《计算机系统结构》（课程代码：02325）课程考试大纲
课程代码：02325
课程名称：计算机系统结构
所属专业：080901 计算机科学与技术（专升本）
课程对应教材版本：
《计算机系统结构教程（第3版）》（张晨曦等主编，清华大学出版社，2021年版）
高等教育自学考试是对自学者进行的以学历教育为主的国家考试，是个人自学、社会助学和国家考试相结合的高等教育形式。按照自学考试课程命题的有关规定，制定本大纲。
一、课程性质和考试目标
1．课程性质
《计算机系统结构教程》适用于重点高等院校的计算机、软件工程等相关专业本科生和研究生。在内容的选取上，本课程不仅强调采用目前国际上流行的量化分析方法，注意介绍新技术和新方法，而且注重对经典的结构和思想等的论述和分析。
2．考试目标
本课程的任务是立足于系统设计者角度，分析和评价影响系统性能/价格的因素；研究计算机系统结构的分析和设计方法；掌握并行处理技术在现代计算机系统中的应用和实现方法。通过本课程的学习，要求学生能够掌握计算机系统结构的分析和设计方法,同时掌握最新的计算机流水技术和并行处理技术。
二、考试内容和考核要求
本课程的考试内容以课程考试大纲为依据。其内容为：
- 计算机系统结构的基础知识
考核内容：计算机系统结构的基本概念；计算机系统的设计；计算机系统的性能评测; 计算机系统结构的发展；计算机系统结构中并行性的发展。
考核要求：掌握计算机系统结构的概念、系统结构设计的定量原理与方法、并行性的发展、掌握定量分析基础。
- 指令系统的设计
考核内容：指令系统结构的分类; 寻址方式; 指令系统的设计和优化；指令系统的发展和改进；操作数的类型和大小; MIPS指令系统结构。
考核要求：掌握计算机指令系统的设计各个方面，包括指令系统的分类、寻址技术、功能设计、格式设计与优化、操作数的类型以及指令系统的发展和改进，MIPS的指令系统。
- 流水线技术
考核内容：流水线的基本概念；流水线的性能指标；非线性流水线的调度; 流水线的相关与冲突; 流水线的实现（以MIPS为例）。
考核要求：掌握流水线的基本概念、分类和性能分析、非线性流水线的调度。掌握流水线中的相关与冲突问题及其解决方法，并以MIPS为例讨论流水线的实现。
- 向量处理机
考核内容：向量的处理方式; 向量处理机的结构; 提高向量处理机性能的常用技术；向量处理机的性能评价; 向量处理机实例。
考核要求：掌握向量处理机的结构和特点、提高向量处理机性能的方法以及向量处理机的性能评价，并了解三个向量处理机实例。
- 指令级并行及其开发–硬件方法
考核内容：指令级并行的概念; 相关与指令级并行; 指令的动态调度; 动态分支预测技术;多指令流出技术。
考核要求：掌握指令级并行的概念、相关与指令级并行、记分牌和Tomasulo动态调度算法、基于硬件的前瞻执行以及多指令流出技术等。
第6章 指令级并行及其开发–软件方法
考核内容：基本指令调度和循环展开；跨越基本块的静态指令调度；静态多指令流出：VLIW技术; 显式并行指令计算; 开发更多的指令级并行；实例：IA-64体系结构。
考核要求：掌握循环展开和基本指令调度、跨越基本块的静态指令调度、VLIW 技术、显式指令并行执行EPIC等，了解实例——Intel Itanium处理器。
第7章 存储系统
考核内容：存储系统的层次结构；Cache 基本知识; 降低Cache的不命中率；减少Cache的不命中开销; 减少命中时间; 并行主存系统；虚拟存储器；实例：AMD Opteron的存储器层次结构。
考核要求：掌握存储系统的层次结构、Cache的基本知识、降低Cache不命中率的方法、减少Cache不命中开销的方法以及减少命中时间的方法，并对并行主存和虚拟存储器做简要讨论，了解存储层次实例——AMD Opteron的存储器层次结构。
- 输入输出系统
考核内容：I/O系统的性能；I/O系统的可靠性、可用性和可信性；廉价磁盘冗余阵列；总线；通道处理机；I/0与操作系统。
考核要求：掌握系统的可用可靠可用可信性，总线及其与CPU/存储器的连接、通道处理机及其流量分析，掌握廉价磁盘冗余阵列RAID，掌握DMA及I/O和Cache的数据一致性。
