用并行算法及其不同结构的实现方法，以及Pentium中采用的SIMD技术（MMX技术）。
3.并行存储器无冲突访问
根据并行存储器的访问需求，分析存在问题、找出解决方法。
4.多处理机系统结构
掌握多处理机与SIMD机的主要区别，及多处理机结构、机间互连方式、Cache的一致性处理方法，通过具体案例分析多处理机的体系结构及工作原理。
5.多处理机中并行性开发
掌握多处理机中并行开发语言、编译程序、并行算法方面并行性开发的基本原理。
6.多处理机操作系统
掌握多处理机操作系统的类型及其实现技术。
实验内容和基本要求
内容：
在给定的假设条件下，进行指令系统和存储系统的设计。
目的：
掌握指令系统和存储系统设计的基本原理和方法。
要求：
设计指令系统的同时，进行相关系统结构内容的设计。
对学生能力培养的要求
1.掌握计算机系统结构的基本概念、组成部分及设计原则。
2.掌握计算机系统结构各组成部分的分析、设计原则和方法。
3.掌握现代微机所采用的流水技术工作原理和实现方法。
4.掌握计算机并行处理技术和并行程序设计方法。
课程学时分配表
教学内容
讲课
学时
实验
上机
习题课
其他
计算机系统结构含义、组成、分类、设计准则
3
计算机性能及其评价，影响系统结构发展因素，并行性发展
数据表示设计方法及引入原则，指令系统总体设计
功能设计、寻址方式设计、指令格式设计及优化、RISC采用技术
指令系统课程设计
指令系统设计（3学时）
存储体系设计原理，高速缓存原理及其设计
虚拟存储器原理及其设计
存储系统课程设计
存储系统设计（3学时）
标量流水工作原理、数据相关处理
流水线控制与实现，动态调度
指令级流水技术
向量流水处理
互连网络
并行处理技术，SIMD并行处理机结构、并行算法
多处理机系统及并行性开发技术
合计
39
6
课内外学时比：
1：
2.5
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