《计算机组成原理》课程简介及教学大纲

《计算机组成原理》课程简介及教学大纲《计算机组成原理》课程简介课程编号：JX00L1102课程结构：专业教育平台★/必修学时/学分：64学时/4学分先修课程：模拟与数字电路A适用专业：计算机科学与技术、软件工程、物联网工程内容简介：《计算机组成原理》是软件工程专业、计算机科学与技术专业的一门重要专业基础课程，从课程的地位来说，它在专业基础课和专业课之间起着承上启下的作用。本课程从介绍数据的表示方法，定点数和浮点数的算术运算与逻辑运算以及运算器的组成与工作原理开始，逐步介绍计算机的组织结构和工作原理，剖析计算机的运算器、存储器、控制器和输入输出设备的组成、工作原理与相互关系。课程任务是使学生掌握计算机的逻辑组成、工作原理、设计方法和逻辑实现，熟悉数据通路将各部件连成整机的方法、建立起整机工作的概念，为培养学生对计算机系统的分析、开发、使用和设计能力打下基础，使学生具备综合运用所学理论和技能，发现、分析、解决专业相关问题的能力。参考教材、著作或参考资料：[1]薛胜军．计算机组成原理[M]．武汉：华中科技大学出版，2010．[2]白中英．计算机组成原理[M]．北京：科学出版社，2008．[3]徐爱萍．计算机组成原理习题与解析[M]．北京：清华大学出版社，2007．

PrincipleofComputerOrganizationCourseDescriptionTerm：2-2CourseTitle：PrincipleofComputerOrganizationCourseCode：JX00L1102PrerequisiteCourses：DigitalElectronics,AnalogElectronics(A)Hours/Credit：64/4CourseDescription：Computercompositionprincipleisanimportantprofessionalbasiccourseforsoftwareengineeringmajor,computerscienceandtechnologymajor．Thiscourseintroducesfromdatarepresentationmethod,fixedpointnumberandthenumberoffloatingpointarithmeticandlogicaloperationsandunitofthecompositionandworkingprincipleofthestart,graduallyintroducetheorganizationalstructureandworkingprincipleofthecomputer,computerarithmeticunit,memory,controllerandthecompositionandworkingprincipleofinputandoutputdevicesandmutualrelations．Taskistomakestudentsgraspthelogicofcomputercomposition,workingprinciple,designmethodandthelogicimplementation,familiarwithdatapathmethodofweldedcomponentsintothemachine,setuptheconceptofthemachinework,totrainthestudenttothecomputersystemanalysis,development,useanddesignabilitylaysthefoundation,sothatthestudentshaveintegrateduseofknowledgetheoryandskills,discovery,analysis,andtheabilitytosolvetheproblemofprofessionalrelated．

