《计算机组成与结构》教学大纲.doc

计算机组成与结构教学大纲课程名称：计算机组成与结构适用班级：2017级计算机科学与技术（专升本 函授）；2017级计算机应用技术（专科 函授）；辅导教材：计算机组成原理,唐朔飞主编，高等教育出版社一、课程目标计算机组成与结构是计算机科学与技术、物联网工程、软件工程及相关专业的一门学科基础必修核心课，起着联系硬件设计类课程与软件设计类课程的纽带作用，在培养学生计算机硬软件设计能力、硬件测试和工程实践能力等方面占有极其重要的地位。本课程的任务是通过课堂教学，使学生获得计算机组成与结构方面的基本知识，培养应用计算机体系结构和硬件算法编译的设计能力，支撑专业学习成果中相应指标点的达成。课程目标对学生能力要求如下：课程目标 1. 深刻理解单核和多核计算机组成模块各个部分的含义，掌握计算机系统总线互连方式，存储器的层次结构设计、输入输出系统的数据传送方式、培养学生在计算机系统模块化层面的设计能力。课程目标 2. 掌握CPU的结构和功能，计算机定点和浮点计算方法，理解指令系统的设计原理，培养学生初步具备指令设计的能力。课程目标 3. 掌握控制单元的设计，理解组合逻辑设计和微程序设计的方法，理解微操作取指、间址、执行和中断周期，对多级时序系统要会设计命令控制字来控制算术逻辑计算单元。二、课程目标对学习成果的支撑关系课程目标对学习成果的支撑关系学习成果学习成果指标点课程目标1.工程知识1-3掌握计算机核心基础理论与知识，解决复杂计算机系统的设计问题。课程目标2课程目标 32.问题分析2-1 能够运用计算机组成工程学科思维，分析复杂计算机系统工程问题课程目标 13.设计/开发解决方案3-2 综合运用计算机组成原理理论，能够进行计算机软硬件产品的设计与开发。课程目标2课程目标 34. 研究4-3运用分析工具，剖析算法的时间和空间复杂度，验证计算机系统结构的原理，确保实验结果正确性和方案有效性。课程目标 1课程目标2课程目标 3三、教学内容与课程目标的关系课程教学内容与课程目标的关系序号教学内容教学要求推荐学时教学方式对应的课程目标11 概论(1)本课程研究对象和内容(2)学习本课程的目的(3)如何进行本课程的学习(4)计算机组成的概念、工作步骤、主要技术指标(5)计算机系统的层次结构(6)寄存器级的运算方法。(1)了解本课程性质和任务；(2)理解计算机系统结构及原理；(3)了解实现单核计算机组成部件； (4)了解基本运算部件的原理。2讲授课程目标 122.系统总线(1)系统总线的常用术语与定义(2)系统总线的分类(3)特性及性能指标(4)总线连接标准(5)总线结构(6)总线控制(1)掌握总线连接的基本术语及定义、面向CPU和存储器的总线连接原则。(2)理解片内总线、系统总线、通信总线的基本结构。(3)掌握总线的机械、电气、功能和时间特性；理解总线复用、同和异步总线。(4)掌握目前主流的ISA、PCI、USB、RS-232C等总线标准。(5)掌握单和多总线结构。(6)理解总线判优控制和总线通信控制。8讲授课程目标1课程目标 233.存储器(1)存储器的层次结构(2)主存储器与CPU互连(3)高速缓冲存储器Cache(4)辅助存储器(1)了解存储器的分类及其层次结构。(2)主存储器的技术指标。(3)动、静态随机存储器读、写周期时序。(4)动态随机存储器的集中、分散、异步刷新。(5)存储器与CPU的连接方法。(6)提高访存速度的措施。(7)高速缓冲存储器Cache的工作原理，Cache-主存地址直接、全相联、组相联映射。(8)Cache替换策略，六种磁记录方式，辅助存储器介绍。10讲授课程目标2课程目标 344. 输入输出系统(1)输入输出系统发展的四个阶段(2)I/O设备与主机的联系方式(3)I/O与主机信息传递控制(4)I/O接口(1)掌握接口模块和DMA阶段，通道结构的阶段。(2)掌握I/O软件和硬件。