課程內(nèi)容：

本課程將通過開發(fā)實現(xiàn)指令集架構(gòu)的數(shù)字電路，深入講解計算機的工作原理。主題包括高速緩存、虛擬內(nèi)存、體系結(jié)構(gòu)對操作系統(tǒng)的支持以及指令級并行。

課程目標：

通過本課程的學習，學生可以了解計算機系統(tǒng)的基本原理。課程從本質(zhì)上回答了"計算機如何工作"的問題，并為計算機系統(tǒng)的其他領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。課程回顧了數(shù)字電路的行為，并介紹了用于指定和模擬同步電路的功能硬件描述語言。使用硬件描述語言，可以開發(fā)出一個簡單但現(xiàn)實的計算機體系結(jié)構(gòu)的完整而精確的設(shè)計。高級主題包括內(nèi)存系統(tǒng)、體系結(jié)構(gòu)與操作系統(tǒng)之間的交互，以及在硬件設(shè)計中使用形式化方法。此外，課程還介紹了當前的趨勢，特別是并行化和可重構(gòu)計算。

學習成果：

1、展示對處理器數(shù)據(jù)通路設(shè)計的理解，并能夠推導出數(shù)據(jù)通路執(zhí)行操作所需的控制信號設(shè)置；

2、以數(shù)字電路實現(xiàn)數(shù)據(jù)通路和控制；

3、利用模擬探索處理器電路的特性；

4、分析處理器流水線在執(zhí)行各種指令序列時的行為；

5、預測存儲器層次結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)性能的影響；

6、描述操作系統(tǒng)如何利用體系結(jié)構(gòu)的支持來提供進程、保護、虛擬內(nèi)存和輸入/輸出；

7、討論并行在當前和未來體系結(jié)構(gòu)中的作用。