计算机组成课程教学大纲

个人资料整理 仅限学习使用计算机组成原理课程教案大纲【课程名称】<ComputerOrganizationPrinciple【课程编码】JSZB0170【适用专业】计算机科学与技术【课 时】理论课时：72，实验课时：20【学 分】4

）【课程性质、目标和要求】计算机组成原理是计算机科学与技术专业的专业必修课之一。课程教案主要包括理论教案和实验教案两大部分。其中，理论教案着重基本理论，基本概念的学习，采用从抽象到具体的分析方法，通过计算机系统概论、数据信息的表示与处理、控制信息的表示与处理、存储系统与 I/O 系统等主要模块，讨论系统程序员所能见到的计算机硬件特性和计算机硬件的具体实现，并面向主题逐层面地讲解计算机系统结构、组成原理及硬件与软件的界面<即指令系统）跟整个计算机系统功能之间的关系。实验教案通过微机原理实验室开设的相关实验，注重培养学生独立分析和实验典型部件的工作过程，为后续课程的学习和系统开发工作打下扎实基础。教案目标力求学生掌握运算器、控制器、存储器的构成原理、指令流程、组合逻辑控制、微程序控制、I/O控制等内容；了解数据信息的表示、运算方法与各类半导体存储器、辅助存储器；了解目前各种新兴的计算机、外部设备、并行处理和计算机网络等相关内容。要求学生运用电子线路知识进一步掌握计算机硬件设计原理和实现技术；同时运用汇编语言程序设计知识进一步掌握指令系统和各种接口的应用。【教案时间安排】本课程计4学分，72+20学时,学时分配如下：理论课教案课时分配序号课程内容/实验名称实验备注课时类型1第1章计算机系统概论22第2章计算机的逻辑部件83第3章运算方法和运算部件84第4章主存储器45第5章指令系统106第6章中央处理部件CPU127第7章存储系统48第8章辅助存储器69第9章输入输出(I/O>设备610第10章输入输出(I/O>系统611第11章计算机系统412第12章计算机硬件设计和实现导论2合计72学时个人资料整理 仅限学习使用注:（1）课时是建议课时，教师可根据学生实际情况适当调整；（2）重点教案内容为1－10章，11、12章可根据情况调整；实验课教案课时分配序号课程内容/实验名称实验类型课时备注<学时）1绪论讲解22实验仪器的基本功能和操作方法讲解、学习23汇编语言程序设计实验综合4必做4运算器实验验证2必做5观察数据流程及测试相关信号验证2必做6存储器部件实验验证2必做7用微指令来完成一条机器指令验证2必做8微程序设计实验验证4选作9串行口实验综合4必做10整机故障模拟排查综合4选作实验1180X86masm32程序初步综合4选作实验12微型计算机系统组装综合8选作实验13计算机网络与通信综合4选作实验14硬件设计语言HDL初步综合20选作实验20[必做合 计部分]注：（1） 实验学时不含实验准备时间，只给出实验上机时间，要求学生在实验前弄清当次实验的要求，预先做好实验设计工作。2）实验仪器采用计算机原理实验室的微机原理实验设备、仪器；3）实验资料，采用实验仪器附带的实验资料；4）选作实验根据学生实际情况由任课教师选择执行；【教案内容要点】1、总论：<1）课程教案内容要求的层次划分为掌握、理解、了解三个层次，其中：掌握:要求学生能够全面、深入理解和熟练掌握所学内容，并能够用其分析、初步设计和解答与应用相关的问题，能够举一反三。理解:要求学生能够较好地理解所学内容，并且能够进行简单分析和判断。了解:要求学生能够一般地了解所学内容。<2）教材内容分割：第1章～第10章：是基本部分，着重阐述构成一台计算机的基本原理，着重于基本原理的理解。例如对于计算机的各个功能部件，应着重了解它们在整机中的作用以及由此而分配给各部件所要完成的任务，从而正确设计或选用硬件，而不致被众多的、风格各异的计算机结构及组成所迷惑。根据摩尔定律，半导体芯片的集成度每隔18个月翻一番，由此可理解计算机技术的发展是必然的，这就可以说明为什么过去仅在大型机中才采用的流水线组织、并行处理、cache等技术可以移到微处理器芯片中去实现，甚至还可实现二级个人资料整理 仅限学习使用cache和三级cache；为什么计算机中主存 DRAM的容量增加得这样快，而且又有多种 DRAM类型出现。