课程信息

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In this course, you will learn to design the computer architecture of complex modern microprocessors.

All the features of this course are available for free.  It does not offer a certificate upon completion.

Learner Career Outcomes

50%

通过此课程获得实实在在的工作福利

100% 在线

立即开始，按照自己的计划学习。

可灵活调整截止日期

根据您的日程表重置截止日期。

高级

完成时间大约为18 小时

英语（English）

字幕：英语（English）

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教学大纲 - 您将从这门课程中学到什么

周

1

完成时间为 4 小时

Introduction, Instruction Set Architecture, and Microcode

This lecture will give you a broad overview of the course, as well as the description of architecture, micro-architecture and instruction set architectures.

8 个视频（总计 106 分钟）, 2 个阅读材料

8 个视频

Course Introduction9分钟

Course Overview4分钟

Motivation16分钟

Course Content9分钟

Architecture and Microarchitecture23分钟

Machine Models16分钟

ISA Characteristics25分钟

Recap1分钟

2 个阅读材料

Readings2小时

Problem Set 1 & 1A

完成时间为 3 小时

Pipelining Review

This lecture covers the basic concept of pipeline and two different types of hazards.

4 个视频（总计 102 分钟）, 1 个阅读材料

4 个视频

Microcoded Microarchitecture14分钟

Pipeline Basics30分钟

Structural Hazard10分钟

Data Hazards46分钟

1 个阅读材料

Readings1 小时 30 分

周

2

完成时间为 3 小时

Cache Review

This lecture covers control hazards and the motivation for caches.

5 个视频（总计 93 分钟）, 1 个阅读材料

5 个视频

Control Hazards, Jumps15分钟

Control Hazards, Branch24分钟

Control Hazards, Others7分钟

Memory Technologies22分钟

Motivation for Caches22分钟

1 个阅读材料

Readings1小时

完成时间为 3 小时

Superscalar 1

This lecture covers cache characteristics and basic superscalar architecture.

5 个视频（总计 68 分钟）, 1 个阅读材料

5 个视频

Classifying Caches28分钟

Cache Performance17分钟

Superscalar 16分钟

Basic Two-way In-order Superscalar4分钟

Fetch Logic and Alignment11分钟

1 个阅读材料

Readings1 小时 30 分

周

3

完成时间为 2 小时

Superscalar 2 & Exceptions

This lecture covers the common issues for superscalar architecture.

4 个视频（总计 77 分钟）, 1 个阅读材料

4 个视频

Baseline Superscalar and Alignment4分钟

Interrupts and Bypassing12分钟

Interrupts and Exceptions29分钟

Introduction to Out-of-Order Processors30分钟

1 个阅读材料

Readings45分钟

完成时间为 2 小时

Superscalar 3

This lecture covers different kinds of architectures for out-of-order processors.

5 个视频（总计 73 分钟）, 2 个阅读材料

5 个视频

Review of Out-of-Order Processors3分钟

I2O2 Processors19分钟

I2O1 Processors28分钟

IO3 Processors16分钟

IO2I Processors4分钟

2 个阅读材料

Problem Set 210分钟

Problem Set 1 Solutions10分钟

周

4

完成时间为 1 小时

Superscalar 4

This lecture covers the common methods used to improve the performance of out-of-order processors including register renaming and memory disambiguation.

5 个视频（总计 73 分钟）

5 个视频

Speculation and Branch14分钟

Register Renaming Introduction11分钟

Register Renaming with Pointers to IQ and ROB24分钟

Register Renaming with Values in IQ and ROB12分钟

Memory Disambiguation9分钟

完成时间为 2 小时

VLIW 1

This lecture covers the basic concept of very long instruction word (VLIW) processors.

5 个视频（总计 75 分钟）, 3 个阅读材料

5 个视频

Limits of Out-of-Order Design Complexity13分钟

Introduction to VLIW21分钟

VLIW Compiler Optimizations21分钟

Classic VLIW Challenges8分钟

Introduction to Predication9分钟

3 个阅读材料

Readings10分钟

Problem Set 310分钟

Problem Set 2 Solutions10分钟

周

5

完成时间为 3 小时

VLIW2

This lecture covers the common methods used to improve VLIW performance.

6 个视频（总计 105 分钟）, 1 个阅读材料, 1 个测验

6 个视频

Scheduling Model Review5分钟

Review of Predication30分钟

Predication Implementation10分钟

Speculation Execution26分钟

Dynamic Events and Clustered VLIWs10分钟

Case Study: IA-64/Itanium21分钟

1 个阅读材料

Readings30分钟

1 个练习

Midterm36分钟

完成时间为 2 小时

Branch Prediction

This lecture covers the motivation and implementation of branch predictors.

5 个视频（总计 76 分钟）, 1 个阅读材料

5 个视频

Branch Cost Motivation6分钟

Branch Prediction Introduction5分钟

Static Outcome Prediction16分钟

Dynamic Outcome Prediction29分钟

Target Address Prediction18分钟

1 个阅读材料

Readings1小时

周

6

完成时间为 3 小时

Advanced Caches 1

This lecture covers the advanced mechanisms used to improve cache performance.

