遵义师范学院课程教学大纲

遵义师范学院课程教学大纲《计算机组成原理课程》教学大纲课程编号320176适用专业计算机科学与技术、网络工程学时数48学分数3.0执笔人及编写日期苏文莉2017年9月审核人及审核日期王谦2017年9月院别信息工程学院教研室网络工程编印日期2017年9月一、课程性质和教学目标1.课程授课对象：计算机科学与技术、网络工程专业学生2.课程性质：（专业基础课、专业选修课、公共选修课等）学科基础必修课3.在人才培养过程中的地位及作用：《计算机组成原理》是计算机科学与技术及网络工程专业的学科基础必修课，在课程体系中处于承上启下的地位。4.课程教学目标：课程主要讨论单机系统范围内计算机各部件和系统的组成以及内部工作机制。通过对本门课程学习，要求学生掌握计算机各大部件的工作原理、组成方法以及相互关系，了解计算机系统的层次化结构，建立起一个完整的计算机系统的整机概念，培养学生分析、开发、使用和设计计算机系统的能力。同时通过课程教学、课后实践、分组讨论等方式培养学生自主学习、独立思考、融会贯通、综合分析解决问题的能力以及正确的学习态度、团队协作与创新意识，也使师生人际情感在教学过程中积极交融。二、课程教学内容学时分配表讲次内容学时教学形式第一讲概论4讲授法等第二讲数据的机器层次表示6讲授法、探究法、翻转课堂、分组讨论等第三讲指令系统4讲授法、探究法、先学后讲等第四讲数值的机器运算6讲授法、探究法、先学后讲、分组讨论等第五讲存储系统和结构8讲授法、探究法、先学后讲等第六讲中央处理器9讲授法、探究法等第七讲总线3讲授法、探究法、先学后讲等第八讲外部设备3讲授法、探究法、先学后讲等第九讲输入/输出系统5讲授法、探究法等合计48

