《计算机组成及工作原理》教学大纲.doc

计算机组成及工作原理教学大纲 适用对象：计算机网络技术/计算机应用/软件专业学 时：65学时课程性质：专业基础课课程编号：071113执笔人：钟伟成审定人：余明辉说明部分一、 前言计算机组成及工作原理课程教学大纲是根据计算机技术系计算机网络技术专业、计算机应用专业、软件专业2003年6月新修订的教学计划编写而成的教学文件，它以纲要的形式具体制定了课程的性质、目的和任务、教学基本要求、教学的基本内容、技能训练要求、考核的形式要求等内容，同时指明了教学中应注意的问题、教学方法和手段的建议，是组织该课程教学的指导性教学文件。二、 课程的性质、目的和任务计算机组成及工作原理是计算机技术各个专业一门核心专业基础课程。从课程地位来说，它起着承上启下的作用。本课程将较全面、系统地介绍计算机组成原理的基础知识与内部运行机理。通过该课程的教学，使学生对计算机组成及工作原理的认识和应用方面具备一定的知识。使学生掌握计算机常用的逻辑器件、部件的原理、参数及使用方法，学懂简单、完备的单台计算机的基本组成原理，学习计算机设计中的入门性知识，掌握维护、使用计算机的基本技能。为学习本专业后继课程和进行与硬件有关的技术工作打好基础。学习本课程之前应当具的预备知识1、必要的数学知识：离散数学与数字逻辑的基础知识；2、必要的计算机基础知识：数的进制及转换、编码知识；3、较多的数字电路知识：全加器、触发器、寄存器、时序电路；本课程具体任务：1、 使学生对计算机的组成和工作原理有一个较为全面和具体的了解认识。2、 使学生掌握计算机常用的逻辑器件和部件的工作原理。3、 使学生掌握计算机以及常用部件的参数和使用方法。4、 提高学生对计算机本质的认识。三、 教学基本要求1、熟悉计算机硬件的主要技术指标。2、熟悉数据与文字的表示方法包括：无符号数与有符号数、数的定点表示和浮点表示，熟悉计算机的几种运算方法。3、掌握存储器与CPU的连接方法。4、熟悉计算机的几种主要的辅助存储器系统。5、 熟悉指令系统和掌握数据的寻址方式。6、 掌握CPU的结构和功能。7、 掌握计算机的中断系统。8、 熟悉控制单元的功能。9、 掌握几种主要的总线结构以及熟悉总线结构对计算机系统性能的影响。 10、了解主要的外部设备。11、掌握输入输出系统的组成。12、掌握接口的功能和组成。四、 教学中需要注意的问题1、本课程理论和概念比较多，教学中应该注意理论联系实际。2、教学中应该注意与其他相关课程的联系与衔接，避免重复与各自分离的教学。3、教学方法要灵活多样，使课堂气氛活跃，充分调动学生的学习积极性，充分挖掘学生学习的潜能。文本部分一、课程教学内容1、 计算机系统概论（1） 计算机的分类与发展；计算机的分类；计算机的发展；（2） 计算机的应用与展望；（3） 计算机的（硬件）基本组成；冯诺依曼计算机的特点；计算机的硬件框图；计算机的工作过程；（4） 计算机的软件；软件的组成与分类；软件的发展演变；（5） 计算机系统的层次结构；计算机系统的层次结构；软件与硬件的逻辑等价性；计算机组成和计算机体系结构；（6） 计算机硬件的主要技术指标；机器字长；存储容量；运算速度； 教学要求：对（3）、（4）、（6）正确理解和认识；2、 计算机的运算方法和运算器（1） 数据与文字的表示方法数据格式；数的机器码表示；字符与字符串的表示方法；汉字的表示方法；（2） 无符号数与有符号数无符号数；有符号数；机器数与真值；原码表示法；补码表示法；反码表示法；移码表示法；（3） 数的定点表示和浮点表示数的定点表示；浮点表示；定点数和浮点数的比较；IEEE 754标准；（4） 