版计算机体系结构教学大纲于倩.doc
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《计算机体系结构》课程教学大纲
一、课程基本信息
1、课程名称:
计算机体系结构/ComputerArchitecture
2、课程性质:
专业选修课
3、总学时/学分:
32/2
4、授课对象:
软件工程专业、网络工程专业、信息安全专业
5、使用教材:
[美]WilliamStallings.计算机组织与结构—性能设计(第六版)北京:
清华大学出版社,2005年1月
二、课程简介
本门课程属于计算机偏硬技术课程,针对计算机专业高年级学生开设。
主要讲授内容为:
计算机系统结构、系统总线结构、Cache、内部存储器、外部存储器、输入/输出结构、操作系统支持、CPU结构和功能、指令集、寻址方式和指令格式、精简指令集计算机、超标量处理器等。
三、教学目的与基本要求
通过本门课程的学习,学生必须掌握计算机体系结构的基本概念和基本定律,包括计算机总线、Cache、内存、外存、I/O、操作系统支持、CPU结构和功能、指令集、精简指令集计算机、超标量处理器等。
四、教学进度表
章次
题目
教学时数
第一章
导论
2学时
第二章
计算机的演变和性能
2学时
第三章
计算机功能和互连的顶层视图
2学时
第四章
Cache
2学时
第五章
内存
2学时
第六章
外存
2学时
第七章
I/O
4学时
第八章
操作系统支持
4学时
第九章
指令集
4学时
第十章
CPU结构和功能
4学时
第十一章
精简指令集(RISC)计算机
2学时
第十二章
指令并行性和超标量处理器
2学时
总计
48学时
五、考核方式和成绩评定办法
1、考核方式:
闭卷考试+开卷考试
2、成绩评定办法:
平时、期中、期末成绩分别为10%、20%、70%(平时成绩由考勤、课堂表现构成、期中考试采用闭卷考试、期末考试采用开卷考试)
六、内容提要
第一章导论(教学时数2)
教学目的:
了解计算机组织与结构的基本概念
教学重点:
计算机组织与结构
教学难点:
组织与体系结构的区别
主要教学方法:
多媒体教学+课堂讨论
第一节计算机体系结构
第二节计算机的组织、结构和功能
本章基本概念:
计算机组织、体系结构
本章思考题:
见教材
第二章计算机的演变和性能(教学时数2)
教学目的:
了解计算机的发展简史以及几种主流计算机的发展历史
教学重点:
计算机的发展简史
教学难点:
计算机结构的发展
主要教学方法:
多媒体教学+课堂讨论
第一节计算机简史
一、计算机的发展简史
二、冯诺依曼机
三、摩尔定律
第二节计算机的性能设计
一、微处理器的速度和性能平衡
二、Pentium和PowerPC的最新进展
本章基本概念:
冯诺依曼机、摩尔定律
本章思考题:
见教材
第三章计算机功能和互连的顶层视图(教学时数4)
教学目的:
了解各主要部件的基本功能以及它们之间的互联结构和信号交换类型
教学重点:
计算机的指令周期和总线互联方式
教学难点:
总线结构
主要教学方法:
多媒体教学+课堂讨论
第一节计算机功能的顶层视图
一、冯诺依曼结构各个部件的功能
二、取指周期和执行周期、中断和指令周期、多重中断、I/O功能
第二节计算机互连结构的顶层视图
一、计算机的互连方式
二、总线互连
三、PCI总线
本章基本概念:
指令周期、总线互联、PCI总线
本章思考题:
见教材
第四章Cache(教学时数2)
教学目的:
了解和掌握计算机存储体系结构、cache设计要素(映射算法、替换算法、写策略等)、Pentium和PowerPC的Cache组织
教学重点:
计算机存储体系统,Cache的设计要素
教学难点:
Cache的映射算法
主要教学方法:
多媒体教学+课后作业
第一节计算机存储系统
一、存储系统的分层结构
二、各层存储器的访问方式
第二节Cache
一、Cache存储器原理
二、cache的映射算法、替换算法、容量、写策略、行的大小、数目
本章基本概念:
存储系统、局部性原理、cache、映射算法、写策略
本章思考题:
见教材
第五章内存(教学时数4)
教学目的:
了解和掌握内存的结构和纠错算法、高级内存形式
教学重点:
内存的纠错算法
教学难点:
Hamming纠错码
主要教学方法:
多媒体教学+课后作业
第一节半导体主存储器
半导体存储器的分类、组织、芯片逻辑与封装、模块组织
第二节纠错
一、Hamming单纠错码
二、Hamming双检错码
第三节高级DRAM结构
DRAM的最新技术发展
本章基本概念:
纠错、Hamming码
