《计算机组成原理》教学大纲

1、计算机组成原理教学大纲课程编码：0611101004课程名称：计算机组成原理学时/学分：56/3.5先修课程：数字逻辑、汇编语言与微机原理适用专业：计算机科学与技术开课教研室：嵌入式系统教研室一、课程性质与任务1课程性质：本课程是计算机科学与技术专业的专业课，是所有计算机科学与技术专业学生的必修课。2课程任务：本课程涵盖计算机组成原理的基础理论和方法，知识多、内容广，因此教学形式以讲授方式为主，并采用多媒体方式授课。课程重点概念和主要知识点内容，将适当增加习题课和课堂讨论的形式的加以巩固。通过本门课程的学习，学生应重点掌握以下各方面内容：（1）掌握数字化信息编码及运算方法，运算器的逻辑构成和设

2、计方法；（2）掌握存储体系构成；掌握指令系统分析与设计的基本方法；（3）熟悉中央处理器组成、时序控制方法，掌握控制器设计技术；（4）熟悉系统总线和I/O系统的基本内容。二、课程教学基本要求计算机组成原理课程是计算机科学与技术专业的一门必修的专业基础理论课，是计算机科学与技术专业微机原理和接口技术、单片机原理等专业课的先行课，同时也是计算机科学与技术专业的主干基础课程。该教学过程中要贯彻计算机科学哲学的思想方法，以计算机科学的认识论和科学的方法论讲授教学内容，解读本专业的教学计划，使同学们通过该课程对本专业要需要掌握的知识和社会对本专业人才的需求有个明确的认识，为学生顺利完成大学的学习任务提供必

3、要的专业认识基础。该课程要求学生对计算机硬件的构成及其工作原理有一个清晰的认识，学习完本门课程后要求学生理解计算机的设计原理和方法，并尽量能达到自己动手制作简易计算机的目标。本课程共计学时：56，理论学时48，实践学时8。成绩考核形式：末考成绩（闭卷考试）（70%）平时成绩（平时作业、课堂效果、期中考试、实验等）（30)。成绩评定采用百分制，60分为及格。三、课程教学内容第一章 计算机系统概论1.教学基本要求理解和掌握计算机的性能指标、计算机硬件的基本组成、计算机软件的组成与分类，计算机系统的层次结构，了解计算机的分类、计算机的发展简史、计算机软件的发展演变。2.要求学生掌握的基本概念、理论、

4、技能通过本章教学使学生了解计算机的发展分类、计算机的发展简史、计算机的硬件、计算机的软件，计算机系统的层次结构，主要包括：计算机硬件的基本组成、软件的分类、计算机系统的层次结构和工作过程、吞吐量、响应时间、CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间、MIPS、MFLOPS等。3.教学重点和难点教学重点是计算机硬件的基本组成，计算机系统的层次结构和工作过程。教学难点是计算机系统的层次结构和工作过程。4.教学内容（1）计算机分类主要知识点：数字计算机的发展；电子计算机的发展；通用计算机的分类和区别。（2）计算机的发展简史主要知识点：计算机的五代变化；半导体存储器的发展；微处理器的发展；计算机的性

5、能指标。（3）计算机的硬件主要知识点：硬件组成要素；运算器；存储器；控制器；适配器与输入输出设备。（4）计算机软件主要知识点：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主要知识点：多级组成的计算机系统；软件与硬件的逻辑等价性。第二章 运算方法和运算器1.教学基本要求理解和掌握数据与文字的表示方法，定点加减法运算，定点乘法运算，定点除法运算，定点运算器的组成。了解浮点运算方法和浮点运算器。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解数据与文字的表示方法，定点加、减法运算，定点乘法运算，定点除法运算，定点运算器的组成，主要包括：数据的格式、数的机器码表示、字符与字

6、符串的表示方法、汉字的表示方法、校验码、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、原码并行乘法、直接补码并行乘法、原码除法算法原理、并行除法器、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等。3.教学重点和难点教学重点是数据与文字的表示方法，定点加减法运算，定点乘法运算，定点除法运算，定点运算器的组成。教学难点是定点加减法运算，定点运算器的组成。4.教学内容（1）数据与文字的表示方法主要知识点：数据的格式；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；校验码。（2）定点加、减法运算主要知识点：补码加法；补码减法；溢出概念与检测方法；基本的

