计算机体系结构
课程大纲：计算机科学 - 计算机系统 - 计算机体系结构
第1周：引言与体系结构基础
学习目标：
- 理解计算机系统的定义和组成部分。
- 掌握计算机体系结构的基本概念。
内容：
- 计算机系统概述
- [阅读资源]：《计算机体系结构：量化方法》(第1章)
- 讲座：体系结构层次结构
- 小组讨论：历史上的计算机体系结构变迁
评估：
- 课堂讨论参与度
第2-3周：CPU架构
学习目标：
- 了解CPU的工作原理和组成。
- 学习指令集架构（ISA）。
内容：
- CPU的内部结构
- 控制单元、算术逻辑单元和寄存器
- [阅读资源]：《现代操作系统》(第2章)
- 讲座：x86和ARM架构简介
- 实践活动：设计简单指令集
评估：
- 指令集设计作业
第4-5周：存储系统
学习目标：
- 理解内存层次结构和缓存原理。
- 掌握存储器类型和访问速度。
内容：
- 主存和辅存的分类
- 内存层次模型
- 缓存工作原理
- [阅读资源]：《计算机系统：概念与设计》(第3章)
- 讲座：SSD与NAND Flash存储器
- 小组讨论：内存管理策略
评估：
- 缓存优化小项目
第6-7周：I/O系统
学习目标：
- 了解I/O设备、接口和协议。
- 学习I/O流水线和并发I/O处理。
内容：
- I/O系统概述
- 设备独立性与设备驱动
- I/O中断与多路复用
- [阅读资源]：《计算机网络》(第2章)
- 讲座：USB和PCIe接口
- 实践活动：模拟I/O操作
评估：
- I/O系统设计报告
第8周：体系结构设计原则
学习目标：
- 掌握设计高性能计算机体系结构的关键因素。
- 分析现有体系结构的设计决策。
内容：
- 体系结构设计原则
- 性能优化策略
- 时钟频率与功耗平衡
- [阅读资源]：《计算机体系结构设计》(第4章)
- 讲座：Amdahl定律和摩尔定律
- 小组讨论：案例研究分析
评估：
- 体系结构设计案例分析报告
期末复习与考试：
- 总结课程内容
- 期末考试：体系结构理论与实践
通过本课程，学生将能够深入理解计算机体系结构的核心概念，并能应用这些知识解决实际问题。