计算机学科相关专业课程体系结构资料

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《计算机体系结构》课程教学大纲

课程编号：“计算机体系结构”课程教学大纲Computer Architecture Course Outline50学时 3学分一、课程的性质、目的及任务计算机体系结构是计算机科学与技术专业的核心课程之一，与计算机组成原理、微型计算技术课程等课程彼此交叉重复，但各有侧重，彼此相互补充、相互辅助。

计算机体系结构重点论述计算机系统的各种基本结构、设计技术和性能分析方法，计算机组成原理侧重讨论计算机基本部件的构成和组成方式，基本运算的操作原理和单元的设计思想、操作方式及其实现；而微型计算机技术则突出应用，详细讲述微处理器芯片、计算机主版、接口技术和应用编成方法。

本课程的目的及任务是：使学生通过本课程的学习，在计算机基本部件构成的基础上，了解计算机系统的各种基本结构，掌握在计算机设计的各个环节中影响性能的因素，以及提高性能的各种理论和方法，并通过定量分析技术对设计中的整体和局部的性能进行评价，提供科学依据。

二、适用专业——电子科学与技术、计算机应用三、先修课程——计算机导论四、课程的基本要求通过本课程的学习，学生应能达到下列要求：1、计算机体系结构的基本概念（1）了解体系结构的概念：层次概念，性价比，数据表示，性能量纲，翻译和解释等。

（2）了解体系结构的发展并行性的发展：存储程序机器的结构特点，分布的I/O处理能力，保护的存储器空间，存储器组织结构的发展，并行处理技术，指令集的发展。

（3）了解计算机的分代和分型，计算机实现技术的发展。

（4）掌握执行程序的的并行级别，处理数据的并行级别，提高并行性的技术途径。

（5）熟练掌握定量分析技术：响应时间，测试程序，大概率事件优先原则，Amdahl定律，系统加速比，程序局部性原理，CPU时间，CPI 。

2、计算机指令集结构设计（1）掌握指令集结构的分类：堆栈方式，累加器方式，寄存器方式。

（2）理解通用寄存器型指令集结构分类：寄存器-寄存器型，寄存器-存储器型，存储器-存储器型。

计算机专业知识体系

第三章计算机专业知识体系
本章主要内容
素质培养与知识体系学科基础知识
3.1 素质培养与知识体系
为了适应21世纪经济建设、社会发展对人才的需要，各高等学校都及时的修订、完善了培养方案、教学计划。虽然各学校根据自身的特点各有不同，但大体上都遵循了一个基本原则。简要描述为：在现代教育理念指导下，以素质教育为基础，以创新教育为核心，贯彻以学生为主体、教师为主导的教育思想；加强基础，拓宽专业，强化能力，注重创新。
核心课程设置中存在的问题：
缺乏面向计算学科方法论的思维能力和面向计算学科数学思维能力的培养
忽视计算领域的历史内容，使学生重复原来的错误
缺乏其他专业能力的培养
缺乏对实验室操作、集体项目和交叉学科的研究。
（3）相应的对策
理论与实践相结合
提供具体经验。提供将课堂上讲授的原理运用于实际软件和硬件的设计、实现和测试的具体经验，以培养学生关于实际计算的感性认识，帮助学生理解抽象概念。
54
16
IS1,IS2,IS3
IS4,IS5,IS6,IS7
14 数字逻辑
36
16
AR1,AR2,AR3
15 计算机组成基础 54
16
AR2,AR3,AR4,AR5
16 计算机体系结构 54
16
AR5,AR6,AR7
AR8,AR9
计算机工程方向的知识体系
18 个知识领域（area） 186 个知识单元（unit） 1488 个知识点（topic）
根据素质和能力培养的要求，计算机专业知识体系主要应包括公共基础知识、学科基础知识和专业知识几个系列。
公共基础知识系列主要开设树立科学的世界观、培养高尚的道德情操和良好的心理素质、增强法制观念等方面的课程，大学语文、大学英语、大学体育等课程也属于该模块。

计算机科学与技术专业课程

7．离散数学：
“离散数学”是计算机科学与技术专业必修课程，其主要内容包括：命题逻辑；一阶命题逻辑；集合、关系与映射；代数系统、布尔代数；图论等。这些内容为学习计算机专业课程，如编译原理、数据结构提供重要的理论工具，同时也是计算机应用不可缺少的理论基础。
离散数学主要培养学生对事物的抽象思维能力和逻辑推理能力，为今后处理离散信息，从事计算机软件的开发和设计，以及计算机的其它实际应用打好数学基础。
10．高级语言程序设计：
本课程介绍了C与C++的全集。它从语法入手，同时强调程序设计的基本方法，以使学生能在较短的时间内，掌握C语言的结构化程序设计方法与C++语言的面向对象程序设计方法。主要内容有：1、过程初步；2、过程组织和管理；3、C++的数据类型；4、类与对象；5、继承；6、I/O流。
计算机科学与技术专业课程
二、课程简介 TOP
1．数字逻辑电路：
“数字逻辑”是计算机专业本科生的一门主要课程，具有自身的理论体系和很强的实践性。它是计算机组成原理的主要先导课程之一，是计算机应用专业关于计算机系统结构方面的主干课程之一。
课程的主要目的是使学生了解和掌握从对数字系统提出要求开始，一直到用集成电路实现所需逻辑功能为止的整个过程的完整知识。内容有数制和编码、布尔代数和逻辑函数、组合逻辑电路的分析和设计，时序逻辑电路的分析和设计，中、大规模集成电路的应用。通过对该课程的学习，可以为计算机组成原理、微型计算机技术、计算机系统结构等课程打下坚实的基础。
11．软件工程：
软件工程课程是计算机专业的一门主要专业课程，是培养高水平软件研制和开发人员的一门重程。该课程主要介绍软件工程的概念、原理及典型的方法技术，进述软件生存周期各阶段的任务、过程、方法和工具，讨论了软件工程使用的科学管理技术。

