高等计算机系统结构

研究生课程教学大纲、教学周历

课程序号：                                      院（系）：计算机系

一、教学目标和要求：

并行计算的性能与并行算法的并行性和计算机系统的并行处理能力有很大关系；如何开发计算机系统软、硬件的并行性,以适应并行计算的性能需求和规模需求是当今计算机系统的研究热点。

《高等计算机系统结构》主要是在微型计算机结构的基础上，分析并行计算机体系结构，讨论系统性能的评测及其可扩展性，以期在系统资源增长时使机器性能按比例增长。主要内容有并行计算机模型与体系结构、性能评测方法、编程模型与通信模型、互连与通信技术、共享存储与Cache一致性、分布存储与可扩展性等。

通过本课程的学习，希望学生能够从并行计算机模型、并行程序编程模型、可扩展性原理等基础理论出发，掌握并行计算机的结构原理、组成技术、互连与通信技术，为并行算法研究和并行程序设计打下坚实的基础。

二、教学大纲（含章节目录）：

本课程主要介绍并行计算机系统的理论、结构与技术。主要内容包括并行计算机模型与体系结构、编程模型与通信系统、共享存储与Cache一致性、分布存储与可扩展性、互连网络、通信时延包容等。

    具体章节内容如下：

第一章  系统结构设计基础

    第一节 计算机系统结构概念

    第二节  系统设计的定量原理

    第三节  计算机系统性能评价

    第四节  系统结构中并行性的发展

 第二章  微处理器结构与技术

    第一节  微处理器结构

    第二节  存储系统

    第三节  标量流水技术

    第四节  指令级并行技术

 第三章  并行计算机体系结构

    第一节  并行计算机系统简介

    第二节  并行计算机体系结构

    第三节  可扩展设计原理

 第四章  性能评测

    第一节  引言

    第二节  机器级性能评测

    第三节  算法级性能评测

    第四节  程序级性能评测

    第五节  如何提高性能

 第五章  互连网络

    第一节  互连网络基本结构

    第二节  网络拓扑结构

    第三节  网络路由算法

    第四节  交换机的设计

 第六章  共享存储多处理机

    第一节  共享存储多处理机

    第二节  基于监听的Cache一致性协议

    第三节  基于监听的Cache一致性实现

    第四节  同步操作的设计与实现

 第七章  分布共享存储多处理机

    第一节  分布存储与可扩展性

    第二节  编程模型的实现

    第三节  通信辅助部件的实现

    第四节  Cache一致性的实现

    第五节  放松的存储一致性模型

    第六节  时延包容技术

 第八章  机群系统

    第一节  机群化体系结构

    第二节  单一系统映像

    第三节  作业管理

    第四节  并行文件系统

    第五节  实例分析

三、教学周历：

四、主讲教师简介：

    任国林，男，1965年5月出生，1986年毕业于东南大学计算机科学与工程系，并留校任教，现在计算机科学与工程系系统结构教研组，副教授。主要从事计算机体系结构、嵌入式系统及其应用、控制系统及其应用、多媒体压缩与传输技术等方面的研究。主讲过《计算机系统结构》等10余门课程，发表论文10余篇，主持和参与科研项目10多项。

五、任课教师信息（包括主讲教师）：

GraduateCourse Syllabus

Course Serial Number：            School(orDepartment)：Computer Science& Engineering

I.  Teaching Goals andRequirements:

Performance of parallel computing hasstrong relation with parallelism of parallel arithmetic, and parallel process capabilityof parallel computer. How to exploit parallelism of software and hardware forcomputer, has become hotspot of modern computer system research, in order toadapt to performance requirement and machine size requirement with parallelcomputing.

Based on micro-computer architecture model,this course analyze mainly parallel computer architecture, discusses its evaluations of system performance and scalability, inorder to increase the rate of capability with the increasing of systemresource. The main contents include parallel computer model and architecture, evaluating method of performance, programming modeland communication model, interconnect and communication techniques, sharedmemory and Cache coherence, distributed memoryand scalability etc.

By learning the course, students can comprehendthe basic theory of parallel computer model, parallel programming model,principles of scalable etc., grasp the architecture, organization technology,interconnect and communication techniques of parallel computer, establish solidfundamentals in parallel arithmetic researching and parallel programming.

II. Teaching Syllabus (chapters, including sections) 

The Courses mainly introduce the theory,architecture and technique of parallelcomputer. The contents include parallel computer model and architecture,programming model and communication model, shared-memory and Cache Coherence, distributedmemory and scalabilities, interconnect network, communication latency tolerance etc.

The outline of chapter and section isas follows:

    Chapter 1  Design Foundations of Architecture

1.1Conceptions of Computer Architecture

1.2 RationPrinciples of System Design

1.3Evaluations of Performance for Computer System

1.4 Evolutionof Architecture Parallelism

    Chapter 2  Microprocessor Architectures andTechniques

       2.1Microprocessor Architectures

       2.2 MemorySystems

       2.3 Scalarand Pipeline Techniques

       2.4Parallel Techniques of Instruction Level

    Chapter 3  Parallel Computer Architectures

       3.1Parallel Computer Introduction

       3.2Parallel Computer Architectures

       3.3Principles of Scalability Design

    Chapter 4  Evaluations of Performance

       4.1Introduction

       4.2 Evaluationsof Performance for Machine Level

       4.3 Evaluationsof Performance for Arithmetic Level

       4.4 Evaluationsof Performance for Program Level

       4.5 How toAdvance Performance

    Chapter 5  Interconnection Networks

       5.1 BasicOrganizations of Interconnection Networks

       5.2Topologies of Networks

       5.3Routing Arithmetic of Networks

       5.4 Designof Switches

    Chapter 6  Shared-Memory Multiprocessors

       6.1Shared-Memory Multiprocessors

       6.2Snoopy-Based Cache Coherence Protocols

       6.3Snoopy-Based Cache Coherence Implementations

       6.4Designs and Implementations of Synchronous Operation

    Chapter 7  Distributed-Shared-MemoryMultiprocessors

       7.1Distributed-Memory and Scalabilities

       7.2 Implementationsof Programming Model

       7.3Implementations of Communication assists

       7.4Implementations of Cache Coherence

       7.5 Relaxed Memory Consistency Models

       7.6Latency tolerance Techniques

    Chapter 8  Computer Clusters

       8.1 Cluster Architectures

       8.2Single-System image

       8.3 TaskManagement

       8.4Parallel File System

       8.5Examples Analysis

III. Teaching Calendar：

Note: The teaching calendar is not compulsorytemporarily for speciality courses for doctor degree.

IV. Resumeof the Chief Lecturer：

Ren Guolin, Male, born in May 1965, graduatedfrom computer science and engineering department, Southeast University at1986. From then on, he engages teaching and researching in here. Now, he isworking in section computer architecture qua associate professor. He’s interestis on researching of computer architecture, embedded system and its application,control system and its application, multimedia compression and transmissiontechnology, etc. He has lectured more than 10 courses concerned computer architecture,authored more than 10 papers. He has completed more than 10 projects.

注2：新开课程请填写以上英文教学大纲，该内容将在英文网页上刊登。