计算机组成原理甲课程标准.doc

Q/SXJC 022007西北农林科技大学教务处 发布2016-03-18实施2016-03-18发布计算机组成原理（甲） principles of computer composition（课程编号：2092506）KC/10011-2014西北农林科技大学课程质量标准1KC/10011-2014前 言为了提高教学质量，规范课程教学关键质量环节，强化课程过程管理，形成一批以学生为本，以知识重构、能力培养为重点，适应学生个性发展需求的课程，结合学校发展实际，特制定西北农林科技大学课程质量标准。课程标准是规定课程性质、课程目标、内容框架、实施建议的教学指导性文件，是课程的基本规范和要求，是对不同阶段的学生在知识与技能、过程与方法等方面的基本要求。课程质量标准，是联系课程计划与课堂教学的中间桥梁，可以确保不同的教师有效、连贯而目标一致地开展教学工作，对教师的教学具有直接的指导作用，对课程质量有重要影响。课程质量标准要从学生发展的角度出发，全面考虑课程在学生知识、能力与素质养成方面的作用，教学过程质量与关键环节的控制，教学方式方法及技巧运用，情感态度与价值观等方面的教育实践作用。本课程名称：计算机组成原理（甲） 本课程英文名称：principles of computer composition课程编号：2092506本课程学时/学分：72/4.0本课程先修课程：电路与模拟电子技术、数字逻辑与数字系统、操作系统本课程类型及性质：学科大类基础课、必修本标准依据GB/T1.1-2009规定的规则编制。本标准由西北农林科技大学教务处提出并归口。本标准起草单位：西北农林科技大学信息工程学院计算机控制系本标准主要起草人：田晶本标准为首次发布。计算机组成原理（甲）课程质量标准1 范围本标准规定了计算机组成原理课程的教学目标，选用教材及参考资料，总体要求，课程内容、课时分配与教学要求，学生学习策略，课程组教师信息和课程考核要求及教学质量评价。本标准适用于计算机科学与技术专业。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 7713.1-2006学位论文编写规则GB 7714-2005文献参考资料著录规则西北农林科技大学2014版计算机科学与技术专业培养方案西北农林科技大学信息工程学院计算机组成原理课程教学大纲西北农林科技大学本科学籍管理办法（校教发【2013】36号）西北农林科技大学考试命题实施细则（校教发【2006】80号）西北农林科技大学本科教材选用管理办法（校教发【2005】175号）3 课程简介3.1 中文简介计算机组成原理是计算机科学与技术专业、软件工程专业、信息管理与信息系统等专业重要的专业基础课，是研究生入学考试的必考课程。本课程主要深入内部讲述计算机五大部件即运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备的的基本电路组成及其工作原理。通过讲述计算机指令系统的实现技术、总线概念与技术、中断技术、存储器扩展技术、控制器设计等技术，使学生初步掌握计算机硬件设计方法，并通过流水线技术、RISC技术等内容的介绍，使学习了解当代计算机系统结构的发展技术，为掌握计算机相关知识和技术，从事计算机应用提供必要的硬件基础知识。3.2 英文简介 principles of computer composition is an important course for Computer Science and Technology, Software Engineering, and Information Management and Information Systems majors, and a postgraduate entrance exam course. This course introduces in-depth basic circuit components and working principle of five parts of a computer：CPU, controller, storage, input devices, and output equipment. Students are able to acquire computer hardware design method through an explanation of computer instruction system realization technology, concepts and techniques, interrupt fieldbus technology, memory expansion technology, and controller design technology. Students