1、僅供個人參考（一）課程內容1 .計算機系統的多級層次結構For personal use only in study and research; not for commercial use2 .計算機系統結構、組成和實現3 .軟硬件的取舍與計算機系統的設計思路For personal use only in study and research; not for commercial use4 .系統結構設計要考慮解決軟件的可移植性5 .應用與器件的發展對系統結構的影響6 .系統結構中的并行性發展及計算機系統的分類（二）學習目的與要求本章著眼于建立和掌握計算機系統結構設計應具備的基本知識和概

2、念，為進一步深入 學習后續各章打好基礎。總的要求是：理解一個完整的計算機系統可被看成是由多個機器級構成的層次結構的概念，知道層次的劃分。掌握結構、組成、實現三者的定義及包含方面，能對透明性作出正確的判斷。掌握計算機設計的三種思路，各自的優缺點，理解從中間向兩邊設計”的思路是最好的。理解軟、硬件功能分配的原則。掌握實現軟件移植的途徑、方法、適用場合、 問題及對策。了解應用和器件的發展對系統結構設計的影響。掌握并行性概念與計算機系 統結構中并行性的發展、并行性結構的分類。了解計算機系統的分類。重點為結構、組成設計研究的方面，計算機系統的設計思路，軟件的可移植性途徑, 系統結構的并行性。難點為透明性

3、分析。（三）考核知識點與考核要求1 .計算機系統的多級層次結構，要求達到領會層次。1.1 現代通用計算機系統可分成哪幾級，它們的相對位置。1.2 各機器級的實現所用的翻譯或解釋技術。1.3 層次結構概念對推動系統結構發展的作用。2 .計算機系統結構、組成和實現，要求達到領會層次。2.1 計算機系統結構的定義和研究方面。2.2 計算機系統結構是軟、硬件主要交界面的概念。2.3 計算機組成和計算機實現的定義和研究方面。2.4 系統結構、組成和實現的相互影響。2.5 透明性的概念，對具體問題能給出是否應透明的正確選擇。3 .軟、硬件取舍與計算機系統的設計思路，要求達到領會層次。3.1 軟、硬件實現的

4、優缺點。3.2 軟、硬件取舍的基本原則。3.3 計算機系統 的上往下”和的下往上”設計的方法和問題。3.4 計算機系統 的中間開始”設計的方法和優點。4 .系統結構設計要考慮解決軟件的可移植性，要求達到領會層次。4.1 軟件的可移植性定義、實現途徑，并理解解決好軟件可移植的必要性。4.2 采用統一高級語言途徑的方法、適用場合、存在問題和應采用的策略。4.3 采用系列機途徑的辦法、適用場合、好處、問題和應采用的策略。4.4 軟件向前、向后、向下、向上兼容的定義，系列機對軟件兼容的要求。4.5 正確判斷系列機中發展新型號機器的作法是否可取。4.6 采用模擬與仿真途徑的方法、適用場合、優點和問題以及

5、應采用的策略。4.7 對各種軟件移植手段的綜述。5 .應用與器件的發展對系統結構的影響，要求達到領會層次。5.1 明白非用戶片、現場片和用戶片的定義。5.2 器件發展是推動系統結構和組成前進的關鍵因素。5.3 器件發展是如何改變邏輯設計的傳統方法的。6 .系統結構中的并行性發展及計算機系統的分類，要求達到識記層次。6.1 并行性定義，并行性的二重含義和開發并行性的三種途徑。6.2 各種并行性等級的劃分和并行性高低的順序。6.3 計算機系統沿三種不同的并行性發展途徑開發出的多機系統類型與特點。6.4 耦合度概念。6.5 計算機系統弗林分類法。第2章數據表示與指令系統（一）課程內容1 .數據表示2

6、 .尋址方式3 .指令格式的優化設計4 .按CISC方向發展和改進指令系統5 .按RISC方向發展和改進指令系統（二）學習目的與要求本章從數據表示、尋址方式、指令系統設計與改進等幾方面分析應如何合理分配軟、 硬件功能，給程序設計者提供好的機器級界面。在保持高級語言與機器語言、操作系統 與計算機系統結構、程序設計環境與計算機系統結構之間適當的語義差距前提下，怎樣改 進計算機系統結構，縮小語義差距。總的要求是：理解數據表示與數據結構的關系。掌握引入和發展數據表示的標準。理 解自定義、堆棧、向量三種高級數據表示的內涵。掌握浮點數尾數基值大小和尾數下溢處 理方法的分析。理解基址尋址和變址尋址的不同，靜

