个人介绍
计算机系统结构(Computer Architecture)

主讲教师:杜根远(GenyuanDu)

教师团队:共5

  • 杜根远
  • 程菊明
  • Jie LIU
  • 胡涛
  • 田胜利
学校: Xuchang University
开课院系: College of Information Engineering
专业大类: Computer Science
开课专业: Computer Science and Technology
课程负责人: Genyuan Du
课程英文名称: Computer Architecture
课程编号: 500169
学分: 4
课时: 54
Introduction
    本课程为河南省线上线下混合式一流课程(2022);许昌学院双语课程(2021);许昌学院一流本科课程(2021)。
    计算机系统结构是计算机科学与技术专业的一门专业任选课程,课程主要介绍计算机系统结构的基本概念、基本原理、基本结构和基本方法。具体包括:计算机系统结构的基本概念及定量分析基础,计算机指令集的结构与设计,流水线及其性能分析、相关和冲突及其解决办法,存储系统的基本概念及原理分析,总线、通道处理机及其流量分析,互连函数、互连网络的结构参数与性能指标,多处理机基本知识,多核系统结构等。
    通过本课程的学习,使学生能够具体地分析和理解计算机系统结构,了解计算机系统结构设计方法和分析方法;研究软、硬件功能分配以及如何最佳、最合理地实现分配给硬件的功能;启发学生对计算机系统结构的特点及主要技术难点有较深刻领会和掌握,并通过文献阅读和专题讨论提高计算机系统分析与设计的能力。计算机系统结构课程是计算机组成原理、操作系统等课程的延伸和扩展,同时为毕业设计等后续课程做准备。
    通过计算机系统结构课程的学习和训练,学生能够达到以下目标:
    目标1:了解和掌握计算机的系统结构、组成和实现的相互关系、相互影响,理解和把握计算机系统全局的概念,掌握系统结构中的一些量化分析方法。
    目标2:理解和掌握计算机整体结构,软、硬件的功能分配和划分的理论及方法,具备计算机系统分析、设计与优化的能力,具备对计算机完整系统结构和性能评价的能力。
    目标3:理解和掌握计算机系统中指令系统特点及设计准则、存储层次设计准则、I/O系统设计准则、数据并行处理方法等概念、结构和方法,具备指令处理性能优化、存储层次优化、I/O系统性能分析、数据并行处理方法性能优化分析等优化能力。
    (This course is a study of the evolution of computer architecture and the factors influencing the design of hardware and software elements of computer systems. Topics may include: instruction set design; processor micro-architecture and pipelining; cache and virtual memory organizations; protection and sharing; I/O and interrupts; in-order and out-of-order superscalar architectures; VLIW machines; vector supercomputers; multithreaded architectures; symmetric multiprocessors; memory models and synchronization; embedded systems; and parallel computers.)
Teacher Team

杜根远

职称:Ph.D, Prof.

单位:许昌学院

部门:信息工程学院

程菊明

职称:副教授

单位:许昌学院

部门:信息工程学院

职位:教师

Jie LIU

职称:Ph.D, Prof.

单位:Western Oregon University

部门:Depatment of Computer Science

职位:Dean

胡涛

职称:Ph.D,Lec.

单位:许昌学院

部门:信息工程学院

田胜利

职称:Ph.D,A.P.

单位:许昌学院

部门:信息工程学院

Course Unit
Teaching Method

1. 形象化教学

      •动画解析关联类比交互模拟

        2. 抽象化教学

 (1)自顶向下逐层展开 & 黑匣子方法;本课程强调学生从整体、系统的角度来看问题;

 (2)Learning by Abstracting   (vs.Learning by Doing)

3.  Learning by Teaching

4.  启发式教学

5.  探究性学习和研究性学习

6.  讨论式教学


教学条件

1. 学校多媒体教室及案例教室;

2. 河南省计算机实验中心;

3. 河南省偏振感知与智能信号处理国际联合实验室;