本科专业认证《计算机体系结构》教学大纲

《计算机体系结构》教学大纲课程名称：计算机体系结构英文名称：Computer Architecture课程编号：0812000485课程性质：选修学分/学时：2/32。

其中，讲授 32学时，实验 0学时，上机 0学时，实训 0学时。

课程负责人：先修课程：模拟电路，数字电路，计算机组成原理，汇编语言，操作系统，算法与程序设计方法一、课程目标通过本课程的教学，使学生先掌握计算机系统结构的基本概念，以及计算机系统结构的形成和发展过程，再以现代计算机系统结构为主线，掌握计算机系统结构的合成、存储系统结构、流水线结构、多处理机系统、RISC结构、分布计算环境结构及数据流计算机结构等现代计算机的系统结构，并了解软件对计算机系统结构的影响，最后了解现代计算机系统结构的最新发展。

本课程帮助学生了解计算机系统结构的基本概念，基本原理、基本结构、基本分析方法以及近年来的重要进展。

通过本课程的学习，达到以下教学目标：1. 工程知识1.1 掌握必要的计算机体系结构基础理论知识。

1.2 能够应用计算机体系结构理论知识解决复杂工程技术问题。

2. 问题分析2.1 能够理解并恰当表述计算机体系结构的实际问题。

2.2 能够找到合适的解决计算机体系结构实际问题的程序与方法。

2.3 在一定的限制条件下能够合理解决计算机体系结构方面的实际问题。

3．设计/开发解决方案能够运用计算机系统结构基础知识初步进行计算机系统的规划与设计并体现创新意识。

4. 研究4.1能够采用计算机系统结构理论知识进行研究并合理设计实验方案。

4.2具备采集有效数据的能力。

5. 使用现代工具能够正确运用工具与资源对计算机系统的性能提升等问题进行设计与实现。

6. 终身学习6.1具有自觉搜集阅读与整理资料的能力。

6.2了解计算机系统结构的发展前沿。

6.3具有终身学习的意识与能力。

二、课程内容及学时分配如表1所示。

三、教学方法课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、综合讨论、网络课程等共同实施。

计算机专业课程体系介绍（含学习顺序）（精选5篇）

计算机专业课程体系介绍（含学习顺序）（精选5篇）第一篇：计算机专业课程体系介绍(含学习顺序)基础方面：（应该无需解释啦）⒈ 高等数学⒉ 线性代数⒊ 复变函数与积分变换⒊ 概率统计硬件方面：（最终应该达到可以看懂并分析电路图；可以设计专用计算机系统的程度）⒈ 电路分析基础一切电子方向的基础⒉ 模拟电子技术基础一切电子方向的基础（开始分化方向）⒊ 数字电子技术基础数字电子（计算机）专业的基础⒋ 计算机组成原理抽象的数字电子的“可以用来计算的机器”的大原理⒌ 微机原理及接口技术基于8086的PC微型计算机系统的原理⒌ IBM PC汇编语言程序设计 8086CPU指令系统程序设计⒌ 计算机系统与结构抽象的数字电子计算机系统（非单指计算机）的原理⒌ 单片机及接口技术单芯片计算机系统的基本原理⒍（计算机）信号与系统从数字电路角度理解的计算机系统的接口与通讯软件方面：（最终应该达到可以阅读并分析程序（不单指源码）；可以设计计算机程序系统）⒈ 离散数学⒈ C语言程序设计或 C++面向对象程序设计或 Pascall语言程序设计⒉ 数据结构计算机中数据的组织与管理方式（启发式，非结论式）⒊ 计算方法计算机数值计算提高计算精度的方法⒋ 操作系统计算机系统基础管理软件的组成与实现技术⒌ 编译原理从源码到可执行代码的翻译过程快速有效的实现方法⒍ 数据库系统概论计算机中大批量数据的管理与检索方法⒍ SQL Server数据库一个具体的数据库系统的应用⒍ 软件工程从工程管理的角度来管理“软件制造业”的方法其它方向：（电子）信号与系统通信原理计算机网络TCP/IP技术分布式应用原理图形学多媒体技术基础计算机专业课程自学参考有人说,计算机专业的人编的程序要比非计算机专业的人编的要好.也许这是在大多数情况下适用的,但是并不是绝对的.你在这个方面经验比别人多,研究的比别人深入,那你就比别人专业,所以要相信自己.我本不是计算机专业的,但是本专业也学过许多计算机课程.准备把没学的补补.下面是计算机专业课程,供大家自学参考,当然这些都是基础.一:离散数学，数据结构，计算机组成原理，汇编语言程序设计，面向对象技术，数据通信原理，数字电路与逻辑设计，程序设计课程设计，数据结构课程设计，计算机组成原理试验，数字电路与逻辑设计试验，计算机文化基础，计算机程序设计，线性代数A，概率论与数理统计B，普通物理B，电路电子学数据库系统，操作系统，计算机网络，计算机系统结构，光通信技术，嵌入式系统设计，Internet与web编程，Cisio/Solaris网络体系设计与实现，综合布线系统编译原理，数字系统设计VHDL，信号与系统，微机系统与接口技术，数字信号处理，软件工程，IT项目管理，七号信令系统，电子商务概论，多媒体技术，UNIX操作系统，计算机信息安全移动通信，卫星通信，计算机系统维护技术二:第二篇：计算机课程体系(学习顺序)基础方面：（应该无需解释啦）⒈ 高等数学⒉ 线性代数⒊ 复变函数与积分变换⒊ 概率统计硬件方面：（最终应该达到可以看懂并分析电路图；可以设计专用计算机系统的程度）⒈ 电路分析基础一切电子方向的基础⒉ 模拟电子技术基础一切电子方向的基础（开始分化方向）⒊ 数字电子技术基础数字电子（计算机）专业的基础⒋ 计算机组成原理抽象的数字电子的“可以用来计算的机器”的大原理⒌ 微机原理及接口技术基于8086的PC微型计算机系统的原理⒌ IBM PC汇编语言程序设计 8086CPU指令系统程序设计⒌ 计算机系统与结构抽象的数字电子计算机系统（非单指计算机）的原理⒌ 单片机及接口技术单芯片计算机系统的基本原理⒍（计算机）信号与系统从数字电路角度理解的计算机系统的接口与通讯软件方面：（最终应该达到可以阅读并分析程序（不单指源码）；可以设计计算机程序系统）⒈ 离散数学⒈ C语言程序设计或 C++面向对象程序设计或 Pascall语言程序设计⒉ 数据结构计算机中数据的组织与管理方式（启发式，非结论式）⒊ 计算方法计算机数值计算提高计算精度的方法⒋ 操作系统计算机系统基础管理软件的组成与实现技术⒌ 编译原理从源码到可执行代码的翻译过程快速有效的实现方法⒍ 数据库系统概论计算机中大批量数据的管理与检索方法⒍ SQL Server数据库一个具体的数据库系统的应用⒍ 软件工程从工程管理的角度来管理“软件制造业”的方法其它方向：（电子）信号与系统通信原理计算机网络 TCP/IP技术分布式应用原理图形学多媒体技术基础离散数学，数据结构，计算机组成原理，汇编语言程序设计，面向对象技术，数据通信原理，数字电路与逻辑设计，程序设计课程设计，数据结构课程设计，计算机组成原理试验，数字电路与逻辑设计试验，计算机文化基础，计算机程序设计，线性代数A，概率论与数理统计B，普通物理B，电路电子学数据库系统，操作系统，计算机网络，计算机系统结构，光通信技术，嵌入式系统设计，Internet与web编程，Cisio/Solaris网络体系设计与实现，综合布线系统很多朋友可能跟我一样，想学习计算机专业知识，又没机会接受正规的大学计算机教育。

