《計算機系統(tǒng)結構》課程教學實施細則

1、開放教育本科計算機系統(tǒng)結構課程教學實施細則 計算機系統(tǒng)結構課程是開放教育（本科）計算機科學與技術專業(yè)的必選課。為搞好本課程的教學與管理工作，確保本課程的教學質量，實現(xiàn)開放教育本科的培養(yǎng)目標，特制訂計算機系統(tǒng)結構課程教學實施細則。一、 課程性質與教學目的(一)課程的學科性質、學科特點與任務計算機系統(tǒng)結構是計算機科學與技術專業(yè)的一門基礎理論性課程，該課程承擔著奠定學員的計算機系統(tǒng)理論基礎的任務。(二)教學目的通過具體介紹指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)、流水線和并行處理技術，使學生能夠較全面地掌握計算機系統(tǒng)結構的基本概念、基本原理、基本結構和基本分析方法。二、課程主要內(nèi)容與教學要求（一）教學主要內(nèi)

2、容1.計算機系統(tǒng)層次結構；系統(tǒng)結構、組成與實現(xiàn)的定義 ；系統(tǒng)結構、組成與實現(xiàn)的三者關系；計算機系統(tǒng)結構的分類 ；計算機系統(tǒng)設計的定量原理 ；計算機系統(tǒng)結構的評價標準 ；高性能技術2.基本指令系統(tǒng)；復雜指令系統(tǒng)-CISC；精簡指令系統(tǒng)RISC3.存儲系統(tǒng)原理；交叉訪問存儲器；Cache 存儲器；虛擬存儲器4.輸入輸出原理；中斷系統(tǒng)；通道處理機；輸入輸出處理機5.流水線工作原理；時空圖；線性流水線性能分析；超標量處理機；超流水線處理機；超流水線超標量處理機6.向量處理的基本概念；一般的向量處理機；提高向量處理機性能的常用技術；向量處理機的性能評價7.互連網(wǎng)絡的基本概念；消息傳遞機制；互連網(wǎng)絡實例8

3、.SIMD計算機模型；SIMD計算機的基本結構9.多處理機結構；多處理機性能；多處理機的Cache一致性；多處理機實例（二）各章節(jié)教學要求第一章 計算機系統(tǒng)結構的基本概念1.重點掌握：計算機系統(tǒng)層次結構，系統(tǒng)結構定義，計算機組成定義，計算機實現(xiàn)定義，系統(tǒng)結構、組成與實現(xiàn)的三者關系，透明性，Amdahl定律，CPU性能公式，局部性原理，MIPS定義，MFLOPS定義。2.掌握：系統(tǒng)結構分類，馮·諾依曼計算機特征。3.了解：計算機系統(tǒng)結構的發(fā)展，價格、應用、VLSI和算法對系統(tǒng)結構的影響。第二章 指令系統(tǒng)1.重點掌握：RISC的定義與特點,減少指令平均執(zhí)行周期數(shù)方法。2.掌握：延時轉移技

4、術指令取消技術, 重疊寄存器窗口技術。3.了解：指令流調(diào)整技術, RISC優(yōu)化編譯技術。第三章 存儲系統(tǒng)1.重點掌握：存儲系統(tǒng)的定義,存儲系統(tǒng)的性能參數(shù), 地址映象與變換方法, 替換算法, Cache 存儲器工作原理,虛擬存儲器工作原理。2.掌握：低位交叉訪問存儲器,高位交叉訪問存儲器,替換算法實現(xiàn)。3.了解：Cache分析，Cache寫操作，分段存儲系統(tǒng)，緩沖對虛擬存儲系統(tǒng)性能的影響。第四章 輸入輸出系統(tǒng)1. 重點掌握：三種基本輸入輸出方式及各自的工作原理。2. 掌握：通道的種類；通道中的數(shù)據(jù)傳送過程及流量分析。3. 了解：:輸入輸出系統(tǒng)的特點；輸入輸出系統(tǒng)的組織方式；通道的作用功能；通道的

