计算机体系结构

课程信息

Welcome to the Spring 2024 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26日	1-1 体系结构简介	Ch.1	Ch.1	chapter01-history
	2月29日	1-2 发展历史、现状及趋势	Ch.1	Ch.1	chapter01-trends, chapter01-intro
2	3月4日	1-3 定量分析基础	Ch.1	Ch.1
	3月7日	2-1 ISA的基本概念	Appendix A	Appendix A	chapter02-ISA
3	3月11日	2-2 ISA的功能设计	Appendix A	Appendix A
	3月14日	2-3 ISA的实现	Appendix A	Appendix A
4	3月18日	3-1 基本流水线、性能评估	Appendix C	Appendix C	chapter03-pipeline
	3月21日	3-2 基本流水线的扩展	Appendix C	Appendix C
5	3月25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
	3月28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1日	4-3 Cache的优化技术II	Appendix B Ch.2.2	Appendix B Ch.2.2
	4月4日
7	4月8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11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15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
	4月18日	5-2 动态指令流调度 I	Ch.3.4 3.5	Ch.3.4 3.5
9	4月22日	5-3 动态指令流调度 II	Ch.3.4 3.5	Ch.3.4 3.5
	4月25日	5-4 分支预测	Ch.3.3 3.9-3.10	Ch.3.3 3.9-3.10
10	4月28日	5-5 推断执行	Ch.3.6 3.9
	4月29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2日
11	5月6日	5-7 多线程技术	Ch.3.12	Ch.3.12
	5月9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)
12	5月13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16日	6-3 GPU-I	Ch.4.4-4.9	Ch.4.4-4.9
13	5月20日	6-4 GPU-II	Ch.4.4-4.9	Ch.4.4-4.9
	5月23日	7-1 存储一致性 I	Ch.5.1-5.4	Ch.5.1-5.4
14	5月27日	7-2 存储一致性 II	Ch.5.1-5.4	Ch.5.1-5.4
	5月30日	7-3 存储一致性 III	Ch.5.1-5.4	Ch.5.1-5.4
15	6月3日	7-4 存储同一性	Ch.5.1, 5.5-5.6	Ch.5.1, 5.5-5.6
	6月6日