4. 河南省新工科实习实践基地

5. 河南省一流本科专业建设点--计算机科学与技术;

6. 图书馆电子数据库;校园网络(教育网)

教学效果

河南省线上线下混合式一流课程(2022);许昌学院双语课程(2021);许昌学院一流本科课程(2021)。

计算机系统结构课程教学总体上达到了教学目标,课程目标达成情况较好。采用混合式线上线下灵活教学的方式,学生对知识的掌握较好,整体对教学目标的实现有所促进。

Reference Materials

1.《Computer Architecture:A Quantitative Approach(原书第5版)》,John L. Hennessy & David A. Patterson著,机械工业出版社

2. http://inst.eecs.berkeley.edu/~cs152/    (美国UC Berkeley Computer Architecture and Engineering)

3. http://www.eceNaNu.edu/~ece447/        ( Carnegie Mellon Introduction to Computer Architecture )

4.(美)帕特森,(美)亨尼斯 著,王党辉等译。计算机组成与设计:硬件/软件接口(原书第7版) 

5. (美)布赖恩特(Bryant,R.E.).深入理解计算机系统,机械工业出版社,2018年出版

6. Patterson, D. A., and J. L. Hennessy. Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface, 3rd ed. San Mateo, CA: Morgan Kaufman, 2004.


Curriculum Assessment

Grades will be based on the five quizzes, not equally weighted. 

Reading &Oral Report     ~10%

Writean summarize, no less than 2000 words

Assignments     ~10%

Test with Class      ~10%

Experiment      ~10%

Final examination     ~60%

Common Questions

1. 如何学好计算机系统结构

         按照要求观看视频、完成作业讨论、章节测试、独立完成实验,就能提升自己的硬件能力,克服畏惧心理。

2. 如何学习计算机系统结构

   1)需要有计算机组成原理基础;

  2)及时完成每章节的线上作业;

  3)要做实验。


教学资源
课程章节 | 文件类型   | 修改时间 | 大小 | 备注
1.1 Basic Information
视频
.mp4
2024-03-24 75.50MB
 
视频
.mp4
2024-03-24 64.72MB
 
图书
.book
2024-03-24 230.00Byte
 
文档
.pdf
2024-03-24 1.32MB
1.2 Computer Architecture  Overview
视频
.mp4
2023-01-24 54.94MB
 
视频
.mp4
2023-01-24 62.97MB
 
视频
.mp4
2023-01-24 54.17MB
 
文档
.pdf
2023-01-24 6.76MB
1.3 Learning Resource
文档
.pdf
2020-02-26 5.65MB
2.1 Preview Contents
视频
.mp4
2023-01-24 98.45MB
 
图书
.book
2023-01-24 230.00Byte
2.2 计算机系统设计的内容
文档
.pdf
2023-01-24 3.61MB
 
视频
.mp4
2023-01-24 26.26MB
 
视频
.MOV
2023-01-24 71.03MB
 
文档
.pdf
2023-01-24 609.64KB
 
视频
.mp4
2023-01-24 42.72MB
 
视频
.mp4
2023-01-24 28.39MB
2.3.1 加快经常性事件
视频
.mp4
2023-01-24 27.14MB
 
文档
.pdf
2023-01-24 675.60KB
2.3.2 Amdahl定律
视频
.mp4
2023-01-24 39.68MB
 
文档
.pdf
2023-01-24 667.45KB
2.3.3 CPU性能公式
视频
.mp4
2023-01-24 73.50MB
 
文档
.pdf
2023-01-24 1002.23KB
2.3.4 程序局部性原理
视频
.mp4
2023-01-24 16.72MB
 
文档
.pdf
2023-01-24 522.37KB
2.4 计算机系统的性能评价
视频
.mp4
2022-05-05 27.49MB
 
文档
.pdf
2022-05-05 1000.98KB
2.5 对冯·诺依曼结构的改进
视频
.mp4
2022-05-05 38.52MB
 
文档
.pdf
2022-05-05 1.41MB
2.6 提高并行性的技术途径
视频
.mp4
2021-05-09 50.92MB
 
文档
.pdf
2021-05-09 1.08MB
2.7 Test
作业
.work
2020-02-26 --
3.1 Preview Contents
图书
.book
2022-12-04 230.00Byte
3.2 Instruction system structure classification
视频
.mp4
2021-03-25 57.17MB
 
