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《计算机体系结构》教学大纲
课程英文名
ComputerArchitecture
课程代码
03M0044
学分
2.5
总学时
40
理论学时
32
实验学时
8
上机学时
0
实践学时
0
课程类别
学科基础课
课程性质
限选
先修课程
数字系统设计基础、
计算机系统基础
适用专业
人工智能
开课学院
信息工程学院
执笔人
高志刚
审定人
制定时间
2025年1月
注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业教育课；课程性质是指必修/限选/任选。
一、课程地位与课程目标
（一）课程地位
《计算机系统结构》是人工智能专业的专业基础课，它从整体的观点分析计算机系统各个部分的可能构成及其对系统性能的影响，是培养学生的计算机硬件应用能力、开展后续专业课程学习和毕业设计的专业基础课程之一。在了解计算机体系结构的新技术与发展趋势的同时，结合国家建设和民族复兴的新时代背景，增强学生家国情怀与文化自信，激发学生使命感和责任心。
（二）课程目标
通过传授计算机的工作原理、系统组成和性能分析技术等的理论知识，并进行相关课内实验，达到本课程的课程目标：
课程目标1：能运用计算机系统的体系结构、工作原理、指令系统等基础知识和分析方法，解决计算机系统设计和分析中所涉及的复杂工程问题。
课程目标2：能运用Amdahl定律，CPU性能公式，计算机系统的性能测试等，建立计算机的设计模型，并利用模型解决计算机系统设计中的问题。
课程目标3：能利用在流水线技术和向量处理机、指令级并行、存储器层次结构、输入输出系统和多处理机系统中获取的基本知识，对提高计算机性能的设计中的工程问题解决方案进行分析与优化。
课程目标4：通过MIPS仿真器中流水线、指令调度与延迟分支等，以及Cache性能分析、Tomasulo算法和重定序（ROB）中指令执行过程的模拟，引导学生深入理解相关的概念和设计思想，并能够分析影响计算机性能提高的主要因素以及改进措施。
课程目标5： 具备基本的科学素养，及时了解计算机体系结构的国内外新技术和发展趋势，及时掌握国家相关方面的科技战略需求，树立强烈的爱国主义使命感与责任心。
二、课程目标达成的途径与方法
课程主要以课堂教学与实验操作为主，结合课堂讨论、课外作业、小组大作业、期末测试等途径和方式来达成。具体课程目标的达成途径与方法如下表所示。
课程目标
达成途径
目标1
课堂教学、课后作业、课堂测试和期末测试
目标2
课堂教学、课后作业、期末测试
目标3
课堂教学、课后作业、期末测试
目标4
实验指导、验收及实验报告、
目标5
课堂教学
三、课程目标与相关毕业要求的对应关系
课程目标
课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）
毕业要求1
毕业要求3
毕业要求5
毕业要求8
课程目标1
H
课程目标2
H
课程目标3
H
课程目标4
H
课程目标5
H
注：1.支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）。
2.毕业要求应根据课程所在专业培养方案进行描述。
3.通识选修课程可不填写上表。
四、课程主要内容与基本要求
该课程详细教学内容和方法如下所述。
（一）计算机系统结构的基本概念
1.教学内容
(1)计算机系统结构的概念（计算机系统的层次结构、计算机系统结构、计算机组成、计算机实现、系列机）
(2)定量分析技术基础（计算机性能评测的基本概念、测试程序、性能设计和评测的基本原则、Amdahl定律、CPU的性能）
(3)计算机系统结构的发展
(4)计算机系统结构中并行性的发展（并行性概念、提高并行性的技术途径）
2.教学重点：定量分析技术。
3.教学难点：Amdahl定律。
4.教学要求
清楚计算机系统结构的概念以及计算机设计中的大量分析技术、计算机系统结构的发展、计算机系统结构中的并行性等基本概念。
思政融合点1：以计算机系统结构的重要性为切入点，引导学生了解我国目前在计算机技术方面的成就以及与国外先进技术的差距；真正理解十八大提出“加快建设创新型国家”战略方针的必要性和重要性，引导学生瞄准世界科技前沿，树立投身科学研究和技术创新的远大理想。
（二）计算机指令集结构设计
1.教学内容
(1)指令集结构的分类
(2)寻址方式
(3)指令集结构的功能设计
(4)操作数的类型和大小
(5)指令格式的设计（寻址方式的表示方法、指令格式的选择）
(6)MIPS指令集结构
2.教学重点
(1)指令集结构的分类；
(2)指令集结构的功能设计；
(3)MIPS指令集结构。
3.教学难点
(1)指令集结构的分类；(2)指令集结构的功能设计。
4.教学要求
清楚指令集的分类、功能设计、操作数的类型和大小、指令格式设计等的知识，并通过MIPS指令集的机构的实现，分辨相关的指令类型和功能
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