計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)自學(xué)指導(dǎo)書專升本高升專計(jì)算機(jī)高本下學(xué)期

1、自學(xué)指導(dǎo)書編寫格式課程名稱：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)一、學(xué)習(xí)目的和要求計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)專業(yè)一門重要的專業(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。二、學(xué)習(xí)方法計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是一門軟件和硬件綜合性的課程，與“計(jì)算機(jī)組成原理”、“操作系統(tǒng)”、“編譯原理”、“匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”等課程聯(lián)系緊密。學(xué)習(xí)中應(yīng)該注意從系統(tǒng)整體的高度來看待教材所介紹的各種概念和實(shí)現(xiàn)方法，形成層次化，軟硬件協(xié)同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)觀念。由于教材的內(nèi)容比較抽象，

2、難于理解，在學(xué)習(xí)過程中要注意盡可能地把相關(guān)理論和基本概念與實(shí)際計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的例子進(jìn)行關(guān)聯(lián)和類比，加深理解，把握其中核心思想，更好地掌握計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的知識(shí)。三、學(xué)習(xí)進(jìn)度表課堂教學(xué)為16學(xué)時(shí)，習(xí)題練習(xí) 4學(xué)時(shí)。教學(xué)安排如下：課程主要內(nèi)容學(xué)時(shí)備 注1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念23套課后習(xí)題2、計(jì)算機(jī)指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23、流水線技術(shù)34、指令級(jí)并行35、存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)36、輸入輸出系統(tǒng)27、多處理機(jī)1合 計(jì)16四、各章節(jié)的內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)和作業(yè)題、思考題（分章節(jié)列出）第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念（2學(xué)時(shí)）要求掌握計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的概念，及其與計(jì)算機(jī)組成、計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的關(guān)系；掌握定量分析技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，包括

3、計(jì)算機(jī)性能評(píng)測(cè)的基本概念，測(cè)試程序，性能設(shè)計(jì)和評(píng)測(cè)的基本原則，Amdahl定律，CPU的性能公式等；了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中并行性的發(fā)展，包括并行性概念，提高并行性的技術(shù)途徑等。 第二章 計(jì)算機(jī)指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（2學(xué)時(shí)）了解指令集結(jié)構(gòu)的分類、操作數(shù)尋址方法、操作數(shù)的類型和表示、指令集格式的設(shè)計(jì)；掌握堆棧型、累加器型、通用寄存器型指令集結(jié)構(gòu)的概念和特點(diǎn)，掌握寄存器-寄存器型、寄存器-存儲(chǔ)器型、存儲(chǔ)器-存儲(chǔ)器型指令集結(jié)構(gòu)的概念和特點(diǎn)，掌握復(fù)雜指令集和精簡(jiǎn)指令集的概念和特征。第三章 流水線技術(shù) （3學(xué)時(shí)）了解流水線的基本概念及分類；掌握流水線性能分析的方法，包括畫時(shí)空?qǐng)D，計(jì)算吞吐率、加速比、效率，以及消除

4、流水線瓶頸段的方法；掌握流水線中相關(guān)的類型及解決方法，包括結(jié)構(gòu)相關(guān)、數(shù)據(jù)相關(guān)、控制相關(guān)的概念，以及定向技術(shù)、指令調(diào)度、分支預(yù)測(cè)、延遲分支等解決方法）。第四章 指令級(jí)并行 （3學(xué)時(shí)）掌握指令級(jí)并行的概念；掌握指令的動(dòng)態(tài)調(diào)度技術(shù)，包括動(dòng)態(tài)調(diào)度的原理、Tomasulo算法過程等；了解控制相關(guān)的動(dòng)態(tài)解決技術(shù)，包括分支預(yù)測(cè)緩沖、分支目標(biāo)緩沖、基于硬件的前瞻執(zhí)行；掌握多指令流出技術(shù)的基本原理，包括靜態(tài)超標(biāo)量、動(dòng)態(tài)多指令流出、超長(zhǎng)指令字。第五章 存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu) （3學(xué)時(shí)）掌握存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)概念，包括存儲(chǔ)層次的性能參數(shù)、“Cache 主存”層次和“主存輔存”層次特點(diǎn)；掌握Cache基本知識(shí)，包括映象規(guī)則、查

5、找方法、替換算法、寫策略，以及Cache性能分析方法；了解提高Cache性能的各種技術(shù)；了解提高主存帶寬的組織結(jié)構(gòu)；了解虛擬存儲(chǔ)器的基本原理和TLB的概念。第六章 輸入輸出系統(tǒng) （2學(xué)時(shí)）了解I/O系統(tǒng)與外部存儲(chǔ)設(shè)備基本知識(shí)；了解可靠性、可用性和可信性的概念；了解廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID的概念和基本結(jié)構(gòu)；了解通道的概念和分類；了解I/O系統(tǒng)性能分析方法；了解DMA和虛擬存儲(chǔ)器關(guān)系、I/O和Cache數(shù)據(jù)一致性問題、異步I/O技術(shù)等。第七章 多處理機(jī) （1學(xué)時(shí)）了解并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類；了解多處理機(jī)通信模型和存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)模型；了解對(duì)稱式共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，包括其中多處理機(jī)Cache一致性問題，實(shí)現(xiàn)Cache一致性的基本方案，總線監(jiān)聽協(xié)議及其實(shí)現(xiàn)；了解分布式共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及基于目錄的Cache一致性技術(shù)；了解多處理機(jī)互連網(wǎng)絡(luò)的性能參數(shù)、分類等基礎(chǔ)知識(shí)。注：習(xí)題見3套課后習(xí)題。五、課程的教程和主要參考書教材：1、張晨曦. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（第二版）. 高等教育出版社. 2005參考書：1、Patterson D. A., Hennessy J. L. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(量化研究方法第3版). 電子工業(yè)出版社. 20042、尹朝慶. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教程.