(3)理解I/O设备的立即响应、异步应答信号、同步时标联络方式。(4)掌握程序查询、程序中断、DMA信息传递控制方法。4讲授课程目标 1 课程目标255.计算机运算方法(1)无符号数和有符号数(2)数的定点和浮点表示(3)定点运算(4)浮点运算(5)算术逻辑单元(1)理解无符号数和有符号数的原、反、补码。(2)掌握定点和浮点数的表示方法及比较。(3)掌握IEEE 754标准。(4)掌握定点移位、加减、原和补码一位乘。(5)掌握浮点加减运算。(6)掌握ALU电路。8讲授课程目标 266.指令系统(1)指令格式(2)操作数和操作类型(3)寻址方式(4)RISC技术(1)理解指令的地址码和操作码。(2)理解数据在存储器的存放方式和数据传输类型。(3)掌握指令的寻址方式。(4)指令格式设计考虑因素。(5)理解RISC技术的特征。8讲授课程目标 1 课程目标 2 77.CPU的结构和功能(1)CPU内部结构(2)CPU寄存器组(3)指令周期(4)指令流水(5)中断系统(1)掌握CPU的基本功能。(2)理解CPU的寄存器组。(3)掌握指令周期数据流。(4)指令流水的原理，影响流水线性能的因素。(5)中断请求和中断判优逻辑。8课程目标2课程目标 388.控制单元(1)微操作命令(2)控制单元(3)组合逻辑设计(4)微程序设计(1)取指、间址、执行、中断周期微操作命令分析。(2)控制单元外特性和控制方式。(3)掌握组合逻辑单元框图和微操作节拍、设计步骤(4)微指令的编码方式。8课程目标2课程目标 39实验部分1.寄存器实验2.运算器实验3.数据输出实验4.存储器读写实验(1)掌握模型机中各种寄存器结构、原理及控制方法。(2)掌握模型机中算术、逻辑运算单元的控制方法。(3)掌握模型机中多寄存器接数据总线的实现原理(4)掌握模型机中程序存储器EM 的工作原理及控制方法8实验课程目标 3 四、课程考核方法检验课程目标达成度，评价学生学习成果达成度。考核环节包括平时成绩和期末考试成绩，总评成绩以百分计，满分100分，平时成绩由书面作业、大作业、实验、出勤，在团队中表现、学习态度等部分组成。各考核环节所占分值比例可根据具体情况微调，建议值及考核细则如下。考核依据建议分值考核/评价细则对应课程目标平时成绩30书面作业30(1)主要考核学生对每章节知识点的复习、理解和掌握程度。(2)每次作业按30分制单独评分，取各次成绩的平均值作为书面作业成绩。课程目标2课程目标3出勤10(1)根据学生出勤和课堂表现打分。(2)根据出勤情况，课堂表现，如课堂纪律、回答问题等情况，按10分制评分。课程目标 2课程目标3大作业40(1)考查应用所学知识，解决工程问题的实践能力、口头和文字表达能力，以及团队合作能力；(2)教师根据设计质量、报告和答辩情况评分，满分为40分。课程目标1课程目标 2实验20根据实验完成质量，以及实验报告质量评分，满分 20 分。课程目标3期末考 试70(1)卷面成绩 100 分。卷面成绩按比例计入课程总评成绩。(2)考核计算机系统总线、存储机制、控制机制、指令系统设计、缓存设计、定点和浮点数计算方法。考试题型为分析题、计算题、问答题、设计题。课程目标 2课程目标 3五、建议教材及参考书推荐教材：1唐朔飞.计算机组成原理(第2版).北京：高等教育出版社，2008主要参考书：1张晨曦.计算机体系结构M.北京：高等教育出版社，20082. 白中英.计算机组成原理 M.北京：高等教育出版社，20093Stallings W. Computer Organization and Architecture：Designing for Performance .8th ed.M.New York：Prentice Hall，20104. Patterson D A，Hennessy J L.Computer Organization and Design：The Hardware/Software I