《计算机组成原理》课程教学大纲一、课程基本信息1．课程编号：JX00L11022．课程名称：计算机组成原理3．课程结构：专业教育平台★/必修4．学时/学分：64学时/4学分5．先修课程：模拟与数字电路A6．适用专业：计算机科学与技术、软件工程、物联网工程二、课程任务和目的通过《计算机组成原理》课程的学习，使学生掌握计算机主要功能部件的组成原理，弄清简单、完备的单台计算机基本构成与内部运行过程和原理，学习计算机设计中的入门性知识，并能对当前计算机的最新研究、发展与应用趋势有个基本了解，明确计算机系统设计必须从设计指令系统开始的道理。通过课程的学习，使学生掌握基本专业理论知识，具备综合运用理论和技能去发现、分析、解决专业问题的能力，为深入学习和研究专业奠定坚实基础。通过多种教学方法和教学手段，培养学生动手实践能力、表达沟通能力和团队合作能力。三、课程教学内容和要求《计算机组成原理》课程主要内容是计算机的层次结构、计算机组成基本结构、各部件之间的关系及协同工作原理；数制转换；整数的原、反、补码表示方法；定点运算方法、定点运算器的组成；存储体系的构成和基本原理、主存储器容量扩充方法；指令的一般格式、寻址方式；CPU的功能和基本组成，指令周期的概念，时序产生器的组成，微程序控制器及其设计技术，硬布线控制器的结构；总线接口、总线仲裁、定时和数据传送模式；介绍五种数据传送方式。要求学生了解计算机的层次结构；掌握计算机组成的基本概念及结构；掌握计算机原码、反码、补码、移码的表示方法；掌握浮点数的表示方法；了解非数值信息的表示；掌握定点运算加减法和乘法运算；掌握浮点数的加减法运算；了解定点运算器的组成；熟悉计算机存储体系的基本原理；掌握主存储器的扩充方法；掌握CACHE的原理；了解指令的一般格式和寻址方式；熟悉中央处理器的功能和基本组成；掌握微程序控制器及其设计技术；了解总线系统；了解I/O系统中CPU与I/O设备信息交换的5种控制方式，重点掌握程序中断方式和DMA方式的基本工作原理。四、课程教学安排（一）理论教学内容（56学时）第1章计算机系统概论（2学时）1．教学内容计算机的分类和应用；计算机的硬件系统的组成；计算机的软件系统的组成；计算机系统的层次结构，介绍多媒体技术。2．教学重点及难点重点及难点：计算机系统层次结构的概念。3．基本要求（1）了解计算机的性能、特点及分类。（2）理解计算机系统层次结构的概念。4．培养的能力培养理解计算机基本概念的能力。作业：冯·诺依曼计算机体系的基本思想是什么？按此思想设计的计算机硬件系统由哪几部分组成？各起什么作用？什么是计算机系统软件？什么是应用软件？计算机内部有哪两种信息在流动？彼此之间有什么关系？今有文本、音频、视频、图形、图像五种媒体，请按处理复杂程度进行排序。第2章运算方法和运算器（课堂14学时）1．教学内容数据信息的表示方法；定点加、减法运算；定点乘法运算；定点除法运算；定点运算器的组成与结构；浮点运算方法和浮点运算器。2．教学重点及难点重点及难点：定点加、减及乘法运算，定点运算器的结构。3．基本要求（1）理解定点数的原码、反码、补码表示及相互转换方法。（2）掌握定点加、减及乘法运算。（3）了解定点运算器的结构，了解浮点运算方法和浮点运算器。4．培养的能力培养学习原码、反码、补码表示及相互转换方法，掌握定点加、减及乘法运算的能力。作业：教师拟定题目，进行定点数的原码、反码、补码表示及相互转换。“8421”码就是二进制数的说法正确吗？为什么？如何识别浮点数的正负？浮点数能表示的数值范围和数值精度取决于什么？如何判断浮点数运算结果是否溢出？教师概要学生理解和掌握情况拟定一些合适题目进行练习。第3章存储系统（14学时）1．教学内容存储器的分类和分级结构；主存储器；半导体存储器原理；主存储器的组织；存储保护和校验技术。2．教学重点及难点重点及难点：半导体存储器原理；主存储器的组织；存储保护和校验技术。3．基本要求（1）明确存储器分类和分级结构概念。（2）理解半导体存储器原理，掌握主存储器的组织一般方法。（3）了解存储保护和校验技术。4．培养的能力培养学习半导体存储器原理以及存储保护和校验技术的能力。