计算机系《计算机组成原理》教学大纲

1、计算机系计算机组成原理课程教学大纲课程编号：10110084 课程性质：专业基础课 先修课程：数字逻辑、汇编语言 总学时数：72+12 适合专业：计算机科学与技术 学 分：4 （一） 课程教学目标“计算机组成”课是计算机硬件专业主干课程之一，主要通过介绍计算机单机内部结构原理、设计方法、分析方法，使学生掌握基本的专业思想，即建立起所谓的“整机”概念，为学生将来设计、开发、维护、使用计算机打基础。在计算机技术日新月异发展的今天，专业知识的更新能力愈显重要，学好“组成”课，将为学生奠定深厚的专业潜力和良好的专业素质，使之能够适应这种快速变化的局势。（二） 课程目的与任务本课程以理论教学为主，配合适

2、当的课程设计和实验教学，其中，课程设计与实验另开课。1、 理论教学：通过课堂讲授使学生初步掌握本课程的基本理论、分析方法和设计方法，初步建立起专业思想，培养学生最基本的解决相关专业问题的能力。2、 课程设计：课程设计是在理论教学的基础上，通过让学生设计一到两个相对完整的计算机功能部件，使学生对课堂知识的理解得到进一步加深和巩固，使学生的独立设计能力得到锻炼。3、 实验教学：通过安排一定数量的实验，使学生对所学理论知识有更深和更直观的体会，配合课程设计，进一步培养学生的实际动手能力。特别需要强调的是，实践环节是学生最终能否建立起“整机”概念的至关重要的一步。（三） 理论教学的基本要求第一章 计算

3、机系统概论11 计算机的分类和应用 （了解）12 计算机硬件 （重点）13 计算机软件 （了解）14 计算机系统的层次结构 （重点）要求：通过本章的讲述，使学生初步掌握计算机系统的基本概念及基本结构，为进一步深入学习打下基础。第二章 运算方法和运算器 （重点）21 数据与文字的表示方法22 定点加法、减法运算23 定点乘法运算24 定点除法运算25 逻辑运算26 定点运算器的组成27 浮点运算方法和浮点运算器要求：从本章开始，对计算机内部的五大部件一一进行讨论，通过本章的学 习，使学生掌握计算机中信息的表示方法，运算的实现方法，信息的流动方式，运算器部件的组成结构及设计方法。第三章 存储系统3

4、1 存储器概论 （了解）32 半导体读写存储器 （重点）33 半导体只读存储器 （重点）34 高速存储器简介 （了解）要求：使学生掌握存储系统的基本概念，主存的主要技术指标，主存的组成结构及设计方法。第四章 指令系统41 指令系统的发展与性能要求 （了解）42 指令格式 （重点）43 指令和数据的寻址方式 （重点）44 堆栈寻址方式 （重点）45 典型指令 （了解）要求：使学生了解指令系统的概念，指令格式的基本特点，所需硬件支持，掌握简单的指令格式设计技术，为进一步学习CPU结构打基础。第五章 中央处理器51 中央处理器的功能和组成 （重点）52 指令周期 （重点）53 时序产生器和控制方式

5、（重点）54 微程序控制器 （重点）55 微程序设计技术 （重点）56 硬布线控制器和门阵列控制器 （了解）57 典型的CPU （了解）要求：使学生了解控制器的基本工作原理，建立起计算机运行的“时空”概念，掌握微程序控制器的基本设计方法，及硬布线控制器的基本设计思想。第六章 系统总线 （了解）61 单机系统的总线结构62 总线接口63 总线的控制和通信64 典型总线要求：使学生了解计算机内的连接部件总线、接口的基本结构，及机內的通信方式。第七章 外围设备71 外围设备概述 （了解）72 显示设备 （重点）73 打印设备 （了解）74 输入设备 （了解）75 硬磁盘存储设备 （重点）76 软磁盘

6、存储设备 （重点）77 磁带存储设备 （了解）78 光盘存储设备 （了解）要求：使学生了解计算机系统中常用外设的基本结构，主要技术指标，工作原理等知识，重点掌握磁盘、CRT的特性。第八章 输入输出系统81 外围设备的定时方式与信息交换方式 （了解）82 程序查询方式 （重点）83 程序中断方式 （重点）84 DMA方式 （重点）要求：使学生了解计算机系统中I/O交换方式的实现方法，所需硬件接口的基本结构，软硬件的分工配合及工作过程。（四） 实验教学要求： 序号实验数据通道实验名称内容提要实验学时每组人数实验属性开出要求运算器组成实验验证SN74181运算器的算术运算及逻辑运算功能，从而理解运算

7、器的工作原理。32验证必做半导体存储器原理实验掌握存储器的存储原理及寻址方式，完成存储器的读写操作。32验证必做数据通道实验掌握整机的工作原理，包括从数据的输入，运算及将数据从存储器中读出、写入等。从而掌握信号之间的相互关系，了解数据通路的形成，掌握组成原理的“时空”特性。32验证必做4微程序设计实验掌握微程序的设计方法，学会编写微程序，并在实验机上实现相应指令的功能，了解实验机控制器的构成。32设计选做（五） 课内学时分配章内 容参考学时1第一章 计算机系统概论22第二章 运算方法和运算器143第三章 存储系统 124第四章 指令系统 4.1指令系统的发展与性能要求 4.2指令格式 4.34

