计算机组成原理教学大纲-信息技术学院

1、计算机组成原理教学大纲Computer Organization Principle一、基本信息课程代码： b01211033课程学分 ： 4面向专业 ： 本课程教学大纲适用于计算机科学与技术专业课程性质： 本系列课程是计算机科学与技术专业的一门重要专业基础课程，属于必修课程。在计算机硬件系列课中起着承上启下的重要作用，是核心的一环。开课院系： 信息技术系使用教材： 计算机组成基础，孙德文编著，机械工业出版社，2009年 1月第 1版辅助教材： 计算机组成原理，蒋本珊，清华大学出版社，2007年9月参考教材： 计算机组成原理白中英，科学出版社， 2008 年1月第4版计算机组成原理唐朔飞，高等

2、教育出版社，2009年6月计算机组成原理应用教材，王万生，清华大学出版社，2006年 11月计算机组成原理，黄钦胜，电子工业出版社，2006年7月先修课程： 计算机导论、数字逻辑电路并修课程：后续课程： 计算机接口技术、操作系统、计算机体系结构、计算机网络、嵌入式系统等二、课程简介计算机组成原理 是计算机专业的一门核心专业基础课， 在计算机专业各门课程中起着承上启下的作用，并占有重要地位和作用。学习本课程旨在使学生掌握计算机硬件各组成部件的原理及实现技术，建立计算机系统的整体概念和培养学生设计、开发计算机系统的能力。该课程为今后学习计算机接口技术、计算机体系结构、计算机网络、计算机并行处理、计

3、算机分布式处理技术等后续专业课程课程打好基础。计算机组成原理课程具有知识面广、内容多、难度大、更新快的特点。针对应用型本科生的已有基础知识和学习能力，在教学中着重计算机的基本原理、基本知识点的讲授，通过课堂教学和实践环节的训练，使学生掌握计算机各大部件的组成原理、逻辑实现、设计方法及其互连构成单机系统的技术，以达到教学目标。本课程以冯诺依曼机基本结构为主线，介绍计算机的基本组成和内部工作机制，主要讲授计算机系统概论、运算基础、数值的机器运算、存储系统和结构、指令系统、中央处理器、外围设备和输入输出系统和总线等内容。三、选课建议本课程适用于信息技术系的计算机科学与技术专业的4 个专业方向。其先导

4、课程计算机导论和数字逻辑电路为本课程打下必要的基础。四、课程基本要求通过本课程学习达到的教学目标是，使学生了解：计算机系统的逻辑实现，包括硬件部件的结构及如何连接这些组件使它们成为一个计算机系统，最终掌握冯诺依曼计算机系统的基本工作原1理存储程序控制思想。建立起计算机在CPU 级和硬件系统级的整机概念。本课程是实践性很强的课程，采用配套的计算机组成原理实验装置（DVCC实验机）开设相关章节的实验课程和课程设计的环节，使学生掌握计算机组成原理的基本知识点内容，培养学生综合运用所学计算机组成原理知识，分析和解决工程技术问题的能力。五、课程内容第一章计算机系统概论（3 学时）本章主要内容： 计算机硬

5、件的主要组成部分 计算机的软硬件概念 主要的性能技术指标 计算机系统的层次结构 计算机的发展概况及应用领域 常用的概念和名词术语本章重点：计算机硬件的组成、计算机系统层次结构；冯.诺依曼机“存储程序”的基本思想。第二章运算基础 数值的机器级表示（9 学时）本章主要内容： 数制 机器数与真值 定点表示法与浮点表示法 字符与字符串的表示 汉字编码 校验码本章重点：计算机中的常用数制及其之间的转换；带符号数的机器数的表示；机器数和真值之间的转换、浮点数的一般格式、典型格式浮点数、数据校验码。本章难点：补码的概念及其表示；机器数和真值之间的转换；典型格式浮点数的表示。了解：汉字编码其它信息的表示。第三

6、章数值的机器运算（11 学时）本章主要内容：定点数的加、减法运算和加、减法电路的实现定点数的乘、除法运算和乘、除法电路的实现逻辑运算定点运算器的基本结构与工作原理浮点数运算和浮点数运算器的实现本章重点：定点数加法、减法的运算（包括运算规则、溢出判断）及其实现电路；定点数乘法、除法的运算（包括原码1 位乘除法荷补码1 位乘除法）及其实现电路；浮点数运算方法和浮点数加减运算器的实现。本章难点：补码减法；硬件ALU 的基本原理；乘除法运算的算法；先进并行加法器原理。第四章存储系统和结构（9 学时）本章主要内容：存储系统的组成2主存的组织与操作存储系统的层次结构高速缓冲存储器虚拟存储器本章重点：半导体

