蘭 州 大 學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)(本科)《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)目 錄一.課程基本信息.課程的性質(zhì)、地位與任務(wù).教材與主要參考書.計(jì)劃學(xué)時(shí)與學(xué)時(shí)分配.課程內(nèi)容與要求第1章 計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第2章 指令集的設(shè)計(jì)第3章 CPU的設(shè)計(jì)第4章 流水線技術(shù)第5章 存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)第6章 計(jì)算機(jī)輸/輸出系統(tǒng)第7章 網(wǎng)絡(luò)并行計(jì)算系統(tǒng)第8章 多處理器計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu).教學(xué)環(huán)節(jié).實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié).考試要求.其它相說明課程編號(hào)2043061

一. 課程基本信息課程名稱計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程英文名稱ComputerArchitecture課程性質(zhì)：指定選修課先修課程：數(shù)字邏輯；計(jì)算機(jī)組成原理；概率論與統(tǒng)計(jì)；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；操作系統(tǒng)；編譯原理。適用專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、通信工程專業(yè)開課學(xué)期：第七學(xué)期學(xué) 時(shí)7254）學(xué) 分43）二. 課程的性質(zhì)、地位與任務(wù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的重要學(xué)科，也是高等院校計(jì)算機(jī)系本科生和研究生學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)、分析和評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)的主干課程。許多著名的院校作為研究生入學(xué)考試課程之一。該課程以講授計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念和基本原理為主，而不是完整介紹各種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)即不是以具體的機(jī)器為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)在教學(xué)中引進(jìn)定量原，讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何測(cè)試實(shí)際機(jī)器，分析實(shí)際機(jī)器，分析計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中遇到的各種限制因素，培養(yǎng)正確選擇各種折衷方案的能力。強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與操作系統(tǒng)和編譯系統(tǒng)的相互關(guān)系，充分反映出計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不是單純的硬件課程，而是硬件和系統(tǒng)軟件的結(jié)合點(diǎn)，因此本課程不僅適用于培養(yǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和芯片設(shè)計(jì)工程師和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程師，而且也適用于培養(yǎng)編譯系統(tǒng)和操作系統(tǒng)工程師。.教：

三. 教材與主要參考書《計(jì)算機(jī)體系結(jié)》石教英等著杭:浙江大學(xué)出版,1998[1版..參考：①量化研究方法（第三版)nHyvdn著鄭偉明、湯志忠、汪東升譯電子工業(yè)出版1.②(ig著ADVANCEDCOMPUTERARCHITECTURE機(jī)械工業(yè)出版社1版.③計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)鄭偉民、湯志著清華大學(xué)出版,1998[2版].④計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)李學(xué)著西安電子科技大學(xué)出版,2000[3版].《計(jì)算機(jī)體系結(jié)張晟著高等教育出版,2000[3版].[21世紀(jì)教]四.計(jì)劃學(xué)時(shí)與學(xué)時(shí)分配1.教學(xué)建議《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》課程分經(jīng)典教案面授和電子教案面授兩種。①經(jīng)典教案18周4學(xué)周=72學(xué)講)18×1學(xué)/=18學(xué)(實(shí)驗(yàn)；②電子教案18周3學(xué)周=54學(xué)講)12×3學(xué)/=36學(xué)(實(shí)驗(yàn)。2.教學(xué)進(jìn)度表（見表1）表1.教學(xué)進(jìn)度表章 內(nèi) 容