本章思考题:
见教材
第六章外存(教学时数2)
教学目的:
了解和掌握外存的种类、排列组织、检错方式
教学重点:
硬盘
教学难点:
硬盘的读取时间计算
主要教学方法:
多媒体教学+课后作业
第一节磁盘的基本结构
一、磁盘的读写机制
二、磁盘的数据组织、结构化和性能参数
三、磁盘访问时间的计算
第二节RAID
RAID0-6级以及各级的冗余与检错
第三节其他外部存储器
一、光盘
二、磁带
本章基本概念:
寻道时间、旋转延迟、RAID、冗余
本章思考题:
见教材
第七章I/O(教学时数2)
教学目的:
了解和掌握I/O模块的工作原理,3种基本I/O方式,I/O通道
教学重点:
程序式I/O,中断式I/O,DMA式I/O
教学难点:
中断式I/O和DMA式I/O
主要教学方法:
多媒体教学+课后作业
第一节外设
一、外设的原理
二、I/O模块的功能与结构
第二节3种基本I/O形式
一、程序式I/O
二、中断驱动的I/O
三、DMA式I/O
第三节其余I/O
一、I/O通道和I/O处理器
二、外部接口
本章基本概念:
中断、DMA、周期窃用、通道
本章思考题:
见教材
第八章操作系统支持(教学时数6)
教学目的:
了解操作系统对计算机体系结构的支持
教学重点:
程序调度和存储管理
教学难点:
存储管理
主要教学方法:
多媒体教学+课后作业
第一节操作系统概述
一、操作系统的目标、功能、类型
二、操作系统的调度
第二节操作系统的存储管理
一、交换、分区、分页、分段、虚拟存储器
二、转换后援缓冲器、
第三节Pentium和PowerPC的存储管理
本章基本概念:
调度、存储管理、虚拟存储
本章思考题:
见教材
第九章指令集(教学时数2)
教学目的:
了解和掌握指令集的特征、功能、寻址方式和指令格式
教学重点:
指令集的功能、寻址方式和格式
教学难点:
寻址方式
主要教学方法:
多媒体教学+课后作业
第一节指令集的特征和操作数类型
一、指令的要素、表示、类型、地址数目
二、操作数类型(结合Pentium和PowerPC讲授)
第二节寻址方式和指令格式
一、寻址方式(结合Pentium和PowerPC讲授)
二、指令格式(结合Pentium和PowerPC讲授)
本章基本概念:
指令集、操作数、寻址方式、指令格式
本章思考题:
见教材
第十章CPU结构与功能(教学时数4)
教学目的:
了解和掌握CPU的结构、指令周期和指令流水
教学重点:
指令周期和指令流水
教学难点:
指令流水策略
主要教学方法:
多媒体教学+课后作业
第一节处理器的组织方式(结合Pentium和PowerPC讲授)
第二节寄存器的组织方式(结合Pentium和PowerPC讲授)
第三节指令流水
一、指令流水的策略和性能
二、指令流水的转移处理
第四节处理器举例(Pentium和PowerPC)
本章基本概念:
指令流水、流水线策略、转移处理
本章思考题:
见教材
第十一章精简指令集计算机RISC(教学时数2)
教学目的:
了解和掌握精简指令集计算机的特征和结构特点
教学重点:
RISC的结构和流水线技术
教学难点:
大寄存器组方案,寄存器优化
主要教学方法:
多媒体教学+课后作业
第一节RISC概述
一、RISC的背景
二、RISC的特点
第二节RISC的寄存器组织
一、大寄存器方案
二、基于编译器的寄存器优化
第三节RISC的流水线技术
一、RISC流水线的特征
二、RISC流水线的优化方法
第四节RISC和CISC的对比
本章基本概念:
RISC、大寄存器组、寄存器优化、延迟转移
本章思考题:
见教材
第十二章指令并行性和超标量计算机(教学时数2)
教学目的:
掌握指令并行性方法,了解超标量计算机的结构特点
教学重点:
指令并行性
教学难点:
指令发射策略和相关性
主要教学方法:
多媒体教学+课后作业
第一节超标量概述
一、流水线和超级流水线
二、超标量
第二节超标量计算机的设计考虑
一、指令并行性和机器并行性
二、指令发射策略和指令相关性
三、超标量计算机的转移预测方法
第三节超标量计算机的举例
本章基本概念:
超标量、指令发射、指令相关性
本章思考题:
见教材
七、参考文献
[1].[美]Hennessy.计算机系统结构:
量化研究方法(第三版).电子工业出版社,2004年6月.
[2].徐炜民.计算机体系结构(第二版).电子工业出版社,2004年6月.
执笔人:
于倩
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- 关 键 词:
- 计算机体系结构 教学大纲