5、工作過程。第五章 標量處理機1. 重點掌握：流水線工作原理，時空圖，線性流水線，輸入任務連續(xù)情況下單功能、線性流水線的吞吐率、加速比和效率，超標量處理機工作原理和性能分析，超流水線處理機工作原理和性能分析，超流水線超標量處理機工作原理和性能分析。2. 掌握：輸入任務不連續(xù)情況下單功能、線性流水線的性能分析，超標量處理機的典型結構，超流水線處理機的典型結構，超流水線超標量處理機的典型結構。3. 了解：流水線計算機的存儲器結構，流水線中段的控制方法，流水線技術的開發(fā)。第六章 向量處理機1. 重點掌握：向量處理，三種向量處理方式，存儲器存儲器結構，寄存器寄存器結構。2. 掌握：鏈接技術。3. 了解：

6、向量處理機的數(shù)據(jù)結構和存取模式，稀疏矩陣的處理技術，協(xié)處理器，向量處理機實例。第七章 互連網(wǎng)絡1. 重點掌握：互連網(wǎng)絡的作用，靜態(tài)網(wǎng)絡, 動態(tài)網(wǎng)絡。2. 掌握：存儲轉發(fā)尋徑, 蟲蝕尋徑, 線路開關尋徑, 虛擬直通尋徑3. 了解：互連函數(shù), 虛擬通道, 單播, 選播, 廣播, 會議, 通道流量, 網(wǎng)絡通信時延。第八章 SIMD計算機1. 重點掌握：并行處理機基本結構, SIMD計算機基本結構, 陣列處理機基本結構, SIMD計算機的優(yōu)缺點。2. 掌握：SIMD計算機的實例。3. 了解：SIMD計算機的模型, 并行算法。第九章 多處理機1. 重點掌握：共享存儲多處理機, 分布存儲多處理機, 多處理

7、機系統(tǒng)的特點。2. 掌握：多處理機實例。3. 了解：虛擬共享存儲器,多處理機性能模型, 多處理機的Cache一致性, 監(jiān)聽協(xié)議, 基于目錄的協(xié)議, MPP, SMP, 機群系統(tǒng)。三、媒體資源介紹本課程目前已開發(fā)、配置的教學媒體資源如下：1 文字教材主教材使用清華大學出版社出版的計算機系統(tǒng)結構（第一版），作者：鄭緯民，湯志忠。2音像資源。（1）中央電大直播課堂2學時。(另外：中央電大課程組每學期可能會新制作直播課堂節(jié)目進行重點輔導，并就有關教學問題進行探討和說明，各基層教學班要認真組織收看，將有關信息傳達到每個學員。)（2）重慶電大直播課堂VCD光盤，請與本?，F(xiàn)代教育技術中心聯(lián)系購買。3網(wǎng)上資源

8、：除中央電大的資源外，由我校制作的、在在線教學平臺上發(fā)布的資源有：（1）用于指導教學的有：課程說明、課程教學大綱、課程教學實施細則各1篇；（2）用于教學輔導的動態(tài)文本資源有：重難點分析9篇；（3）用于教學輔導的流媒體資源有：IP課件(直播課堂)60講；（4）用于學習過程評價的有：自檢自測3篇；（5）用于期末復習的有：期末復習指導及綜合練習題。以上資源，文字資源由我校教務處提供，音像資源由我校遠程開放教育技術中心提供，網(wǎng)絡資源由學生自行登錄我校教學平臺查閱。四、課程教學平臺介紹教學平臺是指教學活動得以在上展開的虛擬的或實體的教學環(huán)境。本課程的教學平臺有三類：1、網(wǎng)絡教學平臺。網(wǎng)絡教學平臺是一個包

9、括網(wǎng)絡授課、網(wǎng)上師生交流、網(wǎng)上作業(yè)、網(wǎng)上自學、網(wǎng)絡考試、以及質量評估等多種服務在內(nèi)的綜合教學服務支持系統(tǒng)。它能為學生提供實時和非實時的教學輔導服務。本課程的網(wǎng)絡教學平臺是“電大在線”，進入路徑為： 重慶電大主頁() 教學平臺-輸入：用戶名、密碼-點擊：開放本科專業(yè)/計算機科學與技術專業(yè)-點擊：計算機系統(tǒng)結構2、音像制品教學平臺。本課程的中央電大主持教師直播講課、直播輔導課和期末復習，以及重慶電大的直播課、直播輔導課，均有錄像或光盤制品。3、面授輔導平臺。各分校均設有本課程的面授輔導課。五、課程教學模式建議(一)本課程教學模式的基本框架本課程教學模式的基本思路是整個教學過程要充分體現(xiàn)“開放、自主

