计算机体系结构

课程信息

Welcome to the Spring 2025 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	2月24日	1-1 体系结构简介	Ch.1	Ch.1	chapter01-intro
	2月27日	1-2 发展历史、现状及趋势	Ch.1	Ch.1
2	3月3日	1-3 定量分析基础	Ch.1	Ch.1
	3月6日	2-1 ISA的基本概念	Appendix A	Appendix A
3	3月10日	2-2 ISA的功能设计	Appendix A	Appendix A
	3月13日	2-3 ISA的实现	Appendix A	Appendix A
4	3月17日	3-1 基本流水线、性能评估	Appendix C	Appendix C
	3月20日	3-2 基本流水线的扩展	Appendix C	Appendix C
5	3月24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
	3月27日	4-2 Cache的优化方法I	Appendix B.3 Ch.2.2	Appendix B.3 Ch.2.2
6	3月31日	4-3 Cache的优化技术II	Appendix B Ch.2.2	Appendix B Ch.2.2
	4月3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
7	4月7日	4-5 虚拟存储（2学时）	Appendix B.4 Ch.2.4	Appendix B.4 Ch.2.4
	4月10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
8	4月14日	5-2 动态指令流调度 I	Ch.3.4 3.5	Ch.3.4 3.5
	4月17日	5-3 动态指令流调度 II	Ch.3.4 3.5	Ch.3.4 3.5
9	4月21日	5-4 分支预测	Ch.3.3 3.9-3.10	Ch.3.3 3.9-3.10
	4月24日	5-5 推断执行	Ch.3.6 3.9
10	4月28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1日
11	5月5日
	5月8日	5-7 多线程技术	Ch.3.12	Ch.3.12
12	5月12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)
	5月15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)
13	5月19日	6-3 GPU-I	Ch.4.4-4.9	Ch.4.4-4.9
	5月22日	6-4 GPU-II	Ch.4.4-4.9	Ch.4.4-4.9
14	5月26日	7-1 存储一致性 I	Ch.5.1-5.4	Ch.5.1-5.4
	5月29日	7-2 存储一致性 II	Ch.5.1-5.4	Ch.5.1-5.4
15	6月2日	7-3 存储一致性 III	Ch.5.1-5.4	Ch.5.1-5.4
	6月5日	7-4 存储同一性	Ch.5.1, 5.5-5.6	Ch.5.1, 5.5-5.6