移位运算移位的意义；算术移位的规则；逻辑移位运算；算术移位和逻辑移位的区别；（5） 定点加法减法运算补码加法；补码减法；溢出概念与检测方法；基本的二进制加法/减法器；补码定点加减法所需要的硬件配置；补码加减运算的控制流程；（6） 定点乘法运算原码一位乘法；原码两位乘法；原码并行乘法；补码一位乘法（比较法）；补码两位乘法；补码并行乘法；（7） 定点除法运算原码除法算法的原理；加减交替法；原码加减交替法的硬件配置与控制流程；补码加减交替除法；并行除法器；（8） 定点运算器的组成逻辑运算；多功能算术/逻辑运算单元；内部总线；定点运算器的基本结构；快速进位链；定点运算器的实例；（9） 浮点运算方法和浮点运算器浮点加减法运算；浮点乘除法运算；浮点运算流水线；教学要求：对（2）、（3）、（8）正确理解和认识；对（4）、（5）、（6）、（7）的熟练使用。3、 存储系统（1） 存储器的概述存储器的分类；存储器的层次结构；主存储器的技术指标；（2） 主存储器随机读写存储器（RAM）；只读存储器（ROM）和闪速存储器；存储器与CPU的连接；存储器的校验；提高访存速度的措施；（3） 高速存储器双端口存储器；多模块交叉存储器；相联存储器；（4） 高速缓冲存储器cache基本原理；主存与cache的地址映射；替换算法；cache的写操作策略；（5） 辅助存储器磁记录原理和记录方式；硬磁盘存储器；软磁盘存储器；磁带存储器；循环冗余校验码（CRC码）；光盘存储器； 教学要求：对（1）、（3）、（4）正确理解和认识；对（2）的熟练掌握。4、 指令系统（1） 指令系统的发展与性能要求指令系统的发展；对指令系统性能的要求；低级语言与硬件结构的关系；（2） 指令格式指令的一般格式；操作码；地址码；指令字长；指令助记符；（3） 操作数类型和操作类型操作数类型；数据在存储器中的存放方式；操作类型；（4） 指令和数据的寻址方式指令的寻址方式；操作数寻址方式；寻址方式举例；（5） 指令格式举例设计指令格式应考虑的各种因素；指令格式举例；（6） RISC技术RISC的产生和发展；RISC的主要特征；RISC和CISC的比较；教学要求：对（1）、（2）、（3）正确理解认识；对（4）的熟练掌握。5、 CPU的结构和功能（1） CPU的结构CPU的功能；CPU结构框图；CPU的寄存器；控制单元CU和终端系统；（2） 指令周期指令周期的基本概念；指令周期的数据流；用方框图语言表示指令周期；（3） 指令流水线指令流水线原理；影响流水线性能的因素；流水线中的多发技术；流水线结构； （4） 中断系统概述；中断请求标记和中断判优逻辑；中断服务程序入口地址的寻址；中断响应；保护现场和恢复现场；中断屏蔽技术； 教学要求：对（1）、（2）、（3）、（4）正确理解和认识。6、 控制单元的功能（1） 微操作命令的分析取指周期；间址周期；执行周期；中断周期；（2） 控制单元的功能控制单元的外特性；控制信号举例；多级时序系统；控制方式；多级时序系统实力分析；教学要求：对（1）、（2）正确理解和认识。7、 控制单元的设计 （1） 组合逻辑设计；组合逻辑控制单元框图；微操作的节拍安排；组合逻辑设计步骤；（2） 微程序控制器微程序设计思想的产生；微命令和微操作；微指令和为程序；微程序控制单元框图及工作原理；CPU周期与微指令周期的关系；机器指令与微指令的关系；（3） 微程序设计微指令的编码方式；微指令序列地址的形成；微指令格式；静态微程序设计和动态微程序设计；毫微程序设计；串行微程序控制和并行微程序控制；微程序设计举例；教学要求：对（1）、（2）正确理解和认识。