文档
.pdf
2021-03-25 1.27MB
3.3 Addressing mode
视频
.mp4
2022-01-01 34.29MB
 
文档
.pdf
2022-01-01 696.03KB
3.4 Functional design of instruction system
视频
.mp4
2021-03-25 47.39MB
 
文档
.pdf
2021-03-25 502.24KB
3.5 Operand type and size
视频
.mp4
2021-06-17 17.69MB
 
文档
.pdf
2021-06-17 412.05KB
3.6 Design of instruction format
视频
.mp4
2021-06-17 12.57MB
 
文档
.pdf
2021-06-17 390.30KB
3.7 MIPS instruction set structure
视频
.mp4
2021-03-25 39.97MB
 
文档
.pdf
2021-03-25 799.48KB
3.8 Test
作业
.work
2020-09-10 --
4.1 Preview Contents
图书
.book
2022-12-04 230.00Byte
4.2 Basic concepts of pipeline
视频
.mp4
2021-12-23 54.76MB
 
文档
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2021-12-23 891.90KB
4.3 Pipeline classification
视频
.mp4
2021-12-23 32.72MB
 
文档
.pdf
2021-12-23 399.59KB
4.4 Pipeline performance index(1)
视频
.mp4
2021-12-23 30.57MB
 
文档
.pdf
2021-12-23 347.88KB
4.5 Pipeline performance index(2)
视频
.mp4
2021-12-23 55.46MB
 
文档
.pdf
2021-12-23 906.05KB
4.6 Nonlinear pipeline scheduling
文档
.pdf
2023-03-23 389.43KB
4.7 Pipeline hazards
视频
.mp4
2021-12-23 50.83MB
 
文档
.pdf
2021-12-23 593.06KB
4.8 Test(1)
作业
.work
2020-03-10 --
4.9 Pipeline collision(1)
视频
.mp4
2021-12-23 81.91MB
 
文档
.pdf
2021-12-23 1.94MB
4.10 Pipeline collision(2)
视频
.mp4
2021-12-23 68.91MB
 
文档
.pdf
2021-12-23 1.40MB
4.11 Pipeline implementation(1,2)
文档
.pdf
2020-03-19 345.17KB
4.12 Test(2)
作业
.work
2020-03-17 --
5.1 向量处理方式
文档
.pdf
2022-06-04 645.14KB
 
视频
.mp4
2022-06-04 637.42MB
5.2 向量处理机的结构
视频
.mp4
2022-06-04 676.59MB
5.3 提高向量处理机性能的主要技术
视频
.mp4
2022-06-04 555.48MB
5.4 向量处理机性能评价
视频
.mp4
2022-06-04 609.04MB
5.5 向量处理机实例
视频
.mp4
2022-06-04 690.10MB
5.6 Test
作业
.work
2021-04-04 --
6.1 指令级并行的概念
文档
.pdf
2022-06-04 189.24KB
 
文档
.pdf
2022-06-04 961.73KB
 
视频
.mp4
2022-06-04 780.87MB
6.2 指令的动态调度
文档
.pdf
2022-06-04 554.87KB
 
视频
.mp4
2022-06-04 570.57MB
6.3 动态分支预测技术
文档
.pdf
2022-06-04 382.49KB
 
视频
.mp4
2022-06-04 855.10MB
6.4 多指令流出技术
视频
.mp4
2022-06-04 718.34MB
6.5 Test
作业
.work
2021-04-22 --
7.1 Preview Contents
图书
.book
2020-03-25 230.00Byte
 
