学分：4
一、课程性质与任务
1．课程性质
《计算机系统结构》是计算机专业的一门专业主干课。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。
2．课程任务
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、与相关课程的联系
学生在学习本课程之前，应具备计算机组成原理、汇编语言、数字电路、程序设计语言等课程的基础知识。本课程与操作系统、编译原理等课程有紧密联系，是相关课程的先导课程。
三、课程的基本要求
| 节 | 知识点 | 教学要求 | 重难点 |
| 1.1 计算机系统结构的概念 | 1.1.1 计算机系统的层次结构 | 识记 | 重点 |
| 1.1.2 计算机系统结构、组成与实现 | 理解 | 重点 | |
| 1.2 计算机系统结构的发展 | 了解 | 一般 | |
| 1.3 并行性与并行计算机 | 1.3.1 并行性 | 识记 | 重点 |
| 1.3.2 提高并行性的途径 | 理解 | 一般 | |
| 1.3.3 并行计算机 | 了解 | 一般 | |
| 1.4 计算机系统分类 | 1.4.1 flynn分类法 | 识记 | 重点 |
| 1.4.2 应用分类法 | 识记 | 重点 | |
| 1.5 计算机系统设计的主要任务及量化原则 | 1.5.1 计算机系统设计的主要任务 | 识记 | 重点 |
| 1.5.2 计算机系统设计的量化原则 | 理解 | 重点 | |
| 1.6 计算机系统的性能评估 | 1.6.1 计算机性能评估 | 理解 | 重点 |
| 1.6.2 计算机性能测试 | 理解 | 一般 |
| 节 | 知识点 | 教学要求 | 重难点 |
| 2.1 数据表示 | 2.1.1 浮点数表示 | 简单应用 | 难点 |
| 2.1.2 自定义数表示 | 理解 | 一般 | |
| 2.2 寻址技术 | 2.2.1 编址方式 | 识记 | 一般 |
| 2.2.2 寻址方式 | 识记 | 一般 | |
| 2.2.3 程序在主存的定位方法 | 理解 | 一般 | |
| 2.3 指令格式的设计和优化 | 2.3.1 指令操作码优化 | 简单应用 | 难点 |
| 2.3.2 指令地址码优化 | 简单应用 | 难点 | |
| 2.4 指令系统的改进 | 2.4.1 RISC与CISC | 识记 | 重点 |
| 2.4.2 MIPS指令 | 识记 | 一般 |
| 节 | 知识点 | 教学要求 | 重难点 |
| 3.1 流水线概述 | 3.1.1 流水线基本概念 | 识记 | 重点 |
| 3.1.2 流水线分类 | 识记 | 重点 | |
| 3.1.3 流水线特点 | 识记 | 一般 | |
| 3.2 流水线时空图及技术分析 | 3.2.1 时空图 | 综合应用 | 难点 |
| 3.2.2 流水线性能分析 | 简单应用 | 难点 | |
| 3.3 流水线相关 | 3.3.1 流水线相关的概念 | 识记 | 重点 |
| 3.3.2 结构相关 | 理解 | 难点 | |
| 3.3.3 数据相关 | 理解 | 难点 | |
| 3.3.4 控制相关 | 理解 | 难点 | |
| 3.4 流水线计算机举例 | 识记 | 一般 | |
| 3.5 向量处理机 | 3.5.1 向量处理机基本概念 | 识记 | 一般 |
| 3.5.2 向量处理机结构 | 理解 | 一般 | |
| 3.5.3 向量指令的执行过程及性能计算 | 理解 | 一般 |
| 节 | 知识点 | 教学要求 | 重难点 |
| 4.1 指令级并行概述 | 4.1.1 指令级并行的基本概念 | 识记 | 重点 |
| 4.1.2 相关性对指令性并行的影响 | 理解 | 重点 | |
| 4.1.3 支持指令性并行的编译技术 | 理解 | 一般 | |
| 4.2 指令动态调度 | 4.2.1 动态调度原理 | 理解 | 重点 |
| 4.2.2 动态调度方法 | 理解 | 难点 | |
| 4.3 转移预测技术 | 4.3.1 静态转移预测 | 理解 | 难点 |
| 4.3.2 动态转移预测 | 理解 | 难点 | |
| 4.4 多发射技术 | 4.4.1 超标量技术 | 识记 | 一般 |
| 4.4.2 超长指令字技术 | 理解 | 一般 |
| 节 | 知识点 | 教学要求 | 重难点 |
| 5.1 存储系统简介 | 5.1.1 存储系统层次结构 | 识记 | 重点 |
| 5.1.2 存储系统性能参数 | 理解 | 一般 | |
| 5.2 cache | 5.2.1 cache工作原理 | 理解 | 重点 |
| 5.2.2 cache地址映像与变换方法 | 综合应用 | 难点 | |
| 5.2.3 cache替换算法 | 综合应用 | 难点 | |
| 5.2.4 cache一致性问题 | 理解 | 重点 | |
| 5.2.5 cache性能分析 | 简单应用 | 重点 | |
| 5.3 cache性能优化 | 5.3.1 降低cache失效率的方法 | 简单应用 | 重点 |
| 5.3.2 减少cache失效开销 | 理解 | 重点 | |
| 5.3.3 减少cache命中时间 | 理解 | 重点 | |
| 5.4 主存储器及性能优化 | 5.4.1 主存储器 | 识记 | 一般 |
| 5.4.2 主存储器性能优化 | 理解 | 一般 | |
