2160286计算机系统结构-天津大学计算机学院

天津大学《计算机系统结构》课程教学大纲

课程编号：2160286 课程名称：计算机系统结构

学 时： 40 学 分： 2

学时分配： 授课：28 上机： 实验：12 实践： 实践（周）：

授课学院： 计算机学院

适用专业： 计算机工程

先修课程： 数字逻辑

一．课程的性质与目的

该课程介绍计算机的组织与结构，课程目的是向学生展示计算机系统的特性与结构。通过该课程的学习，使同学掌握计算机体系结构的基本概念，基本理论，包括CPU结构和功能、精简指令集计算机、指令级并行性和超标量处理器、并行处理等内容。为同学继续深造和就业奠定重要的理论基础。

二．教学基本要求

该课程重点讲解计算机的主要结构部件，包括CPU结构和功能、精简指令集计算机、指令级并行性和超标量处理器、并行处理等。要求学生了解这些部件的基本结构和功能。并结合在教学、科研中取得的新成果及最新发展，进行讲授。

三．教学内容

第1章 导论

1.1 计算机组织与体系结构

1.2 结构和功能

1.3 本书概要

1.4 网络资源

第2章 计算机的演变和性能

2.1 计算机简史

2.2 性能设计

2.3 Pentium和PowerPC的演变

2.4 参考文献和Web站点

2.5 复习题和习题

第7章操作系统支持

7.1 操作系统概述

7.2 调度

7.3 存储器管理

7.4 Pentium II和PowerPC存储器管理 7.5 参考文献和Web站点

7.6 复习题和习题

第11章CPU的结构和功能

11.1 处理器组织

11.2 寄存器组织

11.3 指令周期

11.4 指令流水线技术

11.5 Pentium处理器

11.6 PowerPC处理器

11.7 参考文献

11.8 复习题和习题

第12章 精简指令集计算机

12.1 指令执行特征

12.2 大寄存器文件的使用

12.3 基于编译器的寄存器优化

12.4 精简指令集结构

123.5 RISC流水线技术

12.5 MIPS4000

12.6 SPARC

12.7 RISe与CISC的争论

12.8 参考文献

12.9 复习题和习题

第13章 超标量处理器

13.1 概述

13.2 设计问题

13.3 Pentium4

13.4 PowerPC

13.5 MIPS R10000

13.6 UltraSPARC

13.7 IA-64/Pentium

13.8 参考文献

13.9 复习题和习题

第16章并行处理

16.1 多处理器组织

16.2 对称多处理器

16.3 高速缓存一致性和MESI协议

16.4 机群系统

16.5 非对称存储器存取

16.6 向量计算

16.7 参考文献

16.8 复习题和习题

四．学时分配

教学内容 授课 上机 实验 实践 实践(周)

第1章 导论 1

第2章 计算机的演变和性

2

能

第7章操作系统支持 4

第11章CPU的结构和功能 5

第12章 精简指令集计算

4 4

机

第13章 超标量处理器 6

第16章 并行处理 6 8

总计： 28 12

五．评价与考核方式

平时成绩20%，期末试卷80%

六．教材与主要参考资料

教材：William Stallings, “Computer Organization and Architecture: Designing for Performance”，Pearson Education, Fifth Edition，2002

参考教材：Patterson & Hennessy, "Computer Organization and Design -- The Hardware/Software Interface", Morgan Kaufmann, Fourth Edition,2004

制定人：

审核人：

批准人：

批准日期：年月日

TU Syllabus for Computer Architecture

Code:

2160286 Title: Computer Architecture Semester Hours: 40

Credits:

2

Semester Hour Structure Lecture ：28 Computer Lab ： Experiment ：12 Practice ：

Practice (Week)：

Offered by: School of Computer Science and Technology

for: Computer Engineering Prerequisite: Digital logic

1. Objective

This course is about computer organization and architecture. Its purpose is to present the nature and characteristics of modern-day computer systems. In this course, students will learn the basic theory and concepts of computer architecture, including CPU structure and function, reduced instruction set computers, instruction-level parallelism and superscalar processors, parallel processing etc.

2. Course Description

Computer architecture deals with the functionality of all the major components of a computer: ALU, control and data paths, cache and main memory, I/O, interconnections etc. The programmer's view of the instruction set and user interface will be considered along with CPU structure and function, instruction-level parallelism and superscalar processors, parallel processing and a multitude of performance issues and trade-offs. The main focus will be on the following topics: performance measures of computer systems, CPU design, pipelining, RISC computers and parallel programming. 3. Topics

Chapter 1 Introduction

1.1 Organization and Architecture 1.2 Structure and Function 1.3 Outline of the Book 1.4 Internet and Web Resources