10、、靈活、互動”，形成基于網(wǎng)絡環(huán)境的“一主三學”模式，即以學生自主學習為中心，通過導學+助學+促學，師生共同努力，完成本課程的教學任務。(二)教學策略教學策略是為了達到預定教學效果而采取的教學組織形式、教學方式、教學環(huán)節(jié)等多種教學行為的綜合性實施方案。1、教學組織形式。根據(jù)本課程理論性極強的特點，各分校在實施教學時，應從實際教學效果出發(fā)，相應地采用以下教學組織形式：(1)個別化自主學習；(2)小組學習、協(xié)作學習；(3)集中學習。2、教學手段。教學手段是教學活動中師生互相傳遞信息的工具、媒體或設備。本課程可采用的教學手段有兩類：(1)傳統(tǒng)手段；(2)現(xiàn)代信息技術手段。3、教學方式方法。本課程的教學

11、方式方法可采用研討式、講練式、案例式等。4、教學環(huán)節(jié)。本課程的教學環(huán)節(jié)主要有輔導(導學)、作業(yè)、考核。（三）教學建議及安排1、以課程為單元組織教學：實行滾動開課，允許學生跨專業(yè)，跨年級修課；按課程向學生提供教學信息和學習資源；按課程設置責任教師，輔導教師，進行教學指導和輔導；按課程組織教研會和教學活動。2、按課程教學的主要環(huán)節(jié)做好安排：安排學生自學的內(nèi)容及時間；安排教學輔導的內(nèi)容及教學輔導的時間；安排學生作業(yè)、實踐、自測的內(nèi)容及學生完成作業(yè)、實踐、復習自測等環(huán)節(jié)的時間。3、課程教學中教師要變教學為導學，變教學為助學：要將單一的知識講授改變?yōu)橄到y(tǒng)概要講解、重難點輔導、學習方法指導和作業(yè)講評等；要

12、將注入式教學變?yōu)橹笇?、模塊式、研討式、案例式、講練式教學；要指導學生動手搜集學習信息和資源，幫助學生掌握學習的一般方法。4、運用多種媒體和手段開展教學輔導：將單一的面授輔導變?yōu)殡p向視頻輔導、音像輔導、面授輔導、網(wǎng)上輔導、電話輔導等多種形式的輔導；將傳統(tǒng)的粉筆加黑板的面授輔導變?yōu)槎喾N媒體組合教學的輔導。5、采用電話、電子郵件、網(wǎng)上討論、小組討論等交互式手段組織師生之間、生生之間的交互教學活動。（四）學生自學建議1、在教師指導下制定個人學習計劃2、參照試點要求，從個人實際出發(fā)，確定適當?shù)膶W習方式、學習媒體、學習時間和地點3、充分利用學校提供的學習支持服務進行個別化學習，參與小組學習和集中輔導4、

13、積極參加網(wǎng)上討論、電話答疑等交互式教學活動5、遵守學習紀律，按時完成各階段的學習任務6、填好個人學習日志，及時進行學習小結六、課程教、學、考一體化設計(一)對教與學的基本要求在理論教學中要充分體現(xiàn)“導學”、“助學”和“促學”。要求分3個階段來有針對性地引導學生學習。一般情況下，宜安排總學時的40%左右為自主學習時間，總學時的30%左右為教學輔導時間；總學時的30%左右時間用于形成性考核作業(yè)、自測、復習等環(huán)節(jié)。(二)學習方式建議與要求1、個別化學習：個別化學習是指學生在具備網(wǎng)絡環(huán)境的基礎上自己確定學習方式、自己管理學習過程，完成學習任務。對個別化自主學習者，各分校應要求：(1) 在教師指導下制定