第9章 互连网络
考核内容：互连函数; 互连网络的结构参数与性能指标；静态互连网络；动态互连网络; 消息传递机制。
考核要求：掌握互连函数、互连网络的特性参数、静态互连网络、动态互连网络以及消息传递机制等。
第10 多处理机
考核内容：对称式共享存储器的系统结构；分布式共享存储器的系统结构；同步；同时多线程; 大规模并行处理机；多核处理器及性能对比；多处理机实例——Origin 2000。
考核要求：掌握并行计算机系统结构的分类、对称式共享存储器系统结构、分布式共享存储器系统结构、多Cache一致性、同步、同时多线程以及MPP，了解多处理机实例。
- 多核架构与编程
考核内容：多核架构的要求；多核架构；基于多核的并行程序设计。
考核要求：掌握对多核架构的需求、几种多核架构以及基于多核的并行程序设计。
- 机群系统
考核内容：机群的基本结构; 机群的特点; 机群的分类；典型的机群系统。
考核要求：掌握机群的结构、特点、软件模型以及机群的分类，了解5个典型的机群系统，包括我国自主研制的天河2号。
- 阵列处理机
考核内容：阵列处理机的操作模型和特点; 阵列处理机的基本结构; 阵列处理机实例；阵列处理机的并行算法举例。
考核要求：掌握阵列处理机的基本结构和特点以及并行算法，了解两个阵列处理机实例。
- 数据流计算机
考核内容：数据流计算机的基本原理; 数据流程序图和数据流语言；数据流计算机结构；数据流计算机的评价。
考核要求：掌握数据流计算机结构模型、数据驱动原理、静态数据流计算机结构以及动态数据流计算机结构。
三、考试范围和考试说明
坚持质量标准，注重能力考查，使考试合格者能达到一般普通高等学校同专业同课程的结业水平，并体现自学考试以培养应用型人才为主要目标的特点。
1.考试依据和范围
（1）以本课程自学考试大纲为考试依据。
（2）考试必读教材：《计算机系统结构教程（第3版）》(张晨曦等主编，清华大学出版社，2021年版)。
2.本课程考核的知识与能力的关系
《计算机系统结构教程》课程考试，应考核应考者的基本理论、基本知识和基本技能，以及联系实际、运用所学的理论分析问题和解决问题的能力，确保考试合格者达到全日制普通高等学校本专业相同课程的结业水平。
考试工作应引导社会助学者全面系统地进行辅导，引导应考者认真、全面地学习指定教材，系统掌握本学科知识，培养和提高运用知识和技能、分析和解决问题的能力。
3.重点与覆盖的关系
试题覆盖到各章，重点章节的内容占试卷内容比例为50-60%。
四、考试形式和试卷结构
1.考试形式为闭卷笔试，答卷时间为150分钟，采用百分制，60分为及格线。
2.考试的题型有：名词解释、单选题、简答题、论述题、案例题。
3.本课程在试题中不同难度要求的分数比例为：容易20%，较易35%，较难35%，难10%。
4.本课程在试题中对不同能力层次要求的分数比例为：识记占20%，领会占30%，简单应用占30%，综合应用占20%。
5.本门课程有无特殊要求（包括考生可携带的工具）：无。
五、《计算机系统结构教程》课程题型举例
1.名词解释
（1）CMP
（2）动态分支预测
- 单选题
（1）Cache 是介于CPU和（C）之间的小容景存储器，能高速地向CPU提供指
令和数裾，从而加快程序的执行速度。
A.寄存器 B.DRAM C.主存 D.硬盘
（2）并行性开发的途径为时间重叠、（C）和资源共享等。
A.时间并行 B.资源分布 C.资源重复 D.间井发
- 简答题
（1）数据驱动具有哪些特征？
（2）简述多核架构与处理器有什么不同？
- 论述题
（1）画出专用L1 Cache 多核架构图，并叙述其特点？
- 画出专用L2Cache 多核架构图，并叙述其特点？
- 案例分析与计算题
（1）某流水线的功能段有3个，每个段需执行时间分别为1t、2t、3t、4t、5t。请画出流水线空图、流入8个任务的实际呑吐率、对流水线可进行哪些改进？
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