北京邮电大学

计算机系统结构 (二) 计算机主要系统构成

所属微专业:

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课程概述

    本门课程属于计算机偏硬技术课程,针对计算机科学与技术、软件工程等专业高年级学生开设。主要讲授内容为:计算机系统结构、计算机指令集结构设计、流水线技术、指令级并行、存储层次结构、输入输出系统、多处理机等。

    采用分部分,逐步分析的方式进行课程的讲解,结合计算机系统性能提升的技术路线及方法分析计算机体系结构的基本理论、基本技术和基本方法,与此同时,采用最新计算机体系结构实例讲解课程内容。

证书要求

课程设置有合格证书和优秀证书,总成绩在80分以上的学生将得到优秀证书;考试成绩在大于等于60分,但小于80分的学生将获得合格证书。

预备知识

计算机导论、数字逻辑、操作系统、编译原理。

授课大纲

    本部分介绍计算机系统中除CPU外其他部分的系统构成,从计算机系统存储结构到计算机输入输出系统,介绍计算机主要部分结构,掌握在计算机设计主要环节中影响性能的因素,以及提高性能的各种理论和方法,通过定量分析技术对设计中的存储结构及输入输出系统性能进行评价,提供科学依据。

第三章 存储器层次结构

1. 存储器的层次结构(存储层次的性能参数、“Cache —主存”层次、“主存—辅存”层次)

2. Cache基本知识(映象规则、查找方法、替换算法、写策略、Cache的结构)

3. Cache性能分析

4. 降低Cache失效率的方法(增加Cache块大小、提高相联度、Victim Cache,伪相联 Cache、硬件预取技术、由编译器控制的预取、编译器优化)

5. 减少Cache失效开销的方法(让读失效优先于写、子块放置技术、请求字处理技术、非阻塞Cache技术、采用两级Cache)

6. 减少命中时间(小而简单的Cache、虚拟Cache、写操作流水化)

7. 提高主存带宽的组织结构

8. 虚拟存储器(基本原理、TLB)

9. 进程保护和虚存实例

10. Alpha AXP 21064存储层次

第四章 输入输出系统

1. I/O系统与外部存储设备

2. 可靠性、可用性和可信性

3. 廉价磁盘冗余阵列RAID(RAID0~RAID7)

4. I/O设备与CPU/存储器的连接(总线、通道)

5. I/O系统性能分析(I/O性能与系统响应时间、Little定律、M/M/1排队系统、M/M/m 排队系统)

6. I/O与操作系统(DMA和虚拟存储器、I/O和Cache数据一致性、异步I/O)

课时安排:4周

序号

课程内容

课内课时

课外课时

1

存储器层次结构

7

3

6

输入输出系统

3

1

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参考资料

[1].计算机体系结构  张晨曦 编著 高等教育出版社

[2].Patterson D. A. and Hennessy J. L.,Computer Architecture: A QuantitativeApproach, 5rd edition, Morgan Kaufmann

[3].William Stallings.计算机组织与结构—性能设计(第八版)

[4].徐炜民 计算机体系结构(第三版) 电子工业出版社