《计算机系统结构》教学大纲

《计算机系统结构》教学大纲课程名称：计算机系统结构课程学时：72学时课程类型：专业必修课课程学分：3学分课程考核方式：考试一、课程目标本课程旨在使学生了解计算机系统的基本结构和原理，掌握计算机系统的层次结构、指令系统和中央处理器、主存储器和输入输出系统等方面的知识，培养学生分析和设计计算机系统的能力。

二、课程内容1.计算机系统概论1.1计算机系统的发展历程1.2计算机系统的基本组成部分1.3计算机系统的层次结构2.指令系统2.1指令的分类与特点2.2指令的寻址方式2.3指令的执行过程2.4简单指令系统的设计与实现3.中央处理器3.1数据通路和控制器3.2指令的执行过程3.3中央处理器的设计与实现3.4流水线技术4.主存储器4.1存储器的基本概念4.2存储器的层次结构4.3存储器的组织与管理4.4高速缓存存储器的设计与实现4.5虚拟存储器5.输入输出系统5.1输入输出系统的功能与分类5.2输入输出设备的接口技术5.3中断处理和DMA技术5.4输入输出系统的设计与实现三、教学方法本课程采用理论课和实验相结合的教学方法。

理论课主要讲授计算机系统的基本原理和概念，通过示例和案例分析加深学生的理解。

实验课将对部分计算机系统组成部分进行仿真和实践操作，提高学生的实际操作能力。

四、教材与参考书主教材：《计算机组成与设计》（第5版）- David A. Patterson, John L. Hennessy，机械工业出版社参考书：1. 《计算机系统结构教程》- M. Morris Mano, 赵洁，高等教育出版社2.《计算机体系结构》-王肇国，机械工业出版社五、考核方式与评分标准本课程采取考试的方式进行综合评估。

考试主要包括选择题、填空题、简答题和综合性问题。

评分标准包括学生对计算机系统原理的掌握程度、对计算机系统设计的理解程度以及实验操作能力的表现等。

六、实验内容1.设计一个简单的指令系统，包括指令集、寻址方式和控制流程。

计算机体系结构课程介绍和教学大纲

《计算机体系结构》课程简介课程内容：《计算机体系结构》是为计算机科学与技术专业学生开设的一门选修课程。

这门课程既是计算机体系结构设计的入门课，又是计算机专业的总结型专业核心课程，体现了计算机组成原理、计算机操作系统、数据结构、微机原理等课程的综合运用。

其主要任务是较为全面系统地讲述计算机体系结构的基本概念、基本原理、量化分析和优化方法。

通过本课程的学习，使学生掌握计算机组织和系统结构的基本知识，熟悉现代计算机中各种典型系统结构的原理、组织、关键技术和定量的分析方法；了解体系结构设计的基本方法；学会分析、评价和优化计算机系统的整体性能，具有一定的选择和使用计算机系统的能力，能够正确选择和匹配应用领域与计算机系统结构，并且具备进入高性能计算领域进一步学习和深入研究的初步能力。