周 次12345678910 11 12 13 14 15 16 17 181 計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) ●●●2 指令集的設(shè)計(jì) ●●3 CPU的設(shè)計(jì) ●●●4 流水線技術(shù) ●●●● ● ●5 存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu) ● ● ● ●6 計(jì)算機(jī)輸/輸出系統(tǒng) ● ●7 網(wǎng)絡(luò)并行計(jì)算系統(tǒng) ● ●8 多處理器計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu) ● ●- 上 機(jī) 實(shí) 驗(yàn)五. 課程內(nèi)容與要求根據(jù)《計(jì)算機(jī)體系結(jié)》課程的內(nèi)容考核要求如下，考核分為：掌◆理（▲和了●三個(gè)層次掌握要求熟悉識(shí)內(nèi)容，并能把標(biāo)準(zhǔn)所列知識(shí)綜合應(yīng)用。理解：理解所學(xué)概念，并能用它解決簡(jiǎn)單問題。了解：能記住所學(xué)的知識(shí)內(nèi)容，并能直接運(yùn)用這些知識(shí)。第1章 計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 6(4)學(xué)時(shí)一、考核知識(shí)點(diǎn)1.計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者的任務(wù)2.計(jì)算機(jī)性能評(píng)價(jià)3.構(gòu)成計(jì)算機(jī)的成本組合4.用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)知識(shí)選購(gòu)計(jì)算機(jī)二、主要內(nèi)容本章的重介紹計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者的任務(wù)計(jì)算機(jī)性能評(píng)價(jià)和計(jì)算機(jī)成本構(gòu)。三、考核要求1.▲計(jì)算機(jī)需求的功能、功能實(shí)現(xiàn)時(shí)軟件和硬件的選擇計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)過程。2.◆計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的幾個(gè)原則。3.▲衡量計(jì)算機(jī)性能的參數(shù)、CPU性能、計(jì)算機(jī)性能常用指標(biāo)、如何正確評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)性能。4.●器件成本、直接成本、間接成本、報(bào)價(jià)單價(jià)格。第2章 指令集的設(shè)計(jì) 10(8)學(xué)時(shí)一、考核知識(shí)點(diǎn)1.指令集的設(shè)計(jì)原則2.操作系統(tǒng)、編譯方法和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的相互影響3.指令系統(tǒng)的測(cè)量方法4.RISC的設(shè)計(jì)思想二、主要內(nèi)容本章的重點(diǎn)是介紹指令集的設(shè)計(jì)原則操作系統(tǒng)和編譯方法與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相互關(guān)系、指令系統(tǒng)的測(cè)量方法、簡(jiǎn)要介紹RISC設(shè)計(jì)思想。三、考核要求1.指令的分類、指令設(shè)計(jì)的原則、操作數(shù)的確定、尋址方式和指令長(zhǎng)度的確定。2.●現(xiàn)代編譯器的結(jié)構(gòu)、編譯對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響和要求、操作系統(tǒng)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)系。3.●測(cè)量的作用、測(cè)量項(xiàng)目、測(cè)量方法和測(cè)量舉例。4.▲RISC設(shè)計(jì)的起源RISC設(shè)計(jì)的原則。第3章 U的設(shè)計(jì) 10(8)學(xué)時(shí)一、考核知識(shí)點(diǎn)1.引言2.數(shù)據(jù)通路3.指令執(zhí)行原理4.控制器（硬連線控制、微程序控制）5.中斷6.綜合應(yīng)用：一種控制器的設(shè)計(jì)（硬連線控制設(shè)計(jì)、微程序控制的實(shí)現(xiàn)方法、微程序的控制改造、總結(jié)）二、主要內(nèi)容本章的重點(diǎn)是以RISC樣機(jī)指令集為例介紹處理器數(shù)據(jù)通路和控制器設(shè)計(jì)，以及中斷系統(tǒng)。