14、個人學習計劃；(2) 從個人實際出發(fā)，確定適當?shù)膶W習方式、學習媒體、學習時間和地點；(3) 充分利用學校提供的學習支持服務，參與小組學習和集中輔導；(4) 積極參加網(wǎng)上討論、電話答疑等交互式教學活動；(5) 遵守學習紀律，按時完成各階段的學習任務和形成性考核；(6) 填好個人學習日志，及時進行學習小結。2、協(xié)作學習：協(xié)作學習是指學習者以小組形式通過交互活動共同完成學習任務。由于本課程有一定的學習難度，完全自學很難達到預定教學目的，協(xié)作學習是比較適合學習者選擇的方式。各分校應要求通過協(xié)作方式完成學習任務的同學做到：(1) 制定小組學習計劃；(2) 通過網(wǎng)絡手段組織并積極參加小組活動；(3) 及時

15、反饋教學信息，加強與指導教師、同學的聯(lián)系；3、集中化學習：集中化學習主要解決帶共同性的學習問題，方式有雙向視頻輔導、面授輔導、集中討論。時間一般宜安排在開學、期中、期末。(三)學習進度建議序 號章 目學時數(shù)第一章計算機系統(tǒng)結構的基本概念12學時第二章指令系統(tǒng)8學時第三章存儲系統(tǒng)16學時第四章輸入輸出系統(tǒng)8學時第五章標量處理機14學時第六章向量處理機6學時第七章互連網(wǎng)絡8學時第八章SIMD計算機6學時第九章多處理機6學時復習集中輔導（題型、難度）6學時(四)教學一體化設計課程性質必選課課程總學時90學時集中學習學時29學時媒體資源文字教材，平時作業(yè)，中央電大直播課教學，重慶電大自建教學輔導VCD

16、光盤、網(wǎng)上視頻點播60講，在線平臺資源包括：教學實施方案，教學輔導，電子教案等單 元學習形式學習內(nèi)容、形式、方式和方法備 注第一章計算機系統(tǒng)結構的基本概念個別化自主學習（6學時）內(nèi)容1.計算機系統(tǒng)層次結構； 2.系統(tǒng)結構、組成與實現(xiàn)的定義 ；3.系統(tǒng)結構、組成與實現(xiàn)的三者關系；4.計算機系統(tǒng)結構的分類 ；5.計算機系統(tǒng)設計的定量原理 ；6.計算機系統(tǒng)結構的評價標準 ；7.高性能技術等； 獨立完成部分平時作業(yè)小組學習（2學時）內(nèi)容同自學內(nèi)容完成相關平時作業(yè)集中學習（4學時）內(nèi)容計算機系統(tǒng)層次結構，系統(tǒng)結構定義，計算機組成定義，計算機實現(xiàn)定義，系統(tǒng)結構、組成與實現(xiàn)的三者關系，透明性，Amdahl定

17、律，CPU性能公式，局部性原理，MIPS定義，MFLOPS定義，系統(tǒng)結構分類，馮·諾依曼計算機特征等課后部分習題。形式點播、面授、網(wǎng)上電子教案方式單元重點內(nèi)容梳理；答疑解難方法講解、問答第二章 指令系統(tǒng)個別化自主學習（5學時）內(nèi)容1.基本指令系統(tǒng)；2.復雜指令系統(tǒng)-CISC；3.精簡指令系統(tǒng)-RISC等； 獨立完成部分平時作業(yè)小組學習（2學時）內(nèi)容同自學內(nèi)容完成相關平時作業(yè)集中學習（3學時）內(nèi)容RISC的定義與特點,減少指令平均執(zhí)行周期數(shù)方法，掌握內(nèi)容：延時轉移技術指令取消技術, 重疊寄存器窗口技術等課后部分習題第一次平時作業(yè)部分內(nèi)容形式點播、面授、網(wǎng)上電子教案方式單元重點內(nèi)容梳理；