第一讲概论1.学时：4学时2.重难点：重点：存储程序概念，五大基本部件的功能，计算机系统构成，总线的概念。难点：存储程序概念，计算机的工作过程。3.教学目标：了解：计算机的发展历程、计算机系统的层次结构、计算机的工作过程；理解：存储程序概念、五大基本部件的功能、总线概念和总线分时共享的特点、计算机系统的含义、计算机中主要性能指标。4.教学内容：电子计算机与存储程序概念：电子计算机的发展；存储程序概念。计算机的硬件组成：计算机的主要部件；计算机的总线结构；大、中型计算机的典型结构；不同对象观察到的计算机硬件系统。计算机系统：硬件与软件的关系；系列机和软件兼容；计算机系统的多层次结构；实际机器和虚拟机器。计算机的工作过程和主要性能指标：计算机的工作过程；计算机的主要性能指标。第二讲数据的机器层次表示1.学时：6学时2.重难点：重点：原码、反码、补码表示法，定点数、浮点数表示法，IEEE754浮点数标准，字符和汉字的编码方式。难点：规格化浮点数，定点数和浮点数的典型值与表示范围。3.教学目标：了解：无符号数与带符号数的区别，真值与机器数的概念；理解：定点数、浮点数表示法，规格化浮点数的概念，字符和字符串的表示，BCD码的概念，汉字的表示；掌握：进位计数制及其相互转换，原码、反码、补码表示法和3种机器数之间的区别，定点数和浮点数的表示范围，IEEE754浮点数标准，校验码的原理及形成方法。4.教学内容：数制：重点掌握一些计算技巧。数值数据的表示：计算机中的数值数据；无符号数和带符号数；原码表示法；补码表示法；反码表示法；3种机器数的比较与转换。机器数的定点表示与浮点表示：定点表示法；浮点表示法；浮点数阶码的移码表示法；IEEE754标准浮点数；定点、浮点计算机。非数值数据的表示：字符和字符串的表示；汉字的表示。十进制数的编码表示。数据校验码：奇偶校验码；海明校验码；循环冗余校验码。第三讲指令系统1.学时：4学时2.重难点：重点：指令格式分析与设计，常见寻址方式的特点及有效地址的计算。难点：指令格式分析与设计。3.教学目标：了解：指令的基本格式，计算机的指令系统，CISC和RISC的基本概念。理解：不同地址码双操作数指令的区别，定长操作码和扩展操作码指令格式特点，指令寻址和数据寻址的概念，存储器堆栈的概念。掌握：指令格式分析与设计，常见寻址方式的特点及有效地址的计算。4.教学内容：指令格式：机器指令的基本格式；地址码结构；指令的操作码。寻址技术：编址方式；指令寻址和数据寻址；基本的数据寻址方式。堆栈与堆栈操作：堆栈结构；堆栈操作。指令类型：数据传送类指令；运算类指令；程序控制类指令；输入输出类指令。指令系统的发展：从复杂指令系统到精简指令系统。第四讲数值的机器运算1.学时：6学时2.重难点：重点：并行加法器不同进位方式的特点与区别，定点补码加减运算，溢出检测方法，浮点数加减运算。难点：行加法器不同进位方式的特点与区别，运算器的硬件实现。3.教学目标：了解：串行加法器与并行加法器的区别，定点原码加减运算，运算器的基本结构。理解：进位产生和进位传递的概念，溢出的产生原因，定点数乘除运算，逻辑运算的特点。掌握：并行加法器不同进位方式的特点与区别，定点补码加减运算，溢出检测方法，带符号数的移位操作，常见的舍入方法，浮点数加减运算，算术逻辑运算单元ALU的功能与结构。4.教学内容：基本算术运算的实现：加法器；进位的产生和传递；并行加法器的快速进位。定点加减运算：原码加减运算；补码加减运算；补码的溢出判断与检测方法；补码定点加减运算的实现。带符号数的移位和舍入操作：带符号数的移位操作；带符号数的舍入操作。定点乘法运算：原码一位乘法；补码一位乘法。定点除法运算：原码除法运算；补码除法运算。规格化浮点运算：浮点加减运算。逻辑运算与实现。运算器的基本组成与实例：运算器结构；ALU举例。第五讲存储系统和结构1.学时：8学时2.重难点：重点：存储系统层次结构，主存储器的组成与结构，RAM的刷新，Cache的结构、特点及工作原理，主存储器与CPU的连接，多体交叉存储技术。难点：主存储器与CPU的连接，Cache的结构、特点及工作原理，多体交叉存储技术。3.教学目标：了解：存储器分类，主存储器的基本结构，半导体随机存储器的基本存储原理。理解：存储系统层次结构，主存储器的主要技术指标，RAM芯片的基本结构，ROM芯片的特点，主存储器与CPU的连接，多体交叉存储技术，虚拟存储器的概念及几种虚拟存储器的实现原理。掌握：动态RAM的3种不同刷新方式的特点，主存储器容量的扩展，Cache的结构、特点及工作原理。4.教学内容：存储系统的组成：存储器分类；存储系统层次结构。主存储器的组织：主存储器的基本结构；主存储器的存储单元；主存储器的主要技术指标；数据在主存中的存放。半导体随机存储器和只读存储器：RAM记忆单元电路；动态RAM的刷新；RAM芯片分析；半导体只读存储器；半导体存储器的封装。主存储器的连接与控制：主存容量的扩展；存储芯片的地址分配和片选；主存储器和CPU的连接。多体交叉存储技术：并行访问存储器；交叉访问存储器。高速缓冲存储器：高速缓存工作原理；Cache的读写操作；地址映像；替换算法；更新策略。虚拟存储器：虚拟存储器的基本概念；页式虚拟存储器；段式虚拟存储器；段页式虚拟存储器；快表与慢表。

