《计算机系统结构》

《计算机系统结构》课程教学大纲
课程编号：
英文名：Computer architecture
课程类别：专业必修课
前置课：计算机组成原理,汇编语言程序设计等
后置课：
学分：4学分
课时：72课时
主讲教师：
选定教材：郑纬民，汤志忠，《计算机体系结构》，北京：清华大学出版社，1998年9月版课程概述：
《计算机系统结构》是计算机科学与技术的一门专业基础必修课。

本课程的教学目标：结合本专业本科生培养的目标，通过本课程的学习让学生了解或掌握计算机体系结构的基本概念、基本原理、基本结构和分析方法。

为了使学生在将来的研究和应用工作打下一定的基础。

教学目的：
通过本课程的学习让学生认识和掌握：
①什么是计算机体系结构；
②计算机体系结构和计算机技术有何关系；
③计算机体系结构的主要内容及其方法论；
④计算机体系结构的评价标准和方法；
⑤高性能计算机系统的发展趋势。

也就是说，通过本课程的学习，让学生掌握计算机体系结构的基本概念、基本原理、基本结构和分析方法。

教学方法：
本课程采用课堂理论课教学与实验课教学相结合。

课堂教学以多媒体教学为主，充分利用多媒体教学的大信息量、图文声像并茂等特点来突破教学难点，多角度调动学生的注意力和学习兴趣。

实验课教学安排在理论课每一章后同步进行，使之与理论课教学紧密配合。

实验内容上，增大综合性实验、与设计性实验的比例，以注重培养学生的动手能力。

各章教学要求及教学要点
第一章计算机系统结构的基本概念
课时分配: 4学时
教学要求：
让学生了解和熟悉计算机系统结构的基本概念，建立层次结构的分析模型以及影响系统结构发展的诸要素及其相互关系
教学内容：
包括计算机系统的层次结构、系统结构的定义、分类、设计技术、评价标准和系统结构的发展等。

教学重点：
系统结构的层次模型，计算机系统设计技术和评价标准。

教学难点：
层次模型的建立，评价标准的正确把握。

第二章指令系统
课时分配: 10学时
教学要求：
在让学生掌握课程内容的同时，使他们更深切的体会到：从应用程序员的角度看，数据表示、寻址方式、指令系统等是系统结构的核心内容。

教学内容：
介绍数据表示、寻址技术、指令格式的优化设计、CISC指令系统和RISC指令系统等。

教学重点：
数据表示、寻址方式和指令格式的优化。

教学难点：
指令编码技术和RISC技术。

第三章存储系统
课时分配: 10学时
教学要求：
要学生了解和掌握计算机存储系统的设计方法及其在整个计算机系统中的核心地位。

教学内容：
介绍存储系统原理、虚拟存储器和CACHE存储器等。

教学重点：
存储系统原理、虚拟存储器和CACHE存储器。

教学难点：
地址映象与变换。

第四章输入/输出处理系统
课时分配: 8学时
教学要求：
在计算机系统中，通常把除了处理机和主存储器之外的部分统称为输入输出系统，主要包括：输入输出设备、输入输出接口、外部存储器、输入输出方式及输入输出软件等。

输入输出系统是处理机与外部世界联系的桥梁。

本章主要以学习输入输出系统的基本概念为主。

在弄清基本概念的基础上，学会使用程序控制输入输出方式、DMA输入输出方式编写程序（画出程序框图）。

了解中断系统的软硬件功能分配，掌握中断优先级和中断屏蔽的基本原理和方法。

了解三种通道的工作原理及通道中的数据传送过程，掌握通道中数据流量的分析和计算方法。

教学内容：
1．掌握计算机系统中的三种基本输入输出方式，即程序控制输入输出方式、中断输入输出方式和直接存储器访问方式的原理和特点。

2．能够根据要求，画出某一种输入输出设备采用程序控制输入输出方式或DMA输入输出方式的程序流程图。

3．掌握楚在中断系统中如何设置优先级，学会如何设置中断屏蔽位。

4．了解中断发生时需要做的现场保存和恢复工作，以及中断发生时的软硬件功能分配。

5．掌握通道的流量计算和分析。

6．了解通道的工作原理和三种通道的数据传送过程。

教学重点：
1．中断优先级和中断屏蔽的原理和方法。

2．通道中的数据传送过程及流量分析计算。

3．三种基本输入输出方式特点及使用场合，能够使用程序控制输入输出方式和直接存储器访问方式（DMA方式）编写基本的输入输出程序(要求能够画出程序框图)。

4．中断系统的软硬件功能分配。

第五章标量处理机
课时分配: 12学时
教学要求：
让学生了解和掌握标量处理机的概念、特点及相关设计、评价技术的原理和方法。

教学内容：
介绍先行控制技术、流水线处理机、超标量处理机、超流水线处理机以及超标量和超流水线处理机等。

教学重点：先行控制技术、流水线原理及分析方发。

教学难点：非线性流水线的表示及调度技术。

第六章向量处理机
课时分配: 10学时
教学要求：
让学生了解和掌握向量处理机的原理、结构，明确与标量处理机的关系。

教学内容：
介绍向量处理机的基本概念、向量处理机结构、提高向量处理性能的方法和向量处理机的性能评价等。

教学重点：建立向量及向量处理机的概念，熟悉向量处理机的结构特点。

教学难点：提高向量处理机性能的常用技术。

第七章互联网络
课时分配: 8学时
教学要求：
让学生深入了解互联网络在多级系统中的地位和作用，掌握基本互联网络及其主要参数的定义。

教学内容：
介绍互联网络的基本概念、消息传递机制和互联网络实例。

教学重点：互联函数、消息传递机制。

教学难点：消息传递机制、流控策略。

第八章多处理机系统
课时分配：8学时
教学要求：
让学生了解多处理机系统的基本原理、方法及其基本设计技术和方法。

教学内容：
介绍多处理机结构、性能和CACHE一致性等。

教学重点：
多处理机结构、多处理机性能模型、CACHE一致性合计群系统等。

教学难点：
多处理记得性能模型。

参考书目
1．李学干、苏东庄，计算机体系结构，西安：西安电子科技大学出版社，1996。

2．KAI HWANG著，王鼎兴，沈美明，郑纬民等译，高等计算机体系结构――并行性可扩展性可编程性，北京：清还大学出版社。

3．Patterson D A.,Hennessy J L., Computer Architecture: A Quantitive Approach 2ed.
San Francisco: Morgan Kanfmann Publishers,1995.
执笔人：张军200 年月
审定人：200 年月
院（系、部）负责人：200 年月。