《计算机组成原理》思政版教学参考大纲 张基温

《计算机组成原理》有机思政版教学参考大纲一、课程概况《计算机组成原理》是计算机科学与技术及其相关专业核心课程，侧重于讨论计算机基本部件的构成和组成方式、基本运算的操作原理和单元的设计思想、操作方式及其实现等内容。通过学习本课程，能了解计算机一般组成原理与内部运行机理，为学习这类专业后继课程和进行与硬件有关的技术工作打好基础.课程中文名称计算机组成原理课程英文名称PrinciplesofComputerOrganization适用专业计算机科学与技术网络工程软件工程信息管理与信息系统课程编码课程性质专业核心课程专业核心课程专业核心课程专业核心课程课程学分3.53.53.53建议总学时72646448课堂教学50505040实验教学1810106复习考试4442先修课程无推荐教材张基温著，《计算机组成原理教程》（第10版），清华大学出版社，2023年二、教学目标1.理论教学目标（1）使学生熟练掌握各种信息进行0、1编码的基本方法。（2）深刻理解现代电子数字计算机的诺伊曼体系的形成过程和发展趋势。（3）深刻理解现代计算机各部件的基本原理、发展趋势和各部件之间的协同工作方法。2.思政与品质教育目标（1）通过本课程的教学，进一步坚定学习者的辩证唯物主义和历史唯物主义思想。（2）通过本课程的教学，使学习者了解中华民族在计算机发展中的历史贡献和现代业绩，鉴定中华文化自信和文化自豪感。（3）鼓励学生增强求知欲望和创新思维。3.实践训练目标通过实践、实验教学，培养学生的动手能力，并侧重于对实践、实验过程中所发现的各种现象的理论分析和讨论。三、教学手段及要求1.课堂（线上或线下）教学：讲清原理、启发思维。2.实践与实验教学：重在事前准备和事后分析讨论。事前准备,要求学生事前清楚进行的步骤，并预测一下可能出现的现象（结果）和对应的解决方法。事后分析讨论：对实践过程中所发生现象进行理论分析，提出改进思路。3.拓展教学：建立线上教学联系群，进行问题答疑，组织专题讨论，鼓励学生发表学习心得和创新设想。四、课堂教学内容与建议学时序号内容建议课时1二值计算与编码42程序计算架构43存储系统6/44I/O接口与I/O过程控制65控制器逻辑6/46处理器性能提升47计算机输入输出设备4/28总线与主板4/29新型计算机展望4/21.二值计算与编码使学生深刻理解现代电子数字计算机就是一种处理0、1编码信息的工具。内容包括如下4部分。（1）二值逻辑的由来及中华先祖的贡献。（2）二值计算，包括二值算术计算与二值逻辑计算。（3）二值编码。（4）二值编码的安全。2.程序计算架构（1）程序计算的作用：简单工具的计算扩展。（2）中华先祖的贡献。（3）程序计算的自动化：内程序与内动力。（4）诺伊曼体系的提出与改进。（5）计算机系统的概念。（6）计算机系统性能评测。3.存储系统（1）存储元件。（2）存储体系。（3）存储技术——以SDRAM为例。（4）外存储设备。（5）存储体系。4.I/O接口与I/O过程控制（1）I/O接口。（2）I/O过程程序技术无条件I/O传送方式。I/O传送的程序查询控制方式 I/O过程的程序中断控制I/O数据传送的DMA控制I/O过程的通道控制5.控制器逻辑（1）处理器的外特性——指令系统的概念。（2）成功指令系统举例（80x86与ARM选一）。（3）组合逻辑控制器设计（4）微程序控制器设计6.处理器性能提升技术（1）流水线技术。（2）多处理器系统。（3）多线程处理器。（4）多核处理器。（5）关于处理器并行性开发的讨论。7.计算机输入输出设备（1）计算机输入输出设备概述。（2）常用计算机输入输出设备（以学生自我阅读为主）。（3）虚拟现实、增强现实与现实虚拟。（4）I/O设备适配器与驱动程序。8.总线与主板（1）总线及其原理。