计算机系统结构计算机系统结构吴艳霞wuyanxiahrbeu.edu.cn哈尔滨工程大学计算机学院1 1CSTC课程概况v课程基本信息课程基本信息v课程学习什么课程学习什么v课程性质和任务课程性质和任务v课程研究范围课程研究范围v课程意义课程意义v参考书籍参考书籍v考试方式考试方式v教学思路教学思路2 2CSTC课程基本信息v授课班级：授课班级：060611,060612060611,060612v授课时间：授课时间：星期一星期一 5-65-6节节 10-1710-17 星期四星期四 1-2 1-2节节 1-121-12，14-1714-17v授课地点：授课地点：21B 30121B 301教室教室v教学方法及手段：教学方法及手段： 多媒体教学和黑板教学相结合多媒体教学和黑板教学相结合 专题讨论专题讨论v总学时：总学时： 4848学时学时=40=40（理论）（理论）+8+8（实验）（实验）v网址：网址：http:/bb.hrbeu.edu.cnhttp:/bb.hrbeu.edu.cn3 3CSTC课程学习什么中国宫廷式中国宫廷式4 4CSTC课程学习什么欧洲哥特式欧洲哥特式5 5CSTC课程学习什么阿拉伯风格阿拉伯风格设计方法！设计方法！6 6CSTC课程性质和任务v课程性质课程性质n计算机科学与技术专业的一门必修的专业课计算机科学与技术专业的一门必修的专业课v课程任务课程任务n主要讲解计算机体系结构的发展，主要讲解计算机体系结构的发展，介绍介绍国内外计算机国内外计算机体系结构方面比较成熟的研究成果和关键技术体系结构方面比较成熟的研究成果和关键技术n了解了解计算机系统结构的新理论，新方法，和新趋势计算机系统结构的新理论，新方法，和新趋势n系统地掌握系统地掌握计算机系统结构的概念、基本理论、基本计算机系统结构的概念、基本理论、基本结构和分析方法结构和分析方法7 7CSTC课程性质和任务v课程性质课程性质n计算机科学与技术专业的一门必修的专业课计算机科学与技术专业的一门必修的专业课v课程任务课程任务n主要讲解计算机体系结构的发展，介绍国内外计算机主要讲解计算机体系结构的发展，介绍国内外计算机体系结构方面比较体系结构方面比较成熟成熟的研究成果和的研究成果和关键关键技术技术n了解计算机系统结构的新理论，新方法，和新趋势了解计算机系统结构的新理论，新方法，和新趋势n系统地掌握计算机系统结构的概念、系统地掌握计算机系统结构的概念、基本基本理论、理论、基本基本结构和分析方法结构和分析方法基基 础础8 8CSTC课程性质和任务v课程性质课程性质n计算机科学与技术专业的一门必修的专业课计算机科学与技术专业的一门必修的专业课v课程任务课程任务n主要讲解计算机体系结构的发展，介绍国内外计算机主要讲解计算机体系结构的发展，介绍国内外计算机体系结构方面比较体系结构方面比较成熟成熟的研究成果和的研究成果和关键关键技术技术n了解计算机系统结构的了解计算机系统结构的新新理论，理论，新新方法和方法和新新趋势趋势n系统地掌握计算机系统结构的概念、系统地掌握计算机系统结构的概念、基本基本理论、理论、基本基本结构和分析方法结构和分析方法基基 础础新新9 9CSTC课程研究范围SoftwareHardware影响计算机系统软、硬件设计影响计算机系统软、硬件设计1010CSTC课程的意义v意义意义建立整机概念建立整机概念学习基本的设计方法和优化方法学习基本的设计方法和优化方法1111CSTC举例说明举例说明生产设备由生产设备由4个独立的加工部件组成个独立的加工部件组成工人每天工作工人每天工作8个小时，个小时，可以加工出可以加工出40件产品（每件产品（每12分钟生产分钟生产1件）件）由于市场需求很大，需要扩大此产品的生产，由于市场需求很大，需要扩大此产品的生产，日产量达到日产量达到160160件，该如何做呢？件，该如何做呢？1212CSTC直接的解决方法直接的解决方法没有钱！1313CSTC较优的解决方法较优的解决方法每道工序在每道工序在3 3分钟完成工作分钟完成工作每人完成工序每人完成工序8*60/3=160提高设备利用率1414CSTC课程的意义v意义意义为今后从事计算机系统的理论研究及工程设为今后从事计算机系统的理论研究及工程设计做好理论和技术上的准备计做好理论和技术上的准备建立整机概念建立整机概念学习基本的设计方法和优化方法学习基本的设计方法和优化方法为软件设计开发奠定扎实的基础为软件设计开发奠定扎实的基础1515CSTC课程的意义v目前学习状态目前学习状态 “ “优秀优秀”的程序员的程序员好多讲好多讲ASP.NETASP.NET的文章啊，控件真好用，做网站很方便！的文章啊，控件真好用，做网站很方便！ ORMORM对开发很有帮助，我们连接数据库，对开发很有帮助，我们连接数据库，HibernateHibernate一下！一下！