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《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》教學(xué)大綱

一、課程的性質(zhì)、目的與任務(wù)

本課程是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。其目的是提高學(xué)生從總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)分析這一層次來(lái)研究和分析計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的能力，幫助學(xué)生建立整機(jī)的概念；使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念、基本原理、基本結(jié)構(gòu)、基本設(shè)計(jì)和分析方法，并對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀有所了解。

通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生達(dá)到:

1.掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念、組成部分及設(shè)計(jì)原則。

2.掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各組成部分的分析、設(shè)計(jì)原則和方法。

3.掌握現(xiàn)代微機(jī)所采用的流水技術(shù)工作原理和實(shí)現(xiàn)方法。

4.掌握計(jì)算機(jī)并行處理技術(shù)和并行程序設(shè)計(jì)方法。

5．了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀。

二、課程教學(xué)基本內(nèi)容與要求

第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概論

（一）基本教學(xué)內(nèi)容

1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多級(jí)層次結(jié)構(gòu)

1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實(shí)現(xiàn)

1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟硬取舍、性能評(píng)測(cè)及定量設(shè)計(jì)原理

1.4軟件、應(yīng)用、器件對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響

1.5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的并行性發(fā)展和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類(lèi)

（二）基本要求

教學(xué)目的：掌握計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本概念，以及與組成、實(shí)現(xiàn)之間的關(guān)系；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次概念；軟件和硬件的功能分配原則；軟件可移植性的途徑、方法、適應(yīng)場(chǎng)合、存在的問(wèn)題和對(duì)策；并行性概念系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)并行性的途徑等。計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的基本知識(shí)。

教學(xué)重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本概念，獎(jiǎng)學(xué)金系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，透明性及其判斷

教學(xué)難點(diǎn)：透明性的判斷與分析

第二章 數(shù)據(jù)表示、尋址方式與指令系統(tǒng)

（一）基本教學(xué)內(nèi)容

2.1 數(shù)據(jù)表示

2.2尋址方式

2.3指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化

2.4指令系統(tǒng)的發(fā)展和改進(jìn)

（二）基本要求

教學(xué)目的：掌握定義數(shù)據(jù)表示；浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)的基值選擇；數(shù)的下溢處理方法；尋址方式中的再定位技術(shù)；信息在存貯器中按整數(shù)邊界存貯的概念；操作碼和指令字格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)；CISC指令系統(tǒng)的改進(jìn)途徑綜述；RISC概念及所采用的基本技術(shù)。

教學(xué)重點(diǎn)：自定義數(shù)據(jù)的表示，尋址方式中的再定位技術(shù)，：浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值的選擇；操作碼和指令字格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)

教學(xué)難點(diǎn)：浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值的選擇；操作碼和指令字格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)

第三章 存儲(chǔ)、中斷、總線與I/O系統(tǒng)

（一）基本教學(xué)內(nèi)容

3.1存儲(chǔ)系統(tǒng)的基本要示和并行主存系統(tǒng)

3.2中斷系統(tǒng)

3.3總線系統(tǒng)

3.4輸入/輸出系統(tǒng)

（二）基本要求

教學(xué)目的：掌握非專(zhuān)用總線的總線控制方式；數(shù)據(jù)寬度及其分類(lèi)；中斷分類(lèi)分級(jí)的原因；中斷處理次序的安排和實(shí)現(xiàn)；通道流量的分析和設(shè)計(jì)。

教學(xué)重點(diǎn)：總線控制方式，中斷實(shí)現(xiàn)，通道流量分析。

教學(xué)難點(diǎn)：按中斷處理優(yōu)先的次序設(shè)置中斷屏蔽位；通道流量的設(shè)計(jì)；字節(jié)多路通道響應(yīng)和處理外部設(shè)備請(qǐng)求的時(shí)空?qǐng)D

第四章 存儲(chǔ)體系

（一）基本教學(xué)內(nèi)容

4.1存儲(chǔ)體系的概念

4.2虛擬存儲(chǔ)器

4.3高速緩沖存儲(chǔ)器

4.4 Cache－主存－輔存三級(jí)層次

4.5主存保護(hù)

（二）基本要求

教學(xué)目的：掌握段頁(yè)式和頁(yè)式虛擬存貯器的原理；頁(yè)式虛擬存貯器的地址映像；LUR、FIFO、OPT替換算法的模擬；LUR替換算法模擬及性能分析；LUR替換算法的硬件實(shí)現(xiàn)；Cache存貯器的直接和組相聯(lián)地址映像；Cache存貯器的性能分析。

教學(xué)重點(diǎn)：各種替換算法的原理與性能分析，Cache存儲(chǔ)器性能分析

教學(xué)難點(diǎn)：段頁(yè)式和頁(yè)式虛擬存貯器中虛、實(shí)地址的計(jì)算；各種頁(yè)面替換算法的模擬和頁(yè)命中率

第五章 流水和指令級(jí)高度并行的超級(jí)機(jī)

