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063401 现代计算机体系结构 32学时/ 2学分
英文译名：Archtecture of Modern Computer
适用领域：计算机系统结构、计算机应用技术
开课单位：计算机科学与技术学院
教学目的：
通过本课程的学习，使学生掌握计算机体系结构性能评测的分析设计方法，同时掌握最新的计算机流水技术、分支预测技术和并行处理技术。
预备知识或先修课程要求：
程序设计语言、数据结构、操作系统、编译原理、计算机组原理、数字逻辑、微机系统与接口、嵌入式技术。
教学方式及学时分配：课堂授课16学时，专题讨论8学时，上机实验8学时。
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学时 |
教学内容 |
教学方式 |
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2 |
计算机体系结构基础及计算机系统性能评价标准与常用方法 |
授课 |
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2 |
超流水技术在超标量和超长指令字处理机中的表现形式 |
授课 |
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2 |
主题：计算机中的并行性所解决的核心问题及存在哪些可以量化的并行技术？ |
研讨 |
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2 |
并行处理机的互连网络、消息传递机制以及基于多处理单元阵列结构的并行算
法 |
授课 |
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2 |
多处理器的概念、分类、结构和性能，多台处理机组成高并行度系统的关键技
术 |
授课 |
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2 |
主题：举实例说明设计与实现SIMD计算机、MIMD计算机所采用的核心技术 |
研讨 |
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4 |
用Asim模拟器实现对计算机系统速度、加速比与呑吐率的性能模拟 |
上机实验 |
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2 |
数据流计算机、归约机、数据库与知识库机、以及智能计算机的体系结构 |
授课 |
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2 |
具有实时性的嵌入式系统体系结构、算法分割到硬件与软件中的具体实现方式 |
授课 |
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2 |
主题：云计算或量子计算或多核处理器谁能主宰未来的计算机体系架构？ |
研讨 |
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2 |
SoC系统的核心思想及所解决的重要技术难题 |
授课 |
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2 |
CMP架构中的Cache组织方式、Cache一致性协议 |
授课 |
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2 |
主题：并行处理机中的Cache一致性协议受限于Cache的级数吗？ |
研讨 |
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4 |
借助WINDlx平台解决深度流水中的控制相关和数据相关，设计并实现多核架构
下的Cache一致性协议 |
上机实验 |
教学主要内容以及对学生的要求：
本课程主要立足于计算机系统设计者的角度，从指令系统、寻址方式、存储系统、输入输出系统和具有MIMD属性的计算机系统五个方面，分析和评价影响系统性能的各种因素；研究计算机系统结构的分析和设计方法；掌握各种并行处理技术在现代计算机系统中的应用和实现方法。实验内容包括借助Asim模拟器实现对计算机系统速度、加速比与呑吐率性能的模拟测试、在WINDlx平台上解决深度流水中的控制相关和数据相关现象，附加实验包括设计多核架构下的Cache一致性协议并以总线监听的方式仿真实现，最后分析其性能。要求学生具有数字逻辑、计算机组成原理、程序设计、操作系统和数据结构等方面的知识基础，具备编写程序、搭建仿真实验环境、建立对性能测试的数学模型并对其进行验证的独立工作潜质，具有独立查阅、学习相关文献的能力。
内容摘要：
第1章介绍计算机系统结构的基本概念、指令系统的设计思想与寻址方式、I/O系统的整体设计及其流量分析、存储体系发展过程和设计实现的几种常用技术手段，这部分内容是学习计算机系统结构必需具备的最基本知识，要求学生必需全面了解与掌握；第2章介绍流水处理技术以及超流水、超标量和超长指令字处理机。超流水和超标量流水线技术的采用，可以在一个时钟周期内完成多条指令的执行；而VLIW描述了另外一种指令集的设计思想，在这种指令集中编译器把许多简单、独立的指令组合到一条指令字中；第3章介绍并行处理机设计的基础知识，主要介绍并行处理机的互连网络、消息传递机制以及基于多处理单元阵列结构的并行算法等内容；第4章讨论多处理机系统的相关技术，包括多处理器的概念、分类、结构和性能，介绍把多台处理机组成高并行度系统的关键技术，并深入分析这类系统的改进方法；第5章介绍非诺依曼结构的新型计算机体系结构，包括数据流计算机、归约机、数据库与知识库机、以及智能计算机等；第6章介绍嵌入式计算机系统中的性能表现特点，分析软硬件的组成和设计过程及与通用计算机系统的主要区别；第7章介绍嵌入式系统的高级形式—SoC系统；第8章着重介绍多内核处理器的设计，包括Cache组织方式、Cache一致性协议等核心技术。
考核方式：
实验(30分)+专题讨论(30分)+开卷考试(40分)
课程主要教材：
[1] 现代计算机系统结构，李静梅，清华大学出版社，2009年5月。
主要参考书目：
[1]John L.Hennessy，David A.Patterson. Computer Architecture：A Quantitative Approach， Third Edition[M] ． Oxford，UK：Elsevier Science Pte Ltd，2003年。
[2] 张武生，薛巍，李建江，郑纬民．MIPS并行程序设计实例教程[M] ．北京：清华大学出版社，2009年。
[3]张承义，邓宇，王蕾等． 现代处理器设计—超标量处理器基础[M] ．北京：电子工业出版社，2004年。
[4]Dominic Sweetman著，赵俊良等译． MIPS处理器设计透视[M]．北京：航空航天大学出版社，2005年。
[5] 李学干．计算机系统结构（第四版）[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2006年。
[6] 郑纬民．计算机系统结构[M] ．北京：清华大学出版社，2007年。
[7] 李学干．计算机系统结构学习指导与题解[M] ．西安：西安电子科技大学出版社，2006年。
[8] 张春元，罗莉．计算机系统结构典型题解析与实战模拟[M]．北京：国防科技大学出版社，2007年。
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