are able to understand development of contemporary computer system structure with an introduction to line technology and RISC technology, providing basic and necessary knowledge of hardware for more knowledge of computer-related technology and more techniques in computer application.4 教学目标通过本课程的教学应实现以下目标：深入了解计算机五大硬件的基本电路组成及其基本工作原理，重点掌握计算机三大基本硬件：运算器、存储器、控制器的分类、内部电路组成及其相互关系，了解计算机中断概念，掌握中断系统的基本组成、中断处理过程。了解计算机的工作过程，掌握计算机的基本工作原理。了解计算机指令系统的概念，掌握指令设计方法，掌握指令流水线技术。了解接口的组成、功能，了解查询方式、中断方式、DMA传送方式下接口电路的基本组成及外设I/O基本工作原理。5 总体要求5.1 知识计算机五大硬件“运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备”功能、分类、基本电路组成、设计方法及其国内外发展情况及发展趋势；计算机总线概念，总线控制方法。 计算机指令系统的分析与设计，汇编语言程序设计方法；计算机中断系统组成、中断处理过程；I/O设备的分类、接口电路组成，I/O控制方式。计算机系统结构的基本组成及其国内外发展情况及发展趋势； 5.2 能力计算机硬件电路分析和设计能力；计算机汇编语言编程能力； 分析问题、解决问题的能力。5.3 素质能进行计算机硬件分析和设计的素质；运用计算机组成概念对计算机工作过程分析的素质。6 课程内容、课时分配与教学要求6.1 课程内容与课时分配课时应按照表1规定执行。表1 教学课时分配章教学内容学时分配理论习题小计1第1章 计算机组成原理概论222第2章 计算机硬件基础223第3章 信息编码与数据表示444第4章 运算方法与运算器82105第5章 存储体系6286第6章 指令系统6267第7章 控制器6288第8章 输入输出系统669第9章 总线4410第十章 流水线与并行处理技术44合 计488566.2 教学要求教学要求与设计应符合表2的规定。表2 教学基本要求与设计章 节基本要求重点第1章 计算机组成原理概论1.1计算机系统的发展与应用1.2计算机的分类和性能指标1.3计算机系统的基本组成1.计算机系统的发展情况；2.计算机系统的组成情况；3.计算机系统层次结构。1.3 计算机系统的基本组成教学目标教学方法与技巧1.了解不同类型计算机特点；2.了解计算机系统的基本组成，从而搭建起本课程体系框架。采用层层分解，深入细化方法教学。第1章教学从计算机的5大部件组成着手，介绍每个大部件的功能、各部件之间的相互联系，然后在后期教学中对每个大部件再进行层层分解，介绍其组成、功能、相互关系如此层层分解，将复杂问题变成简单问题加以逐步掌握。章 节本章基本要求本章重点第2章 计算机硬件基础2.1半导体器件的开关特性2.2基本逻辑运算和基本门电路2.3组合逻辑电路2.4时序逻辑电路2.5 计算机芯片制造过程1.了解半导体器件特性2.组合逻辑电路在计算机中的应用；3.时序逻辑电路在计算机中的应用1.组合逻辑电路；2.时序逻辑电路。教学目标教学方法与技巧1.了解半导体器件、组合逻辑电路、时序逻辑电路在计算机中的应用情况；2.了解门电路在计算机内部器件中电路构成及工作原理。本章内容在前期数电和模电课程中已经学习过，因此本章教学重点介绍这些元器件在计算机中用途及其工作原理，从而为后续课程打下良好的基础。章 节本章基本要求本章重点第3章 信息编码与数据表示3.1数值数据表示3.2非数值数据表示3.3校验码1.了解计算机中各种信息的二进制表示；2.计算机校验码技术。1.计算机定点数表示；2.计算机浮点数表示；3.校验码。教学目标教学方法与技巧1.计算机处理的是二进制数据，通过本章的学习能使学生了解到计算机中各种信息的二进制表示方法；3.计算机中各种二进制信息在计算机各部件传输中会出现错误，因此计算机必须能发现错误并改正错误，因此学习了校验码能使得学生了解到计算机的检错技术和纠错技术。计算机存储和处理的是二进制数，结合第2章的组合逻辑电路和时序逻辑电路，向学生介绍01代码的电路存储方法和运算方法，从而使得学生从纯粹的数据转换到电路上，就明白了二进制在计算机中的处理方法。章 节本章基本要求本章重点第4章 运算方法和运算器4.1定点数的加减乘除运算与实现；4.2浮点数的加减乘除运算与实现；1.定点数运算方法及实现方法；2.