第11章：对当前出现的多种计算机诸如笔记本电脑、多媒体PC、个人数字助理(PDA>等进行了分析，强调其特点。并行处理和计算机网络虽不是本书的重点，却是很重要的，了解一些概念是必要的。第12章：简单地讲述了计算机硬件设计的若干问题，目的是扩充知识面，作为计算机专业的学生，今后可能会有一部分人从事硬件设计工作。有一些基础知识后，可在工作中进一步自学。以下分章节列出教案内容要点：第1章计算机系统概论一、学习目的要求初步了解计算机语言，计算机硬件等概念，了解计算机系统的层次结构，电子计算机的发展简史，以及各种计算机的应用。二、主要教案内容第1章计算机系统概论1.1计算机的语言1.2计算机的硬件1.3计算机系统的层次结构1.4电子计算机的发展简史1.5计算机的应用第2章计算机的逻辑部件一、学习目的要求掌握：三种基本逻辑操作及布尔代数的基本公式,逻辑函数的化简,逻辑门的实现。理解：计算机中常用的组合逻辑电路<加法器、算术逻辑单元、译码器、数据选择器）、时序逻辑电路<触发器、寄存器和移位寄存器、计数器）了解：阵列逻辑电路<只读存储器ROM、可编程序逻辑阵列PLA、可编程序阵列逻辑PAL、通用阵列逻辑GAL、门阵列(GA>、宏单元阵列(MA>、标准单元阵列(SCA>、可编程序门阵列(PGA>二、主要教案内容第2章计算机的逻辑部件2.1三种基本逻辑操作及布尔代数的基本公式2.2逻辑函数的化简2.2.1代数化简法2.2.2卡诺图化简法2.3逻辑门的实现2.4计算机中常用的组合逻辑电路2.4.1加法器2.4.2算术逻辑单元2.4.3译码器2.4.4数据选择器2.5时序逻辑电路2.5.1触发器2.5.2寄存器和移位寄存器个人资料整理 仅限学习使用2.5.3 计数器2.6阵列逻辑电路2.6.1 只读存储器(ROM>2.6.2 可编程序逻辑阵列 (PLA>2.6.3 可编程序阵列逻辑 (PAL>2.6.4 通用阵列逻辑 (GAL>2.6.5 门阵列(GA>、宏单元阵列 (MA>、标准单元阵列 (SCA>2.6.6 可编程序门阵列 (PGA>第3章运算方法和运算部件一、学习目的要求请参考主要教案内容后的括号注释部分二、主要教案内容第3章运算方法和运算部件3.1数据的表示方法和转换<掌握）3.1.1数值型数据的表示和转换3.1.2十进制数的编码与运算3.2带符号的二进制数据在计算机中的表示方法及加减法运算<理解）3.2.1原码、补码、反码及其加减法运算3.2.2加减法运算的溢出处理3.2.3定点数和浮点数3.3二进制乘法运算 <理解）3.3.1 定点数一位乘法3.3.2 定点数二位乘法3.3.3 阵列乘法器3.4二进制除法运算<理解）3.4.1定点除法运算3.4.2提高除法运算速度的方法举例3.5浮点数的运算方法<了解）3.5.1浮点数的加减法运算3.5.2浮点数的乘除法运算3.6运算部件<理解）3.7数据校验码<理解）3.7.1奇偶校验码3.7.2海明校验码3.7.3循环冗余校验(CRC>码第4章主存储器<一、学习目的要求参考主要教案内容后的括号注释部分二、主要教案内容第4章主存储器4.1主存储器处于全机中心地位个人资料整理 仅限学习使用4.2主存储器分类4.3主存储器的主要技术指标4.4主存储器的基本操作4.5读/写存储器(即随机存储器 (RAM>>4.6非易失性半导体存储器4.7DRAM的研制与发展4.8半导体存储器的组成与控制4.9多体交叉存储器4.9.1 编址方式4.9.2 重叠与交叉存取控制第5章指令系统一、学习目的要求请参考主要教案内容后的括号注释部分二、主要教案内容第5章指令系统<重点内容）5.1指令系统的发展 <了解）5.2指令格式<掌握）5.2.1 指令格式5.2.2 指令操作码的扩展技术5.2.3 指令长度与字长的关系5.3数据表示<掌握）5.4寻址方式(编址方式><掌握）5.5指令类型<理解）5.5.1 指令的分类及功能5.5.2 