《计算机系统结构》课程教学大纲

英文课程名称： Computer Architecture     课程编号：

授课语言：中文                           学    分：3

课内学时：51                             课程性质：专业课

先修课程：计算机组成原理                 考试/考查：考试

是否全英/双语课程：否

一、课程定位和基本要求

1. 课程定位

本课程是计算机专业和软件工程专业的一门重要专业课。其目的是提高学生从总体结构、系统分析这一层次来研究和分析计算机系统的能力，帮助学生建立整机的概念；使学生掌握计算机系统结构的概念、原理、结构以及设计和分析方法，并对计算机系统结构的发展历史和现状有所了解。

2. 课程教学目标

课程教学目标1：掌握计算机系统结构相关的基本概念和计算机系统的设计方法，掌握定量分析的基本方法以及计算机系统的性能评测技术。掌握计算机系统结构中并行性的发展。

课程教学目标2：理解指令集结构的分类及指令系统设计中应考虑的各种因素，掌握计算机指令系统的设计方法，掌握指令操作码的优化编码。

课程教学目标3：掌握流水线的基本概念、分类以及性能分析，掌握基本MIPS流水线的实现，掌握流水线中的各种冲突及其解决方法。

课程教学目标4：掌握向量处理机的基本概念、结构和性能评价方法。

课程教学目标5：掌握指令级并行的概念及其硬件开发方法，掌握Tomasulo算法以及动态分支预测技术。

课程教学目标6：掌握指令级并行开发的软件方法，包括基本指令调度、循环展开、全局指令调度（踪迹调度和超块调度）、静态多指令流出、显式并行指令计算；掌握开发循环级并行的方法，如软流水。

课程教学目标7： 掌握多级存储层次，掌握Cache的组成及性能分析，掌握改进Cache性能的方法；  

课程教学目标8：掌握磁盘冗余阵列RAID以及通道的工作原理和性能分析； 

课程教学目标9：掌握互连函数、互连网络的参数和性能指标，掌握静态互连网络和动态互连网络。  

课程教学目标10：掌握多处理机系统的两种存储结构模型, 掌握实现多Cache一致性的监听法和目录法。  

课程教学目标11：掌握多核架构及多核编程的基本思想。  

课程教学目标12：掌握机群系统的软硬件组成以及其在结构上的特点；了解集群系统的若干实例。

二、课程“立德树人”内涵

本课程强调从系统级的层次看问题，自顶向下进行问题求解，强调培养学生的创新意识和能力，有助于我国计算机系统设计的创新驱动发展。在超级计算机的教学内容上，将采用我国自行研制、曾经连续6期占位全世界最快超级计算机的“天河-2”作为案例，提升学生的爱国主义精神，为我国的计算机事业做出应有的贡献。

三、课程内容、教学要求、学时分配和教学手段

本课程的内容共包含12个方面,分别是：计算机系统结构的基础知识，指令系统的设计，流水线技术，向量处理机，指令级并行及其开发——硬件方法，指令级并行的开发——软件方法，存储系统，输入输出系统，互连网络，多处理机，多核架构与编程，机群系统。总学时数为51学时。采用以理论教学为主、辅之以上机练习的模式。采用抽象提炼与动画解析教学法相结合的教学手段。

四、考核、成绩评定方式及重修要求

课程采用以期终闭卷笔试为主的方式进行考核，具体评分标准为：期终考试60% +作业15% +上机15% +考勤10% 。重新修读可采用免修不免考的方式进行。

五、教材与主要参考书

六、实验云平台

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