课程大纲：计算机工程 - 计算机体系结构

课程概述

本课程旨在深入理解计算机系统的内部工作原理，让学生掌握计算机体系结构的基础知识和设计原则。我们将通过理论讲解、实践活动和案例分析相结合的方式，逐步构建对计算机硬件和软件交互的理解。

课程周期：15周

第1-2周：引言与体系结构概述

• 主题：计算机体系结构简介
• 学习目标：
  • 理解计算机体系结构的基本概念
  • 介绍CPU、内存、I/O系统等基本组件
• 阅读/资源：
  • "Computer Organization and Design" by John Hennessy, David Patterson
• 活动：讲座、小组讨论

第3-4周：处理器架构

• 主题：冯·诺依曼架构与RISC/CISC设计
• 学习目标：
  • 掌握冯·诺依曼体系结构的特点
  • 了解RISC和CISC的区别
• 阅读/资源：
  • "Computer Architecture: A Quantitative Approach" by John L. Hennessy, David A. Patterson
• 活动：讲座、小型设计项目

第5-6周：指令集与流水线

• 主题：指令集设计与流水线优化
• 学习目标：
  • 理解指令集架构和流水线的工作原理
  • 学习性能优化策略
• 阅读/资源：
  • "Computer Architecture: The Hardware/Software Interface" by David A. Patterson, John L. Hennessy
• 活动：讲座、设计流水线模拟实验

第7-8周：存储层次结构

• 主题：内存层次结构与缓存设计
• 学习目标：
  • 了解主存和缓存的工作原理
  • 学习缓存替换策略
• 阅读/资源：
  • "Memory Hierarchy" by Randal E. Bryant
• 活动：讲座、缓存设计项目

第9-10周：并行与分布式计算

• 主题：多核处理器与分布式系统
• 学习目标：
  • 理解并行计算的基本概念
  • 介绍分布式系统架构
• 阅读/资源：
  • "Parallel Computing: Architecture and Algorithms" by Silberschatz, Korth, Goebel
• 活动：讲座、分布式系统设计讨论

第11-12周：高级主题

• 主题：虚拟化技术与嵌入式系统
• 学习目标：
  • 了解虚拟化和嵌入式系统的挑战与机遇
  • 分析现代计算机系统中的新技术
• 阅读/资源：
  • "Virtualization: From Theory to Practice" by Andrea Arpaci-Dusseau, Andrea Ousterhout
  • "Embedded Systems: Introduction to the Design, Analysis, and Implementation of Embedded Computer Systems" by David A. Taub
• 活动：讲座、小型研究项目

第13-14周：复习与评估

• 主题：课程回顾与项目总结
• 学习目标：
  • 回顾课程内容，强化关键概念
  • 撰写并提交期末设计报告
• 活动：复习研讨会、期末项目展示

第15周：期末考试

• 主题：课程知识综合测试
• 评估方法：选择题、论述题及设计问题

通过本课程，学生将具备扎实的计算机体系结构基础知识，为后续专业课程和职业生涯打下坚实基础。