6 个视频（总计 105 分钟）, 1 个阅读材料

6 个视频

Basic Cache Optimizations16分钟

Cache Pipelining14分钟

Write Buffers9分钟

Multilevel Caches28分钟

Victim Caches10分钟

Prefetching26分钟

1 个阅读材料

Readings45分钟

完成时间为 2 小时

Advanced Caches 2

This lecture covers more advanced mechanisms used to improve cache performance.

4 个视频（总计 70 分钟）, 2 个阅读材料

4 个视频

Multiporting and Banking20分钟

Software Memory Optimizations26分钟

Non-blocking Caches19分钟

Critical Word First and Early Restart3分钟

2 个阅读材料

Readings45分钟

Problem Set 3 Solutions10分钟

周

7

完成时间为 3 小时

Memory Protection

This lecture covers memory management and protection.

5 个视频（总计 79 分钟）, 2 个阅读材料

5 个视频

Memory Management Introduction13分钟

Base and Bound Registers11分钟

Page Based Memory Systems27分钟

Translation and Protection14分钟

TLB Processing12分钟

2 个阅读材料

Readings1 小时 15 分

Problem Set 4 & 4A10分钟

完成时间为 3 小时

Vector Processors and GPUs

This lecture covers the vector processor and optimizations for vector processors.

6 个视频（总计 81 分钟）, 1 个阅读材料

6 个视频

Address Translation Review9分钟

Cache and Memory Protection Interaction22分钟

Vector Processor Introduction18分钟

Vector Parallelism6分钟

Vector Hardware Optimizations18分钟

Vector Software and Compiler Optimizations5分钟

1 个阅读材料

Readings1 小时 30 分

周

8

完成时间为 2 小时

Multithreading

This lecture covers different types of multithreading.

6 个视频（总计 83 分钟）, 1 个阅读材料

6 个视频

Reduction, Scatter/Gather, and the Cray 19分钟

SIMD6分钟

GPUs20分钟

Multithreading Motivation7分钟

Coarse-Grain Multithreading26分钟

Simultaneous Multithreading12分钟

1 个阅读材料

Readings45分钟

完成时间为 1 小时

Parallel Programming 1

This lecture covers the concepts of parallelism, consistency models, and basic parallel programming techniques.

4 个视频（总计 60 分钟）, 1 个阅读材料

4 个视频

SMT Implementation17分钟

Introduction to Parallelism18分钟

Sequential Consistency21分钟

Introduction to Locks3分钟

1 个阅读材料

Readings30分钟

周

9

完成时间为 1 小时

Parallel Programming 2

This lecture covers the solutions for the consistency problem in parallel programming.

5 个视频（总计 66 分钟）

5 个视频

Sequential Consistency Review3分钟

Locks and Semaphores10分钟

Atomic Operations27分钟

Memory Fences11分钟

Dekker's Algorithm14分钟

完成时间为 2 小时

Small Multiprocessors

This lecture covers the implementation of small multiprocessors.

5 个视频（总计 86 分钟）, 2 个阅读材料

5 个视频

Locking Review2分钟

Bus Implementation12分钟

Cache Coherence17分钟

Bus-Based Multiprocessors5分钟

Cache Coherence Protocols49分钟

2 个阅读材料

Readings45分钟

Problem Set 4 Solutions10分钟

周

10

完成时间为 3 小时

Multiprocessor Interconnect 1

This lecture covers the design of interconnects for a multiprocessor.

4 个视频（总计 72 分钟）, 2 个阅读材料

4 个视频

More Cache Coherence Protocols21分钟

Introduction to Interconnection Networks8分钟

Message Passing26分钟

Interconnect Design15分钟

2 个阅读材料

Readings1 小时 30 分

Problem Set 5 & 5A10分钟

完成时间为 3 小时

Multiprocessor Interconnect 2

This lecture covers the design of interconnects for multiprocessor and network topology.

5 个视频（总计 77 分钟）, 1 个阅读材料

5 个视频

Networking Review7分钟

Topology18分钟

Topology Parameters14分钟

Network Performance15分钟

Routing and Flow Control20分钟

1 个阅读材料

Readings1 小时 45 分

周

11

完成时间为 3 小时

Large Multiprocessors (Directory Protocols)

This lecture covers the motivation and implementation of directory protocol used for coherence on large multiproccesors.

6 个视频（总计 83 分钟）, 2 个阅读材料, 1 个测验

6 个视频

Credit Based Flow Control7分钟

Deadlock10分钟

False Sharing9分钟

Introduction to Directory Coherence12分钟

Implementation29分钟

Scalability of Directory Coherence13分钟

2 个阅读材料

Readings45分钟

Problem Set 5 Solutions10分钟

1 个练习

Final Exam1 小时 8 分

讲师

David Wentzlaff

Associate Professor

Electrical Engineering

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