计算机体系结构

课程编码：180086081200P1003H 英文名称：Computer Systems Architecture 课时：60 学分：3.00 课程属性：学科核心课 主讲教师：胡伟武等

本课程为计算机科学与技术学科研究生的专业核心课。本课程重点论述计算机系统的各种基本结构、设计技术和性能分析方法。课程的目的及任务是：使学生通过本课程的学习，了解计算机系统的各种基本结构，掌握在计算机设计的各个环节中影响性能的因素，以及提高性能的各种理论和方法，并通过定量分析技术为设计的整体和局部的性能进行科学评价。

计算机组成原理、操作系统

第一章 引言 3学时 胡伟武
第1节 什么是CPU
第2节 一以贯之
第3节 课程内容与考核方式说明
第二章 计算机系统结构基础 3学时 胡伟武
第1节 计算机的基本概念
第2节 影响计算机设计的主要因素及其发展趋势
第3节 计算机重要指标
第4节 我国计算机发展历史
第三章 二进制与逻辑电路 3学时 胡伟武
第1节 计算机中数的表示
第2节 CMOS门电路及工艺
第3节 CMOS组合逻辑与时序逻辑
第4节 CMOS电路延迟
第5节 从Verilog到GDSII
第6节 其它“0”和“1”表示方法
第四章 指令系统结构 6学时 汪文祥
第1节 指令系统结构的设计原则
第2节 影响指令系统结构的因素
第3节 指令系统的分类
第4节 指令系统的组成部分
第5节 RISC指令系统结构
第6节 RISC系统结构的简史
第7节 不同RISC结构的比较
第五章 静态流水线 3学时 胡伟武
第1节 一个简单的RISC CPU
第2节 指令流水线
第3节 指令相关与流水冲突
第4节 流水线的前递技术
第5节 例外与流水线
第6节 多功能部件及多拍操作
第六章 动态调度流水线 6学时 胡伟武
第1节 影响流水线效率的因素
第2节 指令调度技术
第3节 动态调度技术
第4节 Tomasulo算法
第5节 动态流水线的精确例外处理
第七章 多发射数据通路 6学时 胡伟武
第1节 乱序执行的关键技术
第2节 动态调度流水线数据通路
第3节 常见处理器的数据通路
第4节 多发射结构数据通路
第5节 龙芯2号多发射结构简介
第八章 转移预测 6学时 汪文祥
第1节 转移指令
第2节 程序的转移行为
第3节 软件方法解决控制相关
第4节 硬件动态转移预测
第5节 常见处理器的转移猜测
第九章 功能部件 3学时 胡伟武
第1节 ALU设计
第2节 龙芯1号ALU设计
第3节 定点补码乘法器的设计
第十章 高速缓存 6学时 汪文祥
第1节 存储层次的基本概念
第2节 Cache结构
第3节 Cache性能优化
第4节 常见处理器的存储层次
第十一章 存储管理 6学时 胡伟武
第1节 虚拟存储的基本原理
第2节 MIPS处理器对虚存系统的支持
第3节 LINUX操作系统的存储管理
第4节 TLB的性能分析和优化
第十二章 多处理器 6学时 胡伟武
第1节 消息传递与共享存储
第2节 常见的共享存储系统
第3节 共享存储系统的指令相关
第4节 共享存储系统的访存事件次序
第5节 存储一致性模型
第6节 CACHE一致性协议
第十三章 实践是最好的课堂 3学时 胡伟武
第1节 龙芯处理器简介
第2节 硅是检验结构设计的唯一标准
第3节 设计要统筹兼顾
第4节 设计要重点突出
第5节 皮体系结构设计

胡伟武 1991年毕业于中国科学技术大学，1996年于中国科学院计算技术研究所获工学博士学位。现任中国科学院计算技术研究所研究员，博士生导师、总工程师。国家杰出青年基金获得者。国家自然科学基金委员会信息领域咨询专家、国家“核高基”科技重大专项实施专家。十一届全国人大代表，全国青年常委。主要研究方向为计算机体系结构和微处理器设计，作为总设计师成功研制多款国产龙芯高性能通用CPU。主持国家自然科学基金、国家863高技术研究、国家“核高基”科技重大专项、中国科学院知识创新工程等项目10余项。出版专著和教材2部，发表科研论文50余篇，获国家发明专利20多项。曾获得全国青年五四奖章、中国科学院杰出科技成就奖、中国科学院教学成果一等奖、全国首届优秀博士论文奖、光华工程科技奖、中国青年科技奖等。
汪文祥 工学博士，正高级工程师，中国科学院大学岗位教授。主要研究方向为处理器体系结构设计、处理器验证及计算机系统性能分析优化等，参与了多项国家“核高基”、863 和 973 项目，在国内外各种期刊会议发表文章十余篇，申请专利数十项，授权专利十余项。2012 年起任龙芯中科芯片研发部IP组组长，负责龙芯系列CPU IP 核的开发研制及维护，期间负责完成了龙芯系列CPU核IP的研制。