《计算机组成原理》课程教学大纲

计算机组成原理课程教学大纲

一、课程教学目标通过本课程教学，使学生了解计算机整体结构中的基本概念和常用术语，理解有关计算机组成的基本原理和设计思想，掌握计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法，理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，旨在培养并提高学生对计算机组成基本原理的综合运用能力、对计算机硬件系统中的理论和实际问题的分析、计算能力以及对一些基本部件进行简单设计的能力，并为学生日后从事计算机技术各领域的研究工作奠定基础同时，也为操作系统和Java程序设计等专业课程提供了充实的基本原理依据与方法参考

1.认知目标

（1）了解计算机组成原理这门课程在计算机科学与技术专业整体人才培养方案中的性质、地位和价值；

（2）理解计算机系统的运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大组成部件的概念和功能，及以整机的工作原理；

（3）理解数值数据的表示方法以及运算器的计算方法，了解非数值数据的表示方法和常用编码；

（4）理解运算器、控制器、存储器、以及有关的输入设备和输出设备等各个部件的组成结构和基本功能；

（5）掌握基本的定点数的加、减运算和实现的基本逻辑电路以及浮点数的表示方法；

（6）掌握指令的概念和功能以及指令的各种寻址方式和指令类型；

（7）了解存储器层次结构和半导体存储器的基本组成结构和存储原理，掌握典型存储器的容量扩展和位扩展方法，掌握顺序扩展和交叉扩展中进行地址分析方法；

（8）掌握高速缓冲存储器Cache的地址映射替换策略以及写操作策略；

（9）掌握CPU的功能组成和数据通路，理解CPU内部电路的操作控制原理，了解组合逻辑控制器和微程序控制器的基本的设计和分析方法；

（10）了解总线的信息交换方式、仲裁方式、控制方式和常见的总线标准第一节总线概念与结构

一、总线的基本概念

二、总线的分类

三、总线的组成和性能指标第二节信息传送方式

一、串行方式

二、并行方式

三、分时传送第三节总线仲裁

一、集中式仲裁

二、分布式仲裁【课后作业】仲裁方式可以分为集中式和分散式仲裁，集中式仲裁又包含哪些方式，集中式和分散式各自的优缺点是什么，试从仲裁系统的性能方面和价位方面来分析？系（教研室）主任:教学院长:

2.技能目标1通过本课程的学习，培养学生通过计算机组成原理实验，进一步理解计算机内部的工作原理及计算机整机系统的基本设计和分析方法，具备一定的专业知识技能；2通过“完整工作过程”的学习和体验，培养学生分析问题、解决问题的能力和团结、协作的团队精神

3.情感目标1培养严谨、细致、认真的学习态度；2树立团结合作、吃苦耐劳的精神；3激发学生学习兴趣，提高学生的人生观和价值观

二、课程教学内容及要求

1.以生活中常见的计算机技术为现实依据，逐步展开对计算机的整体组成原理及各组成部件原理及方法的讲解，从相关原理的设计依据、设计思想来进行知识的导入，着重强调从现有的技术原理上升到方法论层面的教学方法有关本课程的基本概念、基本知识和基本技能，作为教学的重点内容，要求学生牢固掌握并熟练运用

2.坚持理论密切联系实际，一切从实际出发，发展理论，最终回归实际的教学思路通过当前市场上实际的产品案例出发，发掘产品所关联的关键技术，深入剖析相关的技术原理，最终给出类似产品的基本设计模型对复杂的电路原理组成的细节不予深究，着重突出从已有的成熟的基本电路单元层面完成基本原理的分析讲解及模型设计

3.课堂讲授实行引导思维形式，将培养和提高学生的分析问题和解决问题的能力放在重要位置，针对晦涩难懂的原理性知识力求采用流动图形的方法逐步引导学生建立正确的思维逻辑，重点部分力求全面、详细、明确

4.坚持课后练习是教好、学好本门课程的关键在整个教学过程中，将根据正常教学进度布置一定量的课后作业，要求学生按时完成为提高学生的实际应用能力且避免抄袭，作业一般考虑与学生个人的现有计算机或者网络资源相关联,增强作业的区别性和特色性

