计算机体系结构
课程编码：180086085404P2008H
英文名称：Computer Systems Architecture
课时：60
学分：3.00
课程属性：专业核心课
主讲教师：高婉铃等
教学目的要求
本课程是面向计算机科学与技术学科专业型硕士研究生的专业必修课程。重点讲授计算机体系结构的设计、评价和优化方法与技术。课程的目的及任务是：通过理论教学与实践讨论相结合的方式使学生了解相关基础理论知识，并具备将其应用到实际中的基本能力。学生学习本课程后将了解计算机系统的基本结构和设计方法，理解影响性能的因素并熟悉相关的性能评价方法和工具，跟踪新兴技术和发展趋势，建立全面的从系统设计、评价到优化的整体概念。本课程对于培养学生理解、设计、评价、优化计算机体系结构的综合能力和应用思维具有较为重要的作用。
预修课程
《数字电路》、《程序设计》、《计算机组成原理》、《操作系统》
大纲内容
第一章 概要与基础
第1节 课程概要及教学安排 1学时 高婉铃
第2节 指令集与计算机体系结构基础 1学时 高婉铃
第3节 单周期处理器回顾 2学时 高婉铃
第二章 复杂流水线和乱序执行
第1节 指令流水线与冲突 2学时 高婉铃
第2节 超标量与计分板 2学时 高婉铃
第3节 指令乱序、寄存器重命名与例外处理 2学时 高婉铃
第4节 分支预测与猜测执行 2学时 高婉铃
第三章 高速缓存、内存以及存储器
第1节 高速缓存结构 1学时 刘珂
第2节 高速缓存一致性 2学时 刘珂
第3节 内存及虚拟内存 2学时 刘珂
第4节 高级内存操作 2学时 刘珂
第5节 存储器与输入输出系统 2学时 刘珂
第6节 新兴技术与实践讨论 3学时 刘珂
第四章 多线程和多核系统
第1节 多线程 2学时 刘珂
第2节 芯片多处理器和多核架构 2学时 刘珂
第五章 向量处理器和GPU
第1节 SIMD和向量机处理器 2学时 刘珂
第2节 GPU体系结构 2学时 刘珂
第六章 微码和超长指令字VLIW处理器
第1节 微码和超长指令字处理器 2学时 高婉铃
第2节 新兴技术与实践讨论 2学时 刘珂
第七章 片上网络
第1节 片上网络拓扑和流量控制 2学时 刘珂
第2节 片上网络路由器微结构和路由算法 2学时 刘珂
第八章 仓库级计算机
第1节 云计算概述及软件栈 1学时 刘珂
第2节 资源虚拟化 1学时 高婉铃
第3节 分布式系统及软件 1学时 高婉铃
第4节 网络协议栈及发展趋势 2学时 高婉铃
第5节 新兴技术与实践讨论 3学时 高婉铃
第九章 系统评价与性能分析
第1节 基准测试方法与系统评价 2学时 高婉铃
第2节 系统性能评价指标 1学时 高婉铃
第3节 性能分析方法与工具 1学时 高婉铃
第十章 硬件安全、硬件虚拟化和加速
第1节 硬件安全与硬件虚拟化 1学时 高婉铃
第2节 人工智能硬件与加速 1学时 高婉铃
第3节 新兴技术与实践讨论 2学时 高婉铃
第4节 课程总结与展望 1学时 高婉铃
第十一章 期末考试
第1节 期末考试 3学时 刘珂
教材信息
1、
计算机体系结构：量化研究方法（中文版·第6版）
John L.Hennessy, David A. Patterson
2022年10月
人民邮电出版社
参考书
1、
Computer organization and design RISC-V edition: The hardware/software interface @计算机体系结构基础（第三版）
John L.Hennessy@胡伟武等
2017年4月@2021年9月
Morgan Kaufmann出版社@机械工业出版社
课程教师信息
张科，博士，中国科学院计算技术研究所正高级工程师，中国科学院大学岗位教授。主要研究领域为计算机系统结构，重点关注芯片敏捷开发、RISC-V开源处理器芯片、异构计算与FPGA云化服务。主持和参与多项国家自然基金委项目、国家重点研发计划及中科院先导科技专项等项目，获发明专利授权21项。主讲的国科大《计算机组成原理》课程入选首批国家级线下一流本科课程、北京高校优质本科课程及北京市高校课程思政示范课程。担任国科大牵头建设的教育部“计算机系统与处理器芯片课程虚拟教研室”副主任及秘书长。
刘珂，博士，中国科学院计算技术研究所副研究员，硕士生导师。2013年博士毕业于香港中文大学信息工程学系，2008年工程学士毕业于香港中文大学信息工程学系。2017年赴美国普渡大学做访问博士后2年。2013年加入中国科学院计算技术研究所。长期从事移动网络拥塞控制、数据中心网络协议及系统、资源解耦和系统（Resource Disaggregation）、以及多媒体传输系统等研究。近年来专注资源解耦合系统、分级内存、数据中心网络协议、以及机器学习驱动的传输系统。主持国家自然科学基金青年项目和面上项目，国家重点研发计划课题，华为项目，北京面上项目等。成果发表在HPCA, DATE, TMC, TPDS, TSC, ICME, IWQoS, SECON, Cluster等CCF-A类和B类会议与期刊。
高婉铃，博士，中国科学院计算技术研究所副研究员。长期从事计算机体系结构、复杂应用建模和模拟、大数据和人工智能评测优化等相关研究。担任国际测试委员会（BenchCouncil）执行委员会委员，BenchCouncil TBench期刊助理主编，国际测试基准与标准大会（Bench）指导委员会委员。获2021年BenchCouncil新星奖，入选2021年中科院计算所“新百星计划”。