E2550 教學大綱表

教學大綱表 (113學年度第2學期)

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課程名稱 Course Title	(中文) 計算機組織 (英文) Computer Organization			開課單位 Departments	電機工程學系
				課程代碼 Course No.	E2550
授課教師 Instructor	張伯廷
學分數 Credit	3.0	必/選修 core required/optional	選修	開課年級 Level	大三
先修科目或先備能力(Course Pre-requisites)：計算機概論、組合語言、邏輯設計
課程概述與目標(Course Overview and Goals)：希望讓學生深入了解並探討計算機組織中關於指令集架構(Instruction Set Architecture, ISA)所延生之軟硬體設計，進一步從課程中學到如何利用硬體描述語言設計CPU的概念以及未來的應用發展。課程主要內容包括計算機基本架構之歷史演變，指令集架構(Instruction Set Architecture, ISA)、算數運算及邏輯運算單元、資料路徑(data path)及控制器、記憶題及儲存系統、輸入/輸出系統、網路連接系統和未來相關應用。
教科書(Textbook)	1.David A. Patterson and John L. Hennessy, Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface, MIPS/RISC-V/ARM Edition. (東華書局代理)
參考教材(Reference)	1.John L. Hennessy and David A. Patterson, Computer Architecture: A Quantitative Approach, 3.http://bwrc.eecs.berkeley.edu/CIC/ 4.VHDL cookbook & Ver

課程大綱 Syllabus			學生學習目標 Learning Objectives	單元學習活動 Learning Activities	學習成效評量 Evaluation	備註 Notes
序 No.	單元主題 Unit topic	內容綱要 Content summary	學生學習目標 Learning Objectives	單元學習活動 Learning Activities	學習成效評量 Evaluation	備註 Notes
1	Computer Abstractions and Technology	1.1 Introduction to computer organization and the anatomy 1.2. Evolution of Computer and Technologies	計算機發展沿革 Get to know what is all about computer organization and the basic components that constitute a computer	討論講授
2	Instructions: Language of the Computer (指令電腦語言)	2.1 Introduction to Instructions 2.2 Operations of the Computer Hardware 2.3 Representing Instructions in the Computer 2.4 Logical Operations 2.5 Real Stuff: ARMv7 (32-bit) Instructions	計算機指令集扮演的角色與重要性 Learn about Instructions and see how they works in the computer organization. After that, explore in depth by studying the real stuff, ARMv7 instruction code.	討論講授	作業	作業1
3	Arithmetic for Computers 電腦算術	3.1. Introduction 3.2 Addition and Subtraction 3.3 Multiplication 3.4. Division 3.5 Floating point 3.6 Parallelism and Computer Arithmetic 3.7 Real Stuff: Rest of ARMv8 Arithmetic Instructions	To understand the primary computation carried out in ALU(arithmetic and logic unit)	討論講授
4	Processor 處理器	4.1 Introduction 4.2 Logic Design Conventions 4.3 Building a Datapath 4.4 An Overview of Pipelining 4.5 Pipeline Datapath and Control 4.6 Real Suff: The ARM Cortex-A53 and Intel Core i7 Pipelines	Understand the processor architecture and the major concept and principle of pipeline using for parallel process (了解處理器架構以及如何利用pipeline 資料路徑的設計達成平行處理所應具備之基本原理及分類與型別認知) Concept of pipelining Performance evaluation of a pipeline	討論講授	平時考	小考 1
5	期中考 mid-term exam	考試	確認學習成果: chap 1 ~ 4 包括: - 計算機組織概念 - 專有名詞解釋與說明 - 指令集的設計與功能控制 - 電腦算術實現方法與設計 - 處理器架構與設計		期中考
6	Memory hierarchy design 記憶體	5.1 Memory Technology 5.2 The Basic concept of Cache 5.3 Virtual Machine and Virtual Memory 5.4 Parallelism and Memory Hierarchy: Cache Coherence 5.5 Real Stuff: ARM Cortex-A53 and Core i7 Memory Hierarchies	Understand the concept and the hierarchies of virtual memory 進一步了解記憶體及快取記憶體的架構以及虛擬記憶體的觀念和建立	討論講授
7	Parallel Processing 平行處理	6.1 Introduction 6.2 SISD, SIMD and MIMD concept and Vector 6.3 Hardware multi-threading 6.4 Introductions to Graphics Processing Units 6.5 Introduction to Multi-Processor Network Typologies 6.6 Going Faster: Multiple Processors and Matrix Multiply	Understand the major parallel processing design and the technologies related. 了解主要的平行處理設計及其相關技術。	討論講授	作業	作業 2
8	Instruction level parallelism 指令之平行處理	7.1 Forwarding and bypassing 7.2 Branch slot scheduling 7.3 Loop unrolling and software pipelining 7.4 Dynamic branch prediction	Explore in depth on the instruction set design using pipeline之深入了解多重指令發出平行處理設計 Instruction pipeline 平行處理的硬體解決方法利用delay slot 在instruction pipeline 平行處理的軟體(compiler)解決方法	討論講授
9	Storage and I/O 儲存周邊及輸出入	8.1 Dependability, Reliability and Availability 8.2 Disk Storage 8.3 Flash Storage 8.4 Connecting P, M and I/O 8.5 I/O Performance Measures 8.6 Designing I/O System	Understand the basic concepts of designing and performance measures of storage and I/O systems. - 儲存周邊及輸出入裝置及連接基本觀念 - 計算機組織整合觀念	討論講授
10	期末考	考試	確認學習內容: - chap 1-4 內容重點複習(20%) - chap 5 記憶體及快取記憶體之架構 - chap 6 平行處理之處理與架構設計 - 周邊及輸出入裝置及連接 - 計算機組織整合觀念		期末考

彈性教學週活動規劃

序 No.	實施期間 Period	實施方式 Content	教學說明 Teaching instructions	彈性教學評量方式 Evaluation	備註 Notes
1	起:2025-06-10 迄:2025-06-17	1.同步遠距教學 Synchronous distance learning	1. 期末討論及課程總複習整理 2. Python 程式設計模擬計算機組織運作	成果展示及心得報告

教學要點概述：
1.自編教材 Handout by Instructor：
■ 1-1.簡報 Slids
□ 1-2.影音教材 Videos
□ 1-3.教具 Teaching Aids
■ 1-4.教科書 Textbook
□ 1-5.其他 Other
□ 2.自編評量工具/量表 Educational Assessment
□ 3.教科書作者提供 Textbook

成績考核 Performance Evaluation：期末考：25% 期中考：25% 彈性教學：10% 平時考：20% 作業：20%

教學資源(Teaching Resources)：
□ 教材電子檔(Soft Copy of the Handout or the Textbook)
□ 課程網站(Website)
教學相關配合事項：液晶投影機, Tablet PC
扣考規定：https://curri.ttu.edu.tw/p/412-1033-1254.php