三、课程教学重点和难点重点计算机的基本组成和工作原理、运算方法和运算器、存储系统、中央处理器难点存储系统和中央处理器

四、课程考试形式和要求课程考试成绩由“平时成绩”（占30%）和“期末成绩”（占70%）构成其中，“平时成绩”参考学生的日常考勤及作业完成情况，测评学生对课程管理要求的理解、执行能力以及实验过程的实际动手和团队合作能力“期末成绩”由期末一次闭卷考试给出，主要考查计算机组成原理中的基本概念、基本知识和基本原理方法，测评学生的理解、判断、分析、综合等能力

五、课程教学时数分配课后作业形式章目教学内容教学时数教学方式或手段备注讲授（多媒体）简答题、习题第一章计算机组成概论

4、讨论计算题、习题第二章运算方法和运算器12讲授（多媒体）设计题、习题存储系统14讲授（多媒体）第二早应用题、习题第四章指令系统4讲授（多媒体）简答题、习题第五章中央处理器10讲授（多媒体）简答题、习题第六章总线系统4讲授（多媒体）基础汇编语言程序设计实验一2讲授、实验实验报告实验二脱机运算器实验2讲授、实验实验报告存储器部件教学实验实验三2讲授、实验实验报告实验四I/口扩展实验4讲授、实验实验报告实验五中断实验4讲授、实验实验报告实验六微程序控制器实验2讲授、实验实验报告总计64第一章计算机组成概论【教学目标】通过本章教学，使学生明确计算机的发展、分类及一些重要的性能评价指标，掌握冯诺依曼思想重要内容及冯诺依曼型计算机的五大硬件组成及基本的工作流程，了解计算机整体的软硬件体系结构【重点难点】重点冯诺依曼思想体系内容难点冯诺依曼型计算机的工作流程【教学内容】第一节计算机的分类、发展及性能评价

一、模拟计算机和数字计算机

二、数字计算机的发展、微处理器和半导体存储器的发展

三、计算机的性能评价指标第二节冯诺依曼及其思想

一、主要内容

二、基本计算机模型第三节计算机的硬件组成

一、五大组成部件

二、运算器

三、存储器

四、控制器

五、I/O接口与I/设备第四节计算机的软件组成

一、软件组成与分类

二、软件的发展演变第五节计算机系统的层次结构

一、多级层次

二、软件与硬件的逻辑等价性【课后作业】

1.请查阅相关资料，给出冯•诺依曼体系结构的完整内容

2.简单描述计算机的硬件组成、软件体系结构

3.请依据自己电脑的相关配置设计一个ExcelCPU型号、核数量、线程数量、主频、内存型号、容量、前端总线频率、显卡型号、显存容量、显存频率显示器尺寸、标准分辨率【网络资源】.csdn.net/z4909801/article/details/77976626第二章运算方法和运算器【教学目标】通过本章教学，使学生明确数值、文字、图像等数据在机器层面的表示方法,掌握原码、反码、补码、移码、BCD码等常见机器码的表示和应用方法，掌握定点运算与浮点运算的基本方法，了解典型的ALU案例74181以及运算器的设计扩展方法【重点难点】重点机器码的表示和应用，定点运算方法难点浮点运算方法【教学内容】第一节数据与文字的表示方法

一、基本数据格式定点数与浮点数（IEEE754）

二、数的机器码表示原码、反码、补码、移码、BCD码

三、英文与汉字字符的表示ASCII码、区位码

四、校验码奇偶校验第二节定点加、减法运算

一、定点补码加法

二、定点补码减法

三、溢出及其检测

四、基本二进制加法/减法器设计第三节定点乘法运算

一、原码并行乘法基本原理

二、原码并行乘法器与补码并行乘法器第四节定点除法运算

一、定点原码除法基本原理

二、并行除法器第五节定点运算器的组成

一、逻辑运算原理

二、ALU的功能与结构

三、定点运算器的基本结构第六节浮点运算方法

一、浮点加、减法基本原理

二、浮点乘、除法基本原理【课后作业】

1.在8位计算机中使用定点整数的补码形式来表示下列数据+127,-28,+128,-

1282.将数

20.593751转换成754标准的32位浮点数的二进制存储格式

3.请在8位计算机中分别使用单符号和双符号法来检测下列运算是否产生溢出，若未溢出请写出计算结果-34+-10078+96第三章存储系统【教学目标】通过本章教学，使学生了解计算机系统中存储器的分类、分级情况，掌握RAM和ROM的基本组成及其读写操作原理，RAM存储器的位扩展、容量扩展以及综合扩展方法，以及DRAM存储器的刷新原理，掌握存储器的多模块交叉方法和地址构成原理，掌握高速缓冲存储器Cache、虚拟存储器技术的基本组成和工作原理【重点难点】重点存储器的扩展、Cache工作原理难点Cache工作原理【教学内容】第一节存储器的分类及分级

