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计算机系统结构 (三) CPU及其结构分析

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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

    本部分是计算机系统结构课程的核心课程,介绍计算机核心结构CPU的体系结构及提高系统性能的核心技术和方法。掌握在计算机CPU设计环节中影响性能的因素,以及提高CPU性能的理论和方法,通过定量分析技术对设计CPU性能进行评价,并介绍最新计算机CPU发展技术。

第五章 流水线技术

1. 流水线的基本概念及分类

2. DLX的基本流水线

3. 流水线性能分析(时空图、吞吐率、加速比、效率、消除流水线瓶颈段的方法)

4. 流水线中的相关及解决方法(结构相关、数据相关、控制相关、定向技术、指令调度、分支预测、延迟分支等)

5. MIPS R4000流水线计算机简介

6. 向量处理机(向量处理方式、向量处理机的概念、提高向量处理机性能的主要技术、向量处理机的性能评价)

第六章 指令级并行

1. 指令级并行的概念(循环展开,相关)

2. 指令的动态调度(动态调度的原理、记分牌技术、Tomasulo算法)

3. 控制相关的动态解决技术(分支预测缓冲、分支目标缓冲、基于硬件的前瞻执行)

4. 多指令流出技术(静态超标量、动态多指令流出、超长指令字)

第七章 多处理机

1. 并行计算机系统结构的分类

2. 通信模型和存储器的结构模型

3. 对称式共享存储器系统结构(多处理机Cache一致性、实现一致性的基本方案、监听协议及其实现)

5. 互连网络(互连网络的性能参数、静态连接网络、动态连接网络)

6. 同步(基本硬件原语、用一致性实现锁、同步性能问题、大规模机器的同步)

7. 多处理机实例

课时安排:6周

序号

课程内容

课内课时

课外课时

1

流水线技术

7

3

2

指令级并行

5

2

3

多处理机

4

2

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

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