文档
.pdf
2020-03-25 1.76MB
7.2 Storage system hierarchy
视频
.mp4
2022-01-01 60.21MB
 
文档
.pdf
2022-01-01 1.37MB
7.3 Cache基本知识(1)
视频
.mp4
2020-04-07 31.82MB
 
文档
.pdf
2020-04-07 735.96KB
7.4 Cache基本知识(2)
视频
.mp4
2020-04-07 40.31MB
 
文档
.pdf
2020-04-07 475.65KB
7.5 Cache基本知识(3)
视频
.mp4
2020-04-07 46.85MB
 
文档
.pdf
2020-04-07 450.15KB
7.6 Cache性能分析
视频
.mp4
2022-05-05 86.37MB
 
文档
.pdf
2022-05-05 218.83KB
 
视频
.mp4
2022-05-05 27.72MB
7.7 Test(1)
作业
.work
2020-03-25 --
7.8 降低Cache不命中率(1)
视频
.mp4
2022-05-05 64.86MB
 
文档
.pdf
2022-05-05 504.69KB
7.9 降低Cache不命中率(2)
视频
.mp4
2021-04-26 36.54MB
 
文档
.pdf
2021-04-26 263.07KB
7.10 减少Cache不命中开销
视频
.mp4
2020-04-08 78.07MB
 
文档
.pdf
2020-04-08 538.98KB
7.11 Test(2)
作业
.work
2020-04-08 --
7.12 减少命中时间
视频
.mp4
2020-04-14 34.78MB
 
文档
.pdf
2020-04-14 357.85KB
7.13 并行主存系统
视频
.mp4
2020-04-14 33.71MB
 
文档
.pdf
2020-04-14 324.64KB
7.14 虚拟存储器
视频
.mp4
2020-04-15 46.56MB
 
文档
.pdf
2020-04-15 1.16MB
7.15 Test(3)
作业
.work
2020-04-15 --
8.1 Preview Contents
图书
.book
2020-04-23 230.00Byte
8.2 Basic concepts of I / O system
视频
.mp4
2020-04-29 52.12MB
 
文档
.pdf
2020-04-29 724.39KB
8.3 RAID
视频
.mp4
2020-04-29 66.51MB
 
文档
.pdf
2020-04-29 523.17KB
8.4 Bus
视频
.mp4
2020-04-29 66.53MB
 
文档
.pdf
2020-04-29 1.42MB
8.5 Test(1)
作业
.work
2020-04-29 --
8.6 Channel processor
视频
.mp4
2020-05-08 75.62MB
 
文档
.pdf
2020-05-08 332.96KB
8.7 I/O and OS
视频
.mp4
2020-05-02 40.90MB
 
文档
.pdf
2020-05-02 592.47KB
8.8 Test(2)
作业
.work
2020-05-02 --
9.1 Preview Contents
图书
.book
2020-05-11 230.00Byte
9.2 互连网络的基本概念
视频
.mp4
2020-05-17 100.36MB
 
文档
.pdf
2020-05-17 523.03KB
9.3 互连网络的结构参数与性能指标
视频
.mp4
2020-05-17 39.12MB
 
文档
.pdf
2020-05-17 185.31KB
9.4 互连函数
视频
.mp4
2020-05-17 131.15MB
 
文档
.pdf
2020-05-17 389.61KB
9.5 Test(1)
作业
.work
2020-05-13 --
9.6 静态互连网络
视频
.mp4
2020-05-17 81.45MB
 
文档
.pdf
2020-05-17 774.00KB
9.7 动态互连网络
视频
.mp4
2020-05-17 45.46MB
 
文档
.pdf
2020-05-17 284.42KB
9.8 消息传递机制
文档
.pdf
2020-05-17 394.78KB
9.9 Test(2)
作业
.work
2020-05-20 --
10.1 Preview Contents
图书
.book
2020-05-25 230.00Byte
10.2 多处理机概念
视频
.mp4
2020-05-25 58.60MB
 