Brief Introduction Computer ArchitectureCourse Description:This course is the elective subject for the college students of the major of the computer science and technology. It is the prerequisite course of the computer architecture, and it is the summary of the computer curriculum. The course embodies the principle of computer composition theory, operating system, data structure and the principle of microcomputer. The basic task of this course is to introduce the basic concepts, principles, quantitative analysis and optimization methods relatively systematically.Through the study of the course, the students will master the basic knowledge of the computer organization and computer architecture, familiar with the principle, organization, key technology and quantitative analysis method of the typical architecture in modern computer. The student will understand the method of design the computer architecture, master to analysis, evaluation and optimization of computer architecture, having the ability of selection and using the computer. At last, the course will cultivate the ability of learning and research in the domain of high performance computing.《计算机体系结构》课程教学大纲一、教学内容第一章计算机系统结构的基础知识1.1 引言1.2 计算机系统结构的基本概念1.3 计算机系统的设计1.4 计算机系统的性能评测1.5 计算机系统结构的发展1.6 计算机系统结构中并行性的发展1.7 小结教学难点：计算机体系结构概念的建立、层次模型的建立。

计算机学科相关专业课程体系结构

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（5）计算机组成原理
以冯•诺依曼计算机模型为出发点，介绍计算机的组织结构和工作原理，剖析计算机的运算器、存储器、控制器和输入输出设备的结构、工作原理与相互关系。先修课程：计算机导论、数字逻辑。
18
（6）操作系统
介绍操作系统的设计和实现，包括操作系统各组成部分的概述，互斥性和同步性，处理器实现，调度算法，存储管理，设备管理和文件系统。先修课程：算法与数据结构、计算机组成基础。
21
（9）计算机网络
介绍数据通信的基本概念和计算机网络的基本原理，包括计算机网络的体系结构、数据通信的基本方法和协议、计算机网络的主要应用协议；同时介绍计算机网络系统的安全和管理知识，使学生对数据通信和计算机网络有一个全面理解。先修课程：计算机导论、计算机组成、操作系统、算法与数据结构。
30年代前期，K.哥德尔和S.C.克林尼等人创立了递归函数论，将数论函数的算法可计算性刻划为递归性。
30年代中期，A.M.图灵和E.L.波斯特彼此独立地提出了理想计算机的概念，将问题的算法可解性刻划为在具有严格定义的理想计算机上的可解性。
30年代发展起来的算法理论，对在40年代后期出现的存储程序型计算机的设计思想是有影响的。图灵提出的理想计算机（称为图灵机）中的一种通用机就是存储程序型的。
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（4）算法与数据结构
介绍常用的数据表示和处理技术，包括顺序存储和链接存储的线性表、栈和队列的表示和操作；字符串的模式匹配算法；插入排序、选择排序、快速排序等常见的内部排序方法；顺序存储的数组的地址计算方法；树的存储结构、遍历和线性表示；二叉树的遍历、存储和查找；穿线树和穿线排序；查找树、平衡树、 Huffman算法、B树等常见树的表示和有关算法；图的表示、遍历及应用。先修课程：高级语言程序设计、离散数学。

计算机科学与技术专业相关知识

计算机科学与技术专业相关知识计算机科学与技术（Computer Scienceand Technology，简称CS）是研究计算机系统、软件系统、计算理论及其应用的学科。