双字长运算(子程序举例>5.6指令系统的兼容性 <理解）5.7精简指令系统计算机 (RISC>和复杂指令系统计算机 (CISC><理解）5.7.1 什么是复杂指令系统计算机5.7.2RISC的产生与发展5.7.3RISC的特点5.8指令系统举例<了解）5.8.1SPARC的指令系统5.8.2Pentium 微处理器指令系统5.8.3IBM大型机指令系统5.8.4PDP11与VAX11基本指令格式简介5.8.5 向量指令举例5.9机器语言、汇编语言和高级语言 <了解）第6章中央处理器<CPU）一、学习目的要求请参考主要教案内容后的括号注释部分二、主要教案内容个人资料整理 仅限学习使用第6章中央处理部件CPU<重点内容）6.1计算机的硬件系统<了解）6.2控制器的组成<掌握）6.2.1控制器的功能6.2.2控制器的组成6.2.3指令执行过程6.3微程序控制计算机的基本工作原理(理解>6.3.1微程序控制的基本概念6.3.2实现微程序控制的基本原理6.4微程序设计技术<理解）6.4.1微指令的编译法(编码译码方法>6.4.2微程序流的控制6.4.3微指令格式6.4.4微程序控制存储器和动态微程序设计6.4.5微程序设计语言6.5硬布线控制的计算机 <理解）6.5.1 时序与节拍6.5.2 操作控制信号的产生6.5.3 控制器的组成6.5.4 硬布线控制逻辑设计中的若干问题6.5.5 硬布线控制与微程序控制的比较6.6控制器的控制方式 <理解）6.7流水线工作原理 <了解）6.8CPU举例<了解）6.8.1RISC 的CPU6.8.2RISC 的编译系统6.8.3Pentium 微处理器6.9计算机的加电及控制过程 <掌握）第7章存储系统一、学习目的要求请参考主要教案内容后的括号注释部分二、主要教案内容第7章存储系统7.1存储系统的层次结构7.2高速缓冲存储器 (cache>7.2.1cache 存储器工作原理7.2.2cache 存储器组织7.2.3cache 存储器举例7.2.4 多层次cache存储器7.3虚拟存储器7.3.1 虚拟存储器概述7.3.2 页式虚拟存储器7.3.3 段页式虚拟存储器个人资料整理 仅限学习使用7.3.4 虚拟存储器工作的全过程7.3.5Pentium 处理机的虚拟存储器7.3.6 存储管理部件(MMU>7.4相联存储器7.5存储保护第8章辅助存储器一、学习目的要求请参考主要教案内容后的括号注释部分二、主要教案内容第8章辅助存储器8.1辅助存储器的种类与技术指标 <掌握）8.2磁记录原理与记录方式 <理解）8.2.1 磁记录原理8.2.2 磁记录介质与磁头8.2.3 磁记录方式8.3硬磁盘存储器<理解）8.3.1 硬磁盘存储器的种类及基本结构8.3.2 硬磁盘驱动器 (HDD>及硬磁盘控制器 (HDC>8.3.3 磁盘cache8.3.4 磁盘阵列存储器8.3.5 硬磁盘驱动器的发展动向8.4软磁盘存储器<了解）8.4.1 概述8.4.2 软磁盘片8.4.3 软磁盘的记录格式8.4.4 软磁盘驱动器和控制器8.4.5 软磁盘驱动器发展动向8.5磁带存储器<了解）8.5.1 概述8.5.2 磁带机的结构8.5.3 磁带的记录格式8.5.4 循环冗余校验码 (CRC>8.5.5 磁带机的发展动向8.6光盘存储器<了解）8.6.1 光盘存储器种类8.6.2 光盘的读写原理8.6.3 光盘存储器的组成8.7硬盘、软盘、磁带和光盘存储器的综合比较第9章输入输出设备一、学习目的要求请参考主要教案内容后的括号注释部分个人资料整理 仅限学习使用二、主要教案内容第9章输入输出(I/O>设备9.1外部设备概述 (理解>9.2输入设备<理解）9.2.1 键盘9.2.2 光笔、图形板和画笔 (或游动标>输入9.2.3 鼠标器、跟踪球和操作杆输入9.2.4 触摸屏9.2.5 图像输入设备(摄像机和数字照相机 >9.2.6 条形码及其技术9.2.7 光学字符识别(OCR>技术和语音文字输入系统9.3输出设备——显示器 <理解）9.3.1 显示设备种类9.3.2 显示技术中的有关术语9.3.3 