三、考核要求2.數(shù)據(jù)通路。3.指令執(zhí)行原理。4.◆硬連線控制、微程序控制。5.中斷。6.硬連線控制設(shè)計(jì)、微程序控制的實(shí)現(xiàn)方法、微程序的控制改造。第4章 流水線技術(shù) 18(15)學(xué)時(shí)一、考核知識(shí)點(diǎn)1.流水線處理的基本原理2.流水線工作的主要障流水線競(jìng)爭(zhēng)3.多周期操作的流水線策略4.流水線的動(dòng)態(tài)調(diào)度5.高級(jí)流水—進(jìn)一步開發(fā)指令集的并行處理6.非線形流水線二、主要內(nèi)容本章介紹流水線技術(shù)基礎(chǔ)和高級(jí)流水線技術(shù)兩大部分基礎(chǔ)技術(shù)包括流線處理的基本原理和流水線的動(dòng)態(tài)調(diào)度指令級(jí)并行性的開發(fā)和非線形流水線內(nèi)容。三、考核要求1.◆流水線的基本原理、基本處理器流水線。2.◆流水線競(jìng)爭(zhēng)時(shí)的性能、結(jié)構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)及防止措施、數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)及防止措施、控制競(jìng)爭(zhēng)及防止措施、實(shí)現(xiàn)流水線的困難。3.◆基本流水線的擴(kuò)展、長(zhǎng)延時(shí)流水線的競(jìng)爭(zhēng)及其消除。4.◆數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)的動(dòng)態(tài)調(diào)度、控制沖突的硬件預(yù)測(cè)。5.循環(huán)并行處理、多發(fā)射處理器、編譯支持指令級(jí)并行性開發(fā)、在硬件支持下進(jìn)一步開發(fā)并行性、超級(jí)流水線。6.▲非線形流水線。第5章 存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu) 13(9)學(xué)時(shí)一、考核知識(shí)點(diǎn)1.存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)的基本概念2.Cache主存存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)3.改進(jìn)Cache主存性能的技術(shù)4.主存的組織方式5.虛擬存儲(chǔ)器6.基于程序行為特性的優(yōu)化技術(shù)二、主要內(nèi)容本章介存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)的基本概念Cach、主存和虛存等基礎(chǔ)部分和改進(jìn)Cach/主存性能的新技術(shù)，最后以Alpha機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)為實(shí)例綜合介紹存儲(chǔ)系統(tǒng)的工作過程。三、考核要求1.存儲(chǔ)器的基本性能參數(shù)、存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)的基本原理、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的性能存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)對(duì)CPU設(shè)計(jì)的影響存儲(chǔ)器存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本題。2.◆Cache/主存的映象方式、Cache/主存的映象機(jī)構(gòu)、Cache/主存的替換策略、Cache/主存的寫策略、Cache主存存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)實(shí)例、Cache/主存的性能分析。3.降低失配率、縮短命中時(shí)間、減少失配損失Cache的一致性問題。4.單體單字主存結(jié)構(gòu)、單體多字主存結(jié)構(gòu)、多體交叉主存結(jié)構(gòu)、無沖突模塊訪問。5.虛擬存儲(chǔ)器與Cache主存存儲(chǔ)層次的差別虛擬存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)的基問題、存儲(chǔ)共享和保護(hù)、虛擬存儲(chǔ)器實(shí)例。6.指令預(yù)取緩沖器、寄存器和寄存器窗口。第6章 計(jì)算機(jī)輸輸出系統(tǒng) 5(3)學(xué)時(shí)三、考核知識(shí)點(diǎn)1.引言2.輸輸出設(shè)備類型3.I/O子系統(tǒng)的控制方式4.總線5.I/O子系統(tǒng)性能測(cè)量6.總結(jié)二、主要內(nèi)容本章介介紹輸/輸出設(shè)備類型輸輸出子系統(tǒng)的控制方法總線輸/輸出子系統(tǒng)性能測(cè)量冗余磁盤陣(RAI)技術(shù)。三、考核要求1.數(shù)據(jù)表示設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、廉價(jià)磁盤冗余陣列。