文档
.pdf
2020-05-25 365.38KB
10.3 对称式共享存储器
视频
.mp4
2020-05-25 42.87MB
 
文档
.pdf
2020-05-25 279.57KB
10.4 分布式共享存储器
视频
.mp4
2020-05-25 62.03MB
 
文档
.pdf
2020-05-25 285.92KB
10.5 Test(1)
作业
.work
2020-05-25 --
10.6 同步
视频
.mp4
2020-05-31 54.04MB
 
文档
.pdf
2020-05-31 459.87KB
10.7 同时多线程
视频
.mp4
2020-05-31 44.78MB
 
文档
.pdf
2020-05-31 301.32KB
10.8 大规模并行处理机
视频
.mp4
2020-05-31 42.15MB
 
文档
.pdf
2020-05-31 249.78KB
10.9 多处理机实例
文档
.pdf
2020-05-31 413.64KB
10.10 Test(2)
作业
.work
2020-05-31 --
11.1 PRAM and Parallel Computing
文档
.pdf
2024-03-24 1.99MB
 
文档
.pdf
2024-03-24 49.66KB
 
文档
.pdf
2024-03-24 623.47KB
 
文档
.pptx
2024-03-24 31.62KB
 
视频
.flv
2024-03-24 208.50MB
11.2 Test
作业
.work
2024-03-25 --
11.3 Part I: Introduction to Parallel Processing with Multi-core
文档
.pdf
2021-12-24 882.11KB
11.4 Part II: Introduction to Parallel Processing with Multi-core
文档
.pdf
2021-12-24 1.44MB
11.5 Part III: Introduction to Parallel Processing with Multi-core
文档
.pdf
2022-06-04 6.61MB
 
文档
.pdf
2022-06-04 5.98MB
11.6 Part IV: Introduction to Parallel Processing with Multi-core
文档
.pdf
2022-06-04 1.54MB
11.7 Part V: Sorting
文档
.pdf
2021-12-24 144.58KB
11.8 Exercises
文档
.pdf
2021-12-24 9.63KB
 
文档
.pdf
2021-12-24 28.60KB
11.9 Lab
文档
.pdf
2021-12-24 25.41KB
 
文档
.pdf
2021-12-24 13.05KB
 
文档
.pdf
2021-12-24 16.61KB
 
文档
.pdf
2021-12-24 9.97KB
11.10 Quizzes
文档
.pdf
2021-12-26 84.37KB
 
文档
.pdf
2021-12-26 26.99KB
 
文档
.pdf
2021-12-26 23.09KB
12.1 计算机系统结构挑战及趋势
视频
.mp4
2020-06-07 84.50MB
 
文档
.pdf
2020-06-07 2.65MB
12.2 后摩尔时代处理器芯片体系结构的变化
视频
.mp4
2020-06-07 74.08MB
 
文档
.pdf
2020-06-07 1.83MB
12.3 计算机系统结构趋势-存储
视频
.mp4
2020-06-07 95.21MB
 
文档
.pdf
2020-06-07 2.26MB
12.4 计算机系统结构课程总结
视频
.mp4
2020-06-07 78.64MB
 
文档
.pdf
2020-06-07 2.36MB
12.5 部分习题
文档
.pdf
2022-12-04 1.71MB
12.6 Test
作业
.work
2020-06-07 --
13.2 实验一:MIPS指令系统和MIPS体系结构
文档
.doc
2024-02-29 62.00KB
13.3 实验二:流水线及流水线中的冲突
文档
.doc
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13.4 实验三:指令调度和延迟分支
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13.5 实验四:Cache性能分析
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13.6 实验五:Tomasulo算法
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13.7 实验六:再定序缓冲(ROB)工作原理
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13.8 实验七:多Cache一致性——监听协议
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13.9 实验八:多Cache一致性——目录协议
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