7、二进制加法/减法器。（3）定点乘法运算主要知识点：原码并行乘法；直接补码并行乘法。（4）定点除法运算主要知识点：原码除法算法原理；并行除法器。（5）定点运算器的组成主要知识点：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。（6）浮点运算方法和浮点运算器主要知识点：浮点加法、减法运算；浮点乘法、除法运算。第三章 多层次的存储器1.教学基本要求理解和掌握存储器的分类、分级、技术指标、存储器读/写周期、存储器的刷新周期、存储器容量的扩充、并行存储器、cache存储器，了解SRAM存储器，DRAM存储器，只读存储器，闪速存储器。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使

8、学生了解存储器的分类、分级、技术指标，SRAM存储器，DRAM存储器，只读存储器和闪速存储器，并行存储器，cache存储器，主要包括：基本的静态存储元阵列、基本的SRAM逻辑结构、SRAM读/写周期波形图、DRAM存储元的记忆原理、DRAM芯片的逻辑结构、DRAM读/写周期、DRAM刷新周期、存储器容量的扩充、只读存储器、FLASH存储器、双端口存储器、多模块交叉存储器、cache基本原理、主存与cache的地址映射、替换策略、cache的写策略等。3.教学重点和难点教学重点是存储器的分类、分级、技术指标、存储器读/写周期、存储器的刷新周期、存储器容量的扩充、并行存储器，cache存储器。教学

9、难点是存储器读/写周期、存储器的刷新周期、存储器容量的扩充、主存与cache的地址映射。4.教学内容（1）存储器的概述主要知识点：存储器的分类；存储器的分级；存储器的技术指标。（2）SRAM存储器主要知识点：基本的静态存储元阵列；基本的SRAM逻辑结构；SRAM读/写周期波形图。（3）DRAM存储器主要知识点：DRAM存储元的记忆原理；DRAM芯片的逻辑结构；DRAM读/写周期；DRAM刷新周期；存储器容量的扩充。（4）只读存储器和闪速存储器主要知识点：只读存储器；FLASH存储器。（5）并行存储器主要知识点：双端口存储器；多模块交叉存储器。（6）cache存储器主要知识点：cache基本原理

10、；主存与cache的地址映射；替换策略；cache的写策略。第四章 指令系统1.教学基本要求理解和掌握指令格式、操作数类型、指令和数据的寻址方式，了解指令系统的发展和性能要求、典型指令。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解指令系统的发展和性能要求、指令格式、操作数类型、指令和数据的寻址方式、典型指令，主要包括：指令系统的发展、指令系统的性能要求、低级语言与硬件结构的关系、操作码、地址码、指令字长度、指令助记符、指令格式举例、一般的数据类型、Pentium数据类型、Power PC数据类型、指令的寻址方式、操作数基本寻址方式、寻址方式举例、指令的分类、基本指令系统的操作，

11、精简指令系统等。3.教学重点和难点教学重点是指令格式、操作数类型、指令和数据的寻址方式。教学难点是指令格式、指令和数据的寻址方式。4.教学内容（1）指令系统的发展和性能要求主要知识点：指令系统的发展；指令系统的性能要求；低级语言与硬件结构的关系。（2）指令格式主要知识点：操作码；地址码；指令字长度；指令助记符；指令格式举例。（3）操作数类型主要知识点：一般的数据类型；Pentium数据类型；Power PC数据类型。（4）指令和数据的寻址方式主要知识点：指令的寻址方式；操作数基本寻址方式；寻址方式举例。（5）典型指令主要知识点：指令的分类；基本指令系统的操作；精简指令系统等。第五章 中央处理器

12、1.教学基本要求理解和掌握指令周期、时序产生器和控制方式 、微程序控制器、流水CPU，了解中央处理器的功能和组成、硬连线控制器、RISC CPU。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解中央处理器的功能和组成、指令周期、时序产生器和控制方式 、微程序控制器、硬连线控制器、流水CPU、RISC CPU，主要包括：CPU的功能、CPU的基本组成、CPU中的主要寄存器、操作控制器与时序产生器、指令周期的基本概念、MOV指令的指令周期、LAD指令的指令周期、ADD指令的指令周期、STO指令的指令周期、JMP指令的指令周期、用方框图语言表示指令周期、时序信号的作用和体制、时序信号产生

