计算机组成原理课程教学大纲

1、计算机组成原理课程教学大纲【课程名称】(Computer Organization Principle【课程编码】JSZB0170【适用专业】计算机科学与技术【课 时】理论课时：72,实验课时：20【学分】4【课程性质、目标和要求】计算机组成原理是计算机科学与技术专业的专业必修课之一。课程教学主要包括理论教学和实验教学两大部分。 其中，理论教学着重基本理论， 基本概念的学习， 采用从抽象到具 体的分析方法，通过计算机系统概论、数据信息的表示与处理、控制信息的表示与处理、存 储系统与I/O系统等主要模块，讨论系统程序员所能见到的计算机硬件特性和计算机硬件的 具体实现，并面向主题逐层面地讲解计算机

2、系统结构、组成原理及硬件与软件的界面(即指令系统)跟整个计算机系统功能之间的关系。实验教学通过微机原理实验室开设的相关实验，注重培养学生独立分析和实验典型部件的工作过程，为后续课程的学习和系统开发工作打下扎实基础。教学目标力求学生掌握运算器、控制器、存储器的构成原理、指令流程、组合逻辑控制、 微程序控制、I/O控制等内容；了解数据信息的表示、运算方法与各类半导体存储器、辅助 存储器；了解目前各种新兴的计算机、外部设备、并行处理和计算机网络等相关内容。要求学生运用电子线路知识进一步掌握计算机硬件设计原理和实现技术；同时运用汇编语言程序设计知识进一步掌握指令系统和各种接口的应用。【教学时间安排】本

3、课程计4学分，72+20学时，学时分配如下：理论课教学课时分配序号课程内容/实验名称实验课时备注1第1章计算机系统概论22第2章计算机的逻辑部件83第3章运算方法和运算部件84第4章上存储器45第5章指令系统106第6章中央处理部件CPU127第7章存储系统48第8章辅助存储器69第9章输入输出(I/O)设备610第10章 输入车出(I/O)系统611第11章计算机系统412第12章计算机硬件设计和实现导论2合计72学时注：课时是建议课时，教师可根据学生实际情况适当调整；重点教学内容为110章，11、12章可根据情况调整;实验课教学课时分配序号课程内容/实验名称实验类型课时(学时)备注1绪论讲

4、解22实验仪器的基本功能和操作方法讲解、学习23汇编语言程序设计实验综合4必做4运算器实验验证2必做5观察数据流程及测试相关信号验证2必做6存储器部件实验验证2必做7用微指令来完成一条机器指令验证2必做8微程序设计实验验证4选作9串行口实验一综合4必做10整机故障模拟排查综合4选作实验1180X86 masm32程序初步综合4选作实验12微型计算机系统组装综合8选作实验13计算机网络与通信综合4选作实验14硬件设计语言HDL初步综合20选作实验合计20必做部分注：实验学时不含实验准备时间，只给出实验上机时间，要求学生在实验前弄清当次实验的要求，预先做好实验设计工作。实验仪器采用计算机原理实验室

5、的微机原理实验设备、仪器；实验资料，采用实验仪器附带的实验资料；选作实验根据学生实际情况由任课教师选择执行；【教学内容要点】1、总论：(1)课程教学内容要求的层次划分为掌握、理解、了解三个层次，其中:掌握：要求学生能够全面、深入理解和熟练掌握所学内容，并能够用其分析、初步设计和解答与应用相关的问题，能够举一反三。理解：要求学生能够较好地理解所学内容，并且能够进行简单分析和判断。了解：要求学生能够一般地了解所学内容。(2)教材内容分割：第1章第10章：是基本部分，着重阐述构成一台计算机的基本原理，着重于基本原理的理解。例如对于计算机的各个功能部件，应着重了解它们在整机中的作用以及由此而分配给各部

