MIT 6.004 Computation Structures

课程目录

课程链接：MIT 6.004公开课程

  • L01 - 引言 (Introduction)
  • L02 - RISC-V 汇编 (RISC-V Assembly)
  • L03 - 编译代码、过程及栈 (Compiling Code, Procedures, and Stacks)
  • L04 - 过程和存储映射I/O (Procedures and MMIO)
  • L05 - 组合逻辑 (Combinational Logic)
  • L06 - Barrel Shifter 和 Boolean 优化 (Barrel Shifter, Boolean Optimizations, and Logic Synthesis)
  • L07 - 在Bluespec中的复杂组合电路 (Complex Combinational Circuits in Bluespec)
  • L08 - 算术电路设计权衡 (Design Tradeoffs in Arithmetic Circuits)
  • L09 - 时序电路 (Sequential Circuits)
  • L10 - 时序电路：带有保护接口的模块 (Sequential Circuits, Modules with Guarded Interfaces)
  • L11 - 在Bluespec中的硬件综合 (Hardware Synthesis in Bluespec)
  • L12 - 模块接口与并发性 (Module Interfaces and Concurrency)
  • L13 - 在硬件中实现RISC-V处理器 (Implementing RISC-V Processor in Hardware)
  • L14 - 多周期处理器 (Multicycle Processors)
  • L15 - 存储层次结构 (The Memory Hierarchy)
  • L16 - 存储系统设计与实现 (Memory Systems: Design and Implementation)
  • L17 - 操作系统 (Operating Systems)
  • L18 - 虚拟内存 (Virtual Memory)
  • L19 - 流水线引言 (Introduction to Pipelining)
  • L20 - 处理器流水线 (Processor Pipelining)
  • L21 - 实现流水线 (Implementing Pipelines)
  • L22 - 同步 (Synchronization)
  • L23 - 实现处理器流水线 (Implementing Processor Pipelines)
  • L24 - 数字抽象和时序约束 (The Digital Abstraction and Sequential Timing Constraints)
  • L25 - 缓存一致性 (Cache Coherence)

课程信息

  • 课程名称：Computation Structures
  • 开课学期：Spring 2019
  • 教师团队：包括Arvind, Silvina Hanono Wachman, Jason Miller等，以及多名助教。

课程简介

MIT的6.004课程探讨了计算机系统的基本构建块，专注于通用处理器的设计。课程内容涵盖了从数字逻辑到操作系统等方面的知识，旨在培养学生理解和设计RISC-V处理器的能力。

课程内容概述

计算设备的演变

  • 从1943年的ENIAC到2018年的典型笔记本电脑，计算设备经历了巨大的变化，体现在体积、功耗和计算能力上的巨大差异。

通用处理器设计

  • 微处理器是计算机系统的基本构建块。
  • 学习微处理器的设计对于理解硬件极为重要。
  • 课程目标是让学生能够从零开始设计多个RISC-V处理器。

课程重点

  1. 模块一：介绍二进制表示和操作，RISC-V指令集架构，汇编语言编程等。
  2. 模块二：讲解数字抽象，布尔代数与组合逻辑，时序逻辑，以及逻辑设计的Bluespec表达。
  3. 模块三：实现非流水线和流水线RISC-V计算机，包括缓存，控制和数据危害处理，分支预测等。
  4. 模块四：操作系统概念，I/O中断与异常，虚拟内存。
  5. 模块五：并行编程，多核问题，同步，缓存一致性等高级主题。

设计与实验

  • 课程强调使用现代设计工具，如Bluespec SystemVerilog（BSV）和Yosys合成工具，进行处理器设计和实验。
  • 学生将完成多个设计任务，包括不同阶段的RISC-V处理器设计。

课程安排

  • 包括每周两次讲座和两次辅导课。
  • 八个实验和一个终期设计项目。
  • 三次测验。

资源与支持

  • 课程网站提供最新信息、讲义和补充阅读材料。
  • Piazza论坛用于课程公告和答疑。

评分与要求

  • 实验、设计项目和测验构成了主要的评分部分。
  • 要求学生积极参与课堂和辅导课。

反馈与互动

  • 课程强调学生反馈的重要性，鼓励学生通过电子邮件或Piazza分享意见。

Table of contents