字符显示器9.3.4 图形和图像显示9.4输出设备——打印机 <理解）9.4.1 点阵针式打印机9.4.2 激光打印机9.4.3 喷墨打印机9.4.4 热转印打字机9.4.5 打印机的发展趋势9.5汉字处理技术 <理解）9.5.1 汉字编码标准9.5.2 汉字的输入方法9.5.3 汉字的存储9.5.4 汉字的输出第10章输入输出系统(I/O>一、学习目的要求请参考主要教案内容后的括号注释部分二、主要教案内容第10章输入输出(I/O>系统<难点）10.1输入输出(I/O>系统概述<理解）10.1.1 输入输出设备的编址及设备控制器的基本功能10.1.2I/O 设备数据传送控制方式10.2程序中断输入输出方式 <理解）10.2.1 中断的作用、产生和响应10.2.2 中断处理10.2.3 程序中断设备接口的组成和工作原理10.3DMA输入输出方式 <掌握）10.3.1DMA三种工作方式10.3.2DMA控制器组成10.3.3DMA的数据传送过程个人资料整理 仅限学习使用10.3.4 软盘接口逻辑电路举例10.4通道控制方式和外围处理机方式 <了解）10.4.1I/O 通道的种类10.4.2 通道型I/O处理机(IOP>和外围处理机10.5总线结构<理解）10.5.1 总线类型10.5.2 总线组成10.5.3 微机总线10.6外设接口<理解）10.6.1IDE 和EIDE接口10.6.2SCSI接口10.6.3 其他外设接口第11章计算机系统一、学习目的要求请参考主要教案内容后的括号注释部分二、主要教案内容第11章计算机系统11.1计算机系统概述 (理解>11.1.1 计算机系统的分类11.1.2 提高计算机系统运算速度的方法11.1.3 开放系统11.1.4 计算机系统的性能评测11.2微机系统<理解）11.2.1Intel 微处理器及个人计算机11.2.2PC的分类11.2.3家用PC11.2.4嵌入式计算机(工业PC和军用计算机>11.2.5智能卡11.2.6绿色计算机11.3工作站和服务器 <了解）11.3.1 工作站11.3.2 服务器11.4多媒体计算机11.4.1概述11.4.2多媒体计算机系统的组成11.4.3多媒体计算机系统的关键技术11.4.4视频和音频信息的获取和回放11.4.5多媒体计算机的用途与实例11.5超级标量处理机、超级流水线处理机和超长指令字处理机11.6向量处理机<了解）11.7阵列处理机和多处理机系统11.7.1SIMD并行处理机系统 (阵列处理机系统 >11.7.2 多处理机系统个人资料整理 仅限学习使用11.7.3SGIOrigin多处理机体系结构11.8计算机网络<了解）11.8.1什么是计算机网络11.8.2网络的组成11.8.3网络协议11.8.4Internet(因特网>第12章计算机硬件设计和实现导论一、学习目的要求请参考主要教案内容后的括号注释部分二、主要教案内容第12章计算机硬件设计和实现导论<理解）12.1计算机硬件的总体设计<理解）12.1.1计算机硬件设计过程12.1.2指令系统的模拟与仿真12.1.3微程序设计自动化12.1.4逆向工程的概念12.2专用集成电路ASIC设计概述<理解）12.2.1专用集成电路的设计过程12.2.2硬件描述语言(VHDL>【实验教案内容要点】学院已经建立了计算机组成原理实验室，该课程的实验可分组进行，独立操作，学生实验报告遵照学院有关规定执行。一、关于各实验的通用说明 :先修课程要求：学生已经先期开设汇编语言课程，有基本的汇编语言编程经历；熟悉80X86的主要指令；熟悉计算机的基本应用；实验仪器设备：使用计算机组成原理实验室提供的成套设备；实验资料：以计算机组成原理实验室提供的整套设备附带的实验资料为主，在实验教师、实验人员的指导下使用有关仪器设备；实验步骤请参考具体计算机组成原理实验箱所附资料；5. 实验分组：一般每组不超过 4人；实验学时并不含实验准备时间，只给出实验上机时间，要求学生在实验前弄清当次实验的要求，并预先做好实验设计工作。二、实验明细表实验工程