2.程序控制I/O處理器。3.總線分類與選擇、總線標(biāo)準(zhǔn)。4.I/O性能預(yù)測(cè)I/O系統(tǒng)性能測(cè)量。第7章 網(wǎng)絡(luò)并行計(jì)算系統(tǒng) 5(3)學(xué)時(shí)一、考核知識(shí)點(diǎn)1.引言2.通用互連網(wǎng)絡(luò)3.工作站并行計(jì)算系(NOW計(jì)介紹4.總結(jié)：虛擬并行機(jī)PVM二、主要內(nèi)容本章的重點(diǎn)是以應(yīng)用通用互連網(wǎng)絡(luò)和商品化的工作站構(gòu)成并行計(jì)算系統(tǒng)的硬軟件技術(shù)包互連網(wǎng)絡(luò)原理工作站網(wǎng)絡(luò)并行計(jì)算系統(tǒng)實(shí)例介紹和實(shí)現(xiàn)絡(luò)并行計(jì)算的系統(tǒng)軟件技術(shù)。三、考核要求1.網(wǎng)絡(luò)原理、多機(jī)互連網(wǎng)絡(luò)。2.工作站并行計(jì)算系(NOW計(jì))介紹。3.PVM結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介PVM內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析。第8章 多處理器計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu) 5(4)學(xué)時(shí)一、考核知識(shí)點(diǎn)1.引言2.集中共享存儲(chǔ)器式多處理器體系結(jié)構(gòu)3.分布共享存儲(chǔ)器式多處理器體系結(jié)構(gòu)4.同步5.存儲(chǔ)器連貫性模型二、主要內(nèi)容本章的重點(diǎn)共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的多處理器系統(tǒng)包括集中共享存儲(chǔ)和分布共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、同步機(jī)制和存儲(chǔ)器一致性模型等內(nèi)容。三、考核要求1.并行體系結(jié)構(gòu)的分類、通信模型和存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)、通信機(jī)制的性能度量、不同通信機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)、并行處理帶來的挑戰(zhàn)。2.實(shí)施一致性的基本機(jī)制、兩種監(jiān)聽協(xié)議、基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)、協(xié)議實(shí)例。3.基本目錄的Cache一致性協(xié)議基礎(chǔ)、目錄協(xié)議示例、基于目錄的一致性協(xié)議性能。4.基于硬件原語、利用一致性機(jī)制實(shí)現(xiàn)鎖功能、同步性能要求、柵欄同步、大規(guī)模機(jī)器的同步。5.程序員的觀點(diǎn)、存儲(chǔ)器連貫性的松弛模型、松弛模型的實(shí)現(xiàn)、松弛模型的性能、對(duì)連貫性模型的最后評(píng)論。六.教學(xué)環(huán)節(jié)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門指定選修課，其教學(xué)環(huán)節(jié)為教師面授學(xué)生自學(xué)實(shí)驗(yàn)上機(jī)習(xí)題練習(xí)等其目的就是加深對(duì)該課程的學(xué)習(xí)，來掌握計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本概念、設(shè)計(jì)思想及定量分析算法，分析計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中遇到的各種限制因素，培養(yǎng)正確選擇各種折衷方案的能力。為今后的學(xué)習(xí)和研究打下良好的基礎(chǔ)。七.實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)可選以Linux、Windows或UNX為平臺(tái)，安排上機(jī)實(shí)驗(yàn)課和課程設(shè)計(jì)。設(shè)置以下實(shí)驗(yàn)：上機(jī)實(shí)驗(yàn)課配合課堂教學(xué)，深化所學(xué)內(nèi)容。課程設(shè)計(jì)通過對(duì)基準(zhǔn)程序的了解和測(cè)試，使學(xué)生建立系統(tǒng)整體概念，了解計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)思想。八.考試要求本標(biāo)準(zhǔn)各章考核要求中所列要求均屬考試內(nèi)容，學(xué)生可標(biāo)準(zhǔn)化考試和非標(biāo)準(zhǔn)化考試兩種考試形式的任一種：1標(biāo)準(zhǔn)化考試①試卷分為易中難三個(gè)檔次在每份試卷中所占比例依次為352；②試題類型有單項(xiàng)選擇題、多項(xiàng)選擇題、填空題、簡(jiǎn)答題、應(yīng)用題和綜合題；③考試采用閉卷筆試(0%)和實(shí)驗(yàn)上機(jī)(30%)兩種方式，閉卷筆試時(shí)間為120