计算机体系结构

课程编码：280223085404P2008 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：李栋等

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。

《数字电路》、《程序设计》、《计算机组成原理》、《操作系统》

第一章 概要与基础
第1节 课程概要及教学安排 1学时 李栋
第2节 指令集与计算机体系结构基础 1学时 李栋
第3节 单周期处理器回顾 2学时 李栋
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 杨卫兵
第2节 超标量与计分板 2学时 杨卫兵
第3节 指令乱序、寄存器重命名与例外处理 2学时 杨卫兵
第4节 分支预测与猜测执行 2学时 杨卫兵
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 曹华伟
第2节 高速缓存一致性 2学时 曹华伟
第3节 内存及虚拟内存 2学时 李栋
第4节 高级内存操作 2学时 曹华伟
第5节 存储器与输入输出系统 2学时 曹华伟
第6节 新兴技术与实践讨论 3学时 杨卫兵
第四章 多线程和多核系统
第1节 多线程 2学时 曹华伟
第2节 芯片多处理器和多核架构 2学时 曹华伟
第五章 向量处理器和GPU
第1节 SIMD和向量机处理器 2学时 曹华伟
第2节 GPU体系结构 2学时 曹华伟
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 曹华伟
第2节 新兴技术与实践讨论 2学时 杨卫兵
第七章 片上网络
第1节 片上网络拓扑和流量控制 2学时 李栋
第2节 片上网络路由器微结构和路由算法 2学时 李栋
第八章 仓库级计算机
第1节 云计算概述及软件栈 1学时 曹华伟
第2节 资源虚拟化 1学时 曹华伟
第3节 分布式系统及软件 1学时 李栋
第4节 网络协议栈及发展趋势 2学时 李栋
第5节 新兴技术与实践讨论 3学时 杨卫兵
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 李栋
第2节 系统性能评价指标 1学时 李栋
第3节 性能分析方法与工具 1学时 李栋
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 曹华伟
第2节 人工智能硬件与加速 1学时 曹华伟
第3节 新兴技术与实践讨论 2学时 杨卫兵
第4节 课程总结与展望 1学时 李栋
第十一章 期末考试
第1节 期末考试 3学时 曹华伟

李栋，博士，中国科学院计算技术研究所正高级工程师，主要从事操作系统和边缘计算系统方面的研究工作，在体系结构领域取得了多项研究成果，承担和参与了中科院先导专项、国家973/863项目、国家自然科学基金、国家重点研发计划等多项科研项目,先后获得中国开放指令生态(RISC-V)联盟2022年度最佳生态贡献奖、新安盟2021年度金石奖、第九届中国科学院科技成果转化奖、International Open Benchmark Council 2019年度AIOT技术创新奖、北京市科学技术等奖项。
曹华伟，博士，中国科学院计算技术研究所副研究员、硕导。研究方向为高通量系统设计及图算法优化。作为负责人主持了国家自然科学基金青年项目、北京市自然科学基金面上项目、国家重点研发计划课题与网络计算创新研究院课题等。近年来发表论文30余篇，申请和授权发明专利8项，研究论文主要发表在THPC、ISPA、HPCC、计算机研究与发展等。在高通量图算法优化方面，依托于团队自研的高通量服务器，连续包揽2019年和2020年Green Graph500榜第一。
杨卫兵，毕业于中国科学院计算技术研究所，体系结构专业，博士。目前就职于中科南京信息高铁研究院，高级工程师。研究方向为容器云、智能运维。