计算机组成原理教学大纲

1、计算机组成原理课程英文名：Computer Organization学分：4课内总学时：64开课学院：计算机学院开课教研室：课程编号：课程类别：学科基础课课程性质：必修向向专业：计算机科学与技术专业、网络工程专业、软件工程专业注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课/实践课/通识类选修课；课程性质是指必修/限选/任选一、课程的任务和教学目的计算机组成原理是计算机专业的一门专业主干课程，其任务是使学生掌握计算机的基本工作原理，深刻理解程序在计算机硬件上被执行的过程，为培养学生对计算机系统进行分析、设计、开发、使用的能力奠定基础。本课程以Yy-Z02计算机组成原理模型机为实例，重点讲述计算机

2、单处理器系统的硬件组成与工作原理，同时介绍当前计算机系统的新技术和发展趋势。该课程在专业课程体系中起承前启后的作用。 二、课程内容与基本要求 1、 概论了解电子计算机的发展简史，应用领域，理解冯 诺依曼体系结构的存储程序概念及计算机的基本特点，了解多核的基本概念及其处理器芯片的发展情况，掌握计算机系统的硬件组成和层次结构。数据表示与运算(1)信息编码与数据表示了解非数值数据的表示方法和编码，掌握数制及其转换，掌握定点机器数(原码、反码、补码、移码)和浮点机器数的表示方法及特点，理解常用的几种数据校验码。(2)运算方法和运算器掌握定点加减运算及其实现，掌握定点原码乘除运算的基本方法，掌握浮点机器

3、 数加减和乘除运算原理，理解快速乘除法运算技术， 掌握运算器部件的组成和数据通路， 了解典型运算器实例的结构及原理，了解向量化、并行计算等概念和基本原理。存储系统理解存储器分类及存储系统的层次结构，主存储器的技术指标，理解静动态存储器的组成及工作原理，理解 CPU读写存储器的基本过程，掌握静态存储器的扩充及与CPU的连接，掌握动态存储器的刷新控制，理解各种高速存储器的原理，掌握高速缓冲存储器 Cache 的基本原理、地址映射方法、替换策略以及Cache 一致性的概念，了解 RAID存储阵列、虚拟存储器等概念。4、指令系统了解计算机指令系统的发展，掌握机器指令格式及各种寻址方式，理解指令类型，掌

4、握机器指令与汇编指令的关系，了解典型指令系统，比如SSE系列指令集等实例。控制器掌握控制器组成及功能，掌握指令的执行过程和指令周期的概念。掌握硬联逻辑控制器的设计原理和特点，掌握微程序控制器的原理、设计技术及实现方法，理解动态微程序设 计方法，理解控制器的控制方式，理解流水线的基本原理，了解多核处理器超标量流水线的 基本原理。理解 RISC和CISC的概念，了解典型 CPU的结构和特性。输入输出系统理解输入输出系统的构成和工作方式，理解接口的概念，理解主机与外设交换信息的几种方式，掌握中断的基本概念，理解中断服务等过程。总线了解总线的特性、结构、仲裁方式及常用的总线标准。三、实践环节及基本要求

5、另设课程计算机组成原理课程设计完成实践环节，详见计算机组成原理课程设计课程大纲。四、与各课程的联系先修课程：脉冲与数字电路、计算机导论五、对学生能力培养的要求使学生在掌握计算机基本工作原理的基础上，建立起计算机系统整机概念，培养学生对计算机系统进行分析、设计、开发、使用的能力，最终能设计一个完整的简单计算机。六、学时分配课内总学时64概论2学时计算机硬件基础1学时数据表示与运算(1)信息编码与数据表示9学时(2)运算方法与运算器10学时存储系统12学时指令系统6学时控制器20学时输入输出系统2学时总线2学时七、教材与参考书教材：计算机组成原理与系统结构，包健、冯建文、章复嘉，高等教育出版社，2

6、009.9 ,ISBN978-7-04-027887-3参考书：（1）计算机组成原理，包健、冯建文、章复嘉，浙江科学技术出版社，2004.8Intel微处理器（英文版？ 第7版），Barry B.Brey （美），机械工业出版社，2006.8（3）计算机组成与设计硬件/软件接口（英文版？第3版），David A.Pattterson著（美）, 机械工业出版社，2007.3（4）计算机组织与结构：性能设计（第7版），William Stallings著（美），张昆藏等译， 清华大学出版社，2006.3（5）计算机系统组成与体系结构，John D.Carpinelli著（美），李仁发 等译，人民邮

7、电出版社，2003.8（6） HARDWARE AND COMPUTER ORGANIZATION（英文影印版）,ARNOLDS.BERGER 著（美），机械工业出版社，2006.1（7）计算机系统结构，胡越明，北京航空航天大学出版社， 2007.10（8）计算机硬件及组成原理，Arnold S.Berger著（美），吴为民 等译，机械工业出版社，2007.5（9）多核程序设计，多核系列教材编写组，清华大学出版社，2007.8（10）计算机组成原理（第三版），王爱英主编，清华大学出版社， 2001.2（11）计算机组成原理（第三版.网络版），白中英，科学出版社，2003.3八、说明本课程的理论