浮点数运算方法及实现方法。1.定点数减法、乘法、除法运算方法；2.浮点数的加、减、乘、除运算方法。教学目标教学方法与技巧 计算机运算器的核心部件是加法器，因此计算机所有部件最终都要转化为加法运算去实现。通过本章的学习，使得学生了解了计算机定点数、浮点数在计算机中用相加运算实现的方法。在理论教学的基础上，结合第2章各种电路，讲授计算机定点数和浮点数的存储方法、运算方法。章 节本章基本要求本章重点第5章 存储体系5.1存储体系概述5.2主存储器5.3主存储器与CPU的连接5.4高速缓冲存储器5.5虚拟存储器1.了解计算机存储体系的组成及特点；2.了解主存储器的内部电路组成、与系统总线的连接及存储器的扩展方法；3.掌握高速缓冲存储器的组成、特点、工作原理；4.了解虚拟存储器的组成、特点、工作原理。1主存储器和CPU的连接；2.高速缓冲存储器。教学目标教学方法与技巧1.通过本章的学习，使得学生了解计算机存储器的组成、读写工作原理；2.掌握在性能价格比下，提高存储器速度的方法和增加主存储器容量的技术；在理论教学的基础上，通过作业、习题课及实验，加深学生对知识的理解。章 节本章基本要求本章重点第6章 指令系统6.1指令格式6.2寻址方式6.3指令系统1掌握.指令格式的分析与设计方法；2.了解指令系统的组成、分类及设计方法；3.掌握指令寻址方式的使用方法；4.了解指令系统的发展模式及特点。1.指令寻址方式；2.指令分析与设计；3.精简指令系统的实现。教学目标教学方法与技巧1.能根据需要设计指令格式；2.能对指令系统进行分析与设计；3.能对指令系统的发展有进一步的了解。在理论教学的基础上，通过作业、习题课及实验，加深学生对知识的理解。章 节本章基本要求本章重点第7章 控制器7.1控制器的组成7.2硬布线控制器7.3微程序控制器1.了解控制器的功能及组成，掌握控制器工作原理；2.掌握硬布线控制器设计方法；3.掌握微程序控制器设计方法。1.控制器工作原理；2.微程序控制器设计方法；3.机器指令微程序编程。教学目标教学方法与技巧1.了解控制器的组成，掌握控制器工作过程及工作原理；2.掌握控制器设计方法，能通过编制微程序设计计算机指令系统。控制器是本课程的重点也是难点，教学中，在理论教学的基础上，采用实验相结合的方法以加深学生对控制器的理解。安排1次习题课，2次实验。章 节本章基本要求本章重点第8章 输入输出系统8.1 概述8.2 输入输出接口8.3 主机与外设交换信息方式8.4 中断系统1. 了解接口的功能、组成；2. 了解主机与外设在不同信息交换方式下接口电路的组成及输入输出工作原理。3. 掌握中断系统组成、中断处理过程。4.1.不同交换方式下接口电路的组成及工作原理； 2.中断系统的组成、中断处理过程。教学目标教学方法与技巧1. 使学生了解不同传送方式下外设接口电路的功能、电路组成，输入输出过程软硬件的工作原理，为以后计算机控制应用打下良好的基础。2. 使学生了解计算机中断系统的组成，中断系统要解决的问题以及如何解决，中断系统硬件电路的组成，中断方式下相关软件组成及程序流程。 本章内容是后续“接口技术”课程的基础，讲授的是接口电路的组成和中断处理过程及相关程序流程，而“接口技术”课程是具体的接口电路设计和相关程序的编写，要把这关系向学生讲授清楚，本章内容讲授显得空洞，可以通过实际举例，比如打电话、上课师生互动关系增强学生的理解。章 节本章基本要求本章重点第9章 总线9.1 总线的基本概念9.2 总线仲裁控制9.3 总线通讯控制1. 了解总线的概念；2. 了解总线信息传输的规定，掌握总线仲裁控制方法；3. 了解总线通讯控制方法，传输特点。1. 总线的仲裁控制；2. 总线的通讯控制。教学目标教学方法与技巧 1.通过教学，使学生了解总线的组成、总线上信息传输的规定；2. 使学生了解总线信息传输过程；3. 了解总线仲裁电路组成，掌握总线仲裁方法，掌握总线通讯控制过程。 教学时可按照如下思路进行讲授： 现在计算机是总线结构，总线公公通路把各部件连接起来，分时占用传输各自信息。多个部件同时要传输各自信息，发生总线争用，这时要-通过仲裁电路裁决总线使用权。总线传输时如何快速实现信息传输，发送方和接受放如何进行配合。章 节本章基本要求本章重点第10章 你 流水线与并行处理技术10.1 流水线原理10.2 流水线相关处理10.3 高级流水线技术10.4 并行处理技术1. 了解流水线概念；2. 掌握流水线工作原理；3. 了解流水线过程中出现的问题及解决的方法；4. 了解现代计算机并行处理技术。1. 流水线性能计算；2. 流水线相关处理。教学目标教学方法与技巧1.通过流水线技术的讲授，使得学生了解现代计算机提高指令执行速度的方法；2.使得学生明白现代计算机提高速度的方式是采用多级并行技术。采用比较分析法，通过介绍工业流水线对照讲授指令流水线工作原理。注1：采用PPT教学。