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课程信息

Welcome to the Spring 2026 Computer Architecture web page. The course is intended to provide a foundation for students interested in performance programming, compilers, and operating systems, as well as computer architecture and engineering. Our goal is for you to better understand how software interacts with hardware, and to understand how trends in technology, applications, and economics drive continuing changes in the field. The course will cover the different forms of parallelism found in applications (instruction-level, data-level, thread-level, request-level) and how these can be exploited with various architectural features. We will cover pipelining, superscalar, speculative and out-of-order execution, vector machines, VLIW machines, multithreading, graphics processing units, and parallel microprocessors. We will also explore the design of memory systems including caches, virtual memory, and DRAM.

课程目标

  • 掌握系统定量分析的基本方法和技术
  • 深入理解提高CPU性能的基本方法
  • 深入理解存储系统的基本原理和优化方法
  • 理解数据级并行、指令级并行、线程级并行的基本原理和方法
  • 初步理解面向特定领域的处理器设计

课程内容

  • 简单机器设计（Chapter1，Appendix A，Appendix C）
    ISAs, Iron Law, simple pipelines
  • 存储系统（Chapter2，Appendix B）
    DRAM, caches, virtual memory systems
  • 指令级并行（Chapter 3）
    score-boarding, out-of-order issue
  • 数据级并行（Chapter 4）
    vector machines, VLIW machines, multithreaded machines
  • 线程级并行（Chapter 5）
    memory models, cache coherence, synchronization
  • 面向特定领域的处理器体系结构（DSA）
    IPU、DSP、GPU

Course Calendar

Week Date Lecture Topic Readings
5th Edition		 Readings
6th Edition		 Resources
1 3月2日 1-1 体系结构简介 Ch.1 Ch.1 chapter01-intro
3月5日 1-2 发展历史、现状及趋势 Ch.1 Ch.1
2 3月9日 1-3 定量分析基础 Ch.1 Ch.1
3月12日 2-1 ISA的基本概念 Appendix A Appendix A chapter02-ISA
3 3月16日 2-2 ISA的功能设计 Appendix A Appendix A
3月19日 2-3 ISA的实现 Appendix A Appendix A
4 3月23日 3-1 基本流水线、性能评估 Appendix C Appendix C chapter03-pipeline
3月26日 3-2 基本流水线的扩展 Appendix C Appendix C
5 3月30日 4-1 Cache的基本概念 Appendix B.1-B.2 Ch.2.1 Appendix B.1-B.2 Ch.2.1 chapter04-memory
4月2日 4-2 Cache的优化方法I Appendix B.3 Ch.2.2 Appendix B.3 Ch.2.2
6 4月6日 假期
4月9日 4-3 Cache的优化技术II Appendix B Ch.2.2 Appendix B Ch.2.2
7 4月13日 4-4-1 Cache的优化方法III
4-4-2 存储技术及优化		 Appendix B.3 Ch.2.2-2.3 Appendix B.3 Ch.2.2-2.3
4月16日 4-5 虚拟存储 （2学时） Appendix B.4 Ch.2.4 Appendix B.4 Ch.2.4
8 4月20日 5-1 ILP的基本概念及静态指令流调度 Ch.3.1-3.2 Ch.3.1-3.2 chapter05-ILP
4月23日 5-2 动态指令流调度 I Ch.3.4 3.5 Ch.3.4 3.5
9 4月27日 5-3 动态指令流调度 II Ch.3.4 3.5 Ch.3.4 3.5
4月30日 5-4 分支预测 Ch.3.3 3.9-3.10 Ch.3.3 3.9-3.10
10 5月4日 假期
5月7日 5-5 推断执行 Ch.3.6 3.9
11 5月11日 5-6 存储器访问冲突 及 多发射 Ch.3.7 3.8 Ch.3.7 3.8
5月14日 5-7 多线程技术 Ch.3.12 Ch.3.12
5月18日 6-1 向量处理机模型 I Ch.4.1-4.3(Appendix G) Ch.4.1-4.3(Appendix G) chapter06-1-Vector
12 5月21日 6-2 向量处理机模型 II Ch.4.1-4.3(Appendix G) Ch.4.1-4.3(Appendix G)
5月25日 6-3 GPU-I Ch.4.4-4.9 Ch.4.4-4.9 chapter06-2-GPU
13 5月28日 6-4 GPU-II Ch.4.4-4.9 Ch.4.4-4.9
6月1日 7-1 存储一致性 I Ch.5.1-5.4 Ch.5.1-5.4 chapter07-1-Coherence-I
14 6月4日 7-2 存储一致性 II Ch.5.1-5.4 Ch.5.1-5.4 chapter07-1-Coherence-II
6月8日 7-3 存储一致性 III Ch.5.1-5.4 Ch.5.1-5.4
15 6月11日 7-4 存储同一性 Ch.5.1, 5.5-5.6 Ch.5.1, 5.5-5.6 chapter07-1-Consistency