《计算机系统结构》课程教学大纲文件.doc

《计算机系统结构》课程教学大纲 二、课程简介 本课程是计算机科学与技术及网络工程专业一门重要的专业课， 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。 三、课程性质与教学目的 《计算机系统结构》 作为计算机科学与技及网络工程专业高年级本科生的专业课 程，目的是介绍计算机系统结构的概念、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。要求了解基本概念、基本原理、 基本结构和基本分析方法。使学生对计算机系统结构、组成和实现有一个整体掌握。 四、教学内容及要求 第一章 计算机系统结构的基本概念 （一）目的与要求 1. 掌握计算机系统的多级层次结构， 掌握计算机系统结构、 计算机组成与 计算机实现的定义及三者之间的关系。理解透明性、虚拟机的概念。 2. 理解系列机和软件兼容的基本思想。 3. 了解计算机的分代和分型， 了解应用需求和计算机实现技术的发展对系 统结构的影响。 4. 掌握存储程序计算机在系统结构上的主要特点。 了解对这种系统结构所 作的改进。 5. 了解计算机性能的若干定义。 知道评估计算机性能的测试程序。 6. 掌握计算机系统结构设计的三个基本原则 ，并能熟练应用 Amdahl定律 和 CPU性能公式求解问题。 （二）教学内容 1. 主要内容 计算机系统结构层次、 计算机系统结构定义、 计算机组成与实现、 计算机 系统结构的分类、 计算机系统设计的定量原理、 计算机系统设计者的主要 任务、计算机系统设计的主要方法、计算机系统结构的评价标准。 2. 基本概念和知识点 计算机系统层次结构、 系统结构和组成以及实现三者之间的关系、 透明性、 1 Amdahl定律、CPU性能公式、局部性原理、 MIPS定义、MFLOPS定义、系 统结构分类、冯· 诺依曼计算机特征、计算机系统结构的发展、 VLSI 和 算法对系统结构的影响。 3. 问题与应用（能力要求） 要求学生掌握计算机系统层次结构， 系统结构、 组成与实现的定义， 系统 结构、 组成与实现三者的关系， 计算机系统结构的分类， 计算机系统设计 的定量原理， 计算机系统结构的评价标准， 为进一步深入学习后继各章打 下基础。 第二章 指令系统 （一）目的与要求 1. 了解数据类型和数据表示。 2. 掌握浮点数的表数范围、表数精度、表数效率。 3. 掌握指令集结构的各种分类方法。 了解堆栈型指令集结构、 累加器型指 令集结构和通用寄存器型指令集结构的优缺点以及三种通用寄存器型指 令集结构的优缺点。 4. 了解当前指令集结构中所使用的一些操作数寻址方式。 通过对基准程序 进行测试统计，了解各种寻址方式的使用情况。 5. 掌握指令集结构功能设计上的两种不同方向。掌握 CISC计算机指令集 功能设计的目标、 CISC结构存在的缺点。掌握 RISC计算机指令集结构的 功能设计的目标与原则。 6. 了解各种控制指令的定义。 7. 掌握操作数类型与操作数表示的定义及表示方法，了解各种操作数类 型、操作数类型大小。 8. 掌握指令中两种表示寻址方式的方法。 （二）教学内容 1. 主要内容 数据表示与数据类型、浮点数据表示、自定义数据表示、编址方式、编织 单位、 零地址空间个数、 输入输出设备的非线性编址、 并行存储器的编址 技术、逻辑地址与物理地址、直接定位方式、静态定位方式、动态定位方 式、指令的组成、 操作码的优化表示、 地址码的优化表示、 基本指令系统、 复杂指令系统、精简指令系统。 2. 基本概念和知识点 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、RISC 的定义与特点、减少指令平均执行周期数方法、指令流调整 技术、延时转移技术、指令取消技术、重叠寄存器窗口技术。 2 3. 问题与应用（能力要求） 掌握指令集设计的原则，了解指令的分类、选择原则、指令的结构、操作 数的寻址方式、指令长度对计算机系统的影响，掌握 RISC计算机的设计 思想。 第三章 存储系统 （一）目的与要求 1. 理解多级存储层次的思想及其作用； 掌握存储层次的三个性能参数的定 义及计算方法。 2. 掌握“Cache－主存”层次、“主存－辅存”层次及其区别。 3. 掌握全相联映象、直接映象以及组相联映象的思想和特点。 4. 掌握在各种映象规则的情况下 Cache的查找方法。 掌握随机法、 先进先 出、LRU等替换算法。 5. 理解 Cache对“写”操作的处理方