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1、计算机组成原理课程教学大纲2007年制定，2014年第三次修订课程代码：032116课程名称：计算机组成原理/Principles of Computer Composition课程类别：专业基础课开设学期：第五学期开课单位：计算机系开课对象：计算机科学与技术专业三年级先修课程：汇编语言、数字逻辑、大学物理课 时：54学时参考教材：计算机组成原理 唐朔飞编著，北京，高等教育出版社，2010。参 考 书：计算机组成原理 白中英编著，北京，科学出版社，2009。计算机组成原理 薛胜军编著，武汉，华中科技大学出版社，2007。课程概述：计算机组成原理是计算机科学与技术专业必修的一门重要学科基础课，也
2、是信息学科各专业的基础课。是“微机接口技术”和“体系结构”的前导课。该课程全面地介绍了计算机单机系统的组成原理及内部工作机制，包括计算机各大部件的结构、工作原理、逻辑实现、设计方法及其构造整机技术。设置该课程的目的是通过该课程的学习和实践，帮助学生建立计算机系统的整机概念，使学生掌握计算机的工作原理，深刻理解程序在计算机硬件上被执行的过程，即计算机硬件系统各组成部件的工作原理、逻辑实现、设计思想以及它们联结成整机并协调运转的方法，为培养学生对计算机系统进行分析、设计、开发、使用奠定基础。教学要求：了解计算机硬件部件的发展与演变过程；计算机组织与结构的发展演变过程；现代计算机组织与结构中出现的最
3、新技术及理论，各组成部件的最新发展趋势。掌握计算机系统的组成和工作原理，熟悉运算方法和运算器，理解存储系统、各种存储器的工作原理和存储器扩展技术；掌握计算机指令的寻址方式、指令格式和指令分类及功能；掌握微处理器的结构组成原理，熟悉控制器的设计方法；掌握总线结构和总线控制，熟悉常用的系统总线；熟悉外围设备的功能、种类和作用；掌握输入输出技术。教学重点和教学难点：课程的重点是讲授单处理机系统的一般组成原理与内部运行机理。通过本课程的学习，使学生理解单处理机系统的组成结构以及各功能部件的组成和工作原理，帮助学生建立计算机的整机概念，使学生初步具备设计简单计算机系统的能力。主要讲授计算机的数据表示、指
4、令系统、控制器的设计。学时分配：章节主要内容各教学环节学时分配备注讲授实验讨论习题课外其它小计1系统总线442存储器10103外围设备664输入输出系统665计算机的运算方法886指令系统887CPU的结构和功能888控制器的功能与设计44合计5454.各章教学要求及教学要点第一章 系统总线 4学时教学要求：总线的基本概念、分类、性能指标，及总线标准、总线连接方式、总线仲裁、数据传输的模式。教学内容：一、总线的基本概念与分类二、总线的特性及性能指标 三、总线设计要素教学重点：掌握总线的性能指标，总线传送数据的模式，连接总线的方式。教学难点：总线传送数据的模式，连接总线的方式。第二章 存储器 1
5、0学时教学要求：存储系统层次结构，各类存储器的工作原理和技术指标，高速缓存的工作原理，虚拟存储器的工作原理，提高访存速度的方法。教学内容： 一、存储器分级结构，技术指标二、高速缓冲存储器Cache主存地址映射、替换策略三、虚拟存储器的工作原理四、提高访存的方法教学重点：掌握存储器的分级结构，基本原理，高速缓冲存储器Cache主存地址映射、替换策略的具体使用，提高访存的基本方法。教学难点：高速缓冲存储器Cache主存地址映射、替换策略的具体使用，提高访存基本方法。第三章 外围设备 6学时教学要求：介绍常用的输入/输出设备的逻辑组成与工作原理，然后介绍外存设备，最后讨论I/O接口与外界之间的连接。
6、教学内容： 一、外部设备的功能与组成二、磁盘存储器的工作原理、数据组织和寻址三、磁盘冗余阵列教学重点：掌握磁盘存储器的工作原理、数据组织和寻址方式，磁盘访问数据的过程。教学难点：掌握磁盘存储器的数据组织和寻址方式。第四章 输入输出系统 6学时教学要求：I/O设备端口，程序中断查询，DMA方式及其接口，通道方式及其接口。教学内容： 一、联系方式、控制方式二、I/O接口功能和组成、类型三、程序中断查询处理及服务流程四、DMA方式的特点、接口功能及组成、工作过程、接口类型教学重点：掌握I/O设备信息交换过程，各种不同类型数据传送方式的区别与联系。教学难点：各种不同类型数据传送方式的区别与联系。第五章