8、.5 85第五章 中央处理器 5.1中央处理器的功能和组成 5.2指令周期 5.35.7206第六章 系统总线27第七章 外围设备 88第八章 输入输出系统6（六） 大纲内容第一章 计算机系统概论 学时数：2 教学方式：讲授 教学知识点：1计算机的分类及应用（了解） 2计算机的硬件组成（掌握）3计算机系统的层次结构（掌握）第二章 运算方法和运算器 学时数：14 教学方式：讲授 教学知识点：1数字与文字的表示方法（掌握）2定点加法运算的算法与实现（掌握）3定点减法运算的算法与实现（掌握）4溢出的概念与检测方法（掌握）5基本的二进制加/减法器的设计与实现（掌握）6基本的十进制加法器的设计与实现（掌

9、握）7原码一位串行乘法算法及原码阵列乘法器（掌握）8带求补电路的补码阵列乘法器（掌握）9原码一位除法算法（掌握）10原码阵列除法器（了解）11利用原码阵列除法器实现补码除法的设计思路（了解）12定点运算器的组成与结构（掌握）13浮点加减运算算法（掌握）14浮点乘除运算算法（了解）15浮点运算器的设计与实现（了解）第三章 存储系统学时数：12 教学方式：讲授 教学知识点：1 静态存储器（SRAM）的组成（基本存储元及芯片）（了解）2SRAM的读、写周期（了解）3SRAM与CPU的连接方法（掌握） 4动态存储器（DRAM）的组成（基本存储元及芯片）（了解）5DRAM的刷新概念及刷新方式（掌握）6D

10、RAM与CPU的连接方法（了解）7DRAM的研制与发展状况（了解）8只读存储器的概念（掌握）9闪速存储器的概念（掌握）10双端口存储器的概念（掌握）11多模块交叉存储器原理（掌握） 12相联存储器的概念（了解） 13Cache存储器的地址映射方式（掌握）第四章 指令系统学时数：8 教学方式：讲授 教学知识点：1指令系统的发展与性能要求（了解）2指令的格式（掌握）3指令和数据的寻址方式（掌握）4串联堆栈与存储器堆栈（了解）5指令的分类（掌握）第五章 中央处理器（CPU）学时数：20 教学方式：讲授 教学知识点：1中央处理器的功能和组成（掌握）2指令周期的基本概念（掌握）3典型指令的指令周期（掌握

11、）4表示指令周期的方框图语言（掌握）5时序信号的作用和体制（掌握）6时序信号产生器的设计（掌握）7计算机的控制方式（了解）8微程序控制的基本概念（掌握）9微程序控制器的原理（掌握） 10微指令的操作控制字段的设计（掌握） 11微指令的顺序字段的设计（掌握） 12水平型微指令与垂直型微指令的概念（掌握）13动态微程序设计技术（了解）14微程序控制计算机的设计方法（掌握）15硬布线控制器的基本原理（掌握）第六章 总线系统学时数：2 教学方式：讲授 教学知识点：1总线的概念和结构形态（掌握）2总线上的信息传送方式（掌握）3总线接口的基本概念（掌握）4总线的仲裁（掌握）5总线的定时（掌握）6总线数据的

12、传送模式（了解）7ISA总线（了解）8PCI总线（了解）第七章 外围设备学时数：8 教学方式：讲授 教学知识点：1外围设备的一般功能（掌握）2外围设备的分类（掌握）3字符显示器的工作原理（了解）4图形显示器的原理（了解）5图像显示的原理（了解）6IBM PC系列机的显示系统（了解）7常用的输入设备和打印设备（了解）8磁记录原理与记录方式（掌握）9硬磁盘存储器的组成及工作原理（掌握）10硬磁盘存储器的技术指标（掌握）11软磁盘存储器的组成及工作原理（了解）12磁带存储设备的组成及工作原理（了解）13光盘存储设备的类型及读写原理（了解）14光盘的信息记录方式（掌握）第八章 输入输出系统（I/O系统

13、）学时数：6 教学方式：讲授 教学知识点：1外围设备的定时与信息交换方式（了解）2程序中断方式的工作原理（掌握）3程序中断方式的基本接口（掌握）4DMA的基本概念（掌握）5DMA的传送方式及传送过程（掌握）6DMA控制器的组成及工作原理（掌握）7通道的基本概念（了解）8通道的类型及通道结构的发展（了解）七、课程有关说明 依据计算机科学与技术本科专业学生培养目标制订。 在学习计算机组成原理之前，必须具备基本的电子线路、数字逻辑的相关知识，能够进行简单的电路分析和设计能力；掌握基本的汇编语言知识，能够分析汇编指令的执行过程；本课程正是在以上必备知识的基础上，进行计算机的运算器、控制器、指令系统、存储系统等各个组成部分的设计。 执行本大纲时应该注意两个方面的问题：1.理论与实践的结合；2.在理论与实践结合的基础上，培养学生的时间空间的概念。 主要教学方式：多媒体教学与黑板教学相结合。 考核方式：闭卷考试，满分100分。其中，期末考试成绩占总分的70，平时成绩加实验成绩占总分的30。八、主要教学方