以下是与计算机科学与技术专业相关的一些基础知识：1.数据结构与算法：数据结构是组织和存储数据的方式，包括数组、链表、树、图等。

算法是解决问题的方法和步骤，包括排序、查找、图算法等。

2.编程语言：常见的编程语言包括C、C++、Java、Python、JavaScript等。

理解语言的语法、语义以及如何使用各种库和框架进行软件开发。

3.计算机体系结构：理解计算机硬件组成，包括处理器、内存、输入输出设备等。

学习计算机系统的工作原理、性能优化、并行计算等。

4.操作系统：理解操作系统的基本概念、原理和设计。

学习操作系统的调度算法、内存管理、文件系统等。

5.数据库系统：学习数据库的设计、实现和管理。

理解关系数据库、NoSQL数据库等不同类型的数据库系统。

6.网络技术：理解网络协议、网络拓扑、网络安全等基础知识。

学习网络编程、网络通信、互联网应用开发等技术。

7.软件工程：理解软件开发的流程和方法论，包括需求分析、设计、编码、测试、部署等。

学习软件工程的各种方法和工具，如敏捷开发、持续集成、版本控制等。

8.人工智能与机器学习：学习机器学习算法、模型和技术，如线性回归、决策树、深度学习等。

理解人工智能的基本概念、应用领域和发展趋势。

9.计算理论：学习计算模型、算法复杂性理论、自动机理论等。

理解计算问题的可解性、计算能力的限制等基本概念。

10.软件测试与质量保证：学习软件测试的方法、工具和流程。

理解软件质量保证的原理和实践，包括代码审查、测试覆盖率、缺陷管理等。

以上是计算机科学与技术专业的一些基础知识，这些知识涵盖了计算机科学与技术领域的核心内容，对于理解计算机系统、开发软件应用以及解决计算问题都是非常重要的。

计算机科学与技术专业的知识体系与课程体系

信息系统与信息服务的新选择
高级资格
高级工程师
信息系统项目管理师系统分析师系统架构设计师
“软考”的专业类别与人才培养方向
360
2005年 102,723 18,300
1,798
增长率 400% 900% 500%
南开大学信息学科的发展
❖ 1958－ ▪ 1958年设立无线电电子专业（电子科学与技术系前身） ▪ 1958年设立半导体物理专业（微电子科学系前身） ▪ 1962年设立无线电物理专业（通信工程系前身） ▪ 后改为电子科学系的物理电子专业
更应用化
“计算机科学”的知识与技能分布
组织型事务管理 & 信息系统
应用技术
软件方法和技术
系统基础框架
计算机硬件 &体系结构
理论的创新性
CS
开发实现能力
应用、部署配置能力
更理论化
更应用化
“信息系统”的知识与技能分布
组织型事务管理 & 信息系统
应用技术
软件方法和技术
系统基础框架
计算机硬件 &体系结构
主干课程
工程师
软件评测师软件设计师
计算机应用方向的多种选择
信息系统与信息服务的新选择
高级课程
高级工程师
信息系统项目管理师系统分析师系统架构设计师
“计算机工程”的理论课程体系
基础课程
助理工程师、技术员
软件方向：程序员网络方向：网络管理员应用方向：多媒体应用制作技术员电子商务技术员信息系统方向：信息系统运行管理员信息服务方向：信息处理技术员
内容提要
1 中国计算机专业教育发展历史回顾 2 计算机科学与技术专业的知识体系 3 计算机科学与技术专业的课程体系 4 浅谈资格认证考试的选择——软考

计算机科学与技术专业本科课程教学大纲

一、课程名称：计算机科学与技术二、课程性质和目的1. 本课程是计算机科学与技术专业的基础课程，旨在为学生提供计算机科学与技术领域的基本理论和实践知识，培养学生的计算机科学与技术分析、设计和应用能力，使其具备扎实的计算机科学与技术基础，为将来的学习和科研打下坚实基础。

2. 通过本课程的学习，学生应该掌握计算机科学与技术领域的基本概念和原理，了解计算机系统的组成和运行原理，掌握常见数据结构和算法的设计和分析方法，熟悉计算机网络和数据库等基本应用技术，具备一定的计算机编程实践能力。

三、教学内容1. 计算机科学与技术概论1.1 计算机科学与技术的发展历程1.2 计算机科学与技术的基本概念和基本原理2. 计算机体系结构2.1 计算机硬件系统组成和功能2.2 计算机指令系统和执行过程3. 数据结构与算法分析3.1 基本数据结构：数组、链表、栈、队列、树、图等3.2 基本算法设计和分析方法4. 操作系统原理4.1 操作系统的基本概念和功能4.2 进程管理、文件管理、内存管理、设备管理等5. 计算机网络与通信5.1 计算机网络的基本概念和体系结构5.2 网络通信协议和技术6. 数据库原理与应用5.1 数据库的基本概念和组成5.2 数据库设计、查询语言和应用四、教学目标1. 掌握计算机科学与技术领域的基本理论和知识，具备扎实的计算机科学与技术基础；2. 具备较强的计算机编程和问题分析解决能力；3. 了解计算机网络和数据库等基本应用技术，具备一定的实践能力。

五、教学方式和方法1. 采用理论与实践相结合的教学方式，注重理论知识与实际应用相结合；2. 采用多种教学方法，如讲授、实验、案例分析、课程设计等；3. 强调实际操作和项目实践，培养学生的实际动手能力。

六、教材和参考书目1. 主教材：《计算机科学与技术导论》；2. 辅助教材：2.1 《计算机体系结构教程》；2.2 《数据结构与算法分析》；2.3 《操作系统原理与实践》；2.4 《计算机网络与通信》；2.5 《数据库原理与应用》。

计算机系统结构课程内容体系-研究报告

计算机系统结构课程内容体系及实践课程研究报告张晨曦刘依同济大学软件学院xzhang2000@一、引言计算机系统结构是高等院校计算机专业的一门专业主干课程。

本课程的目标是提高学生从系统和总体结构的层次来理解和研究计算机系统的能力，帮助学生建立整机系统的概念；使学生掌握计算机系统结构的基本知识，掌握基本的性能分析方法，并对计算机系统结构的发展现状有所了解。

我们认为，在计算机专业人才培养中，有两类能力非常重要。

一类是基本的设计和开发能力，特别是具体的开发技术和技能等；另一类是从总体、系统的角度来分析和解决问题的能力以及自主创新能力。

前者直接关系到学生毕业后的就业问题，而后者则对毕业生的发展和未来有很大的影响。

本课程特别强调培养学生的后面这一种能力，是一门非常重要的课程。

全国重点院校的计算机学院（系）都开设了这门课程，很多普通高校也逐渐开设了该课程。

长期以来，国内这门课程一直是比较难讲的课程，很多教师反映这门课程比较难讲，而且学生也不爱听。

其原因之一是课程的内容体系和教材有些陈旧，往往是用大量篇幅去论述抽象的概念、方法和原则，强调的是定性分析，内容比较空泛、较难理解。

对有些非重点或非主流的结构和方法进行了过细的介绍，而对实际系统和现已广泛应用的方法的定量分析却比较少。

国内许多已有的教材都存在这样的问题。

另外，在本课程的内容体系方面，国内20多年来都变化不大。

我们77级本科生在1981年上系统结构课时的内容体系跟现在有些教材的内容体系相差不是很大，在不少现在的教材中都能找到自己的影子。

在另一方面，在这20多年中，计算机系统结构技术已经有了很大的发展。

美国斯坦福大学的著名教授John L. Hennessy和加州大学伯克利分校的著名教授David A. Patterson 联手于20世纪90年代初出版的《Computer Architecture:：A Quantitative Approach》一书在这个领域激起了一阵改革的浪花，它从全新的角度讲述系统结构，受到了同行的高度赞赏。