属性

主要内容<1）计算机硬件设计和实现概论<2）专用集成电路 ASIC设计概述

课时绪论

讲解

<3）编程器简介

<ROM中的程序如何存入）

2<4<5）有关说明等个人资料整理 仅限学习使用由实验指导人员讲解、演示：（1）计算机组成原理实验箱的组成，结构；实验仪器的基本讲解（2）计算机组成原理实验箱的使用方法，功能和操作方法示范注意事项，安全事项；2（3）实验指导人员实际示范、演示相关仪器设备的使用过程。（4）完整演示一次具体的实验操作；（1）IO程序编制与调试（2）CV调试与debug调试汇编语言程序设（3）PROC、Macro与MACRO库的建立与使必做用4计实验（4）汇编语言指令加密技术等<花指令技术，即在代码段内随机掺入部分数据，防止被跟踪）（1）掌握基本的运算器控制方法（2）掌握微指令概念运算器实验必做（3）理解运算器完成各种运算的控制流程的设计思想24）理解微指令与指令的关系(*本实验请参考实验箱资料>观察数据流程及（1）通过观察具体的数据流程测试相关信号（2）掌握测试仪器的使用必做2（3）测试信号并记录(*本实验请参考实验箱资料>（1）了解存储器的工作原理存储器部件实验（2）了解存储器的扩展技术必做2(*本实验请参考实验箱资料 >（1）使用微指令逐步骤完成一条指令（2）理解指令与微指令的关系用微指令来完成必做<3）理解微指令的编码2一条机器指令<4）理解指令的编码<5）观察、并记录实验过程(*本实验请参考实验箱资料>（1）理解串口的工作原理（2）使用汇编语言编制串口通信程序串行口实验必做（3）使用高级语言编制串口通信程序4（4）了解串口通信电缆规范（5）制作串口通信电缆（6）在两台计算机之间检验程序80X86masm32程选作使用MASM32进行windows环境下的