6、件所要完成的任务，从而正确设计或选用硬件，而不致被众多的、风格各异的计算机结构及组成所迷惑。根据摩尔定律，半导体芯片的集成度每隔18个月翻一番，由此可理 解计算机技术的发展是必然的，这就可以说明为什么过去仅在大型机中才采用的流水线组织、并行处理、cache等技术可以移到微处理器芯片中去实现，甚至还可实现二级cache和三级cache ;为什么计算机中主存 DRAM勺容量增加得这样快， 而且又有多种 DRAM1型出现。第11章：对当前出现的多种计算机诸如笔记本电脑、多媒体 PG个人数字助理（PDA） 等进行了分析，强调其特点。并行处理和计算机网络虽不是本书的重点，却是很重要的，了 解一些概念是必

7、要的。第12章：简单地讲述了计算机硬件设计的若干问题，目的是扩充知识面，作为计算机 专业的学生，今后可能会有一部分人从事硬件设计工作。有一些基础知识后，可在工作中进一步自学。以下分章节列出教学内容要点：第1章计算机系统概论一、学习目的要求初步了解计算机语言， 计算机硬件等概念，了解计算机系统的层次结构，电子计算机的发展简史，以及各种计算机的应用。二、主要教学内容第1章计算机系统概论计算机的语言计算机的硬件计算机系统的层次结构电子计算机的发展简史计算机的应用第2章计算机的逻辑部件一、学习目的要求掌握：三种基本逻辑操作及布尔代数的基本公式，逻辑函数的化简，逻辑门的实现；理解：计算机中常用的组合逻辑

8、电路（加法器、算术逻辑单元、译码器、数据选择器）、 时序逻辑电路（触发器、寄存器和移位寄存器、计数器）了解：阵列逻辑电路（只读存储器ROM可编程序逻辑阵列 PLA可编程序阵列逻辑 PAL 通用阵列逻辑 GAL邓列（GA）、宏单元阵列（MA）、标准单元阵列（SCA）、可编程序门阵列 （PGA）二、主要教学内容第2章计算机的逻辑部件三种基本逻辑操作及布尔代数的基本公式逻辑函数的化简代数化简法卡诺图化简法逻辑门的实现计算机中常用的组合逻辑电路加法器算术逻辑单元译码器数据选择器时序逻辑电路触发器寄存器和移位寄存器计数器阵列逻辑电路只读存储器（ROM）可编程序逻辑阵列（PLA）可编程序阵列逻辑（PAL）

9、通用阵列逻辑（GAL）门阵列（GA）、宏单元阵列（MA）、标准单元阵列（SCA）可编程序门阵列（PGA）第3章运算方法和运算部件一、学习目的要求请参考主要教学内容后的括号注释部分二、主要教学内容第3章运算方法和运算部件数据的表示方法和转换（掌握）数值型数据的表示和转换十进制数的编码与运算带符号的二进制数据在计算机中的表示方法及加减法运算（理解）原码、补码、反码及其加减法运算加减法运算的溢出处理定点数和浮点数二进制乘法运算（理解）定点数一位乘法定点数二位乘法阵列乘法器二进制除法运算（理解）定点除法运算提高除法运算速度的方法举例浮点数的运算方法（了解）浮点数的加减法运算浮点数的乘除法运算运算部件（

10、理解）数据校验码（理解）奇偶校验码海明校验码循环冗余校验（CRC网第4章主存储器一、学习目的要求参考主要教学内容后的括号注释部分、主要教学内容第4章主存储器主存储器处于全机中心地位主存储器分类主存储器的主要技术指标主存储器的基本操作读/写存储器（即随机存储器（RAM）非易失性半导体存储器DRAM的研制与发展半导体存储器的组成与控制多体交叉存储器编址方式重叠与交叉存取控制第5章指令系统一、学习目的要求请参考主要教学内容后的括号注释部分二、主要教学内容第5章指令系统（重点内容）指令系统的发展（了解）指令格式（掌握）指令格式指令操作码的扩展技术指令长度与字长的关系数据表示（掌握）寻址方式（编址方式）