计算机体系结构课程大纲

计算机体系结构( Computer Architecture )学分数 3 周学时3+0 课程性质：专业基础课预修课程：计算机原理教学目的：通过本课程的学习，使学生对计算机系统的概念性结构、设计原理、关键技术以及这一领域的先进技术和发展趋势有所了解，并掌握基本的对计算机系统进行性能分析的方法，构筑起了解、学习、研究计算机系统的必备基础知识。

基本内容：计算机系统的概念结构、指令集结构、流水线技术、指令级并行、存储层次、输入输出系统、多处理机技术。

基本要求：学生应按本大纲具体要求，通过对计算机系统的概念性结构、设计原理、关键技术以及发展趋势的学习，掌握计算机体系结构领域的基本概念、基本原理，具备对计算机系统的性能进行基本分析的方法和手段，为在计算机领域的进一步深入研究打下必备的知识基础。

教学用书：张晨曦主编《计算机体系结构》，高等教育出版社，2001年1月教学内容、要求和课时安排：一、计算机体系结构的基本概念（学时数：9）教学内容1. 计算机性能的高速增长的原因及体系结构技术对计算机性能发展的影响2. 计算机系统中的层次概念3. 经典计算机体系结构定义4. 体系结构与组成、实现之间的关系5. 广义计算机体系结构定义6. 系列机、兼容机概念及软件兼容概念7. 计算机体系结构的发展以及其中的并行性发展并行性概念；并行性等级。

8. 定量分析技术响应时间；流量；CPU时间；系统加速比；可改进比例；部件加速比；CPU的性能(如何衡量、CPU时间、CPI、时钟频率之间关系)教学要求1.理解计算机体系结构的基本概念，以及与组成、实现之间的关系；2.理解计算机系统的层次概念；3.了解系列机、兼容机概念及软件兼容概念；4.了解计算机体系结构的发展以及其中的并行性发展，理解并行性及并行性等级概念；5.掌握基本的定量分析技术；二、计算机指令集结构设计（学时数：9）教学内容1. 指令集结构分类2. 指令集结构最主要的分类方法: CPU中操作数的存储方法3. 通用寄存器型指令集结构的分类、优缺点4. 寻址技术:各种寻址方式、使用情况统计5. 指令集结构的功能设计：操作的分类6. CISC与RISC7. 控制指令:表示分支条件的技术及其优缺点8. 操作数的类型、表示和大小9. 指令集格式的设计10. 编译技术与计算机体系结构设计编译技术及优化技术的关系、编译技术对体系结构的影响、体系结构对编译技术的影响11. DLX指令集教学要求1.理解指令集结构的各种分类方法以及最主要的分类方法；2.理解通用寄存器型指令集结构的分类、特点；3.了解各种寻址方式及基本使用情况；4.了解指令集结构中常用的操作类型；5.了解CISC、RISC技术的思想及特点；6.理解各种表示分支条件的技术及其优缺点；7.了解操作数的类型、表示、大小、使用频率以及指令集格式的设计思想；8.了解编译技术与计算机体系结构设计之间的关系；三、流水线技术（学时数：9）教学内容1. 流水线的基本概念、特点、分类、时－空图2. DLX基本流水线3. 流水线性能分析：吞吐率、效率、加速比4. 流水线中的相关结构相关、数据相关、控制相关、解决方法、时－空图情况、数据相关的进一步分类5. 流水线计算机实例MIPS R40006. 向量计算机中的流水线教学要求1.理解并掌握流水线的基本概念、特点、分类及时－空图分析方法；2.理解DLX基本流水线的实现思想及分析方法；3.掌握基本的流水线性能分析方法；4.掌握基本的流水线相关性的分析方法；5.了解MIPS R4000和向量计算机中的流水线技术；四、指令级并行（学时数：9）教学内容1. 指令级并行的概念2. 提高指令级并行的基本技术：循环展开、重命名3. 程序代码中的相关性：数据相关、名相关、控制相关4. 指令的动态调度：记分牌、保留站5. 控制相关的动态解决技术：分支预测缓冲技术、分支目标缓冲技术、推断执行6. 多指令流出技术：基本思想教学要求1.理解指令级并行的概念；2.掌握循环展开、重命名等提高指令级并行的基本技术；3.具备对程序代码中的相关性进行分析的能力；4.了解指令动态调度技术和控制相关动态解决技术的基本思想、解决的问题；5.了解多指令流出技术思想；五、存储器的层次结构（学时数：9）教学内容1. 多级存储器的基本思想2. 多级存储器的性能分析方法3. 设计存储层次要考虑的问题4. Cache基本知识：映象规则、查找算法、替换算法、写策略5. Cache的结构、性能分析7. Cache的失效分类及解决方法8. Victim Cache、伪相联Cache、预取9. 减少命中时间、失效率、失效开销的技术10. 主存：提高主存性能的一些结构11. 虚存：基本原理、实现原理及技术、设计思想、快表、页面大小问题12. 进程保护与虚存实例教学要求1.掌握多级存储器的基本思想和性能分析方法；2.掌握Cache基本知识、结构、性能分析以及提高性能的技术；3.了解主存、虚存的原理、结构、分类以及提高性能的技术；4.了解进程保护的原理及虚存实例；六、输入输出系统（学时数：9）教学内容1. I/O设备2. I/O设备与处理机的连接方式3. 存储设备4. 总线：分类、原理、实例5. 通道处理机的分类、作用、工作过程、流量分析6. I/O与操作系统：I/O与Cache数据一致性、DMA与虚存7. I/O系统设计教学要求1.了解常用的I/O设备及I/O设备与处理机的连接方式；2.了解常用的存储设备；3.了解总线的分类、原理以及一些实例；4.了解通道处理机的分类、作用、工作过程，掌握流量分析方法；5.了解I/O与Cache数据一致性、DMA与虚存之间的关系以及I/O系统设计中考虑的问题；七、多处理机（学时数：6）教学内容1.并行计算机体系结构的分类2.存储器的结构和分类：集中式共享存储器结构、分布式存储器结构3.通信模型与存储器的结构模型之间的关系4.并行计算机性能面临的问题5.Cache一致性问题：两种协议(目录、监听)6.互连网络(静态、动态)7.同步技术教学要求1.了解并行计算机体系结构及其分类；2.了解集中式共享存储器结构和分布式存储器结构；3.了解通信模型以及与存储器结构模型之间的关系；4.了解并行计算机性能面临的问题；5.了解Cache一致性问题及解决方法；6.了解静态、动态互连网络及同步技术；编写者：吴百锋（教授）编写时间：2003年6月。