第六讲中央处理器1.学时：9学时2.重难点：重点：CPU的组成和功能，控制器的功能和工作原理，指令执行的基本过程，指令的微操作序列，微程序控制原理。难点：微程序控制单元的设计，流水线技术的工作原理，指令的微操作序列，微程序控制原理。3.教学目标：了解：组合逻辑控制单元的设计，RISC的特点和基本技术，多核处理器的基本概念。理解：CPU的功能、结构以及主要技术参数，CPU中主要的寄存器，控制器的功能和工作原理，微信号操作发生器输出信号的产生，时序系统的基本概念，微程序控制单元的设计，流水线技术的工作原理，超标量和超流水线技术，微程序控制的有关术语（微命令、微操作、微指令、微程序等）。掌握：组合逻辑控制器和微程序控制器的区别，指令执行的基本过程，指令的微操作序列，各种微指令编码法的特点以及微指令操作控制字段的设计，微程序入口地址的形成方法。4.教学内容：中央处理器的功能和组成：CPU的功能；CPU中的主要寄存器；CPU的组成；CPU的主要技术参数。控制器的组成和实现方法：控制器的基本组成；控制器的硬件实现方法。时序系统与控制方式：时序系统；控制方式；指令运行的基本过程；指令的微操作序列。微程序控制原理：微程序控制的基本概念；微指令编码法；微程序控制器的组成和工作过程；微程序入口地址的形成；后继微地址的形成；微程序设计。控制单元的设计：简单的CPU模型；组合逻辑控制单元设计；微程序控制单元设计。流水线技术：重叠控制；先行控制原理；流水工作原理。精简指令系统计算机：RISC的特点和优势。第七讲总线1.学时：3学时2.重难点：重点：总线仲裁的方式。难点：总线仲裁的方式，总线操作和定时方法。3.教学目标：了解：总线的标准。理解：总线的基本概念，总线的分类，总线的组成和性能指标。掌握：总线仲裁的方式，总线操作和定时方法。4.教学内容：总线概述：总线的基本概念；总线的分类；总线的组成和性能指标。总线仲裁：集中仲裁方式；分布仲裁方式。总线定时控制：同步定时方式；异步定时方式。总线标准：系统总线标准；外部总线标准。第八讲外部设备1.学时：3学时2.重难点：重点：磁介质存储器的主要技术指标，硬盘存储器的技术参数及计算。难点：硬盘存储器的技术参数及计算，磁盘阵列。3.教学目标：了解：外部设备的分类及作用，磁介质存储器的读写，磁盘阵列，光盘存储器的类型及工作原理，键盘的类型和工作原理，不同鼠标器的工作原理，印字输出设备的特点和分类，显示器的特点和分类，字符显示和图形显示的区别。理解：磁介质存储器的主要技术指标，字符显示器的显示缓存VRAM和字库中存放信息的特点。掌握：硬盘存储器的技术参数及计算。4.教学内容：外部设备概述：外部设备的分类；外部设备的地位和作用。磁介质存储器的性能和原理：磁介质存储器的读写；磁介质存储器的技术指标。磁介质存储设备：硬盘存储器的基本结构与分类；硬盘驱动器；硬盘的信息分布和磁盘地址；硬盘存储器的技术参数；硬盘的分区域记录。磁盘阵列：RAID简介；RAID的分级。光盘存储器：光盘存储器的类型；光盘存储器的组成及工作原理；光盘驱动器；DVD。键盘输入设备：键开关与键盘类型；键盘扫描；微型计算机键盘。其他输入设备：鼠标器。打印输出设备：打印机概述；打印机的主要性能指标；针式打印机工作原理；喷墨打印机工作原理；激光打印机工作原理。显示设备：显示器概述；CRT显示器；字符显示器的工作原理；图形显示器的工作原理；LCD显示器。

第九讲输入/输出系统1.学时：5学时2.重难点：重点：I/O方式的基本概念和工作原理。难点：I/O方式的基本概念和工作原理。3.教学目标：了解：外设的识别和端口寻址，程序查询方式的特点和工作流程，程序中断的基本类型。理解：接口的功能及基本组成，程序中断的基本概念，DMA方式和程序中断方式的区别。掌握：程序中断方式、DMA方式的特点，DMA接口的组成，DMA传送方式和DMA传送过程。4.教学内容：主机与外设的连接：输入输出接口；接口的功能和基本组成；外设的识别与端口寻址；输入输出信息传送控制方式。程序查询方式及其接口：程序查询方式；程序查询方式接口。中断系统和程序中断方式：中断的基本概念；中断请求和中断判优；中断响应和中断处理；多重中断与中断屏蔽；中断全过程；程序中断接口结构。DMA方式及其接口：DMA方式的基本概念；DMA接口；DMA传送方法与传送过程。

三、教学基本要求1.备课：教学课件，课后辅导教案。2.教学方法、教学手段：主要采用讲授法、探究法以及先学后讲法、翻转课堂、分组讨论法等。3.教学辅助资料：辅助例题、网上教学视频。4.课后研修：根据实际情况，本课程拟布置1~3次课后研修任务，包括了解计算机的发展历程以及各个阶段的主要事件与重要人物，分组调研近年微处理器中的新技术等。5.考核：考核方式：百分制闭卷考试；成绩构