7、態再定位與動態再定位技術的不同。 理解信息在存儲器按整數邊界存儲的概念。熟練掌握有哈夫曼壓縮思想的擴展操作碼編碼。 掌握指令格式優化設計的方法。掌握按增強指令功能發展與改進指令系統的目的、方法和 途徑。理解精簡指令系統計算機（ RISC）的思想，掌握 RISC結構所采用的基本技術。重點是浮點數尾數基值的選擇和下溢處理，自定義數據表示，再定位技術，信息按整數邊界存儲，操作碼優化，指令字格式的優化設計，指令系統改進途徑，RISC思想及所采用的基本技術。難點是浮點數尾數基值選擇，指令字格式的優化設計。（三）考核知識點與考核要求1 .數據表示，要求達到綜合應用層次。1.1 數據表示的定義，數據表示與數

8、據結構的關系。1.2 引入數據表示的原則。1.3 標志符數據表示的優點，標志符數據表示與數據描述符的差別。1.4 堆棧機器（堆棧數據表示）和向量數據表示的基本特征。1.5 浮點數尾數基值大小的利與弊，能熟練計算尾基不同大小時浮點數的可表示值范圍 和可表示數個數等參數。1.6 綜述和比較四種尾數下溢處理的方法、誤差特性分析、優缺點及適用場合。1.7 查表舍入法填下溢處理表的原則，并能進行具體填表。2 .尋址方式，要求達到領會層次。2.1 尋址方式的三種面向，邏輯地址和物理地址的含義。2.2 尋址方式在指令中的二種不同的指明方式，優缺點。2.3 程序的靜態再定位和動態再定位的含義和實現辦法。2.4

9、 信息在內存中按整數邊界存儲的含義、編址要求、存在問題和適用場合。3 .指令格式的優化設計，要求達到綜合應用層次。3.1 指令格式優化的含義。3.2 哈夫曼編碼、優化的擴展操作碼編碼的產生，并能求出其平均碼長。3.3 擴展操作碼中短碼不能是長碼的前綴的概念。3.4 歸納綜述出指令格式優化設計可采用的各種措施。3.5 根據指令設計全部要求設計出優化的指令格式。4 .按CISC方向發展和改進指令系統，要求達到領會層次。4.1 面向目標程序優化實現改進指令系統的目標和思路。4.2 面向高級語言優化實現改進指令系統的目標和思路。4.3 高級語言機器的定義和二種形式，理解其為什么難以得到發展。4.4 面

10、向操作系統優化實現改進指令系統的目標和思路。5 .按RISC方向發展和改進指令系統，要求達到領會層次。5.1 CISC存在的問題和 RISC的優點。5.2 設計RISC機器的一般原則。5.3 設計RISC機器的基本技術。第3章 總線、中斷與輸入輸出系統(-)課程內容1 .輸入輸出系統的基本概念2 .總線設計3 .中斷系統4 .通道處理機（二）學習目的與要求本章集中介紹總線、中斷、通道處理機的設計。總的要求是：掌握總線的類型、控制方式、通訊技術、數據寬度和總線線數等設計的 各種方案、優缺點和適用場合。理解中斷源為什么要分成類和分成級。掌握通過改設中斷 級屏蔽位的狀態達到所希望的中斷處理次序的做法

11、。熟練掌握畫中斷處理過程圖。了解中 斷系統的軟、硬件分配原則。掌握通道方式進行輸入輸出的過程。掌握通道的流量設計。 掌握畫字節通道響應和處理各設備請求的時空圖。重點是：總線控制方式，中斷響應次序和中斷處理次序的實現，通道流量設計。難點 是：畫中斷處理過程的示意圖，通道的流量設計，畫通道響應和處理各設備請求的時空圖。（三）考核知識點與考核要求1 .輸入輸出系統的基本概念，要求達到領會層次。1.1 高性能多用戶計算機系統中，I/O系統應當面向操作系統設計的概念。1.2 I/O系統三種方式，I/O處理機的二種形式。2 .總線設計，要求達到領會層次。2.1 專用和非專用總線的定義、優缺點及適用場合。2

