《计算机组成原理》教学大纲

精品文档 1欢迎下载 计算机组成原理计算机组成原理 教学大纲教学大纲 本门课程的教学目标和要求 本门课程的教学目标和要求 计算机组成原理 是计算机科学与技术专业的一门核心专业基础课 通 过本课程的学习 使学生掌握计算机系统的基本组成 计算机中数据的表示方 法 计算机各硬件部件的功能和工作原理等 为学生学习计算机专业课打下坚 实的基础 要求学生 1 从总体上了解计算机硬件 软件 计算机主要部件的基本概念 2 掌握计算机中各种数据的表示方法 3 掌握运算器的功能 组成和工作原理 4 掌握广泛使用的各类半导体存储器的工作原理和特性 主存储器系统的 设计 多级存储器层次结构 5 掌握 CPU 的组成 CPU 各个部件在计算机运行过程中的作用 如何实现 各条指令的功能 6 掌握指令的格式 常见的寻址方式和指令的主要类型 7 掌握总线的概念 特性和几种常用的总线标准 8 掌握几种基本的信息交换方式和常用的外围设备的工作原理 教学重点和难点 教学重点和难点 本课程重点是 运算方法和运算器 存储系统 中央处理器 本课程难点是 存储系统和中央处理器 教学对象 教学对象 计算机科学与技术专业本科大学生 教学方式 教学方式 采用多媒体教学 教学时数 教学时数 60 学时 教学具体内容及学时分配 教学具体内容及学时分配 精品文档 2欢迎下载 第一章第一章 概论 概论 2 2 学时 学时 教学目标和要求 教学目标和要求 通过学习本章 使学生了解计算机硬件 软件的概念和计算机的基本组成 从总体上认识计算机 要求学生 1 了解计算机的分类和应用领域 2 了解计算机硬件的概念和基本组成 3 了解计算机层次结构 教学重点和难点 教学重点和难点 本章重点 计算机硬件 软件的概念和计算机的基本组成 无难点 教学方式 教学方式 课堂讲授 2 学时 第一节第一节 计算机系统简介 计算机系统简介 0 50 5 学时 学时 一 计算机系统简介 计算机软件 硬件概念 二 计算机层次结构 将计算机的层次结构 第二节第二节 计算机的基本组成 计算机的基本组成 1 1 学时 学时 一 数字计算机的硬件组成 介绍数字计算机的基本组成 二 计算机的工作步骤 介绍数字计算机的工作步骤 第三节第三节 计算机硬件的主要技术指标 计算机硬件的主要技术指标 0 50 5 学时 学时 计算机硬件的主要技术指标 精品文档 3欢迎下载 复习与思考题 复习与思考题 1 数字计算机如何分类 2 数字计算机主要应用有哪些 3 数字计算机的主要组成部分有哪些 4 计算机的系统软件包括哪几类 第二章第二章 总线系统总线系统 2 2 学时 学时 教学目标和要求 教学目标和要求 通过学习本章 使学生掌握总线的概念和基本技术 掌握当前流行的 PCI 总线的结构 要求学生 1 掌握总线的特性和性能指标 2 掌握单机系统中总线结构的基本类型 3 掌握总线传送信息的方式 教学重点和难点 教学重点和难点 本章重点 1 总线的特性和性能指标 2 总线的仲裁方式和定时方式 本章难点 总线的仲裁方式和定时方式 教学方式 教学方式 课堂讲授 2 学时 第一节第一节 总线的概念总线的概念 1 1 学时 学时 一 总线的基本概念 介绍总线的特性和总线带宽 二 总线的连接方式 介绍单机系统总线结构的三种类型 三 总线结构对计算机系统性能的影响 介绍总线结构对计算机的最大存储容量 指令系统和吞吐量的影响 精品文档 4欢迎下载 第二节第二节 总线分类总线分类 1 1 学时 学时 介绍片内总线 系统总线 通信总线 复习与思考题 复习与思考题 1 总线的特性有哪些 如何计算总线带宽 2 片内总线 系统总线 通信总线区别 第三章第三章 运算方法和运算器 运算方法和运算器 1616 学时 学时 教学目标和要求 教学目标和要求 通过学习本章 使学生掌握各种数据 字符在计算机中的表示方法 掌握 运算器的功能 组成和工作原理 要求学生 1 掌握定点数 浮点数 字符和汉字的表示方法 数的机器码表示 2 掌握定点加 减法运算 定点乘除法运算 浮点加 减法运算的实现方 法 3 掌握定点运算器 浮点运算器的基本结构和工作原理 教学重点和难点 教学重点和难点 本章重点 1 定点数 浮点数的表示方法 数的机器码表示 2 定点加减法运算 