计算机系统结构教学大纲.docx

计算机系统结构教学大纲一、基本信息英文名称：ComputerArchitecture课程编号：课程类别：专业课课程性质：必修课学时：36（理论学时：36）学分：2适用对象：计算机科学与技术专业先修课程：数字电路与逻辑设计、计算机组成原理、微机原理与应用开课单位：计算机学院使用教材：1张晨曦等.计算机系统结构.北京：高等教育出版社,2008.主要参考书：1张晨曦等.计算机系统结构教程.北京：清华大学出版社,20092尹朝庆.计算机系统结构教程.北京：清华大学出版社,20053JohnL.Hennessy,DavidA.terarchitecture:aquantitativeapproach,5ndedition.MorganKaufmann,2011二、教学目标计算机系统结构是计算机类专业的一门主干专业课，在培养学生逻辑思维能力、软硬件系统复杂工程中的问题分析能力、综合设计能力、推理和验证能力等方面占有重要的地位。本课程的教学目的是使学生了解计算机系统结构的基本概念和发展现状；理解和掌握计算机系统结构的基本原理、基本结构、基本设计方法，掌握基本的性能分析方法,特别是量化方法，帮助学生建立整机系统的概念;本课程立足于从系统设计者角度，分析和评价影响系统性能/价格的因素，研究计算机系统结构的分析和设计方法，使学生掌握流水线技术和并行处理技术在现代计算机系统中的应用和实现方法，提高学生研究和分析计算机系统的能力，强调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。课程目标及能力要求具体如下：课程目标1:理解和掌握计算机系统结构、并行性、寻址方式、指令系统、流水线、指令集并行、存储系统、I/O系统等基本概念及设计思想。能够对计算机系统结构设计中涉及到的指令格式设计、流水线设计、指令级并行、多级存储、输入输出控制等进行分析和评价。课程目标2:根据所学计算机系统结构的设计原则和分析方法，能够根据要求设计多种解决方案，并从系统性能、价格等方面对备选方案进行综合分析和评价，提高学生研究和分析计算机系统的能力，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。课程目标3:掌握计算机系统结构设计过程中在有限资源、有限时间、高昂成本等诸多限制条件下追求高吞吐率、高并行性、高效率等目标的解决方案和基本原理。面对大型复杂问题，具备对性能、可靠性、成本等影响因素综合衡量并得出最佳解决方案的基本素质。表1课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求毕业要求指标点课程目标对毕业要求的支撑关系1、工程知识1-3专业基础知识能够将计算机专业基础知识、核心理论和方法用于软硬件系统复杂工程问题的理解、设计、推理和验证。课程目标12、问题分析2-3可选方案分析能够基于计算机科学基本原理，借助文献研究，寻求解决问题的多种解决方案并分析其影响因素，给出备选解决方案。课程目标23、设计/开发解决方案3-1解决方案构思能够运用计算机专业知识和数学知识，确定解决复杂工程问题的基本思路和方案。课程目标3三、课程内容、教学要求及评价方式1 .课程内容、要求与评价方式通过指导学生学习与课程目标相对应的课程内容，实现课程目标的达成。评价方式包括：课后作业、专题、期末考试。各课程目标的教学方式与评价方式详见表2。表2课程知识单元、要求与评价方式对应关系表序知识单元知识点教学要求教学方式评价方式推荐学时支撑课程目标1计算机系统结构的基本概念计算机系统结构定义、分类定量分析技术并行性L了解计算机系统结钩及相关的基本概念；2 .理解和掌握定量分析的基本方法；3 .了解计算机系统结构及并行性的发展过程。讲授课后作业；期末考试212计算机指令集结构指令集结构分类寻址方式指令集结构功能设计指令格式设计MlPS指令集1 .熟悉计算机指令集结构的分类；2 .理解和掌握各种寻址方式以及指令系统设计基本思想、设计原则、衡量指标；3 .深刻领会指令系统的设计步骤和思想,能进行基本的指令格式的设计；4 .熟悉MIPS指令集结构.腿课后作业；期末考试833流水线技术制线瞰、分类流水线性能指标相关与冲突流水线实现L了解流水线的基本概念以及性能指标；2 .掌握MIPS流水线技术以及流水线中的各种冲突及解决方法3 .