《计算机系统结构》课程教学大纲

《计算机系统结构》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码:课程名称：计算机系统结构英文名称：Computer Architecture课程类别: 专业课学时：72(其中实验18学时)学分: 3.5适用对象: 计算机科学与技术、网络工程专业考核方式：考试（其中平时成绩占30%，期末考试成绩占70%）先修课程：计算机组成原理、操作系统二、课程简介本课程是计算机专业一门重要的专业基础课，对于培养学生的抽象思维能力和自顶向下、系统地分析和解决问题的能力有非常重要的作用。

其目标是使学生掌握计算机系统结构的基本概念、基本原理、基本结构、基本设计和分析方法，并对计算机系统结构的发展历史和现状有所了解。

通过学习本课程，能把在“计算机组成原理”等课程中所学的软、硬件知识有机地结合起来，从而建立起计算机系统的完整概念。

This course is a computer professional important foundation for the professional class, for training students in abstract thinking, and top-down, System analysis and the ability to solve problems is a very important role. The goal is to enable students to master computer system structure the basic concepts, basic principles and basic structure, basic design and analysis methods and computer system architecture and the history of the development of an understanding of the status quo. Through the study of this course, can in "Principles of Computer Organization", y the school curriculum of the software and hardware knowledge combined organic, Computer systems in order to establish the integrity of the concept.三、课程性质与教学目的《计算机系统结构》的教学对象为计算机相关专业的高年级本科生专业技术基础课程，目的是介绍计算机体系结构的概念、技术和最新动态，着重介绍软，硬件功能分配以及如何最佳、最合理地实现软、硬件功能分配。

计算机科学与技术学科课程体系结构

计算机科学与技术专业课程体系课件

跨学科课程
• 自动控制原理 • 通信原理
计算机科学与技术专业课程体系
本科教学与研究生教学的衔接模式
• 高年级专业课，特别是专业选修课与研究生课程贯通，知识点协调
• 相似课程，本科偏重基本概念，研究生课程偏重原理方法与最新发展前沿
• 高级数据结构—算法设计与分析 • 计算机网络概论—网络体系结构、局域网与分布式处理、网络安
离散数学基础
程序设计与数据结构基础
通识基础
数学类课政治德育文化素质课
计算机科学与技术专业课程体系
物理课大学英语课
数学类和物理课程
• 作用
• 提供科学思维训练 • 作为计算机学科基础
• 数学---计算的本质与数学相关 • 物理---电子线路技术
• 数学类课程
高等数学(数学分析) 几何与代数概率论与数理统计数学建模与数学实验
计算机科学与技术专业课程体系
专业培养目标
• 创新型、复合型人才 • 基础扎实(面向系统)、知识面宽(软硬兼施)、适
应发展 • 具有分析问题、解决问题能力和创新能力 • 知识、能力、素质共同提高 • “通才”(可从事研究、教学、开发和管理工作)
计算机科学与技术专业课程体系
专业培养方案
• 加强理论，增强和增加数学类课程 • 面向系统，软硬并重 • 兼顾应用，增加设计类课程 • 根据特色，加强网络类课程 • 根据发展，增强前沿类课程
计算机科学与技术专业课程体系
计算机科学与技术专业课程体系
社会对计算机人才的需求
• 应用型、实用型 — “软件蓝领” • 创新型—创造性发展应用计算机理论和技术
• 理论基础扎实、研究能力较强 • 了解科学前沿、具有良好综合素质

