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CA(3.5 学分)
- 教师：卜凯
- 教材：Computer Architecture: A Quantitative Approach 6th edition
考试评分与建议
本门课程的成绩由五个部分组成，每个部分分数分配如下：
课下作业（Homework）： 10%
课堂宣讲（Presentation/Survey）或课堂测试（Quiz）：10%
课程实验（Projects）：40%
期末笔试（开/闭卷）： 40%
评分规则：
最终成绩 = 平时成绩* 60% + 期末考试成绩 * 40%
平时成绩 = 作业成绩、宣讲、测试（20%）+ 实验成绩（40%）
实验成绩 = Lab1( 3weeks, 8%) + Lab2( 2weeks, 6%) + Lab3 ( 1weeks, 4%) + Lab4( 2weeks, 6%) + Lab5 (3weeks, 8%) + Lab6 (5weeks, 8%)
（三）可测量结果
具体包括以下能力：
1. 利用定量分析技术客观、公正地评价计算机系统的性能。
2. 能够分析流水线的实现方案，画出流水线的时空图并对流水线的性能指标进行评价，针对具体的指令流序列能正确指出可能存在的指令相关及可能的流水线冒险并尝试给出解决方案。
3. 对于给定的指令流序列，能够采用至少一种方法（软件、硬件方法不限）实现指令级调度优化，给出具体的实现方案和优化结果。
4. 能够定量分析Cache的各性能参数及对整机性能的影响，能够定性分析Cache优化技术（5种以上）对存储层次性能及复杂性的影响。
5. 理解数据级并行和线程级并行优化技术，能够结合案例分析真实处理器中的并行优化方法。
6. 用Verilog语言设计实现支持基本risc-v指令的流水线处理器，并在Vivado仿真实验环境中测试验证其正确性。
三、课程要求
（一）授课方式与要求
- 采用课堂理论教学和课程实验教学相结合的方法，同时配合课程网站进行教学。拟采用的教学方法包括：讲座法，复述法，案例法，目标法，分组法等。
2. 注重过程性评价，包括课后作业、课堂测验、课堂宣讲、分组讨论、课程实践等多个环节，通过多种形式考察学习效果。
3. 分6次实验，由浅入深，逐步加深对课程教授的理论和技术的理解，加强基本设计技能、动手实践能力。实验可以根据教学班的实际情况，选择不分组个人独立完成，或者2-3人自由结合成小组合作完成，培养学生独立工作的能力，以及合作精神。
4. 网上答疑：及时解答疑问，分享学习体会。
5. 期末卷面考试：开/闭卷考试，检验学习成果。
6. 提供教学网站，教学课件、微课视频、动画等相关课程材料可通过课程网站下载。
7. 学习鼓励政策，对超额完成实验者酌情加分, 鼓励自觉自主学习。
教学安排一览
总学时： 16周（课堂教学 40学时 + 实验教学 32学时）
一、课堂教学安排（共40学时）
| 目录 | 学时 | 课程思政融入点与实施方法 | 课外学习与作业要求 |
|---|---|---|---|
| 第一章：课程概述及量化研究方法 | 6 | 家国情怀：强调勇于突破国家核心领域“卡脖子”技术，挑战设计自己的处理器。 | 画出对计算机系统理解的思维导图 |
| 第二章：流水线设计的基本原则 | 4 | - | 查阅 RISC-V 指令集手册 |
| 第三章：存储层次 | 12 | - | 查阅 Cache 性能相关技术文档 |
| 第四章：指令级并行技术 | 10 | 安全意识：介绍乱序执行可能引起的 CPU 漏洞对我国基础设施安全的重要影响。 | - |
| 第五章：数据级并行与线程级并行 | 8 | 开放性讨论：探讨我国未来处理器设计的发展之路。 | 查阅多核相关技术文档 |
| 小计 | 40 |
二、实验教学安排（共32学时）
| 实验教学内容 | 学时 | 课程思政融入点与实施方法 |
|---|---|---|
| 实现带 Forwarding 和 Predict-Not-taken 的 Pipeline CPU | 6 | - |
| 支持完整的 RISC-V 32I 全部指令；实现简单中断、异常处理 | 4 | - |
| 设计实现 2-路组关联的 Cache | 2 | - |
| 增加新的指令设计；将 Cache 整合到 CPU 流水线中 | 4 | - |
| 完成基本流水线设计；初步实现按序发射、乱序完成，能够检测流水线竞争（WAW, WAR） | 6 | - |
| 实现 Scoreboard 或 Tomasulo 算法，实现动态调度算法流水线 | 10 | 引导学生了解自己设计的处理器与真实处理器的差距，对国产处理器的发展和建设能够客观评价。 |
| 小计 | 32 |
说明
- 每周学时分配： 课堂教学 2.5 学时，实验 2 学时。
- 总计： 72 学时（16周）。
相关教学环节安排：
1． 采用多媒体投影教学。
2． 在整个教学过程中有两次以上课堂小测验，计入课程总成绩。
3．每章会布置相应作业，总作业量大约需20小时。
4．课程实验，总学时32学时。
5．在学在浙大平台上提供教学网站，提供课程资料， 发布作业、实验，提交作业报告；
6．学习鼓励政策，对超额完成实验者酌情加分。
五、参考教材及相关资料
推荐教材或参考书：（含教材名、主编、出版社、出版年）
1．《Computer Architecture--A Quantitative Approach》, 6th Edition，
John L. Hennessy，David A. Patterson，
机械工业出版社. ISBN: 978-7-111-63110-1,
出版日期：2019年7月。
98评价：
cwz老师是一个很和善且通情达理的老师，上课发言有很多加分，抽人不在也只是象征性扣分，前提是你在上课之前就要认识到仅仅看他的ppt是不足以覆盖期末考试的范围的（一定要看cr老师的智云），同时cwz老师上课进度很慢，所以建议自己视情况调整进度。实验允许两人组队。给分应该还不错，参考成绩97