《计算机组成原理合作办学》课程教学大纲

《计算机组成原理》教学大纲课程英文名PrincipleofComputerOrganization课程代码03M0099学分3.5总学时56理论学时44实验/实践学时12课程类别学科基础课课程性质限选先修课程计算机科学技术导论适用专业计算机科学与技术（合作办学）开课学院信息工程学院一、课程地位与课程目标（一）课程地位本课程是计算机科学与技术专业的专业基础课，主要讲授有关计算机（运算器、控制器、存储器、I/O接口等）的硬件组成及工作原理，理解计算机的基本组成，了解存储器、输入输出系统以及连接CPU、存储器和I/O之间的通信总线，CPU的特性、结构和功能，包括计算机的基本运算、指令系统和中断系统等，学习采用组合逻辑和微程序方法设计控制单元的设计思路和实现措施。使学生建立计算机系统的整体概念，并深刻理解计算机各子系统之间的相互联系以及各自在计算机整机中的地位和作用。其任务是使学生掌握计算机硬件各子系统的组成原理及实现技术，掌握计算机各组成部件是怎样构成一个整机系统的，以及如何协调一致地完成计算机的各种基本功能。通过本课程专业知识的学习，掌握计算机系统的分析和设计的基本方法，培养学生设计开发计算机系统的能力，该课程的学习使得学生能够掌握利用计算机解决实际问题必要的基本技能和方法，能够从事研究、开发与测试计算机软硬件的相关工作，了解计算机技术领域相关行业的国际状况和最新动态，具备一定的国际视野，为后续的毕业设计和从事计算机方面的工作奠定基础。（二）课程目标课程目标毕业要求目标分类1.理解计算机的基本组成，了解存储器、输入输出系统以及连接CPU、存储器和I/O之间的通信总线，建立计算机系统的整体概念。问题分析记忆理解分析2.掌握CPU的特性、结构和功能，包括计算机的基本运算、指令系统和中断系统等，具备分析计算机硬件各子系统的组成原理及实现技术能力。问题分析设计/开发解决方法分析应用3.理解采用组合逻辑和微程序方法设计控制单元的设计思路和实现措施，掌握计算机系统的分析和设计的基本方法，初步具备设计开发计算机系统的能力。具有不断学习的精神和较强的适应发展能力以及对终身学习的正确认识。设计/开发解决方法研究分析应用设计二、课程目标达成的途径与方法课程目标教学环节对应内容课程目标1讲授第1、5、6、7章及作业实验三1.Overview5.MemoryHierarchy6.SystemBuses7.Input/Outputsystems课程目标2讲授第2、3章及作业实验一2.DataRepresentationandArithmetic3.InstructionSetArchitectures课程目标3讲授第4章及作业、小组课堂讨论实验二4.ProcessorArchitecture三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求2毕业要求3毕业要求5课程目标1H课程目标2MH课程目标3MH四、课程主要内容与基本要求第1章概论理解计算机软硬件概念、计算机系统的层次结构；计算机的基本组成、冯•诺依曼计算机的特点，掌握计算机系统概念，了解计算机的工作过程和主要性能指标。这部分是该课程的总体概述，本章概念、名词较多，这些只是为进一步深化学习打下基础。第2章运算方法和运算器掌握数据表示方法、机器数的定点表示与浮点表示、定点运算（算术移位和逻辑移位、补码加减、原码补码乘法、原码补码除法）；浮点四则运算；算术逻辑单元及进位链。这部分要使学生认识到计算机内部的各种运算与人们习惯的运算是不同的，不仅运算方法有差异，就是数的表示也不同。了解不同的运算方法对运算器结构的影响，以及提高运算速度采取的各种措施。第3章指令系统掌握机器指令的格式、操作数类型和操作类型，寻址方式及指令格式举例，了解指令类型划分与应用。要求学生理解机器的指令系统决定了一台计算机的功能，而一旦计算机的指令系统确定以后，计算机的硬件必须给予支持。第4章中央处理机掌握中央处理器的功能和组成、控制器的组成和实现方法、微程序控制原理；理解时序系统与控制方式、控制单元的设计；了解流水线技术、精简指令系统计算机RISC。本章包含了实现一个处理器所需的原理和技术知识，一个更实际的流水化MIPS实现，这部分内容要安排一个设计性试验，培养学生设计开发计算机系统的能力。第5章存储系统掌握存储系统的组成、分类和层次结构，掌握高速缓冲存储器Cache的基本结构及工作原理、Cache--主存地址映像、替换算法；理解半导体随机存储器（静态RAM和动态RAM）和只读存储器（ROM）、主存储器的连接与控制、提高主存读写速度的技术、多体交叉存储技术。了解外围设备概述、新型辅助存储器、磁介质存储器的性能和原理、磁介质存储设备，理解磁盘阵列、光盘存储器、键盘输入设备、打印输出设备、显示设备。学生必须掌握各类存储器的工作原理，以及各类存储器在存储器的存储层次结构中各自起的作用。第6章总线系统掌握总线的基本概念；总线的分类；总线特性及性能指标；总线结构；总线控制。理解计算机各子系统之间的相互联系。第7章输入输出系统掌握主机与外设的连接、程序查询方式及其接口、中断系统和程序中断方式，理解DMA方式及其接口、通道控制方式。五、课程学时安排章节号教学内容学时数学生任务对应课程目标1Overview4完成作业1题课程目标12DataRepresentationandArithmetic8+4完成作业2题课程目标23InstructionSetArchitectures6完成作业1题课程目标24ProcessorArchitecture12+4完成作业2题安排专题讨论课程目标1课程目标2课程目标35MemoryHierarchy8+4完成作业2题课程目标16SystemBuses2完成作业1题课程目标17Input/Outputsystems4完成作业1题课程目标1六、实践环节及基本要求序号实验项目名称学时基本要求学生任务实验性质实验类别1ArithmeticUnit4掌握简单运算器的数据传输方式；掌握运算功能发生器的控制方法及功能掌握进位控制的组合功能掌握数字电路的基本设计方法将数据写累加器和工作寄存器，并用开关控制ALU的运算方式，实现运算器的功能验证性必做2ControlUnit4掌握微程序的设计方法掌握程序设计方法掌握数据流分析及控制方法完成微程序控制器设计设计性必做3MemoryandI/O4熟悉存储器和总线组成的硬件电路,设计位扩展字扩展功能实现程序存储器的读写操作和扩展验证性必做注：1.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等；2.实验类别指必做、选做等。七、考核方式、成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核含到课率、课堂讨论发言、平时作业等点名记录讨论发言记录作业批改成绩20%实验考核操作及实验报告操作成绩报告批改成绩20%期末考核闭卷或开卷卷面成绩60%考核类别考试成绩登记方式百分制八、推荐教材与主要参考书（一）推荐教材：1、(美)DavidA.PattersonandJohnL.Hennessy:ComputerOrganizationan