《计算机体系结构(双语)实验》教学大纲.docx

《计算机体系结构（双语）实验》教学大纲
一、课程基本信息课程代码：05140102
课程名称：计算机体系结构课程英文名称：Computer Architecture
课程所属单位：计算机与信息工程系计算机科学与技术教研室课程面向专业：计算机科学与技术本科
课程类型：（填写是否独立设课、必修课或选修课）必修先修课程：计算机组成原理、接口与通信、操作系统、编译原理
学分：3学时：8应开实验工程个数：4二、课程性质与目的
随着计算机硬件、软件技术的不断开展，怎样合理地分配计算机软、硬件功能，最大限度地开发计 算机的并行性，到达最正确性能/价格，是计算机系统设计人员最关心的课题。对计算机专业本科生而言， 不仅要掌握计算机的软、硬件系统组成及工作原理，具有开发与应用技能；而且必须进•步掌握计算机 系统设计的基本原理和方法。《计算机系统结构》正是这样一门面向计算机系统分析与设计的课程。
《计算机体系结构》是计算机专业本科生的一门系统分析与设计综合课程。目的之一是从计算机系 统的层次结构观点出发，掌握如何分析和设计计算机系统，并对计算机系统软、硬件功能进行合理分配, 以及如何最正确地实现分配给硬件的功能，到达最正确性能/价格；目的之二是从并行处理角度出发，研究 流水技术和并行处理技术在计算机系统中的应用和实现方法，以实现计算机系统性能/价格的优化。
本课程的任务是立足于系统设计者角度，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；掌握并行处理技术在现代计算机系统中的应用和实现方法。
通过本课程的学习，要求学生能够掌握计算机系统结构的分析和设计方法，同时掌握最新的计算机 流水技术和并行处理技术。
三、课程内容与要求实验一：结构相关
基本要求：通过实验，加深对结构相关的理解，了解结构相关对CPU性能的影响。
主要内容：
（1）用WinDLX模拟器运行程序structure_d.s。
（2）通过模拟，找出存在结构相关的指令以及导致结构相关的部件。
（3）记录由结构相关引起的暂停时钟周期数，计算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比。
（4）论述结构相关对CPU性能的影响，讨论解决结构相关的方法。
实验二：数据相关基本要求：通过实验，加深对数据相关的理解，掌握如何使用定向技术来减少数据相关带来的暂停。
主要内容：
（1）在不采用定向技术的情况下（通过Configuration菜单中的Enable Forwarding选项设置），用WinDLX 模拟器运行程序data_d.s。
（2）记录数据相关引起的暂停时钟周期数以及程序执行的总时钟周期数，计算暂停时钟周期数占总执 行周期数的百分比。
（3）在采用定向技术的情况下，用WinDLX模拟器再次运行程序datjd.s。
（4）记录数据相关引起的暂停时钟周期数以及程序执行的总时钟周期数，计算暂停时钟周期数占总执 行周期数的百分比。
（5）根据上面记录的数据，计算采用定向技术后性能提高的倍数。
实验三：指令调度基本要求：通过实验，加深对指令调度的理解，了解指令调度技术对CPU性能改进的好处。
主要内容：
（1）通过Configuration菜单中的“Floating point stages”选项,把除法单元数设置为3,把加法、乘法、除 法的延迟设置为3个时钟周期。
（2）用WinDLX模拟器运行调度前的程序sch-before.s。记录程序执行过程中各种相关发生的次数以及程 序执行的总时钟周期数。
（3）用WinDLX模拟器运行调度后的程序sch-after.s,记录程序执行过程中各种相关发生的次数以及程序 执行的总时钟周期数。
（4）根据记录结果，比拟调度前和调度后的性能。
（5）论述指令调度对于提高CPU性能的意义。
实验四：多处理机并行计算基本要求：通过完成“n的并行计算” 了解并行算法的原理及执行过程，观察比拟串行算法与并行算法 在时间与效率方面的差异，加深对并行计算的理解。
主要内容：
由微枳分知识知此枳分可通过求极限lim （l/n） *S[4.0/ （1.0+ （l/n） * （i-0.5）） 2]（n-*~）1=1,2,3,...霜+1得到，门取不同值那么得到的兀具有不同的精度，本程序n内定为20000000。
并行程序中每个结点计算for循环中的一局部。
四、学时分配实验学时分配表
序 号
实验工程（或内容）名称
实 验 学 时
实验类型
每组 实验 人数
说
明
验
证 性
设 计 性
综 合
性
其
它
1
1. 结构相关
2
J

2
数据相关
2

3
指令调度
2

4
多处理机并行计算
2
J

小计
8

五、教学方法与教学要求
本实验采用了目前在世界上计算机系统结构实验教学过程中广泛采用的WinDLX模拟器，该模拟器 把系统结构课程中许多抽象的东西变成实际的、便于同学们理解的内容。
六、课程考核方法
实验成绩占总成绩20%七、实验教材与参考资料
计算机体系结构实验指导书 （自编）