11、（掌握）指令类型（理解）指令的分类及功能双字长运算（子程序举例）指令系统的兼容性（理解）精简指令系统计算机（RISC）和复杂指令系统计算机（CISC）（理解）什么是复杂指令系统计算机RISC的产生与发展RISC的特点指令系统举例（了解）5.8.1SPARC的指令系统5.8.2Pentium 微处理器指令系统5.8.3IBM大型机指令系统5.8.4PDP11与VAX11基本指令格式简介5.8.5向量指令举例机器语言、汇编语言和高级语言（了解）第6章中央处理器（CPU一、学习目的要求请参考主要教学内容后的括号注释部分二、主要教学内容第6章中央处理部件 CPU （重点内容）计算机的硬件系统（了解）控

12、制器的组成（掌握）控制器的功能控制器的组成指令执行过程微程序控制计算机的基本工作原理（理解）微程序控制的基本概念实现微程序控制的基本原理微程序设计技术（理解）微指令的编译法（编码译码方法）微程序流的控制微指令格式微程序控制存储器和动态微程序设计微程序设计语言硬布线控制的计算机（理解）时序与节拍操作控制信号的产生控制器的组成硬布线控制逻辑设计中的若干问题硬布线控制与微程序控制的比较控制器的控制方式（理解）流水线工作原理（了解）CPU举例（了解）RISC 的 CPURISC的编译系统Pentium 微处理器计算机的加电及控制过程（掌握）第7章存储系统一、学习目的要求请参考主要教学内容后的括号注释部

13、分二、主要教学内容第7章存储系统存储系统的层次结构高速缓冲存储器（cache）cache存储器工作原理cache存储器组织cache存储器举例多层次cache存储器虚拟存储器虚拟存储器概述页式虚拟存储器段页式虚拟存储器虚拟存储器工作的全过程Pentium 处理机的虚拟存储器存储管理部件（MMU）相联存储器存储保护第8章辅助存储器、学习目的要求请参考主要教学内容后的括号注释部分、主要教学内容第8章辅助存储器辅助存储器的种类与技术指标（掌握）磁记录原理与记录方式（理解）磁记录原理磁记录介质与磁头磁记录方式硬磁盘存储器（理解）硬磁盘存储器的种类及基本结构硬磁盘驱动器（HDD）及硬磁盘控制器（HDC）

14、磁盘 cache磁盘阵列存储器硬磁盘驱动器的发展动向软磁盘存储器（了解）概述软磁盘片软磁盘的记录格式软磁盘驱动器和控制器软磁盘驱动器发展动向磁带存储器（了解）概述磁带机的结构磁带的记录格式循环冗余校验码（CRC）磁带机的发展动向光盘存储器（了解）光盘存储器种类光盘的读写原理光盘存储器的组成硬盘、软盘、磁带和光盘存储器的综合比较第9章输入输出设备一、学习目的要求请参考主要教学内容后的括号注释部分二、主要教学内容第9章输入输出（I/O）设备外部设备概述（理解）输入设备（理解）键盘光笔、图形板和画笔（或游动标）输入鼠标器、跟踪球和操作杆输入触摸屏图像输入设备（摄像机和数字照相机）条形码及其技术光学字

15、符识别（OCR菽术和语音文字输入系统输出设备一一显示器（理解）显示设备种类显示技术中的有关术语字符显示器图形和图像显示输出设备一一打印机（理解）点阵针式打印机激光打印机喷墨打印机热转印打字机打印机的发展趋势汉字处理技术（理解）汉字编码标准汉字的输入方法汉字的存储汉字的输出第10章输入输出系统（I/O）一、学习目的要求请参考主要教学内容后的括号注释部分二、主要教学内容第10章输入输出（I/O）系统（难点）输入输出（I/O）系统概述（理解）输入输出设备的编址及设备控制器的基本功能/O 设备数据传送控制方式程序中断输入输出方式（理解）中断的作用、产生和响应中断处理程序中断设备接口的组成和工作原理DM

16、A输入输出方式（掌握）DMA三种工作方式DMA控制器组成DMA的数据传送过程软盘接口逻辑电路举例通道控制方式和外围处理机方式（了解）/O 通道的种类道型I/O处理机（IOP）和外围处理机总线结构（理解）总线类型总线组成微机总线外设接口（理解）10.6.1IDE 和 EIDE接口10.6.2SCSI 接口10.6.3其他外设接口第11章计算机系统一、学习目的要求请参考主要教学内容后的括号注释部分二、主要教学内容第11章计算机系统计算机系统概述（理解）计算机系统的分类提高计算机系统运算速度的方法开放系统计算机系统的性能评测微机系统（理解）ntel微处理器及个人计算机C的分类家用 PC入式计算机（工

