计算机组织与结构教学大纲

1、计算机组织和结构教学大纲（课程编号：0902302 学分-学时-上机：4-64-16）东南高校计算机学院一、课程的性质和目的本课程是计算机专业必修的一门主要的专业基础课。本课程系统地介绍计算机的组成结构及各组成部分的工作原理，其内容着重于基本概念、基本原理的学习，同时也体现最新的成果。通过学习本课程，培育学生初步建立计算机的整机概念，驾驭计算机的五个功能部件的组成原理，逻辑实现、设计方法及其互连结构，并奠定良好的计算机硬件基础，为今后参与计算机系统的分析、设计、开发工作打下一个良好的基础。二、课程内容的教学要求第1章  计算机系统概论 1.1计算机系统简介：理解计算机软硬件在系统中的

2、作用和关系，理解计算机系统的层次结构，理解计算机系统的结构、组成、实现三者之间的关系。1.2计算机系统基本组成：重点驾驭冯·诺依曼计算机模型原理，驾驭计算机硬件的基本组成，重点驾驭计算机系统的工作过程。1.3计算机系统的性能指标：驾驭计算机系统的性能指标及和软硬件的关系，了解计算机系统的性能瓶颈及性能设计方法。1.4计算机系统发展历程：了解计算机系统及微型计算机软硬件发展历史及分类。第2章  数据的表示和运算 2.1数据的编码：理解数制及相互转换方法，娴熟驾驭机器数及其原码、补码、反码编码方法及十进制编码方法，了解字符及字符串编码方法，驾驭奇偶校验码、海明校验码及

3、循环冗余校验码编码方法及校验原理，了解CRC校验码原理。 2.2数据的表示：重点驾驭数值数据的表示方法，以及定点表示、浮点表示的格式及特征，理解非数值数据的数据表示方法及格式。 2.3定点数的运算：娴熟驾驭定点数的移位运算、加减运算方法，驾驭运算溢出的处理方法及所需硬件配置，驾驭定点数的乘法运算方法及所需硬件配置。 2.4浮点数的运算：驾驭浮点数的加减运算过程，理解规格化数的概念。 2.5算术逻辑单元ALU：理解加法的串行及并行进位实现原理，了解ALU的功能和组成，驾驭运算器的基本结构。第3章  存储系统3.1存储系统概述：了解存储器的性能指标，理解程序访问局部性对提高存储

4、器性能/价格的作用，驾驭层次结构存储系统的组成及工作原理。3.2半导体存储器基础：驾驭SRAM、DRAM芯片的结构和组成、读写周期，理解DRAM芯片的刷新方法，了解ROM结构和存储原理。3.3主存储器：理解主存储器的组成及CPU的相关信号线，娴熟驾驭利用MEM芯片组成主存储器的方法(容量扩展方法)，驾驭主存储器和CPU 的连接方法，了解提高访问存储器性能的硬件组织方法（多体/高性能/双端口存储器）。3.4高速缓冲存储器：驾驭Cache的结构和组成原理，理解Cache的工作流程，驾驭Cache组成的地址映像及变换方法、替换算法、写策略的原理和性能，了解提高Cache性能的相关技术。3.5虚拟存储

5、器：理解虚拟存储器的工作原理，驾驭段式、页式、段页式虚拟存储器的存储管理方法，了解虚拟存储器的实现原理及工作全过程。第4章  指令系统 4.1指令系统组成：深化理解指令系统和软硬件的关系，驾驭指令功能相关参数和指令格式的组成，理解软硬件对指令字的要求及指令字的种类。 4.2数据存放和寻址方式：理解不同长度数据在REG、MEM中的存放方式及地址表示，驾驭堆栈存取方式及堆栈的实现及操作方法，娴熟驾驭指令及数据寻址方式的寻址过程及形式地址组成。 4.3指令格式举例：了解指令系统的设计目标，通过分析Pentium及PowerPC指令系统，理解指令系统的组成及优化手段。 4.4指令系

6、统发展：了解CISC及RISC产生缘由，驾驭RISC的设计目标及实现手段。第5章 中心处理器5.1 CPU的功能和结构：理解CPU的功能及基本结构，了解指令周期和CPU工作流程的组成，驾驭指令执行过程、CPU基本操作及微操作的相互关系，了解CPU内部数据通路的组织方法，娴熟驾驭单总线通路的各种指令执行过程的微操作步序列组成。5.2限制器的组成和工作原理：理解CPU功能实现需求和限制器的功能，理解限制器的基本结构和分类，驾驭时序系统组成原理及和CPU工作流程的关系，了解信号时序的三种限制方式原理，理解微操作实现和微操作吩咐的关系，驾驭微操作限制信号形成原理、及和微操作吩咐有效条件的关系。5.3硬