| 5.5 虚拟存储器 | 5.5.1 虚拟存储器工作原理 | 理解 | 重点 |
| 5.5.2 虚拟存储器地址映像与变换 | 综合应用 | 难点 | |
| 5.5.3 虚拟存储器内部地址变换优化 | 综合应用 | 难点 | |
| 5.5.4 页面替换算法及实现 | 综合应用 | 难点 | |
| 5.5.5 提高主存命中率的方法 | 综合应用 | 难点 | |
| 5.6 进程保护 | 理解 | 难点 |
| 节 | 知识点 | 教学要求 | 重难点 |
| 6.1 I/O系统概述 | 6.1.1 I/O系统特点 | 识记 | 一般 |
| 6.1.2 基本I/O方式 | 理解 | 重点 | |
| 6.2 总线 | 6.2.1 总线概述 | 识记 | 一般 |
| 6.2.2 总线连接方式 | 理解 | 重点 | |
| 6.3 通道处理机 | 6.3.1 通道处理机的功能、种类 | 识记 | 一般 |
| 6.3.2 通道处理机的工作过程 | 理解 | 重点 | |
| 6.3.3 通道处理机数据传送过程 | 理解 | 重点 | |
| 6.3.4 通道流量分析 | 简单应用 | 难点 | |
| 6.4 外围处理机 | 识记 | 一般 | |
| 6.5 I/O系统性能评价 | 6.5.1 I/O系统可靠性、可用性和可信性 | 理解 | 一般 |
| 6.5.2 I/O子系统性能衡量与设计 | 理解 | 一般 | |
| 6.5.3 并行I/O | 理解 | 一般 | |
| 6.6 磁盘冗余阵列 | 6.6.1 RAID概述 | 识记 | 一般 |
| 6.6.2 RAID系统分级 | 理解 | 重点 |
| 节 | 知识点 | 教学要求 | 重难点 |
| 7.1 多处理机系统结构 | 7.1.1 多处理机系统硬件结构 | 识记 | 重点 |
| 7.1.2 多处理机存储器组织 | 理解 | 重点 | |
| 7.1.3 多处理机系统操作系统 | 理解 | 一般 | |
| 7.1.4 多核处理机 | 识记 | 一般 | |
| 7.2 互联网络 | 7.2.1 互联网络基本概念 | 识记 | 重点 |
| 7.2.2 互联网特性 | 理解 | 重点 | |
| 7.2.3 互联网络类型 | 综合应用 | 难点 | |
| 7.3 多处理机系统控制 | 7.3.1 多处理机系统调度 | 简单应用 | 难点 |
| 7.3.2 多处理机系统进程通信 | 理解 | 难点 | |
| 7.4 并行语言与算法 | 7.4.1 并行编程模型 | 理解 | 重点 |
| 7.4.2 并行语言 | 理解 | 一般 | |
| 7.4.3 并行算法 | 简单应用 | 难点 | |
| 7.5 多处理机性能 | 7.5.1 任务粒度 | 理解 | 一般 |
| 7.5.2 基本模型 | 理解 | 一般 | |
| 7.6 多处理机实例 | 识记 | 一般 |
| 节 | 知识点 | 教学要求 | 重难点 |
| 8.1 集群计算机系统 | 8.1.1 集群系统的基本概念和结构 | 识记 | 重点 |
| 8.1.2 集群系统的特点 | 识记 | 重点 | |
| 8.1.3 集群系统通信技术 | 理解 | 重点 | |
| 8.1.4 集群系统资源管理与调度 | 理解 | 重点 | |
| 8.1.5 集群系统实例 | 识记 | 一般 | |
| 8.2 MPP系统 | 8.2.1 MPP系统结构 | 识记 | 重点 |
| 8.2.2 基于MPP的并行计算机系统 | 理解 | 重点 | |
| 8.2.3 集群系统与MPP系统比较 | 识记 | 一般 | |
| 8.3 网格技术 | 8.3.1 网格基本概念 | 识记 | 一般 |
| 8.3.2 网格体系结构 | 理解 | 重点 |
四、教学活动安排
1．开篇导学
在课程学习之初，向学生介绍：为什么学习这门课程，激发学生的学习兴趣；在课程中可以学到哪些知识和技能，帮助学生了解课程内容和应用范围；如何学习这门课程，使学生掌握课程学习方法。
2．自学
本课程的学习方式以学生自主学习为主，课程为学生提供了纸质教材和网络课件供学生随时学习，教师和网络教育学院的管理人员为学生提供尽可能完善的教学支持服务。
3．阶段导学
在学生的自主学习的基础上，根据教学进度安排，本课程每学期至少会安排3次阶段导学，教师将对本课程的重点、难点及热点问题对学生进行讲解及辅导，并进行实时语音答疑活动。
4．网上作业
在本课程的学习过程中，除课件里各个章节点之后所附的练习题外，还根据教学进度和学生的实际情况，在网上发布3次作业，来加深对计算机系统结构的理解和掌握，熟悉计算机系统结构中所涉及的相关技术的应用。
5．论坛交流
除了固定的即时辅导答疑外，学生可以随时在BBS论坛上提问，教师将在48小时之内解答学生的疑难问题。
五、教材
1．建议教材
计算机系统结构，徐洁主编，中国铁道出版社，2012年1月第1版
2．教学参考书
计算机系统结构教程（第2版），张晨曦，王志英编著，清华大学出版社，2014年10月第2版
计算机系统结构（第2版），郑纬民，汤志忠，清华大学出版社，2002年
计算机系统结构（第5版），李学干，西安电子科大出版社，2011年
Computer Architecture: A Quantitative Approach. 5th Edition, John L Hennessy, David A Patterson. Burlington: Morgan Kaufmann, 2011
3．网上教学资源
www.tup.com.cn