7、存储器的基本结构；主存的连接和控制；存储器的三级体系结构；Cache 的工作原理、地址映象和替换策略；虚拟存储器的存储管理方式。本章难点：计算机的主存储器的扩展和硬件接线；Cache 的 3 种地址映象的访存过程；虚拟存储器的3 种存储管理方式。第五章指令系统（ 7 学时）本章主要内容：指令与指令系统介绍两类指令系统指令流程本章重点：指令的寻址方式；指令操作码的编码；典型CPU 的机器指令组成；单总线结构CPU 的组成；基本指令的执行的流程。本章难点：指令寻址方式的分析；80X86CPU 指令的编码格式；单结构CPU 中的指令流程。第六章中央处理器（9 学时）本章主要内容：中央处理器的功能与组

8、成硬连线控制器微程序控制器中断与异常处理中央处理器中流水线技术的基本概念本章重点：中央处理器的功能及组成；硬连线控制器的结构和设计技术；微程序控制的基本思想、基本结构；微程序设计技术；中断和中断处理；流水线技术本章难点：微程序控制的组成和工作原理；微程序的设计； 中断响应和中断处理过程；流水线概念。第七章 I/O 接口与外围设备（ 6 学时）本章主要内容：常用输入设备和输出设备外存储器外围设备与主机的定时方式和信息交换方式本章重点：键盘、 CRT 显示器的工作原理；磁介质存储器的原理；外围设备和主机的信息交换送方式本章难点： 程序查询、中断、 DMA 和通道传送方式的接口电路和工作过程六、课内

9、实验名称及基本要求实验 1： 8 位算术逻辑运算实验（ 2 学时）本实验为验证性实验，验证算术逻辑运算功能发生器74LSl8l 的组合功能， 学生通过实验能掌握简单运算器的数据传送通路组成原理。实验 2：半导体存储器原理实验（2 学时）本实验为验证性实验，通过实验，学生能掌握静态随机存取存储器RAM 工作特性及数据的读写方法。3实验 3：数据通路实验（2 学时）本实验为验证性实验，要求学生理解数据通路的概念及特性，掌握数据通路传输控制特性。实验 4：微程序控制器的实现实验（ 2 学时）本实验为验证性实验，要求学生通过微程序的编制、写入与运行，了解微程序的执行流程，掌握微程序控制器的设计思想和基

10、本原理。七、教学进度序号教学内容总学时讲课实验习题课课程设计（上机、 实验）讨论课（大作业）1第一章计算机系统概论332第二章运算基础数值的机器级表示993第三章数值的机器运算1311实验1 8位算术逻辑运算4第四章存储系统和结构119实验 2 半导体存储器原理实验5第五章 指令系统776第六章中央处理器119实验 4 微程序控制器的实现实验7第七章 I/O接口与外围设备86实验 3数据通路实验8总复习22合计64568八、能力实现矩阵能力目标相关章节1计算机中数的表示第二章： 2.1、 2.2、 2.32计算机的算术运算第三章： 3.1、 3.23硬件电路的原理分析第三章： 3.1、 3.2

11、、 3.4、 3.5第四章： 4.2第七章： 7.34Cache 的地址映像、虚拟存储第四章： 4.4、 4.5器的存储管理方式的分析5单总线结构CPU 的指令流程第五章： 5.3分析6计算机控制器的实现方式及第六章： 6.2、 6.3其设计主要实现手段（知识点和教学环节）数制、码制、浮点数课堂教学、课程作业定点数加、减法规则；定点数乘除法算法；浮点数运算方法课堂教学、课程作业补码加法器硬件；乘除法硬件电路；主存储器的硬件组成和接线； 三种传送方式的硬件接口电路课堂教学、课程作业、实验存储系统层次结构； Cache 的三种地址映像方式的访存过程； 虚拟存储器的三种存储管理方式课堂教学、课程作业典型指令的寻址方式； 单总线结构 CPU 及其控制信号；单总线结构 CPU 的指令执行过程课堂教学、课程作业硬连线控制器的结构和设计技术； 微程序控制器的结构和设计技术课堂教学、课程作业、实验47外围设备与主机的信息传送第六章： 6.4第七章： 7.3的工作原理8计算机的硬件组成及其工作第一章： 1.2第四章： 4.2 第六过程章： 6.3第七章： 7.3常用外设的工作原理；外设和主机的三种传送方式的工作原理课堂教学、课程作业、实验计算机硬件的5 大组成部分； 机器指令和微指令的执行；整机概念和工作过程课堂教学、课程作业九、作业每次课堂理