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《计算机系统结构》教学大纲
一、课程概述
《计算机系统结构》是计算机科学与技术专业本科生的一门的基础课。通过本课程的学习，使学生计算机系统的内部工作原理，以及在硬件、软件界面划分的权衡策略。建立完整、系统的计算机软硬件整机概念。该课程的教学，不仅需要培养学生具有系统的计算机硬件的基础理论知识，而且需要培养学生具有对应用开发、编程语言、编译原理、操作系统等各专业基础知识的全局把握能力。
二、课程目标
基本要求是使学生掌握计算机系统的基本概念、基本原理、基本结构和基本分析方法。
(1) 在计算机软件和硬件分析设计过程中必须了解到的计算机系统结构是本课程的主要教学目标。
例如，在编写软件，特别是系统软件的过程中，在分析和设计计算机系统的过程中，必须了解计算机内部的数据表示方法，寻址方式、指令系统、存储系统工作原理，虚拟存储系统和Cache存储系统的地址映象及变换方法，流水线技术，数据相关性分析技术，分支预测技术等。
(2) 在读者已经学习了“计算机组成原理”、“计算机操作系统”、“汇编语言程序设计”和“高级语言程序设计”等计算机硬件和软件方面的多门课程之后，通过学习“计算机系统结构”这门课程，能够比较全面地掌握计算机系统的基本概念、基本原理、基本结构、基本分析方法、基本设计方法和性能评价方法，并建立起计算机系统的完整概念。
(3) 了解计算机系统结构的最新研究成果及其发展方向。通过本课程的学习，能够了解到最近十几年里在并行处理和系统结构技术上的一些重要进展和今后可能的发展趋势。
三、课程内容与教学要求
这门学科的知识与技能要求分为知道、理解、掌握、学会四个层次。这四个层次的一般涵义表述如下：
知道———是指对这门学科和教学现象的认知。
理解———是指对这门学科涉及到的概念、原理、策略与技术的说明和解释，能提示所涉及到的教学现象演变过程的特征、形成原因以及教学要素之间的相互关系。
掌握———是指运用已理解的教学概念和原理说明、解释、类推同类教学事件和现象。
学会———是指能模仿或在教师指导下独立地完成某些教学知识和技能的操作任务，或能识别操作中的一般差错。
教学内容和要求表中的“√”号表示教学知识和技能的教学要求层次。
本标准中打“*”号的内容可作为自学，教师可根据实际情况确定要求或不布置要求。

教学内容及教学要求表
教学内容
知道
理解
掌握
学会
1 计算机系统结构的基本概念
1.1 计算机系统层次结构
1.2 计算机系统设计技术
1.3 计算机系统结构的评价标准
1.4 计算机系统结构的发展

√
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√
√

2 指令系统
2.1 数据表示
2.2．寻址技术
2.3 指令格式的优化设计
2.4 指令系统的功能设计

√

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√
√

3 存储系统
3.1 存储系统原理
3.2 虚拟存储器
3.3 Cache 存储器
3.4 三级存储系统

√

√
√
√

4 关系数据库标准语言——SQL
4.1 输入输出原理
4.2 中断系统
4.3 通道处理机

√

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5 流水与指令级高度并行的超级机
5.1 重叠方式
5.2 流水方式
5.3 向量流水处理机
5.4 指令级高度并行的超级机

√

√

√
√

6 阵列处理机
6.1 阵列处理机的原理
6.2 SIMD计算机的互连网络
6.3 脉动阵列处理机

√

√
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7 多处理机
7.1 多处理机的概念和硬件结构
7.2 多处理机的Cache一致性问题
7.3 多处理机的并行性和性能
7.4 多处理机的操作系统

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8 数据流机和归约机
8.1 数据流机
8.2 归约机

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四、课程实施
计算机系统结构是计算机类必修课，系主干课程。一般情况下，每周安排3课时，共54课时。函授生视具体情况而定，一般为27课时。具体课时安排如下：
课时安排及教学方法表
教学内容
课时建议
教与学的方法建议
54课时
27课时
1 计算机系统结构基础知识
1.1 计算机系统层次结构
1.2 计算机系统设计技术
1.3 计算机系统结构的评价标准
1.4 计算机系统结构的发展
8
4

讲授
2 指令系统
2.1 数据表示
2.2．寻址技术
2.3 指令格式的优化设计
2.4 指令系统的功能设计
10
5
讲授
3 存储系统
3.1 存储系统原理
3.2 虚拟存储器
3.3 Cache 存储器
3.4 三级存储系统
6
4
讲授
4 输入输出系统
4.1 输入输出原理
4.2 中断系统
4.3 通道处理机
6
3
讲授
5 流水与指令级高度并行的超级机
5.1 重叠方式
5.2 流水方式
5.3 向量流水处理机
5.4 指令级高度并行的超级机
6
3
讲授
6 阵列处理机
6.1 阵列处理机的原理
6.2 SIMD计算机的互连网络
6.3 脉动阵列处理机
6
4
讲授
7 多处理机
7.1 多处理机的概念和硬件结构
7.2 多处理机的Cache一致性问题
7.3 多处理机的并行性和性能
7.4 多处理机的操作系统
6
3
讲授
8 数据流机和归约机
8.1 数据流机
8.2 归约机
6
3
讲授
合计：54课时中含理论课54课时,
27课时中含理论课27课时

五、教材和参考书目
1. 李学干, 《计算机系统结构》, 2006年版（第四版）
2. John L. Hennessy et.al., 《Computer Architecture _ A Quantative Approach》, 中国机械工业出版社, 2008年版

六、课程评价
1．这门学科的评价依据是本课程标准规定的课程目标、教学内容和要求，该门课程采用平时考核（30%）和集中考试（70%）相结合的形式进行。
2.集中考试说明
1)考试时间：120分钟。
2)考试方式、分制与分数解释
采用闭卷、笔试的方式，以百分制评分，60分为及格，满分为100分。
3)题型比例
单选题10%；填空题20%；简答题30%；计算分析题40%。
4)样题与目标定位示例
A．单选题：（着重考查学生对知识的识别程度）
例："启动I/O"指令是主要的输入输出指令，是属于（ ）
a.目态指令 b.管态指令 c.目态、管态都能用的指令 d.编译程序只能用的指令
B．填空题：（着重考查学生对知识的理解程度）
例：标志符与每个数据相连，合存于＿＿＿＿，用于描述单个数据的＿＿＿＿。
C．简答题：（着重考查学生对知识的理解与掌握程度）
例：器件的发展对系统结构的影响？

D．计算分析题：（着重考查学生对知识的掌握与学会程度）
例：如果设一个系统有四个中断级，个级中断响应次序为1->2->3->4。见中断级屏蔽位表
中断处理
程序级别
中断级屏蔽位
1级
2级
3级
4级
第1级
第2级
第3级
第4级
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
求当把中断次序改为1->4->3->2时，画出中断级屏蔽位表。

制定该课程标准小组成员：
审核者：