12、.2 非專用總線中三種總線控制方式的總線分配過程，優缺點，所增加的控制線線數。2.3 同步與異步通訊控制方式的通訊過程，優缺點及適用場合。2.4 數據寬度的定義、分類和優缺點。知道數據寬度與數據通路寬度的不同。2.5 減少總線線數的辦法。3 .中斷系統，要求達到綜合應用層次。3.1 中斷分類和分級的目的，一般分哪幾類、哪幾級。3.2 設中斷級屏蔽位的作用及中斷嵌套的原則。北京字畫網北京高仿字畫網專業收售名人字畫、組織名家筆會，有實體店!3.3 按中斷處理要求的次序設置好中斷級屏蔽位的狀態，能正確畫出發生各種中斷請求時，CPU的程序執行狀態轉切的過程圖。3.4 中斷系統軟、硬件功能分配的基本點。

13、4 .通道處理機，要求達到領會層次。4.1 通道方式的輸入輸出過程。4.2 通道的三種類型，相應所用的數據寬度及適用場合。4.3 通道的極限流量計算，外設對通道要求的流量計算。4.4 計算I/O系統的流量。4.5 帶多臺外設的字節多路通道，進行流量計算、通道工作周期設計，畫通道響應和處理各臺外設請求時刻的時空圖，這部分要求達到簡單應用層次。第4章存儲體系（-）課程內容1 .存儲體系概念與并行主存系統2 .虛擬存儲器3 .高速緩沖（Cache）存儲器（二）學習目的與要求本章介紹并行主存、虛擬存儲器、Cache存儲器的原理、實現、性能分析及軟、硬件功能分配。總的要求是：理解發展存儲體系的理由和依據

14、，存儲體系的二個分支，主存模m多體交叉提高頻寬的可能性、局限性及發展存儲體系的必要性。掌握三種虛擬存儲管理方式的 原理、映象表機構、地址變換過程及優缺點。熟練掌握頁式虛擬存儲器的地址映象和變換、 替換算法，掌握其性能分析，了解其實現中的問題。掌握Cache存儲器的地址全相聯、直接和組相聯的映象規則及虛實地址變換過程。熟練掌握其中組相聯映象的塊替換。了解CacheLRU替換算法的硬件實現。掌握 Cache透明性中所涉及的各種算法及影響Cache性能的因素。重點是：頁式虛擬存儲器映象及 LRU、FIFO、OPT法替換的過程模擬，LRU法的堆 棧處理過程，Cache組相聯的地址映象和 LRU塊替換，

15、虛擬存儲器、 Cache存儲器的性能 分析。難點是組相聯的映象及替換算法模擬。（三）考核知識點與考核要求1 .存儲體系概念與并行主存系統，要求達到簡單應用層次。1.1 存儲體系的概念、分支以及依據于程序存在局部性的原理。1.2 有關存儲體系的參數。1.3 并行主存系統各種組織形式，掌握頻寬的分析與計算。2 .虛擬存儲器，要求達到綜合應用層次。2.1 三種虛存管理方式的原理、地址映象規則、映象表組織、地址變換過程及優點和問題。2.2 段頁式虛擬存儲器由虛地址計算實主存地址的方法，給出映象表內容計算出主存實地址，能判斷是否出現段失效、頁失效或保護失效。2.3 頁式虛擬存儲器的虛、實地址字段對應關系

16、、地址映象規則，會由虛地址查映象表 計算出實主存地址，或判斷是否發生頁失效。2.4 采用FIFO、LRU、OPT法進行頁面替換時的過程模擬，并會計算其命中率。2.5 堆棧型替換算法的定義，LRU替換算法的堆棧模擬過程，計算出不同實頁數時的命中率。2.6 PFF替換算法的思想，給各道程序合理分配主存頁數，使系統效率最高。2.7 分析虛擬存儲器的頁面大小Sp、分配的容量S1與主存命中率 H的關系，給出綜合評估和改進頁式虛擬存儲器性能的辦法。3 .Cache存儲器，要求達到綜合應用層次。3.1 Cache存儲器的組成與工作原理，與虛擬存儲器進行對比。3.2 全相聯、直接、組相聯等地址映象的規則、地址