JavaScriptJavaScript框架框架XXXXXX的效果好炫，网站越来越漂亮了！的效果好炫，网站越来越漂亮了！。！。！数据结构数据结构 操作系统操作系统 网络网络 系统结构课程系统结构课程1616CSTC课程的意义对对1024*10241024*1024的二维数组中所有元素求和的二维数组中所有元素求和二维数组赋值二维数组赋值1717CSTC课程的意义 L1 Cache 32KB Cache每次向下级存储设备 读取数据的大小为64字节把两种加法各执行100次，结果：SumA: 00:00:04.8116776 SumB: 00:00:00.8342202 1818CSTC课程的意义12L1 Cache1919CSTC课程的意义v多核处理器n由于每个核的由于每个核的L1缓存互相独立，根据缓存互相独立，根据MESI协议协议 n确保一个核在向它的确保一个核在向它的L1 CacheL1 Cache中写入一个值之后，其它中写入一个值之后，其它核内核内L1 CacheL1 Cache中包含这个数据的整个中包含这个数据的整个LineLine就会过期。这就会过期。这意味着其它核在读取地址相同，或者是接近的数据时会意味着其它核在读取地址相同，或者是接近的数据时会遇到遇到L1 Cache MissL1 Cache Miss2020CSTC2121CSTC课程的意义2222CSTC前续课程v计算机程序设计计算机程序设计n高级语言高级语言n汇编语言汇编语言v计算机系统知识计算机系统知识n计算机组成原理计算机组成原理n数字逻辑数字逻辑n数据结构数据结构n操作系统操作系统2323CSTC使用教材v李学干编著李学干编著. .v计算机系统结构计算机系统结构, ,第第4 4版版. .v“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材v西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社. .v200620062424CSTC主要参考书籍v李学干编著李学干编著. .计算机系统结构计算机系统结构, ,第第3 3版版. .西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社.2000.2000v李学干编著李学干编著. .计算机系统结构计算机系统结构学习指导与题解学习指导与题解, ,第第1 1版版. .西安电子科西安电子科技大学出版社技大学出版社.2001.20012525CSTC主要参考书籍2626CSTC提高参考书籍vJohn L. Hennessy. StanfordvDavid A. Patterson. UC Berkeley2727CSTC提高参考书籍vJohn L. Hennessyn斯坦福大学校长斯坦福大学校长nIEEEIEEE和和ACMACM会士会士n美国国家工程研究院院士美国国家工程研究院院士n美国科学艺术研究院院士美国科学艺术研究院院士n20002000年年John von NeumannJohn von Neumann奖奖n20012001年年Seymour CraySeymour Cray计算机工程奖计算机工程奖n因在因在RISCRISC技术方面做出了突出贡献而荣获技术方面做出了突出贡献而荣获20012001年的年的Eckert-MauchlyEckert-Mauchly奖章奖章2828CSTC提高参考书籍vDavid A. Pattersonn加州大学伯克利分校计算机科学系教授n曾因成功的启发式教育方法被IEEE授予 James H.Mulligan，Jr教育奖章nRISC设计和实现的奠基人,nSPARC结构的创始人nLeader RAID2929CSTC考试方式v实验 20分 v出勤 10分v平时测验 10分v考试 60分 3030CSTC教学思路1.1.每堂课先对上节课内容进行简要的复习，然后引每堂课先对上节课内容进行简要的复习，然后引出新的知识点；出新的知识点；2.2.在讲解新的知识点时，按照在讲解新的知识点时，按照先介绍定义先介绍定义（基本理（基本理论），再分析论），再分析具体实例具体实例的顺序进行讲解；的顺序进行讲解；3.3.通过总结现有方法的不足，来通过总结现有方法的不足，来发现问题发现问题，并寻求，并寻求解决问题解决问题的方法。培养学生发现问题和解决问题的方法。培养学生发现问题和解决问题的能力；的能力；4.4.采取提问的方式采取提问的方式，了解学生对所学内容的掌握程，了解学生对所学内容的掌握程度以及调动学生参与课堂活动的积极性；度以及调动学生参与课堂活动的积极性；5.5.安排课后作业安排课后作业，以便起到巩固所学知识的作用。，以便起到巩固所学知识的作用。6.6.组织组织课程活动小组课程活动小组3131若有不当之处，请指正，谢谢！32