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（3）离散数学
离散数学是计算机科学的基础内容。计算机的许多领域都要用到离散数学中的概念。离散数学包括了集合论、数理逻辑、图论和组合数学的重要内容。形式的数学证明贯穿此课程。数据结构和算法中有大量离散数学的内容。例如，在形式说明、验证、密码学中都需要有理解形式证明的能力。图论的概念被用于计算机网络、操作系统和编译原理等领域。集合论的概念被用在软件工程和数据库中。随着计算机科学的日益成熟,越来越多的分析技术被用于实践。为了理解将来的计算技术,学生需要对离散数学有深入的理解。先修课程：数学分析或高等数学。
软件子系统都是以这种诺伊曼结构为基础而发展的。但是，其间不相适应的情况逐渐暴露出来。
向量计算机、并行处理计算机系统、分布计算机系统
数据流机器和归约机快速傅里叶变换机器，过程控制计算机分布式计算机，这类计算机包含有外围
处理机、通信处理机、维护处理机 …
9
12.1.3 计算机组织与实现
在计算机系统结构确定分配给硬件子系统的功能及其概念结构之后，计算机组织的任务就是研究各组成部分的内部构造和相互联系，以实现机器指令级的各种功能和特性。
计算机导论
第12章计算机学科相关专业课程体系结构
第12章计算机学科相关专业课程体系结构
教学目标
掌握计算机学科的基本内容掌握计算机学科各分支学科的研究内容了解我国计算机学科相关专业的设置情况了解计算机学科基础课程掌握计算机学科不同相关专业的核心知识领
域、课程体系结构了解各专业培养目标和方向课程群
本课程介绍程序设计的基本概念，强调算法的重要性及其在程序设计中的作用。注意强调算法而不是语法细节。讲授程序设计语言的重点可以考虑用传统的过程式语言，也可用面向对象语言；事实上，使用面向对象语言介绍程序设计时，常常需要从这些语言的过程性语句开始。应注意使这门课程同面向对象的程序设计课程有所区别。在本课程中，对控制语句的讨论应先于对类、子类和继承等概念的讨论。
软件工程是采用工程方法研究和维护软件的过程，以及有关的技术。
12.2 相关专业介绍
12.2.1 学科基础课程 12.2.2专业培养目标与知识领域
12.2.1 学科基础课程
计算机导论程序设计基础离散数学算法与数据结构计算机组成原理
操作系统数据库系统原理编译原理计算机网络数字逻辑
（1）计算机导论
包括各功能部件的布置、相互连接和相互作用。各功能部件的性能参数相互匹配，是计算机组织合理的重要标志，因而相应地就有许多计算机组织方法。
12.1.4 计算机软件
软件的研究领域主要包括程序设计、基础软件、软件工程三个方面。
程序设计指设计和编制程序的过程，是软件研究和发展的基础环节。
基础软件指计算机系统中起基础作用的软件。
计算机学科包括5个分支学科，即理论计算机科学、计算机系统结构、计算机组织与实现、计算机软件和计算机应用。
12.1 学科介绍
12.1.1 理论计算机科学 12.1.2 计算机系统结构 12.1.3 计算机组织与实现 12.1.4 计算机软件
为了要解决数学基础的某些理论问题，即是否有的问题不是算法可解的，数理逻辑学家提出了几种不同的（后来证明是彼此等价的）算法定义，从而建立了算法理论（即可计算性理论）。
12.1.1 理论计算机科学理论计算机科学 Nhomakorabea要包括：
自动机论与形式语言理论；程序理论（包括程序正确性证明、程序验证
等）；形式语义学；算法分析和计算复杂性理论。
12.1.2 计算机系统结构
计算机系统结构确定分配给硬件子系统的功能及其概念结构。
硬件子系统的典型结构是诺伊曼结构，它由运算器、控制器、存储器和输入、输出设备组成，采用“指令驱动”方式。当初，它是为解非线性、微分方程而设计的，并未预见到高级语言、操作系统等的出现，以及适应其他应用环境的特殊要求。
（5）计算机组成原理
以冯•诺依曼计算机模型为出发点，介绍计算机的组织结构和工作原理，剖析计算机的运算器、存储器、控制器和输入输出设备的结构、工作原理与相互关系。先修课程：计算机导论、数字逻辑。
30年代前期，K.哥德尔和S.C.克林尼等人创立了递归函数论，将数论函数的算法可计算性刻划为递归性。
30年代中期，A.M.图灵和E.L.波斯特彼此独立地提出了理想计算机的概念，将问题的算法可解性刻划为在具有严格定义的理想计算机上的可解性。
30年代发展起来的算法理论，对在40年代后期出现的存储程序型计算机的设计思想是有影响的。图灵提出的理想计算机（称为图灵机）中的一种通用机就是存储程序型的。
为计算机专业的新生提供一个关于计算机学科的入门介绍，使他们能对该学科有一个整体的认识，提高他们学习计算机专业的兴趣，并了解该专业的学生应具有的基本知识和技能以及在该领域工作应有的职业道德和应遵守的法律准则。
（2）程序设计基础
本课程既培养学生解决问题（算法与程序设计）的能力 ,又使他们比较熟练地掌握一种程序设计语言。应注意介绍独立于任何特定编程语言的算法概念和结构，强化训练程序设计的经验和相关技术。重点是程序设计实践及培养学生分析问题和解决问题的能力训练。先修课程：计算机导论。
（4）算法与数据结构
介绍常用的数据表示和处理技术，包括顺序存储和链接存储的线性表、栈和队列的表示和操作；字符串的模式匹配算法；插入排序、选择排序、快速排序等常见的内部排序方法；顺序存储的数组的地址计算方法；树的存储结构、遍历和线性表示；二叉树的遍历、存储和查找；穿线树和穿线排序；查找树、平衡树、 Huffman算法、B树等常见树的表示和有关算法；图的表示、遍历及应用。先修课程：高级语言程序设计、离散数学。
第12章计算机学科相关专业课程体系结构
12.1 学科介绍
12.2 相关专业介绍
12.1 学科介绍
计算机学科是一门实用性很强、发展极其迅速的技术学科，它建立在数学、电子学（特别是微电子学）、磁学、光学、精密机械等多门学科的基础之上。但是，它并不是简单地应用某些学科的知识，而是经过高度综合形成一整套有关信息表示、变换、存储、处理、控制和利用的理论、方法和技术。。