（2）几种标准系统总线分析。（3）几种标准I/O总线分析。（4）微型计算机主板 。9.新型计算机展望（此部分以自学为主）（1）人工智能与智能计算机。（2）量子计算机。（3）未来计算机的的其他探索。五、实验教学推荐内容下面推荐一些实验题目，不同的学校可以根据自己理解和设备情况，选择安排。实验1：熟悉计算机组成原理实验系统实验类型：验证型。实验目的：熟悉实验系统的结构及操作方法。实验内容：了解所用计算机组成原理实验系统的特点、模型计算机的各组成部分电路、连线方法、数据通路的组成、时序和控制信号及指示灯的观察方法、开关和按钮的作用和操作方法等。实验2：运算器组成实验实验类型：验证型。实验目的：熟悉简单运算器的数据传送通路。实验内容：；利用工作台输入数据，验证模型计算机提供的运算器部件的运算功能。实验3：评价CPU实验类型：分析型。实验目的：了解最新CPU的性能。实验内容：上网搜集最新CPU资料，给朋友选择CPU提供一份建议书。实验4：存储系统设计实验实验类项：设计型。实验目的：（1）掌握用硬件描述语言设计逻辑部件的方法；（2）了解半导体存储器的设计过程；（3）掌握存储器容量的字扩展和位扩展技术；（4）掌握存储芯片片选逻辑的设计方法。实验内容：设计一个256X16bit的RAM；要求能随机写入和读出数据。实验5：双端口存储器原理实验实验类型：综合型。实验目的：了解双端口静态随机存储器的工作特性及使用方法；熟悉半导体存储器的读写方法；掌握地址线、数据线和控制线的作用；加深对于存储器的工作原理的理解，掌握相关的数据通路的控制方法。实验内容：自行设计访问双端口存储器的步骤并实现这些操作；注意双端口存储器的左右端口在怎样的情况之下会发生读写冲突。实验5：评价最新主存产品实验类型：分析型。实验目的：了解最新主存产品性能。实验内容：上网搜集最新主存产品资料，给朋友选择主存提供一份建议书。实验6：磁盘格式化分区实验实验类型：综合型。实验目的：了解磁盘格式化与分区的基本方法。实验内容：（1）辨别待格式化磁盘现有分区格式。（2）对磁盘进行格式化，并分别按MBR和GUID（GPT）分区。（3）比较两种格式的特点。实验7：汇编程序设计实验类型：设计型。实验目的：了解汇编程序设计方法。实验内容：用一种汇编语言设计一个程序。实验8：微操作分析实验类型：分析型。实验目的：理解CPU指令与微操作的区别。实验内容：对使用过的汇编语言进行微操作分析。实验8：微程序设计实验实验类型：综合设计型。实验目的：（1）掌握组合逻辑控制器的设计过程；（2）了解指令系统的设计方法；（3）了解数据通路的设计方法；（4）掌握拟定指令流程和微命令序列的方法。实验内容：（1）画出模块框图；（2）功能仿真编程验证，将后仿真确认的配置文件经编程电缆配置到可编程逻辑器件中，进行测试，检查是否完成预定功能；（3）写出设计说明书及测试报告。实验9：微程序控制器的组成与实现实验.实验类型：验证型。实验目的：加深理解微程序控制器的组成及工作过程。实验内容：设计实验步骤，完成数据在各执行部件之间的流动。实验10：CPU组成和机器指令执行实验实验类型：综合型。实验目的：掌握机器指令与微指令的关系，牢固建立计算机的整机概念。实验内容：（1）将微程序控制器同执行部件（整个数据通路）联机，组成一台模型计算机；（2）用微程序控制器控制模型机数据通路；通过CPU运行九条机器指令组成的简单程序。实验11：用CPLD实现模型机系统设计实验。实验类型：综合设计型。实验目的：（1）掌握组合逻辑控制器的设计方法；（2）掌握DMA控制器的设计方法（3）掌握接口的设计方法；（4）掌握存储器的设计方法；（5）掌握运算器的设计方法；（6）掌握系统总线的设计方法。实验内容：（1）设计一个采用组合逻辑控制器的模型机系统，验证其逻辑功能并下载到