17、业PC和军用计算机）能卡色计算机工作站和服务器（了解）工作站服务器多媒体计算机概述多媒体计算机系统的组成多媒体计算机系统的关键技术视频和音频信息的获取和回放多媒体计算机的用途与实例超级标量处理机、超级流水线处理机和超长指令字处理机向量处理机（了解）阵列处理机和多处理机系统11.7.1SIMD并行处理机系统（阵列处理机系统）11.7.2多处理机系统11.7.3SGI Origin多处理机体系结构计算机网络（了解）什么是计算机网络网络的组成网络协议nternet（ 因特网）第12章计算机硬件设计和实现导论一、学习目的要求请参考主要教学内容后的括号注释部分二、主要教学内容第12章计算机硬件设计和实现

18、导论（理解）计算机硬件的总体设计（理解）计算机硬件设计过程指令系统的模拟与仿真微程序设计自动化逆向工程的概念专用集成电路 ASIC设计概述（理解）专用集成电路的设计过程硬件描述语言（VHDL）【实验教学内容要点】学院已经建立了计算机组成原理实验室，该课程的实验可分组进行，独立操作，学生实验报告遵照学院有关规定执行。一、关于各实验的通用说明：.先修课程要求：学生已经先期开设汇编语言课程，有基本的汇编语言编程经历；熟悉80X86的主要指令；熟悉计算机的基本应用；.实验仪器设备：使用计算机组成原理实验室提供的成套设备；.实验资料：以计算机组成原理实验室提供的整套设备附带的实验资料为主，在实验教师、实

19、验人员的指导下使用有关仪器设备；.实验步骤请参考具体计算机组成原理实验箱所附资料；.实验分组：一般每组不超过4人；.实验学时并不含实验准备时间，只给出实验上机时间， 要求学生在实验前弄清当次实验的要求，并预先做好实验设计工作。、实验明细表实验项目属性主要内容课时绪论讲解(1)计算机硬件设计和实现概论(2)专用集成电路 ASIC设计概述(3)编程器简介(ROW的程序如何存入)(4)实验相关事项的要求；(5)有关说明等2实验仪器的基本 功能和操作方法讲解 示范由实验指导人员讲解、演示：计算机组成原理实验箱的组成，结构；计算机组成原理实验箱的使用方法，注 急事项，安全事项；实验指导人员实际示范、演示

20、相关仪器 设备的使用过程。完整演示一次具体的实验操作；2汇编语言程序设 计实验必做IO程序编制与调试CV调试与debug调试PROC Macro与MACRO?的建立与使用汇编语言指令加密技术等(花指令技术，即在代码段内随机掺入部分数据， 防止被跟踪)4运算器实验必做掌握基本的运算器控制方法掌握微指令概念理解运算器完成各种运算的控制流程的设计思想理解微指令与指令的关系(*本实验请参考实验箱资料)2观察数据流程及 测试相关信号必做通过观察具体的数据流程掌握测试仪器的使用测试信号并记录(*本实验请参考实验箱资料)2存储器部件实验必做了解存储器的工作原理了解存储器的扩展技术(*本实验请参考实验箱资料)2用微指令来完成 一条机器指令必做使用微指令逐步骤完成一条指令理解指令与微指令的关系理解微指令的编码理解指令的编码观察、并记录实验过程(*本实验请参考实验箱资料)2串行口实验必做理解串口的工作原理使用汇编语后编制串口通信程序使用局级语百编制串口通信程序了解串口通信电缆规范制作串口通信电缆在两台计算机之间检验程序480X86 masm32 程序初步选作 实验使用MASM32s彳T windows环境卜的程序设计4组合逻辑控制器 的设计实验选作 实验(1) 了解组合逻辑控制器的设计过程(2)设计、实现一个逻辑器件12微型计算机系统 组装选作 实