7、布线限制器：了解组合逻辑限制器的设计步骤，能够依据要求进行详细设计。5.4微程序限制器：理解微程序限制思想及微程序组成，驾驭微程序限制器的组成及工作原理，了解微指令格式及其编码方法，理解各种微地址形成方法，了解微程序限制器的设计步骤并能够依据要求进行详细设计。5.5 CPU举例：了解Intel 8086/8088 CPU的参数和CPU结构的相互关系，理解8086/8088 CPU的基本组成和CPU组成原理的对应程度，理解实地址模式存储管理的实现方法，了解限制器的实现方法。5.6指令流水技术：驾驭流水线的基本原理及实现要求，了解流水线的性能指标，理解流水线的三种相关解决方法，了解提高流水线性能的

8、方法。第6章 总线 6.1总线概述：了解总线的分类方法、特性及总线性能指标。 6.2总线传输和限制：理解总线传输的基本步骤，驾驭几种集中式总线仲裁原理、连接及信号线需求，驾驭总线传输步骤的定时方法、信号线需求，了解常见的总线标准。 6.3总线互连结构：理解单总线、多总线互连的目标、结构和特点，了解总线互连时接口部件的操作实现方法。第7章 输入输出系统 7.1 I/O系统概述：理解I/O系统的基本组成，连接I/O设备和主机的连接方式、编址及寻址方法，理解I/O设备和主机的几种传送限制方式的基本思想。 7.2外部设备：理解I/O设备的基本结构，了解几种输入、输出设备的组成及工作原理，驾驭磁盘存储器

9、组成、信息记录格式、操作步骤及性能指标，理解光存储器记录原理。 7.3 I/O接口：了解I/O接口的功能及I/O端口概念，理解I/O接口的硬件组成及工作原理，了解I/O指令格式组成。 7.4程序查询方式：驾驭程序查询方式的传送限制原理、流程及编程方法，理解对I/O接口相应工作方法的要求，驾驭无条件传送限制的编程方法。 7.5程序中断方式：驾驭中断的基本概念，理解中断的分类方法，重点驾驭中断过程各阶段的功能、硬件实现方法，理解中断过程对I/O接口硬件组织的要求、及I/O接口的工作原理，驾驭不同I/O中断恳求连接方式的相应判优方法，了解中断限制器及中断系统的组成，驾驭中断嵌套及中断屏蔽的概念。 7

10、.6 DMA方式：驾驭DMA方式的思想及传送过程，理解DMA的三种传送方式及工作过程，驾驭DMA接口的基本组成及数据传送过程，了解不同功能DMA接口的基本组成。 7.7通道方式：理解通道的功能及基本组成，了解通道的工作过程及种类。三、上机实习要求本课程进行3个部件试验：总线、半导体静态存储器试验；运算器数据通路试验；数据通路试验，它们是为课程设计整机试验而打算的。学生通过这些试验可积累一些试验阅历和技巧，熟识一些中、大规模集成电路的运用方法，提高逻辑设计实力，为整机试验打下基础。四、实力培育的要求1. 分析实力的培育：主要是对计算机各功能部件组成原理及技术进行分析的实力的培育，同时关注新技术在

11、现代计算机上运用的意义。2. 计算实力的培育：要求学生通过本课程的学习，具备对计算机中各种常用的算术运算算法的驾驭以及各个部件常用的性能指标的计算。3. 自学实力的培育：通过本课程的教学，要培育和提高学生对所学学问进行整理、概括、消化汲取的实力，以及围绕课堂教学内容，阅读参考书籍和资料，自我扩充学问领域的实力。4. 表达实力的培育：主要通过作业，清楚、整齐地表达自己解决问题的思路和步骤的实力。5. 创新实力的培育：培育学生独立思索、深化钻研问题的习惯，和对问题提出多种解决方案、选择不同实现方法，以及对各种技术进行评价和举一反三的实力。五、建议学时安排课 程 内 容讲 课习题课或课堂探讨实 验上 机计算机组织和结构58616计算机系统概论 4数据的表示和运算1114存储系统 1114指令系统31中心处理器 1224总线 4