17、變換的過程、相應所用映象表的組 織。3.3 堆棧法和比較對法實現Cache塊替換的機構和原理，計算比較對法中所用比較對觸發器的個數。3.4 給出主存塊地址流，采用組相聯（或直接映象） 、LRU （或FIFO ）替換時，畫出 各塊裝入和替換過程的示意圖，統計出Cache的命中率。3.5 解決Cache透明性問題所提出的各種算法和措施。3.6 提高Cache命中率的各種預取算法。3.7 分析影響Cache性能的各種因素及變化趨勢。3.8 分析Cache等效訪問速度與Cache容量及速度的關系。第5章 重疊、流水和向量處理機（-）課程內容1 .重疊方式2 .流水方式3 .向量的流水處理與向量處理機4

18、 .指令級并行的超級處理機（二）學習目的與要求本章介紹在組成設計上采用重疊和流水提高速度的原理、性能分析、相關處理與控制 機構、向量流水處理、向量處理機等內容，以及指令級高度并行的超標量、超長指令字、 超流水線處理機的原理。總的要求是：理解重疊和流水的工作原理。理解各種相關，掌握各種相關處理的方法。 熟練掌握畫流水的時空圖，計算吞吐率、效率、加速比。掌握單功能非線性流水線的調度。 了解流水機器的中斷處理，向量的流水處理。熟練掌握向量指令間的并行、鏈接與串行的 識別。了解指令級并行的超級處理機的結構原理。重點是：流水的性能分析及時空圖，相關處理、流水線調度、向量指令流水的并行與 鏈接。難點是：針

19、對所要求的重疊關系，計算全部指令完成的時間。根據題目要求畫二功 能靜態流水時空圖，計算吞吐率、效率和加速比。單功能非線性流水線的調度。向量指令 間的并行、鏈接、串行的判斷及所需拍數的計算。（三）考核知識點與考核要求1 .重疊方式，要求達到簡單應用層次。1.1 順序方式習重疊方式的定義和特點，重疊方式解決訪存沖突的辦法。1.2 ,次重疊”的含義及好處。1.3 條件轉移指令與后續指令之間的相關及其處理辦法。1.4 指令相關、主存數相關、通用寄存器組的數相關和變（基）址值相關的定義及處理 相關的辦法，設置相關專用通路的作用。1.5 給出指令間微操作重疊的時間要求，計算出執行完若干條指令所需要的時間。

20、2 .流水方式，要求達到綜合應用層次。2.1 流水是重疊進一步引申的概念，流水的向上擴展與向下擴展，指令級、處理機級、 系統級流水的含義 c2.2 單功能和多功能、靜態和動態、線性和非線性流水線及標量和向量流水機的定義。2.3 消除流水線瓶頸兩種辦法的時空圖畫法，吞吐率和效率的計算。2.4 給出計算式，在兩功能靜態流水線上，能調整指令順序，畫出流水時空圖，計算出 實際吞吐率、效率和加速比。2.5 同步流動和異步流動的區別，異步流動會出現的三種相關的定義。結合舊M360 /91能綜述出處理流水線局部性相關的辦法。2.6 綜述出流水機器處理全局性相關的各種辦法。2.7 單功能非線性流水線的調度，根

21、據預約表，找出最佳調度方案，按此方案實際調度 若干條指令，畫其時空圖，并求出此時實際的吞吐率和效率。3 .向量的流水處理與向量處理機，要求達到簡單應用層次。3.1 處理向量的三種方式和向量的流水處理含義。3.2 向量指令之間發生功能部件沖突、源向量 Vi沖突不能并行，而發生 Vi先寫后讀 相關可以鏈接的含義。3.3 以CRAY 1為例，分析向量指令之間并行、鏈接或串行的情況，計算出多條向 量指令全部執行完所需的最少時鐘數。4 .指令級并行的超級處理機，要求達到領會層次。4.1 超標量流水機的工作方式和結構特點。4.2 超長指令字計算機的工作原理。4.3 超流水線處理機提高指令級并行的方法。第6

