计算机组成原理-教学大纲.doc

西南科技大学本科课程教学大纲计算机组成原理课程教学大纲【课程编号】：14314015【英文译名】：Computer Organization【适用专业】：计算机组成原理【学 分 数】：4【总 学 时】：64学时【实践学时】：16学时一、本课程教学目的和课程性质课程教学目的：通过本课程的教学，使学生掌握计算机组成部件的工作原理、逻辑实现、设计方法以及将各部件连接成整机的方法，强调建立CPU级和硬件系统级的整机概念，培养学生分析、开发、使用计算机系统的能力。课程性质：计算机科学与技术专业的专业必修课程，可作为其它专业的选修课程。二、本课程的基本要求本课程要求学生建立计算机CPU级和硬件系统级两个层次的整机概念。了解计算机的工作原理及设计方法，了解主机与外围设备之间的信息传输方法和工作过程。本课程应达到以下基本要求：1、理解原码、补码乘法和原码、补码除法的运算规则，掌握浮点运算规则。2、了解CPU的逻辑组成，包括寄存器设置、算术逻辑运算部件设置、CPU数据通路结构。3、理解CPU的工作机制，主要理解指令的执行过程。4、了解存储器存储信息的原理。5、运用CPU与存储器的连接原理，进行存储器的扩展。6、了解总线、接口和I/O传送控制机制，包括中断机制和DMA机制。7、了解常用I/O设备原理。三、本课程与其他课程的关系(前修课程要求，后继课程等)本课程在计算机科学与技术专业的课程体系中起承前启后的作用。数字电子与数字逻辑讲述基本的数字电路的分析与实现，本课程阐述了组成计算机系统硬件的工作原理，计算机系统结构从系统结构的角度进一步介绍计算机硬件分析和设计的思想和方法。前修课程数字电子与数字逻辑后续课程可能还有：计算机系统结构，嵌入式原理及应用四、课程内容(内容体系、结构、基本知识点和重点、难点)（一）概述1、计算机的发展过程2、计算机硬件组成与存储程序概念3、计算机的工作过程与性能指标4、计算机系统的层次结构重点：计算机的硬件组成和工作过程难点：计算机工作过程（二） 信息的表示 1、数据信息的表示：数制、码制、定点数和浮点数的表示2、原码、补码、移码、真值之间的转换3、汉字在机器中的表示4、数据的奇偶校验与海明校验5、指令格式、寻址方式、指令的功能和类型；重点：原码、补码、移码、真值之间的转换，定点数和浮点数的表示范围，数据的奇偶校验难点：数据的海明校验（三） CPU系统1、并行加法器原理2、补码加减运算方法，溢出判断方法3、原码一位乘法和补码一位乘法的运算规则4、原码加减交替除法和补码加减交替除法的运算规则5、浮点加减运算流程6、CPU各组成部分的基本功能7、微程序控制的基本思想8、组合逻辑控制的基本思想9、指令数据通路结构重点：并行加法器原理，补码加减运算方法，原码一位乘法和补码一位乘法的运算规则，原码加减交替除法和补码加减交替除法的运算规则，CPU的逻辑组成（内部数据通路结构），CPU的工作机制（指令执行流程与有关的微命令序列）难点：四则运算方法（补码加减法、原码乘法、补码乘法、原码除法和补码除法），CPU的工作机制（指令执行流程与有关的微命令序列）（四） 存储子系统1、存储器的分类与主要性能指标2、静态存储器与动态存储器的存储3、动态存储器的刷新方法4、主存储器的逻辑设计5、高速缓冲存储器重点：存储信息的原理和存储器的组织、连接、控制难点： 存储信息的原理（五） I/O子系统1、总线的特点与总线操作2、中断方式基本概念3、中断接口的组成4、DMA方式基本概念5、常用I/O设备原理重点：中断、DMA等I/O传送控制机制难点：中断过程（请求、判优、响应、处理）和中断屏蔽五、教学方法建议本课程涉及了计算机的基本工作原理。课堂教学建议采用多媒体教学手段，以一台模型机为主线，配以实例演示，让学生了解和掌握与计算机组成相关的基础知识和技术。在讲清计算机各个组成部分原理的同时，注重各部件原理图的设计和实现。六、考核方式教师可以根据需要灵活选择考核方式，由于本课程的理论与实践联系较强，建议采用理论考试加实验考试的方式。建议本课程考核应包括平时成绩、实验成绩、期中考试和期末考试四部分。建议平时成绩包括考勤、作业占10%，实验占30%，期中成绩，占20%，期末成绩，占40%。七、其它说明(如习题或作业，实践环节内容和要求)要根据课程的教学进度，布置一定数量的作业，加深学生对基本概念、基本理论的理解和掌握。