计算机体系结构课程教学大纲概览

"《计算机体系结构》是一门针对计算机科学与技术本科专业的必修课程，旨在教授学生如何分析和设计计算机系统，理解软硬件功能分配，以及如何利用流水技术和并行处理来优化性能与成本。课程包括计算机设计基本原理、指令系统、存储系统、I/O系统、并行处理和性能评估等多个核心主题。通过学习，学生应能掌握计算机系统结构的分析设计方法和最新的计算技术。" 在《计算机体系结构》这门课程中，学生们将深入探讨以下几个关键知识点： 1. **计算机设计基本原理**： - 学习基本概念，如冯·诺依曼结构，理解其工作原理和限制。 - 掌握计算机性能评价方法，包括Amdahl定律和CPU性能公式，用于评估系统性能。 - 学习计算机设计的定量原理，用以量化系统性能和优化设计决策。 - 跟踪计算机系统结构的发展趋势，了解新技术对系统架构的影响。 2. **指令系统**： - 理解数据表示，包括整型、浮点型和字符型数据的存储方式。 - 学习寻址技术，包括直接寻址、间接寻址、寄存器寻址等，以及它们在指令执行中的作用。 - 设计优化指令格式，提高指令执行效率。 - 设计指令系统的功能，考虑指令集的完整性和效率。 - 研究精简指令系统（RISC），对比与复杂指令系统（CISC）的优缺点。 3. **存储系统**： - 学习内存层次结构，包括Cache、主存和外存的工作原理和交互。 - 分析存储器访问时间，了解如何减少访问延迟。 - 探讨虚拟内存管理和存储器一致性问题。 4. **I/O系统**： - 理解输入输出设备的工作机制和接口设计。 - 学习中断和DMA（直接内存访问）技术，提高I/O效率。 - 探讨I/O控制器的设计和实现。 5. **并行处理**： - 研究流水线技术，如何通过流水线提高处理器性能。 - 学习多处理器和多核心系统的设计，理解并行计算的概念。 - 探讨并行算法和并行编程模型，如OpenMP和MPI。 6. **性能评估**： - 使用性能分析工具进行系统性能建模和预测。 - 研究性能瓶颈识别和优化策略。 通过这些知识点的学习，学生将具备设计和分析高性能计算机系统的能力，为未来从事计算机硬件和系统设计打下坚实基础。此外，课程也会关注最新技术动态，确保学生能够适应快速发展的计算机领域。