8、 总线系统（1） 总线的基本概念和结构形态总线的基本概念；总线的连接方式；总线结构对计算机系统性能的影响；总线的内部结构； 总线结构实例；（2） 总线的分类片内总线；系统总线；通信总线；（3） 总线的特性及性能指标总线特性；总线性能指标；总线标准；（4） 总线结构单总线结构；多总线结构；总线结构举例；（5） 总线控制总线判优控制；总线通信控制；总线的定时；总线数据传送模式；（6） PCI总线 PCI总线信号；总线周期类型；总线周期操作；总线总裁；教学要求：对（1）、（2）、（3）、（4）、（5）正确理解。9、 外部设备 （1） 外部设备概述外部设备的一般功能；外部设备的分类；（2） 输入设备键盘；鼠标器；触摸屏；其他输入设备；（3） 输出设备显示设备的分类；字符显示器；图形显示器；图像显示器；IBM PC系列机的显示标准；打印设备的分类；点阵针式打印机；激光打印机；喷墨打印机；（4） 其他外部设备终端设备；A/D，D/A转换器；教学要求：对（1）、（2）、（3）正确理解。 10、 输入输出系统（1） 概述输入输出系统的发展概况；输入输出系统的组成；I/O设备与主机的联系方式；I/O与主机信息传送的控制方式；（2） I/O接口概述；接口的功能和组成；接口类型；（3） 程序查询方式程序查询方式的流程；程序查询方式的接口电路；（4） 程序中断方式中断的概念；I/O中断的产生；程序中断方式的接口电路；I/O中断的处理过程；中断服务程序的流程；（5） DMA方式DMA方式的特点；DMA接口的功能和组成；DMA的工作过程；DMA接口的类型；教学要求：对（1）、（2）、（3）正确理解；（4）、（5）熟练掌握。二、技能训练要求计算机组成及工作原理课程是一门理论性较强的课程，但是也必须有一定的实践操作课时来消化、巩固和提高课堂教学的效果，并在实验中加深对计算机的工作原理的认识。原则上实践教学时数不应少于课堂教学时数的1/5。实验内容：实验1：计算机逻辑器件与运算器 （4学时）要求：掌握计算机的各个逻辑器件与运算器的工作原理，以及它们之间的连接，各个部件协同工作的方式。实验2：扩展存储器 （3学时）要求：掌握CPU与存储器之间的连接方法，掌握扩展存储器的方法。实验3：教学机汇编实验（编I/O、查询方式）（ 4学时）要求：掌握汇编语言与二进制指令之间的关系，指令的工作方式与工作过程，掌握接口的工作原理和接口编程的基本方法。实验4：中断实验 （3学时）要求：掌握计算机中断系统的工作原理，掌握中断的编程方法与实现。实验设备：TEC教学实验计算机三、教学方法和手段提示及建议计算机组成及工作原理课程是一门理论性较强的课程，教学中应当注意理论联系实际，教学方式要灵活多样，采用多种媒体加深学生的印象，要注意计算机各种子系统和部件的最新发展，尽量进行一些实物教学。教学中组织学生利用课余时间进行上网查询，了解计算机各种硬件的最新发展，并写出报告。课堂教学中安排了4个试验，用来消化、巩固和提高课堂教学的效果，并在实验中加深对计算机工作原理的认识。四、考核考核性质：考试考核方式：闭卷期末考核中笔试成绩占期末成绩的70%，实验成绩占期末成绩的20%，调查报告成绩占期末成绩的10%。五、教材及教学参考书所选教材应满足教学大纲指定内容的绝大部分，并由教师向教学对象指定教学主要参考书目。教材：计算机组成原理 高等教育出版社 面向21世纪课程教材 唐朔飞 编著参考书：计算机组成原理（第二版） 清华大学出版社 王诚 主编计算机组成原理（第四版） 科学出版社 白中英 主编计算机组成原理与系统结构 清华大学出版社 侯炳辉 主编计算机组成原理 中央广播电视大学出版社 李明慧 主编计算机组成与结构 清华大学出版社 王爱英 主编计算机组成原理与汇编语言程序设计 中央广播电视大学出版社 俸远祯