广东工业大学计算机系统结构课程讲义

计算机系统结构是计算机科学领域中研究计算机系统设计和性能分析的一门课程。该课程内容涵盖了计算机硬件与软件交互的核心原理，以及如何设计一个高效、实用的计算机系统。根据提供的文件信息，下面将从计算机系统结构课程的角度出发，详细说明相关知识点。 一、计算机系统的基本概念 计算机系统结构课程首先会介绍计算机系统的基本组成部分，包括硬件和软件两大方面。硬件方面涉及到中央处理单元（CPU）、存储器、输入输出系统（I/O）等核心组件及其工作原理。而软件方面则包括操作系统、编译器、数据库管理系统等。 二、指令集架构 指令集架构是计算机硬件和软件的接口，它定义了处理器可执行的指令和指令的编码方式。课程中会讲解不同类型的指令集架构，如复杂指令集计算（CISC）和精简指令集计算（RISC）。学生将学习到每种架构的设计理念和它们各自的优缺点。 三、处理器设计 处理器设计是计算机系统结构中的核心内容，涉及到CPU内部构造和工作原理。这部分内容会涵盖数据路径、控制单元的设计、流水线技术、超标量架构、多核心和多线程处理等。通过这些知识点，学生可以了解如何提高CPU的处理能力和效率。 四、存储系统 存储系统设计对于保证计算机性能至关重要，该课程会讨论从寄存器、高速缓存、主存到外部存储器的不同层次。存储管理技术如页面置换算法、缓存一致性协议等都是此部分的讨论内容。学生将学会如何设计和评估有效的存储系统。 五、I/O系统与外围设备 I/O系统和外围设备的管理是计算机系统设计中的重要组成部分。课程内容将包括I/O接口标准、直接内存访问（DMA）、中断驱动I/O和轮询等I/O处理技术。此外，针对常见外围设备如打印机、磁盘驱动器和网络接口卡的讨论也会纳入课程。 六、计算机系统性能评价 对计算机系统的性能进行评价是评估和比较不同计算机系统设计的关键步骤。该课程会介绍如何使用基准测试、执行时间、处理器周期、指令数目等性能指标进行评价。性能优化技术，如并行处理、多线程和分布式系统等也会被讲解。 七、并行计算机架构 随着多核处理器的普及，计算机系统结构课程将深入讲解并行计算的概念。这包括并行计算机的基本组成、互连网络、同步机制和一致性模型等。通过学习，学生能够理解并行计算的原理，以及如何设计和开发并行程序。 八、计算机网络 尽管计算机网络在计算机系统结构课程中可能不会是重点，但它作为计算机系统的一个重要组成部分，也会有所涉及。课程可能会介绍计算机网络的基本概念、网络协议栈、网络拓扑结构、以及不同网络组件如路由器和交换机的作用。 九、分布式计算和云计算 分布式计算和云计算是现代计算机系统结构的发展趋势。在课程中，学生将会了解到分布式系统的工作原理、一致性问题、分布式文件系统和存储技术，以及云计算基础、服务模型、虚拟化技术等。 通过以上的知识点学习，学生将获得构建和分析复杂计算机系统结构的理论基础和实践技能。计算机系统结构课程是计算机科学与工程专业学生不可或缺的一门课程，它为学生未来在计算机硬件设计、软件开发、系统集成和性能优化等方面的工作打下了坚实的基础。