（一）基本教學(xué)內(nèi)容

5.1 重疊方式

5.2流水方式

5.3向量的流水處理與向量流水處理機(jī)

5.4指令級(jí)高度并行的超級(jí)處理機(jī)

（二）基本要求

教學(xué)目的：掌握“一次重疊”方式中各種相關(guān)的處理；流水線的時(shí)空?qǐng)D和性能分析；流水的局部性相關(guān)的處理，全局性相關(guān)的處理和對(duì)中斷的處理；單功能非線性流水線的調(diào)度；向量處理方式；向量流水機(jī)中，向量指令之間并行和鏈接執(zhí)行的特點(diǎn)。

教學(xué)重點(diǎn)：相關(guān)的處理，畫(huà)流水線的時(shí)空?qǐng)D，計(jì)算吞吐率、效率和加速比；優(yōu)化單功能非線性流水線的調(diào)度方

教學(xué)難點(diǎn)：畫(huà)流水線的時(shí)空?qǐng)D，計(jì)算吞吐率、效率和加速比；優(yōu)化單功能非線性流水線的調(diào)度方

第六章 陣列處理機(jī)

（一）基本教學(xué)內(nèi)容

6.1 陳列處理機(jī)原理

6.2 SIMD計(jì)算機(jī)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

6.3 共享主存構(gòu)形陣列處理機(jī)中并行存儲(chǔ)器的無(wú)沖突訪問(wèn)

6.4 脈動(dòng)陣列處理機(jī)

（二）基本要求

教學(xué)目的：掌握處理單元之間的互連函數(shù)、多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)及全排列網(wǎng)絡(luò)；并行存貯器的無(wú)沖突訪問(wèn)；相聯(lián)檢索算法；多處理機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、程序的并行性

教學(xué)重點(diǎn)：陣列處理機(jī)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)分析，存儲(chǔ)器的無(wú)沖突訪問(wèn)

教學(xué)難點(diǎn)：陣列處理機(jī)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)分析

第七章 多處理機(jī)

（一）基本教學(xué)內(nèi)容

7.1 多處理機(jī)的概念、問(wèn)題與硬件結(jié)構(gòu)

7.2 緊耦合多處理機(jī)多Cache的一致性問(wèn)題

7.3 多處理機(jī)的并行性和性能

7.4 多處理機(jī)的操作系統(tǒng)

7.5 多處理機(jī)的發(fā)展

（二）基本要求

教學(xué)目的：了解多處理機(jī)的概念、問(wèn)題和硬件結(jié)構(gòu)；緊耦合多處理機(jī)多Cache的一致性問(wèn)題；多處理機(jī)的并行性、性能和發(fā)展。

教學(xué)重點(diǎn)：多處理機(jī)的概念、問(wèn)題和硬件結(jié)構(gòu)；緊耦合多處理機(jī)多Cache的一致性問(wèn)題；多處理機(jī)的并行性、性能和發(fā)展

教學(xué)難點(diǎn)：緊耦合多處理機(jī)多Cache的一致性問(wèn)題

三、課程各章節(jié)學(xué)時(shí)分配

四、本課程課外學(xué)習(xí)與修學(xué)指導(dǎo)

由于該課程涉及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟、硬件功能的合理分配，內(nèi)容復(fù)雜，難度較大，且具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，所以要學(xué)好本課程，必須做到理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，才能達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果。要求學(xué)生多參閱相關(guān)書(shū)籍，多做練習(xí)，多上機(jī)實(shí)驗(yàn)，掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)方法，同時(shí)掌握最新的計(jì)算機(jī)流水技術(shù)和并行處理技術(shù)。

五、本課程考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

考核方式：閉卷方式

成績(jī)?cè)u(píng)定方法：本課程的考核是平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和期終考試成績(jī)相結(jié)合。具體比例為：上課出勤、作業(yè)占20%，實(shí)驗(yàn)占20%，期末考試成績(jī)占60%。

其中期未考試總分100分，基礎(chǔ)題占50%，中等難度題占40%，較難題占10%?？荚囶}型主要有：選擇題、填空題、判斷題、簡(jiǎn)答題、計(jì)算題、畫(huà)圖題、分析題等。

六、教材及參考書(shū)

教材：李學(xué)干主編.《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》（第四版）.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.

主要參考書(shū)：

[1]鄭緯民，湯志忠.《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》（第二版）.北京：清華大學(xué)出版社，1998.

[2]李學(xué)干主編.《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》學(xué)習(xí)指導(dǎo)與題解.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001.

[3]白中英主編，《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》，北京：科學(xué)出版社，2006.

大綱撰寫(xiě)人： 李芝成

大綱審閱人： 劉偉群

教學(xué)副主任： 易葉青

編寫(xiě)日期：2012.6