对一些难点及重点问题，可在课堂教学中用实例讲解，并安排部分习题课。八、选用教材及主要参考书(写明名称、编著者、出版社、出版时间)1、教材1 蒋本珊主编.计算机组成原理.清华大学出版社,2004.32、参考书 1 俸远祯，阎慧娟编.计算机组成原理.电子工业出版社,1996.4 2 Kai Hwang.Computer Arithmetic Principles，Architecture And Design九、学时分配课程内容讲课实验大作业小计概述33信息的表示方法818CPU子系统16216存储子系统818输入/输出系统818课堂讨论，作业讲解55合计4848计算机组成原理课程实验教学计划一、本课程实验教学的目的和要求（对学生实验技能、创新能力、科研能力及解决实际问题方面的锻炼）课程实验教学目的：通过本实验课程训练，学生可熟悉典型计算机的基本结构、基本组成和基本功能，掌握计算机主要组成部件工作原理的基本分析与设计方法，使学生对典型计算机系统的分析、设计、开发与使用能力得到训练与提高，了解目前比较流行的硬件开发技术，培养学生的实验创新能力和对新技术、新方法的分析应用能力。课程实验教学要求：使学生对计算机各主要组成部件相互间的有机联系有较全面的理解。主要锻炼学生的实验技能、创新能力、科研能力及解决实际问题方面的能力。二、本课程实验内容体系和实验类型（综合/设计/验证/演示/参观等，比例，必做和选做安排）序号实验内容实验选题实验类型实验要求实验学时1系统认识实验一台基本的模型计算机验证必做42常用组件设计1运算器组成设计验证选做43常用组件设计2基本存储系统设计验证选做44常用组件设计3基本微程序控制器结构设计验证选做45整体设计模型机系统设计实验设计必做8三、实验项目内容安排（分实验项目写出每个实验的目的、要求、内容、方法、时间、参考资料；列出自选实验项目及指南，实验开放时间的管理）实验1、计算机系统认识实验实验目的：建立对计算机组成及原理的认识实验要求：搭建一个模型机系统，仔细观察程序在计算机中的执行过程实验类项：验证型实验时间：4学时实验内容：1、 建模型计算机2、 编写一段程序3、 在模型计算机上运行程序实验2、运算器设计实验实验目的： 1、 握用硬件描述语言设计逻辑部件的方法2、 了解运算器的设计过程3、 掌握组内和组间并行进位技术4、 验证运算器的功能实验要求： 1、 ALU结构及各端口正确2、 完成系统级仿真3、 编写详细的实验报告实验类项：验证型实验时间：4学时实验内容：设计一个8bit的运算器 ；要求该运算器具有加、减算术运算功能和基本逻辑（与、或、非、异或、求补）运算功能。实验3、存储系统设计实验实验目的： 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要求： 1、 设计一个256X8 bit的RAM2、 用两个256X8 bit的RAM组成一个256X16 bit的RAM3、 仿真并验证4、 编写详细的实验报告。实验类项：验证型实验时间：4学时实验内容：设计一个256X16 bit的RAM ；要求能随机写入和读出数据实验4、控制器结构设计实验实验目的： 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要求： 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、 写出实验报告。实验类项：验证型实验时间：4学时实验内容：设计模型机中的组合逻辑控制器，验证其逻辑功能并下载到PLD芯片中实验5、用CPLD实现模型机系统设计实验实验目的： 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要求：将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；写出实验报告实验类项：综合设计型实验时间：8学时实验内容：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PLD芯片中参考资料：1 杨小龙.计算机组成原理与系统结构实验教程.西安电子科技大学出版社2 TDN-CM教学实验系统用户手册.西安唐都四、实验报告及成绩评定 （包括整个课程中理论与实