作业：什么是存储器的存取时间？什么时候是存取周期？说明两者差别。为什么在存储器芯片中要设置片选输入端？主存容量为4MB，虚存容量为1GB，则虚拟地址和物理地址各多少位？如页面大小为4KB，则页表长度是多少？第4章指令系统（课堂8学时）1．教学内容指令系统的发展与性能要求；指令格式；指令和数据的寻址方式。2．教学重点及难点重点及难点：指令格式、指令和数据的寻址方式。3．基本要求（1）明确指令格式，明确指令和数据的寻址方式。（2）了解指令系统。4．培养的能力培养理解指令系统的能力。作业：名词解释：指令、指令系统、机器语言、汇编语言、指令字、形式地址、机器字长、等长指令与变长指令、寻址方式、堆栈。寻址方式分为哪几类？操作数基本寻址方式有哪几种？列出每种基本寻址方式有效地址的数学表达形式。基址寻址与变址寻址有何区别？ASCII码是7位，如果设计主存单元为31位，指令字长为12位，是否合理？为什么？假设某计算机指令字长度为32位，具有二地址、一地址、零地址3种指令格式，每个操作数地址规定用8位表示。若操作码字段固定为8位，现已设计出K条二地址指令，L条零地址指令，那么这台计算机最多能设计出多少条单地址指令？第5章中央处理器（10学时）1．教学内容CPU的功能和基本组成；指令周期；时序产生器和控制方式；微程序控制器；微程序设计技术；硬布线控制器；RISC和CISC。2．教学重点及难点重点及难点：CPU的功能和基本组成，令周期、时序产生器和控制方式。3．基本要求（1）明确CPU的功能和基本组成。（2）理解令周期、时序产生器和控制方式、微程序控制器。（3）了解微程序设计技术、硬布线控制器、RISC和CISC。4．培养的能力培养学习CPU的功能和基本组成的知识能力。作业：名词解释：中央处理器、操作控制器、微程序控制器、硬布线控制器、门阵列控制器、指令周期、机器周期、时钟周期、微指令、微程序。控制器有哪些主要部件？有何作用？运算器有哪些部件？有何作用？CPU常用的控制方式有哪几种？如何实现？已知某计算机有80条指令，平均每条指令由12条微指令组成，其中有一条取指微指令是所有指令公用的，设微指令长度为32位，请写出控制存储器容量。第6章总线系统（4学时）1．教学内容总线的概念和结构形态；总线接口；总线的仲裁、定时和数据传送模式；PCI总线；ISA总线。2．教学重点及难点重点及难点：总线的概念、结构形态、总线接口，总线仲裁、定时和数据传送模式。3．基本要求（1）掌握总线的概念、结构形态、总线接口。（2）理解总线仲裁、定时和数据传送模式。（3）了解PCI总线、ISA总线。4．培养的能力培养掌握总线概念和形态结构以及接口的基本知识能力。作业：采用总线结构的计算机系统中，主存与外设的编址方法有几种？各有什么特点？判别总线使用权的优先级别有几种方法？各有什么特点？比较单总线、双总线、三总线结构的性能特点。什么是同步通信？什么是异步通信？各有什么特点？总线通信控制解决的问题是什么？有几种类型？各有何特点？常用的是哪种？计算机系统采用“面向总线”的形式有何优点？第7章I/O系统（4学时）1．教学内容外围设备的定时方式与信息交换方式；程序中断方式；DMA方式；通道方式；通用I/O标准接口。2．教学重点及难点重点及难点：中断方式和DMA方式，信息交换方式。3．基本要求（1）理解外部设备信息交换方式。（2）掌握程序中断方式和DMA方式。（3）了解I/O标准接口。4．培养的能力培养理解外部设备信息交换方式。作业：什么是I/O控制？其主要目标是什么？何为程序中断控制传送？与程序直接控制方式相比有何异同？什么是I/O通道？与DMA和外围处理机方式相比有何异同？什么是中断判优？有几种方法？各有何特点？在标准的DMA方式中，每交换一个单位数据，外围设备实际上也中断主机一次，这种中断与程序中断有何不同？（二）实验教学内容（8学时）1．寄存器实验、运算器实验（2学时）2．运算器输出的移位门控制实验、存储器EM读写实验（2学时）3．指令系统实验、微程序设计实验（2学时）4．中断实验、输入/输出实验（2学时）五、课程的考核课程考核的方式为考试。总成绩由两部