定点乘除法运算 浮点加减法运算 3 定点运算器 本章难点 定点乘除法运算 浮点加减法运算 教学方式 教学方式 课堂讲授 14 学时 习题课 2 学时 第一节第一节 无符号数和有符号数无符号数和有符号数 1 1 学时 学时 一 无符号数 介绍无符号数表示法 二 有符号数 介绍无符号数表示法 精品文档 5欢迎下载 第二节第二节 数的定点表示和浮点表示数的定点表示和浮点表示 2 2 学时 学时 一 数的定点表示 介绍数的定点表示 二 数的浮点表示 介绍数的浮点表示 第三节第三节 定点运算定点运算 8 8 学时 学时 一 补码加法 介绍补码加法公式 二 补码减法 介绍补码减法公式 三 溢出概念与检测方法 介绍溢出的概念 溢出的两种检测方法 双符号位法和单符号位法 四 基本的二进制加法 减法器 介绍行波进位的补码加法 减法器 五 原码乘法 介绍原码乘法运算过程 六 原码除法 介绍原码除法运算过程 第四节第四节 浮点四则运算浮点四则运算 2 2 学时 学时 一 浮点加法 减法运算 介绍浮点加 减法运算的操作过程 二 浮点乘法 除法运算 介绍浮点乘法 除法运算规则和浮点乘 除法运算步骤 精品文档 6欢迎下载 第五节第五节 算术逻辑单元算术逻辑单元 1 1 学时 学时 一 逻辑运算 介绍逻辑非运算 逻辑加运算 逻辑乘运算和逻辑异或运算 二 多功能算术 逻辑运算单元 介绍多功能算术 逻辑运算单元 ALU 的基本思想 逻辑表达式 还介绍了 ALU 芯片 74181 和先行进位发生器 74182 的逻辑电路 复习与思考题 复习与思考题 1 已知一个数的原码 如何求它的补码 2 试说明乘法器原理 3 试说明不恢复余数阵列除法器的工作原理 4 试说明多功能算术 逻辑运算单元的基本思想 5 试说明浮点加 减法运算的操作过程 第四章第四章 存储系统存储系统 1010 学时 学时 教学目标和要求 教学目标和要求 通过学习本章 使学生掌握各类半导体存储器的工作原理和特性 主存储 器容量的扩充方法 多级存储器的层次结构 要求学生 1 掌握主存储器的主要技术指标 2 掌握静态 MOS 存储器 SRAM 的结构和工作原理 3 掌握动态 MOS 存储器 EPROM 的工作原理 4 掌握 SRAM EPROM 与 CPU 连接的方法 5 掌握 Cache 的工作原理 主存与 Cache 的地址映射方式 教学重点遇难点 教学重点遇难点 本章重点 1 各类半导体存储器的工作原理 2 主存储器容量的扩充方法 3 虚拟存储器 精品文档 7欢迎下载 4 多级存储器的层次结构 本章难点 1 主存储器容量的扩充方法 2 虚拟存储器 教学方式 教学方式 课堂讲授 8 学时 习题课 2 学时 第一节第一节 存储器概述 存储器概述 1 1 学时 学时 一 存储器分类 介绍存储器的作用和存储器的五种分类方法 二 存储器的分级结构 介绍多级存储系统的层次结构和每级存储器的职能 三 主存储器的技术指标 介绍主存储器的主要技术指标 第二节第二节 主存储器主存储器 4 4 学时 学时 一 SRAM 存储器 主要介绍 SRAM 存储器的原理 SRAM 存储器的结构 SRAM 存储器芯片与 CPU 的连接方式 二 DRAM 存储器 介绍 DRAM 存储元的工作原理 DRAM 存储器芯片和 DRAM 的刷新 三 主存储器与 CPU 的连接 第三节第三节 CacheCache 存储器存储器 2 2 学时 学时 一 Cache 基本原理 介绍 Cache 的功能 工作原理 Cache 的命中率 二 主存与 Cache 的地址映射 介绍三种映射方式 全相联映射 直接映射和组相联映射 三 替换策略 精品文档 8欢迎下载 介绍常用的三种替换算法 四 Cache 的写操作策略 介绍三种写操作策略 五 奔腾 PC 机的 Cache 奔腾 PC 机采用两极 Cache 结构 集成在 CPU 内的是一级 Cache 安装在主 板上的是二级 Cache 第四节第四节 辅助存储器辅助存储器 1 1 学时 学时 一 硬盘的原理 介绍硬盘的储存原理 复习与思考题 复习与思考题 1 在设计主存储器时 如何将存储器芯片与 CPU 连接 2 在三级存储器体系结构中 各级存储器的职能是什么 3 主存与 Cache 的地址映射方式有那三种 4 