18、答疑解難方法講解、問答、講練第三章 存儲系統(tǒng)個別化自主學習（8學時）內(nèi)容1 存儲系統(tǒng)原理；2 交叉訪問存儲器；3 Cache 存儲器；4 虛擬存儲器獨立完成部分平時作業(yè)小組學習（2學時）內(nèi)容同自學內(nèi)容完成相關平時作業(yè)集中學習（6學時）內(nèi)容存儲系統(tǒng)的定義,存儲系統(tǒng)的性能參數(shù), 地址映象與變換方法, 替換算法, Cache 存儲器工作原理,虛擬存儲器工作原理，低位交叉訪問存儲器,高位交叉訪問存儲器,替換算法實現(xiàn)等課后部分習題形式點播、面授、網(wǎng)上電子教案方式單元重點內(nèi)容梳理；答疑解難方法講解、問答第四章 輸入輸出系統(tǒng)個別化自主學習（4學時）內(nèi)容1輸入輸出原理；2中斷系統(tǒng)；3 通道處理機；4 輸入輸出

19、處理機獨立完成部分平時作業(yè)小組學習（2學時）內(nèi)容同自學內(nèi)容完成相關平時作業(yè)集中學習（3學時）內(nèi)容三種基本輸入輸出方式及各自的工作原理，通道的種類，通道中的數(shù)據(jù)傳送過程，通道流量分析，輸入輸出系統(tǒng)的特點，輸入輸出系統(tǒng)的組織方式，通道的作用及功能，通道的工作過程形式點播、面授、網(wǎng)上電子教案方式單元重點內(nèi)容梳理；答疑解難方法講解、問答、講練第五章 標量處理機個別化自主學習（7學時）內(nèi)容1. 流水線工作原理 ；2. 時空圖 ；3. 線性流水線性能分析 ；4. 超標量處理機 ；5. 超流水線處理機 ；6. 超流水線超標量處理機。獨立完成部分平時作業(yè)小組學習（2學時）內(nèi)容同自學內(nèi)容完成相關平時作業(yè)集中學習

20、（5學時）內(nèi)容流水線工作原理，時空圖，線性流水線，輸入任務連續(xù)情況下單功能、線性流水線的吞吐率、加速比和效率，超標量處理機工作原理和性能分析，超流水線處理機工作原理和性能分析，超流水線超標量處理機工作原理和性能分析，輸入任務不連續(xù)情況下單功能、線性流水線的性能分析，超標量處理機的典型結構，超流水線處理機的典型結構，超流水線超標量處理機的典型結構等課后部分習題第二次平時作業(yè)部分內(nèi)容形式點播、面授、網(wǎng)上電子教案方式單元重點內(nèi)容梳理；答疑解難方法講解、問答、講練第六章 向量處理機個別化自主學習（3學時）內(nèi)容1 向量處理的基本概念；2. 一般的向量處理機 ；3. 提高向量處理機性能的常用技術 ；4.

21、向量處理機的性能評價 獨立完成部分平時作業(yè)小組學習（2學時）內(nèi)容同自學內(nèi)容完成相關平時作業(yè)集中學習（2學時）內(nèi)容向量處理，三種向量處理方式，存儲器存儲器結構，寄存器寄存器結構，鏈接技術等課后部分習題形式點播、面授、網(wǎng)上電子教案方式單元重點內(nèi)容梳理；答疑解難方法講解、問答第七章 互連網(wǎng)絡個別化自主學習（4學時）內(nèi)容1 互連網(wǎng)絡的基本概念；2 消息傳遞機制；3 互連網(wǎng)絡實例獨立完成部分平時作業(yè)小組學習（2學時）內(nèi)容同自學內(nèi)容完成相關平時作業(yè)集中學習（2學時）內(nèi)容互連網(wǎng)絡的作用，靜態(tài)網(wǎng)絡, 動態(tài)網(wǎng)絡，存儲轉發(fā)尋徑, 蟲蝕尋徑, 線路開關尋徑, 虛擬直通尋徑等課后部分習題第三次平時作業(yè)部分內(nèi)容形式點播