22、章陣列處理機(-)課程內容1 .陣列處理機原理2 .陣列處理機的并行算法3 .SIMD計算機的互連網絡4.并行存儲器的無沖突訪問（二）學習目的與要求本章講解SIMD的陣列處理機的構形、工作原理和結構特點，并行算法，處理單元間 的互連，并行存儲器的無沖突訪問等內容。總的要求是理解陣列處理機的結構和工作原理。了解與流水處理機的差別。理解在陣 列處理機解題時對并行算法及存儲單元分配規則、互連網絡等的特殊要求。熟練掌握基本 的單級網絡及其互連函數表示。理解循環互連網絡的實現。熟練掌握多級網絡、全排列網 絡的畫法。理解解決并行存儲器無沖突訪問的辦法。重點是互連函數和多級互連網絡。難點是并行算法和多級互連

23、網絡。（三）考核知識點與考核要求1 .陣列處理機原理，要求達到識記層次。1.1 陣列處理機的工作方式和兩種基本結構形式。1.2 與流水線對比，陣列處理機的主要特點。2 .陣列處理機的并行算法，要求達到領會層次。2.1 ILLIAC W的互連結構模式及最大傳送步距。2.2 在分布式存儲器構形的陣列機上，并行算法對存儲器信息分布存放的特定要求。2.3 并行算法要求處理單元之間的互連具有規律性，有可能還需要有播送功能。3.SIMD計算機的互連網絡，要求達到綜合應用層次。3.1 互連網絡的設計目標。3.2 互連函數的各種表示。3.3 立方體、PM21、混洗交換三種單級網絡的互連函數表示、互連函數個數、

24、最大距 離。3.4 循環互連網絡和多級互連網絡的思想，知道多級互連網絡的三個參量。3.5 畫8或16個端的多級立方體和多級混洗（omega）網絡。3.6 按算法要求，找出互連規律，選擇適合于此算法的互連網絡及控制方式，畫出網絡 拓撲圖，確定開關狀態。3.7 立方體、omega、PM21網絡都是阻塞式網絡的含義，全排列網絡的含義及實現全 排列網絡的兩種方式，這部分要求達到領會層次。4.并行存儲器的無沖突訪問，要求達到簡單應用層次。4.1 實現一維數組步距為2i無沖突傳送時，對存儲器模m的要求。4.2 寫出方陣和長方陣數組實現存儲器無沖突訪問時的存儲體數及數據元素在體中分 布的規律。第7章多處理機

25、（-）課程內容1 .多處理機的特點及主要技術問題2 .多處理機的硬件結構3 .程序并行性4 .多處理機的性能5 .多處理機的操作系統（二）學習目的與要求本章講述MIMD的多處理機結構特點、構形、機間互連、并行算法、程序并行性、并 行語言、操作系統等內容。總的要求是：了解多處理機的特點及主要問題，理解緊耦合和松耦合的構形，理解各 種機間互連形式。掌握并行算法研究思路，程序并行性分析結論和任務的派生和匯合關系。 理解多處理機的任務粒度、通信開銷對性能的影響。了解多處理機操作系統分類。重點是：多處理機結構特點，程序并行性，并行任務的派生與匯合。難點是：并行算 法的研究思路，程序中并行任務的派生與匯合

26、。（三）考核知識點與考核要求1 .多處理機的特點及主要技術問題，要求達到領會層次。1.1 多處理機的定義和并行性等級。1.2 與并行處理機對比，多處理機的特點。1.3 多處理機要解決的主要技術問題。2 .多處理機的硬件結構，要求達到領會層次。2.1 多處理機緊耦合和松耦合兩種構形的特點。2.2 各種多處理機機間互連的形式、特點、問題及適用場合。3 .程序并行性，要求達到綜合應用層次。3.1 并行算法的研究思路。3.2 給出表達式，畫串行運算樹和并行運算樹，求P、T1、Tp、Sp和Ep各值3.3 給出程序中的語句或指令，分析其并行性。FORK、3.4 給出計算式或高級語言源程序，分析其并行任務的派生和匯合關系，加配 JOIN、GO