13、器、控制方法、微程序控制原理、微程序控制技术、并行处理技术、流水CPU的结构、流水线中的主要问题、RISC机器的特点等。3.教学重点和难点教学重点是中央处理器的功能和组成，指令周期，时序产生器和控制方式，微程序控制器。教学难点是用方框图语言表示指令周期，时序产生器和控制方式，微程序控制器。4.教学内容（1）中央处理器的功能和组成主要知识点：CPU的功能；CPU的基本组成；CPU中的主要寄存器；操作控制器与时序产生器。（2）指令周期主要知识点：指令周期的基本概念；MOV指令的指令周期；LAD指令的指令周期；ADD指令的指令周期；STO指令的指令周期；JMP指令的指令周期；用方框图语言表示指令周期

14、。（3）时序产生器和控制方式主要知识点：时序信号的作用和体制；时序信号产生器；控制方法。（4）微程序控制器主要知识点：微程序控制原理、微程序控制技术；硬连线控制器。（5）流水CPU主要知识点：并行处理技术；流水CPU的结构；流水线中的主要问题。（6）RISC CPU主要知识点：RISC机器的特点。第六章 总线系统1.教学基本要求理解和掌握总线接口，总线的仲裁，总线的定时和数据传送模式，了解总线的概念和结构形态，HOST总线和PCI总线。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解总线的概念和结构形态，总线接口，总线的仲裁，总线的定时和数据传送模式，HOST总线和PCI总线，主要

15、包括总线的基本概念、总线的连接方式，总线的内部结构、信息传递方式、总线接口的基本概念、集中式仲裁、分布式仲裁、总线的定时、总线数据传送模式、多总线结构、PCI总线信号、总线周期类型等。3.教学重点和难点教学重点是总线的概念和结构形态，总线接口，总线的仲裁，总线的定时和数据传送模式。教学难点是总线的仲裁，总线的定时和数据传送模式。4.教学内容（1）总线的概念和结构形态主要知识点：总线的基本概念；总线的连接方式；总线的内部结构。（2）总线接口主要知识点：信息传递方式；总线接口的基本概念。（3）总线的仲裁主要知识点：集中式仲裁；分布式仲裁。（4）总线的定时和数据传送模式主要知识点：总线的定时；总线数

16、据传送模式。（5）HOST总线和PCI总线主要知识点：多总线结构；PCI总线信号；总线周期类型。第七章 输入输出系统1.教学基本要求理解和掌握程序查询方式，程序中断方式，DMA方式，了解外围设备的速度分级与信息交换方式，通道方式，通用I/O标准接口。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解外围设备的速度分级与信息交换方式、程序查询方式，程序中断方式，DMA方式，通道方式，通用I/O标准接口，主要包括外围设备的速度分级、信息交换方式、中断的基本概念、程序中断方式的基本I/O接口，单级中断、多级中断、中断控制器、DMA的基本概念、DMA传送方式、基本的DMA控制器、选择型和多路

17、型DMA控制器、通道的功能、通道的类型、通道结构的发展、并行I/O标准接口SCSI、串行I/O标准接口IEEE1394。3.教学重点和难点教学重点是外围设备的速度分级与信息交换方式，程序查询方式，程序中断方式，DMA方式。教学难点是程序中断方式的基本I/O接口，多级中断、中断控制器、DMA的基本概念、DMA传送方式。4.教学内容（1）外围设备的速度分级与信息交换方式主要知识点:外围设备的速度分级；信息交换方式；程序查询方式。（2）程序中断方式主要知识点：中断的基本概念；程序中断方式的基本I/O接口；单级中断；多级中断；中断控制器。（3）DMA方式主要知识点：DMA的基本概念；DMA传送方式；基

18、本的DMA控制器；选择型和多路型DMA控制器。（4）通道方式主要知识点：通道的功能；通道的类型；通道结构的发展。（5）通用I/O标准接口主要知识点：并行I/O标准接口SCSI；串行I/O标准接口IEEE1394。四、学时分配表1.讲授内容及学时分配章序内容课时备注一计算机系统概论2二运算方法和运算器10三多层次的存储器8四指令系统6五中央处理器10六总线系统4七输入输出系统8合计482.实践内容及学时分配序号项目名称内容提要学时必/选开1运算器组成实验1熟悉双端口通用寄存器堆的读写操作。2熟悉简单运算器的数据传送通路。3验证运算器74LS181的算术逻辑功能。4按给定数据，完成指定的算术、逻辑运算。4必