《计算机组成原理》课程教学大纲

《计算机组成原理》教学大纲课程名称：计算机组成原理英文名称：PrinciplesofComputerOrganization课程编号：F035091312学分：2.5总学时/课内实践学时：40/0课程性质：选修课程开课单位：信息与电气工程学院计算机科学与技术系适应对象：信息与计算科学专业一、课程简介《计算机组成原理》是一门理论性、系统性较强的专业基础课程，在先导课程和后续课程中起着重要的作用。课程以计算机内部总体结构为主线，涵盖了计算机系统概述、总线、存储系统、输入输出系统等，全面系统地介绍了计算机的组成和运作原理。课程内容由浅入深，由易到难，循序渐进地引导学生理解，使得信息与计算科学专业的学生，可以通过学习这门课程，对计算机组成原理有一个清晰的认识。为研究生考试、‌后续专业课程‌的学习、‌参加IT企业招聘等都奠定了坚实的基础。PrinciplesofComputerCompositionisatheoreticalandsystematicprofessionalbasiccourse,whichplaysanimportantroleinthepilotcourseandsubsequentcourses.Thecoursefocusesontheoverallinternalstructureofthecomputer,coveringtheoverviewofthecomputersystem,thebus,thestoragesystem,theinputandoutputsystem,etc.,andcomprehensivelyandsystematicallyintroducesthecompositionandoperationprincipleofthecomputer.Thecontentofthecourseisfromshallowtodeep,fromeasytodifficult,andguidesstudentstounderstandstepbystep,sothatstudentsmajoringininformationandcomputingsciencecanhaveaclearunderstandingoftheprinciplesofcomputercompositionthroughthiscourse.Ithaslaidasolidfoundationforpostgraduateexaminations,follow-upprofessionalcourses,andparticipationinITcompanyrecruitment.二、课程目标1.培养专业素质和思维能力的同时，能够与自主芯片设计紧密结合，加深学生对国家历史、发展的认识，培养学生的民族自豪感和勤奋刻苦、努力拼搏、锐意进取和创新的精神。2.掌握计算机组成原理；理解计算机的工作过程，掌握总线、存储器、输入/输出系统、运算器的结构和工作原理；掌握计算机的内部结构、功能部件、功能特征、性能以及交互方式等理论知识，能恰当表述计算机各功能部件等知识。3.建立软硬协同的系统观，能利用上述知识和相关模型对计算机功能部件和计算机系统设计方案进行推理和分析。1.Whilecultivatingspecialqualityandthinkingability,itcanbecloselyintegratedwithindependentchipdesign,deepenstudents'understandingofnationalhistoryanddevelopment,andcultivatestudents’nationalprideandthespiritofhardwork,hardwork,forgeaheadandinnovation.2.Mastertheprinciplesofcomputerorganization;Understandtheworkingprocessofthecomputer,masterthestructureandworkingprincipleofbuses,memory,input/outputsystems,andcombinators;Masterthetheoreticalknowledgeoftheinternalstructure,functionalcomponents,functionalfeatures,performanceandinteractionmodeofthecomputer,andbeabletoproperlyexpresstheknowledgeofthefunctionalcomponentsofthecomputer.3.Establishasystemconceptofsoftwareandhardwarecollaboration,andbeabletousetherelevantknowledgeandrelatedmodelstoreasonandanalyzecomputerfunctionalcomponentsandcomputersystemdesignschemes.