6.3 实验教学6.3.1 实验教学必备条件 1.有设定的、充足的实验教学时间； 2.硬件环境要求至少100台教学实验用微型计算机，100套计算机组成原理实验箱； 3.软件环境要求有基本的实验教学软件； 4.有计算机组成原理实验指导书； 5.实验室老师负责实验设备维修及管理，代课老师负责实验全程指导，学生撰写实验报告，代课老师负责实验报告评阅并记录实验成绩。6.3.2 实验课基本教学要求表4 实验课基本教学要求实验项目实验内容学时实验要求实验目标实验设备汇编程序设计1.顺序、分支程序设计2上机编程完成1. 程序结果验证2. 撰写实验报告人手一台微机2.循环及子程序设计2上机编程完成1.程序结果验证2.撰写实验报告人手一台微机接口实验3.运算器实验41.完成脱机运算器实验2.完成联机运算器实验1.程序结果验证2.撰写实验报告人手一台微机4.存储器实验21.实验箱电路设计2.程序测试1.程序结果验证2.撰写实验报告人手一台微机5.控制器口实验61.实验箱电路设计2.微机完成编程1.程序结果验证2.撰写实验报告人手一台微机7 学生学习策略计算机组成原理属于硬件课程，涉及到数字电路、模拟电路等方面知识，具有抽象、难学等特点的一门课程，因此，要完成好这门课的学习，需抓好如下三方面：（1） 本课程内容很多，容易搞不清头绪，学习时要注意搭好课程体系框架，从计算机五大部件入手，采用“层层分解，深入细化”，式学习方法。即从计算机五大部件作为五大模块入手，了解每个部件的功能、相互配合关系，在后面章节中再把每个部件分解成若干分模块，如此层层分解，直至便于理解为止，从而把复杂问题分解成若干简单问题加以解决。（2） 课堂认真听讲、下课看书钻研、做作业发现问题。（3） 加强实验教学。本课程讲授的抽象的计算机组成，是把计算机采用的主要技术都放在一起，没有针对一台具体的计算机讲授其组成、工作原理，所以学习起来比较抽象、杂乱，难理解，而实验课针对一台具体的实验计算机，剖析其硬件电路组成、软件组成，基本工作原理，从而是从抽象到具体，通过实验，可以了解一台具体计算机的基本组成，掌握其工作原理，从而能加深对课堂理论知识的理解。 教材是学生了解该课程内容“窗口”，老师授课是引导学生学习该课程的关键，做好课堂笔记是学习的基础。在阅读本标准给出的参考书目和其他教学资源的基础上，制定学习计划，拓展知识视野，还可采取以下几种学习策略：可通过电视、网络、杂志、书籍等媒体，及时，了解学科进展和动态。可采取“问题学习法”， 学生在上课前通过预习去寻找问题，以便在听课时在老师讲解该问题时集中注意力听讲，带着问题去听课。同时，下课看书时先看一下课文后的习题，一边看书一边思考，在看书中寻找答案；这样带着问题去上课或看书，有利于集中注意力，目的明确，提高学习效率。可采取“归纳学习法”，通过归纳思维，形成对知识的概念、特点、原理的识记、理解与运用。以归纳为基础，搜索相同、相近、相反的知识，把它们放在一起进行识记与理解。8 课程考核要求考核既是为了检验学生对课程的学习掌握情况，帮助教师不断总结教学经验，改进教学方法与技巧；同时也是为了对学生的学习做出客观、公正、科学的评价，并引导学生明确学习方向，逐步适应学科课程的特点，最终起到夯实基础、强化能力的作用。考核内容应做到知识与能力并重，微观与宏观结合。8.1 考核方式应根据课程内容和特点，采取闭卷考试以及过程考核（出勤、作业和实验报告）两个部分。8.1.1 考试（闭卷）理论考试分数占该门课程的最终成绩的70%。过程考核占30%，考试试题类型及权重要求应符合见表4的规定。表4 试题类型及权重试题类型所占百分比考核目的选择题（单项选择）20重要知识点的理解与掌握情况填空题25重要概念的理解与掌握情况简答题15主要考核相似知识点的差异与掌握情况分析题20关键知识点的运用与掌握情况设计题20考察电路设计能力和I/O程序编制能力注1：当年课程考试题与上一年度的考试题重复率应小于30%；注2：试卷格式应符合西北农林科技大学本科生试卷的规定要求。8.1.2 过程考核过程考核分数占该门课程的最终成绩的30%。过程考核方式及权重要求应符合见表5的规定。表5 过程考核方式及权重过程考核类型所占百分比考核目的出勤扣分制迟到一次过程成绩扣5分，旷课一次扣10分作业50对知识掌握程度与发现存在问题实验50对实验能力的考察和对实验的总结注1：课程组可根据课程内容和特点采用更加灵活的多种过程考核方式，但应有评价标准及记录。8.2 课程考核成绩组成课程总评成绩=期末考试成绩70%+过程考核成绩30%考勤9 教学质量分析和改进课程组或教研室根据课程特点，采用问卷调查、课堂提问、课程随堂访谈、实验操作、考试以及专题座谈会等方式评价学生学习效果及满意度，并对结果进行质量分析，明确该课程是否达到人才培养目标。针对课程讲授中存在的问题与不足，课程组或教研室不断修改与完善，确保课程质量标准的持续改进和有效性。教