一、存储器的分类及依据

二、存储器的层次化分级

三、存储器的主要性能指标第二节SRAM存储器

一、存储位元及组成结构

二、读、写原理第三节DRAM存储器

一、存储位元及组成结构

二、读、写原理

三、刷新原理

四、存储器的扩展第四节ROM和FLASH存储器

一、只读存储器ROM

二、闪速存储器FLASH第五节并行存储器、双端口存储器

二、多存储模块交叉第六节Cache存储器

一、基本原理

二、地址映射

三、替换策略

四、写操作策略第七节虚拟存储器

一、基本原理

二、页式虚拟存储器

三、段式虚拟存储器

四、段页式虚拟存储器【课后作业】

1.主存-Cache系统中，块的大小为16B,内存容量为65536B,按字节编址，Cache容量为256B,问全相联、直接相联和二路组相联方式下，内存地址格式分别应当如何划分？请分别设计其内存地址的划分格式

2.有一个32Kx32bit的存储器，由16Kx8bit的SRAM构成问1总共需要多少SRAM芯片2这些SRAM芯片应当如何分组？请设计分组方案3请画出此存储体的组内组成框图和组间组成框图【阅读书目】RandalE.Bryant.深入理解计算机系统[M].北京机械工业出版社，2016年11月.第四章指令系统【教学目标】通过本章教学，使学生明确计算机指令的基本格式和扩展方法、了解CISC和RISC的概念及常见的典型CPU案例，掌握通过指令寻找操作数的方法，地址与真实操作数之间的对应关系，掌握立即寻址、寄存器寻址及存储器寻址三大类寻址方式的基本原理及地址计算方法【重点难点】重点七种基本寻址方式难点寻址方式的区分【教学内容】第一节指令格式

一、指令的基本格式

二、操作码和地址码

三、指令长度

四、指令扩展

五、指令助记符第二节寻址方式

一、指令的寻址方式

二、操作数的寻址方式第三节CISC和RISC基本概念【课后作业】某机器字长32位，主存容量1M,单字长指令，有50种操作码，采用寄存器寻址、寄存器间接寻址、立即寻址和直接寻址，CPU中有PC、IR、AR、DR和16个通用寄存器，问

（1）指令格式如何安排？

（2）能否增加其它寻址方式？第五章中央处理器【教学目标】通过本章教学，使学生掌握CPU的基本组成及各部分的功能，对CPU中的重要寄存器有所了解，掌握CPU内部基本数据通路模型，明确CPU执行指令过程中的指令周期的概念，掌握CPU内部时序信号产生的基本原理以及控制器控制其他组成部件的方式，掌握微程序控制器和硬布线控制器的控制原理及微指令的设计方法【重点难点】重点CPU的基本组成、微程序控制器难点微程序控制器【教学内容】第一节CPU的组成和功能

一、CPU的功能

二、CPU的基本组成

三、CPU中的重要寄存器

四、CPU的基本数据通路模型第二节指令的执行过程

一、指令周期的概念

二、指令周期的形成

三、常见指令的执行过程第三节时序形成和控制方式

一、时序信号形成方式

二、控制方式第四节微程序控制器

一、基本组成

二、微指令

三、微程序设计【课后作业】现代的CPU相比于传统的CPU有哪些结构上的改进？在CPU的组成和工作原理方面是否有本质改变？【网络资源】.csdn.net/linzhihengl23/article/details/78960163/第六章总线系统【教学目标】通过本章教学，使学生明确总线的基本概念、分类方法、组成及性能指标，掌握总线上信息的传送方式，掌握总线仲裁的基本概念，集中式仲裁和分布式仲裁的工作原理【重点难点】重点总线的基本概念、性能指标、传送方式难点总线仲裁【教学内容】。