適用專業：計算機總學時：48
一、課程的性質及任務
《計算機系統結構》是計算機專業本科生的一門系統分析與設計綜合課程。目的之一是從計算機系統的層次結構觀點出發，掌握如何分析和設計計算機系統，並對計算機系統軟、硬體功能進行合理分配，以及如何最佳地實現分配給硬體的功能，達到最佳效能/**；目的之二是從並行處理角度出發，研究流水技術和並行處理技術在計算機系統中的應用和實現方法，以實現計算機系統效能/**的優化。
本課程的任務是立足於系統設計者角度，分析和評價影響系統效能/**的因素；研究計算機系統結構的分析和設計方法；掌握並行處理技術在現代計算機系統中的應用和實現方法。
二、教學基本要求
教學目的和要求：通過本課程的學習，要求學生能夠掌握計算機系統結構的分析和設計方法，同時掌握最新的計算機流水技術和並行處理技術。
三、理論教學內容
第一章系統結構設計基礎
第一節計算機系統結構基本概念
第二節計算機系統設計準則
第三節計算機系統結構分類
第四節計算機效能評價
第五節計算機系統結構的發展
理解計算機系統結構定義、含義與組成，掌握研究計算機系統結構的重要性，掌握系統結構的分類、評價方法，計算機系統設計中常用的幾個設計準則，幾種計算機系統結構的分類方法及特點，理解與掌握計算機效能指標、評價方法，研究影響計算機系統結構發展的三大因素，以及計算機系統結構從馮·諾依曼機到現代微機結構的發展過程和並行性開發的發展
第二章指令系統
第一節資料表示
第二節指令系統總體設計
第三節指令集功能設計
第四節定址方式設計
第五節指令格式設計及優化
第六節 risc使用的技術
掌握資料表示含義、設計方法，以及新資料表示引入原則；掌握指令系統設計基本思想、設計原則、衡量指標，深刻領會指令系統的設計步驟和思想，掌握幾種型別的指令系統集特點；掌握cisc和risc風格的指令功能集的設計思想、設計原則及優化方法；研究操作訪問的編址和定址方式，掌握定址方式的選擇原則—頻帶分析法；掌握操作碼和指令字的設計方法和優化方法； 分析risc的設計原則，掌握其所採用的視窗重疊技術、優化延遲轉移技術、優化編譯技術。
第三章儲存系統
第一節儲存系統設計基本原理
第二節高速緩衝儲存器（cache）
第三節虛擬儲存器
掌握儲存系統的構成及其設計原則—訪存區域性性原理；掌握cache基本結構和工作原理，研究位址映象與變換、替換策略和更新策略的工作原理和設計方法，分析影響cache效能指標的因素及優化方法。介紹先進的cache結構和一致性處理方法（mesi）；以pentium為例，掌握虛擬儲存器的結構與實現技術。
第四章標量流水技術
第一節標量流水工作原理
第二節流水操作中的主要障礙
第三節流水線的實現與控制
第四節指令級並行技術
掌握標量流水工作原理、分類原則、 效能指標及其分析、評價方法；掌握流水操作中的幾種相關產生原因及其解決方法， 介紹pentium系列處理器全域性相關的先進處理方法—動態**轉移技術；掌握流水線的中斷處理方法、非線性流水線排程方法和流水線控制器的設計與實現方法；分析現代微機所採用的動態執行技術（動態**轉移、動態排程、基於硬體的推斷執行），掌握流水線中指令級並行性開發（超標量、vliw、超級流水等）的工作原理和實現方法。
第五章向量流水處理
第一節向量流水處理
第二節向量處理機結構
第三節增強向量處理效能方法
掌握向量指令級並行性開發方法、向量處理機效能指標及評價方法。
掌握幾種向量處理方式，及向量長度控制、訪問步長及向量處理方法；掌握向量流水工作原理，根據不同向量處理機的系統結構，掌握其儲存系統的設計方法及並行儲存器無衝突訪問技術；掌握向量指令級並行性開發方法、向量處理機效能指標及評價方法。
第六章互連網路
第一節互連網路基本概念
第二節互連網路與拓撲結構
第三節訊息傳遞機制
掌握互連網路的功能、種類、互連網路基本工作原理及其效能指標；掌握互連函式與拓撲結構關係，靜態與動態網路、simd與mimd網路的實現原理；掌握訊息傳遞機制的效能、路由演算法、死鎖及流控問題的解決方法。
第七章並行處理技術
第一節並行處理技術
第二節 simd並行處理機
第三節並行儲存器無衝突訪問
第四節多處理機系統結構
第五節多處理機中並行性開發
第六節多處理機作業系統
掌握並行性開發策略的原理及其應用範圍；掌握並行處理機結構及其工作原理，並行處理機常用並行演算法及其不同結構的實現方法，以及pentium中採用的simd技術(mmx技術)；根據並行儲存器的訪問需求，分析存在問題、找出解決方法；掌握多處理機與simd機的主要區別，及多處理機結構、機間互連方式、cache的一致性處理方法，通過具體案例分析多處理機的體系結構及工作原理；掌握多處理機中並行開發語言、編譯程式、並行演算法方面並行性開發的基本原理；掌握多處理機作業系統的型別及其實現技術。
四、實踐教學內容
1、實踐目的和要求
實驗主要目的是使學生通過上機實驗，掌握指令系統和儲存系統設計的基本原理和方法。
設計指令系統的同時，進行相關系統結構內容的設計。
2、內容和安排
在給定的假設條件下，進行指令系統和儲存系統的設計。
五、學時安排
學時分配表
計算機系統結構試題
姓名學號 一 名詞解釋 每題3分，共15分 1.系列機 3.2 1cache經驗規則 2.強制性失效 4.指令級並行 二 試從目的 技術途徑 組成 分工方式 工作方式等5個方面對同構型多處理機和異構型多處理機做一比較 列表 10分 三 有哪幾種向量處理方式？它們對向量處理機的結構要求有何不同？6分 ...
計算機系統結構複習總結
1 計算機系統結構概念 1.1 計算機系統結構 程式設計師所看到的計算機的基本屬性，即概念性結構與功能特性。注意 對不同層次上的程式設計師來說，由於使用的程式語言不同，可能看到的概念性結構和功能特性會有所不同。1.2 計算機系統的層次結構 現代計算機是一種包括機器硬體 指令系統 系統軟體 應用程式和...
計算機系統結構試題試題
姓名學號 一 填空題 20分，每空2分 1 在處理機中，若指令序列完成的順序總是與它們開始執行的順序保持一致，則只可能出現 相關，否則就有可能出現和 相關。2 設計i o系統的三個標準是和 3 單機和多機並行性發展的技術途徑有和 二 簡答題 20分，每題10分 1 在進行計算機系統設計時，乙個設計者...