试说明段页式虚拟存储器地址变换过程 第五章第五章 指令系统指令系统 7 7 学时 学时 教学目标和要求 教学目标和要求 通过学习本章 使学生掌握指令的格式 地址码的结构 指令和数据的寻 址方式 指令的类型 为下一章分析 CPU 的组织打下基础 要求学生 1 掌握指令的格式和地址码的结构 2 掌握指令和数据的寻址方式 3 掌握堆栈的概念和两种堆栈的结构 4 掌握指令的分类 5 掌握精简指令系统的特点 教学重点和难点 教学重点和难点 本章重点 指令的格式 地址码的结构和寻址方式 精品文档 9欢迎下载 本章无难点 教学方式 教学方式 课堂讲授 6 学时 习题课 1 学时 第一节第一节 机器指令机器指令 0 50 5 学时 学时 一 机器指令格式 介绍机器指令格式 二 机器指令字长 介绍机器指令字长 第二节第二节 操作数类型和操作类型操作数类型和操作类型 1 51 5 学时 学时 一 操作数类型 二 操作类型 第三节第三节 指令和数据的寻址方式指令和数据的寻址方式 3 3 学时 学时 一 指令的寻址方式 指令的寻址方式有两种 一种是顺序寻址方式 另一种是跳跃寻址方式 二 操作数的寻址方式 介绍了九种寻址方式 三 寻址方式举例 第四节第四节 RISCRISC 和和 CISCCISC 1 1 学时 学时 一 RISC 介绍 介绍 RISC 概念 二 CISC 介绍 介绍 CISC 概念 复习与思考题 复习与思考题 1 试说明指令操作码 地址码的功能和地址码的结构 2 试说明操作数的寻址方式有哪几种 精品文档 10欢迎下载 3 试说明存储器堆栈进栈和出栈的操作过程 第六章第六章 中央处理器中央处理器 2323 学时 学时 教学目标和要求 教学目标和要求 通过学习本章 使学生掌握 CPU 的功能和逻辑组成 从指令流程和微操作 命令序列这两个层次上懂得计算机是如何工作的 要求学生 1 掌握 CPU 的功能和基本组成 2 掌握指令的执行过程 3 掌握微程序控制器的工作原理 4 掌握机器指令与微指令的关系 5 掌握微程序设计技术 教学重点和难点 教学重点和难点 本章重点 CPU 的功能和基本组成 微程序控制器的工作原理 微程序设 计技术 本章难点 微程序设计技术 教学方式 教学方式 课堂讲授 19 学时 习题课 4 学时 第一节第一节 CPUCPU 的功能和结构 的功能和结构 2 2 学时 学时 一 CPU 的功能 介绍 CPU 四个方面的功能 二 CPU 的基本组成 介绍控制器 运算器的组成和功能 三 CPU 中的主要寄存器 介绍 CPU 中六类寄存器的作用 四 操作控制器与时序产生器 操作控制器有三种类型 其作用是在各寄存器之间建立数据通路 时序产 生器的作用是对各种操作实施时间上的控制 精品文档 11欢迎下载 第二节第二节 指令周期指令周期 2 2 学时 学时 一 指令周期的基本概念 介绍指令周期的概念和指令周期 CPU 周期 时钟周期三者之间的关系 二 CLA 指令的指令周期 CLA 是一条非访内指令 分析这条指令的执行过程 三 ADD 指令的指令周期 ADD 是一条访内存指令 分析这条指令的执行过程 四 STA 指令的指令周期 STA 是一条访问内存的存数指令 分析这条指令的执行过程 五 NOP 指令和 JMP 指令的指令周期 分析 NOP 指令和 JMP 指令的执行过程 六 用方框图语言表示指令周期 介绍如何用方框图语言来表示机器指令的周期 第三节第三节 指令流水指令流水 2 2 学时 学时 一 指令流水原理 二 影响流水线性能因素 第四节第四节 中断系统中断系统 2 2 学时 学时 中断系统工作过程 第五节第五节 控制单元的功能 控制单元的功能 4 4 学时 学时 一 微操作命令的分析 介绍取指令周期 间址周期 执行周期 中断周期 二 控制单元的功能 介绍控制单元特性 控制方式 精品文档 12欢迎下载 第六节第六节 控制单元的设计控制单元的设计 5 5 学时 学时 一 微程序设计思想 二 微程序控制单元工作原理 三 微指令的编码方式 四 微指令格式 微指令格式大体上分为两类 水平型微指令和垂直型微指令 介绍了每种 微指令的格式 第七节第七节 控制单元的设计举例控制单元的设计举例 2 2 学时 学时 微程序设计举例 复习与思考题 复习与思考题