22、、面授、網(wǎng)上電子教案方式單元重點內(nèi)容梳理；答疑解難方法講解、問答、講練第八章 SIMD計算機個別化自主學習（3學時）內(nèi)容1 SIMD計算機模型；2 SIMD計算機的基本結構獨立完成部分平時作業(yè)小組學習（2學時）內(nèi)容同自學內(nèi)容完成相關平時作業(yè)集中學習（2學時）內(nèi)容并行處理機基本結構, SIMD計算機基本結構, 陣列處理機基本結構, SIMD計算機的優(yōu)缺點，SIMD計算機的實例課后部分習題形式點播、面授、網(wǎng)上電子教案方式單元重點內(nèi)容梳理；答疑解難方法講解、問答第九章 多處理機個別化自主學習（3學時）內(nèi)容1 多處理機結構；2 多處理機性能；3 多處理機的Cache一致性；4 多處理機實例獨立完成部分

23、平時作業(yè)小組學習（2學時）內(nèi)容同自學內(nèi)容完成相關平時作業(yè)集中學習（2學時）內(nèi)容共享存儲多處理機, 分布存儲多處理機, 多處理機系統(tǒng)的特點，多處理機實例課后部分習題第三次平時作業(yè)部分內(nèi)容形式點播、面授、網(wǎng)上電子教案方式單元重點內(nèi)容梳理；答疑解難方法講解、問答、講練(五)課程考核方式及要求本課程的考核有形成性考核和終結性考核兩種形式，獲得學分的合格成績由形成性考核成績和終結性考核成績構成，其中，形成性考核成績占總成績的20%，終結性考核成績占總成績的80%。本課程沒有課程實驗，因此形成性考核成績僅由平時作業(yè)成績決定。1、形成性考核。本課程有形成性考核作業(yè)共4次，由中央電大下發(fā)。每次形成性考核作業(yè)的

24、成績按滿分折合為5分計入總成績。學生必須完成形成性考核作業(yè)，不完成形考作業(yè)或形考作業(yè)不及格的，不能參加本課程的終結性考核。使用中央電大下發(fā)的“形成性考核冊”，由輔導教師批改。這種方式要求教師做到全批全改。2、終結性考核本課程是由重慶電大統(tǒng)一開設的必選課，終結性考核由重慶電大出題考試，考核形式為卷試?？荚嚲砻娉煽儼礉M分折合為80分計入總成績。終結性考核由重慶電大提供期末復習指導。本課程的期末考試（終結性考試）形式及安排以市電大下發(fā)的期末考試文件為準。七、教學支持服務：重慶電大將對學生學習的全過程進行支持服務。教學支持服務主要從以下幾個方面進行：1、為學生提供教學指導性文件和教學信息。計算機系統(tǒng)結

25、構課程的教學指導性文件主要有課程教學大綱、教學實施方案、形成性考核管理辦法等。教學信息通過重慶電大在線教學平臺發(fā)布。在線教學平臺的欄目及內(nèi)容如下：序號欄目名稱內(nèi) 容1課程說明說明本課程的性質、學時、主要內(nèi)容、與其他課程的關系2教師介紹介紹課程責任教師的基本情況及聯(lián)系方式3教學大綱中央電大制定的本課程教學大綱4實施方案重慶電大制定的本課程教學實施細則 5教學輔導重難點分析、電子教案、網(wǎng)上答疑文本6直播課堂通過雙向視頻系統(tǒng)講授、供網(wǎng)上點播的重點內(nèi)容輔導7IP課件經(jīng)流媒體制作平臺加工的、講解重難點的錄像課 8自檢自測根據(jù)教學要求編制的供學生掌握學習情況的模擬試題9平時作業(yè)及評講中央電大制定的電子版形成性考核作業(yè)冊，對平時作業(yè)的重點題目進行評講10期末復習中央電大的期末復習指導及歷次考題2、為學生提供學習資源。本課程的學習資源有：(1)文字教材。(2)音像光盤。(3)網(wǎng)上資源。包括電子教案、視頻點播、重難點分析、平時作業(yè)、自檢自測等；(4)電子圖書。重慶電大建有網(wǎng)上圖書館，可提供數(shù)萬冊的電大圖書和期刊雜志供學習閱讀。3、為學生提供多種形式的教學輔導。除音像、面授、電話輔導之外，還有在線實時輔導和非實時輔導。在線實時輔導有直播課堂、網(wǎng)上討論與答疑，非實時輔導有重難點分析和電子教案、電子郵件、BBS等。4、對學生進行學習技能培訓和學習方法指導。通過入學教育進