三、课程目标与毕业要求对应关系本课程的课程目标与信息与计算科学专业毕业要求指标点的支撑情况如表1所示。表1：课程目标与毕业要求对应关系毕业要求指标点课程目标毕业要求1：知识目标具有扎实的数学基础，掌握信息科学、计算科学和计算机科学的基本理论和基本知识。课程目标2毕业要求2：能力目标能运用所学数学和计算机知识解决某些科研或生产中的实际问题。课程目标3毕业要求3：素质目标思想道德素质。具有正确的人生观、价值观和道德观，爱国、诚信、友善、守法，具有高度的社会责任感；具有良好的心理素质和积极的人生态度。课程目标1四、课程教学安排课程共有6项教学内容，共40学时，具体安排如下。表2：课程教学安排表序号教学内容思政元素课堂教学学时学时小计1计算机的发展及应用当今CPU设计领域。442系统总线培养学生牢固树立团队意识。443存储器中国半导体存储产业正逐渐崛起，增加学生的民族自豪感和时代责任担当。14144输入输出系统树立创新、协调、绿色、开放、共享等发展理念。665计算机的运算方法运算溢出导致的事故和灾难的分析，培养学生的科学精神、工匠精神，培养工程师的责任感。886讨论复习44合计4040教学安排1.计算机系统概论，计算机的发展及应用教学要求：了解冯诺依曼计算机的硬件结构和主要功能；掌握计算机系统的硬件结构和层次结构；了解计算机软件的基本概念；了解计算机科学的发展历史及应用范围。教学内容：计算机系统简介，计算机的基本组成，计算机硬件的主要技术指标，计算机的发展史，计算机的应用，计算机的展望。重点难点：存储程序的概念；计算机中主要性能指标；计算机的硬件组成；计算机的工作流程。思政元素：通过介绍我国计算机发展的艰辛历程、国际竞争环境和取得的成绩，激发学生的爱国情怀和责任担当。2.系统总线教学要求：了解总线的基本概念、分类、组成和性能指标；理解集中、分布仲裁方式；了解总线的标准、总线定时控制方式。教学内容：总线的基本概念，总线的分类，总线特性及性能指标，总线结构，总线控制。重点：总线分类、组成和性能指标；总线链式查询、计算器定时查询、独立请求、3种集中仲裁方式；分布仲裁方式；同步定时、异步定时2种定时控制方式。思政元素：培养学生牢固树立团队意识。3.存储器教学要求：了解主存储器类型、工作原理、主要技术指标；了解并行存储器的组成原理和工作原理。掌握现代存储层次的组织结构；掌握高速缓冲存储器（Cache）的基本工作原理及地址映射方式。了解虚拟存储系统的基本工作原理；掌握具有虚拟存储器管理系统的工作原理；了解存储系统对存储信息的保护方式。掌握磁表面存储器、光存储器的记录原理和工作方式；了解计算机与输入输出设备之间的接口基本功能，组织结构。教学内容：主存储器，高速缓冲存储器，辅助存储器。重点难点：存储系统的分类、分级结构和主存储器的技术指标，主存储器容量扩充的方法，Cache和虚拟存储器的基本工作原理和工作过程，存储设备的工作原理。思政元素：结合半导体存储体的国际竞争、发展历程和我国存储器发展的规划，增加学生的时代责任担当。5.输入输出系统教学要求：了解主机与外设的连接；掌握程序查询方式及其接口；了解中断系统和程序中断方式，DMA方式及其接口，通道控制方式等。教学内容：I/O设备，I/O接口，程序查询方式，程序中断方式，DMA方式。重点难点：程序中断、DMA传送方法和DMA传送过程、通道控制方式。思政元素：结合输入输出系统的作用、工作原理和特点比较，树立创新、协调、绿色、开放、共享等发展理念。5.计算机的运算方法教学要求：了解数值数据的表示；理解并掌握基本算术运算的实现。教学内容：无符号数和有符号数，数的定点表示和浮点表示，定点运算。重点：无符号数与带符号数，真值和机器数等概念，原码、补码、反码表示法以及三种码制与真值之间转换方法；定点数和浮点数的表示范围。定点原码、补码加减法运算方法及其溢出判断方法；定点原码一位乘法、补码一位乘法。思政元素：结合运算溢出导致的事故和灾难的分析，培养工程师的责任感。五、实践教学内容及要求无六、课程考核与评价表3：成绩评定方式表考核环节分值考核/评价细则课堂表现、学习通平台作业45课堂表现，按时提交作业，概念准确，计算结果是否正确，分析充分，论述清晰，层次分明情况按45%计入课程总成绩。期末考试55根据课程目标设计相关试题，综合检验学生对课程相关知识的掌握、综合应用及解决复杂问题的能力，以卷面成绩的55%计入课程总成绩