掌握基本流水线实现方法槐课后作业；期末考试1024指令级并行指令并行概念指令的动态调度动态分支预测技术多指令流出技术循环展开和指令调度1 .理解指令级并行的概念；2 .掌握指令动态调度的原理；3 .理解动态分支预测技术和多指令流输出技术；4 .熟悉循环展开和指令调度过程及重要算法。演专题；期末考试835存储系统存储系统层级蹄Cache基本组成和工作原理地址映像1 .理解多级存储层次；2 .掌握CaChe的基本组成及工作原理,研究地址映象与变换、替换策略和更新策略的工作原理和设计方法；3 .分析影响CaChe性能指标的因素及优化方蟠课后作业；期末考试62替换策略法；4.理解虚拟存储器的概念；6输入输出系统输入输出系统性能廉价磁盘冗余阵列通道处理机L理解I/O系统的基本概念；2 .掌握廉价磁盘冗余阵列RAID;3 .理解通道处理机的工作原理期末考试222 .课程评价计算表3课程目标与FF价依据占比关系表目标评价项价占比课程目标1课程目标2课程目标3期末考试5050%50%-课后作业2080%20%-专题30-100%合计100412930表4各考核环节所占分值比例及考查重点课程成绩构成及比例考核环节考查点课程目标分值课后作业IoO分占总成绩的20%作业1计算机系统层次结构、系统结构概念、系统结构分类、定量分析技术、并行性及其发展1802指令集结构分类、寻址方式、指令集结构功能设计、操作数、指令格式设计、MIPS指令集结构3流水线概念、流水线性能指标、相关与冲突、流水线实现4指令级并行、指令动态调度、动态分支预测、多指令流出技术、循环展开和指令调度5存储系统层次结构、CaChe、虚拟存储器6输入输出系统性能、廉价磁盘冗余阵列、通道处理机课后学习笔记1提交课后利用网络资源进行相关知识点学习的笔记220期末考试IoO分占总成绩的50%专业知识1考核计算机系统结构基本概念、指令集结构、流水线技术、指令级并行、存储系统、输入输出系统等基础内容。考试题型为：选择题、简答题、填空题等。150问题分析1考核系统性能评价、指令设计、流水线性能分析、动态分支预测、CaChe性能分析等内容。考试题型为：简答题、计算题、综合分析题等。250专题100分占总成绩的30%专题评价1指令动态调度分析及解决方案设计。31002指令及指令集分析与设计五、考核方式与成绩评定办法考核方式：课后作业（20%）,专题（30%）,期末考试（50%）。成绩评定办法如下所示。1 .课后作业评分标准观测点80-100分60-7940-59分0-39»得分课后学习笔记（权重0.2）课后学习记录知识点15个以上课后学习记录知识点11-15个课后学习记录知识点6-10个课后学习记录知识点0-5个20书面作业（权重0.8）共4次书面作业，取平均成绩80合计1002 .专题评分标准观测点80-IOO分60-79分40-59分0-39分得分（权重0l）提前完成按时完成延时完成补交10基本概念掌握（0.3）概念清晰，分析得当主要概念清晰但部分分析有误部分概念清晰,分析中有明显的知识漏洞基本概念不清晰30解决问题的方案正确性(权重0.5)所提方案能够解决问题，思路清晰所提方案的主要思路、过程正确方案部分可行不能指定方案50完成态度(权重0.1)书写工整、清晰，符号、参考文献、格式等按规定执行书写清晰，主要符号、参考文献、格式等按规定执行能够辨识，部分符号、参考文献、格式等按照规定执行不能辨识，符号、参考文献、格式等均不按规定执行10合计1003 .期末考试期末考试评价标准根据实际考试题目制定。附件：课程达成度评价计算附表1课程评价考核基本信息表课程目标评价内容课后作业(A)期末考试(B)专题(C)课程总评成绩书面作业课后学习笔记专财识问题分析专题目标分值80205050100100学生平均得分44BiB2C0.2A+0.5B+0.3C附表2课程达成度评价计算方法课程目标考核环节目标分值学生平均得分达成度计算示例课程目标1书面作业804lmry,ai>:0.2*4+0.5*用课程Ll标1达成度=!L41专业知识50Bi课程目标2课后学习笔记20A2课程目标2达成度=。2*4£5*82专业知识50B2课程目标3专题100C课程目标3达成度="手课程总体目标总评成绩1000.2×(A÷A2+AJ+0.5×(Bi+B2)+0.3×C课程达成度=°2A+°5B+°3C100大纲撰写人：张洪业课程负责人：张洪业教学院长：杨杰明编写日期:2019.10