7、 计算机的运算方法 8学时教学要求：使用机器码进行定点数、浮点数运算方法，以及与之相对应的运算器的结构，掌握补码加法、减法，溢出的概念和检测方法；理解原码除法算法原理，并行除法器的使用。教学内容： 一、无符号数和有符号数 二、数的定点表示和浮点表示，IEEE754标准三、定点数移位、加法、减法、乘法、除法运算四、浮点四则运算所需硬件五、算数逻辑单元，ALU电路、快速进位链教学重点：掌握数的定点表示和浮点表示，IEEE754标准，浮点四则运算所需硬件，算数逻辑单元，ALU电路、快速进位链。教学难点： 掌握数的IEEE754标准，浮点四则运算所需硬件，算数逻辑单元，ALU电路。第六章 指令系统 8
8、学时教学要求：指令系统的发展与性能要求，机器指令的设计要素，指令与操作数的寻址方式，精简指令系统与复杂指令系统。教学内容：一、指令系统的性能要求，与硬件关系二、操作码设计、地址码设计、指令集设计三、指令和操作数的寻址方式四、精简指令系统的主要特征教学重点：掌握指令系统与硬件的关系，操作码设计、地址码设计、指令集设计，精简指令系统的主要特征。教学难点：掌握指令集设计，精简指令系统的主要特征。第七章 CPU的机构和功能 8学时教学要求：CPU结构，掌握指令周期基本概念，理解典型指令周期，了解时序信号产生器；理解控制方式。教学内容：一、CPU的结构、功能、框图、寄存器、控制单元和中断系统二、指令周期
9、基本概念、指令周期数据流三、指令流水原理、影响因素、性能、多发技术、结构教学重点：掌握CPU的功能结构，控制单元，指令流水的原理、影响因素。教学难点：掌握CPU的功能结构，控制单元。第八章 控制器的功能与设计 4学时教学要求：介绍控制器的功能，分析控制单元为完成不同指令所产生的各种操作命令，通过控制器的设计，弄清楚控制单元的设计思路。教学内容：一、微指令系统的使用二、指令周期分析三、硬布线控制器教学重点：掌握微指令系统的具体使用，指令周期的过程与原理，硬件控制器的设计原理。教学难点：指令周期的过程与原理，硬件控制器的设计原理。课程考核方式1.考核方式：理论考核（笔试）2.成绩构成：平时成绩20
10、%，理论成绩80%修订部门：计算机系执 笔：屈正庚2014年7月审 阅：韩 波2014年7月审 批：张 林 2014年7月计算机组成原理实验课程教学大纲一、本课程实验及教学目的与要求实验目的：计算机组成原理是计算机科学与技术专业一门实践性很强的专业基础课，它要求同学们通过学习与实践，理解和掌握一台计算机整机系统中软硬件的组成及相互之间的配合，该实验课就是为这一目的而设。本实验课程的教学目的是培养学生全面理解计算机系统各大部件的基本原理及工作过程，掌握设计计算机系统的原理和方法，同时在实践过程中培养学生理论联系实际的能力，培养学生实事求是、严谨的科学作风，提高学生分析问题，解决问题的能力和动手能
11、力。实验要求：要求学生完成功能部件的组织和连接，并通过不同的控制、操作方式实现不同功能部件的功能。并记录结果，写出实验报告。二、实验项目与主要内容序号实验项目名称学时主要内容实验类型每组人数1实验设备介绍2认识仪器，了解实验平台，熟练掌握操作方法基础实验全班2基本运算器实验2了解运算器的组成结构，掌握运算器的工作原理基础设计全班3静态随机存储器试验2掌握静态随机存储器RAM工作特性，Cache控制器的工作原理基础设计全班4微程序控制器实验2掌握微程序控制器的组成原理，微程序的编写、运行过程基础设计全班5系统总线与总线接口2理解总线的特性，掌握DMA控制信号线的功能与应用基础设计全班6CPU与简
12、单模型机设计实验4掌握一个简单CPU的组成原理，构造一台基本模型计算机，编写相应微程序调试运行基础设计全班7带中断处理能力的模型机设计4掌握中断技术在处理器中的应用综合全班备注：实验类型指：基础实验、创新演示性实验、综合性实验、设计性实验 三、基本设备与器材配置序号仪器名称现有数量序号仪器名称现有数量1TD-CMA2532微机计算机254四、实验说明课程总学分0.5实验学时数（学时）18实验项目数（个）7课程类别通识教育c 专业基础 专业c 集中实践环节c课程性质必修课 选修课c 任选课c 方向c实验类别日常考核 操作技能考核c 卷面考核c 提交实验结果c 面试c考核方式成绩由实验操作和实验报告两部分组成，操作成绩由任课教师在实验过程中进行评量，占总成绩中占60%，实验报告占总成绩40%。适用专业：计算机科学与技术专业选定教材：计算机组成原理实验指导书修订部门：计算机系执 笔：屈正庚 2014年7月审 阅：韩 波2014年7月 审 批：张 林2014年7月