8、教学应与实验课紧密结合，使学生在理解计算机的组成原理的同时，通过实验与设计，产生更深刻的认识。要求理论教学的课内外学时比为1 ： 2;习题课视作业批改情况机动安排。（执笔：章复嘉）计算机组成原理课程设计课程英文名：Course Design for Computer Organization学分：1总学时：32实验时间：20开课学院：计算机学院开课教研室：课程编号：课程类别：实践课课程性质：必修向向专业：计算机科学与技术、网络工程专业、软件工程专业注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课/实践课/通识类选修课；课程性质是指必修/限选/任选一、目的和任务本课程是与计算机组成原理 相配套的实

9、践环节。 利用Yy-z02计算机组成原理实验 系统”，要求学生了解8位模拟机的构成原理， 掌握微程序的编制， 深入了解程序在 CPU中 的执行过程，从而学习软、硬件设计方法、调试方法，进一步加深理解所学理论课的内容。 二、内容与要求.要求：了解计算机组成原理实验系统的设计目标、技术指标及结构原理；掌握实验系 统的指令的结构及用法；理解实验系统的硬件设计思想，重点掌握运算器、微控器的 构成原理和设计方法；了解实验系统的主存储器和输入输出电路的构成；掌握实验系 统的上位机软件的使用方法；重点掌握复杂模型机的结构，掌握动态微程序的设计与 实现。.内容：运算器实验包括算术逻辑运算实验、进位控制实验和移

10、位控制三个实验。算术逻辑运算实验要求掌握简单运算器的数据传送通路，掌握运算器功能发生器 (74LS181 )的各种运算功能。进位控制实验要求掌握算术运算器的带进位控制的设计方法。 移位控制实验要求掌握算术和逻辑移位电路的控制。存储器及总线实验包括存储器的读/写和总线数据传送控制两个实验。 存储器的读/写实验要求掌握主存储器的构成和工作特性，重点掌握读和写主存储 器的方法。总线数据传送控制实验要求掌握用总线控制数据传送的方法。微控器及上位机软件认识性实验包括脱机方式下微码的装入及执行，联机方式下微码的装入及执行。要求掌握怎样使用上位机软件的装入、执行程序、微程序的方法。简单模型机设计与实现实验包

11、括程序、微程序的输入，理解简单模型机上程序、微程序的执行原理。理解程序、 微程序在执行时相互的关系。动态微程序的设计与实现包括程序、微程序的输入，理解复杂模型机上指令操作码二次译码，多种寻址方式、 中断在复杂模型机上的实现，以及程序代码和微代码的编写。综合性实验为解决某给定问题自行设计程序、微程序，并进行调试。三、时间安排总学时32学时，其中讲课12学时，实验及设计 20学时。绪论0.5学时实验一运算器实验讲授实验原理3.5学时实验6学时实验二存储器及总线实验讲授实验原理2学时实验2学时实验三微控器及上位机软件认识性实验讲授实验原理2学时实验2学时实验四简单模型机设计与实现实讲授实验原理3学时

12、实验3学时实验五动态微程序设计与实现讲授实验原理1学时实验3学时实验六综合性实验4学时四、先修课程和环节数字电路与逻辑设计、汇编语言程序设计、计算机组成原理五、考核方式与成绩评定考核方式：要求每人/组，分别对每个学生进行考核。成绩评定：考核分为优、良、中、及格和不及格五个等级。成绩评定的依据是：平时实验情况40%,平时实验行为规范 20%,实验报告10%,最后口试和笔试30%六、教材与参考书教材：计算机组成原理实验及学习指导，章复嘉、冯建文、赵建勇，电子工业出版社，2012.1 , ISBN 978-7-121-15299-3参考书：(1)计算机组成原理与系统结构，包健、冯建文、章复嘉，高等教

13、育出版社，2009.9(2)计算机组成原理与系统结构实验指导书，包健、冯建文、章复嘉，高等教育出版社，2010.8(3)计算机组成原理，包健、冯建文、章复嘉，浙江科学技术出版社，2004.8(4)计算机组成原理实验指导，张建中、严义，浙江科学技术出版社，2006.10Intel微处理器(英文版？ 第7版)，Barry B.Brey (美)，机械工业出版社，2006.8(6)计算机组成与设计硬件/软件接口(英文版？第3版)，David A.Pattterson著(美), 机械工业出版社，2007.3(7)计算机组织与结构：性能设计(第7版)，William Stallings著(美)，张昆藏等译， 清华大学出版社，2006.3(8)计算机系统组成与体系结构，John D.Carpinelli著(美)，李仁发 等译，人民邮电出版社，2003.8HARDWARE AND COMPUTER ORGANIZATION(英文影印版),ARNO