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1、计算机组成原理课程教学大纲【课程名称】 （Computer Organization Principle）【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。课程教学主要包括理论教学和实验教学两大部分。其中，理论教学着重基本理论，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
2、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。实验教学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。教学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。【教学时间安排】本课
3、程计 4 学分，72+20 学时, 学时分配如下：理论课教学课时分配序号 课程内容/实验名称 实验类型 课时 备注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 CPU 127 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 学时注:（1） 课时是建议课时，教师
4、可根据学生实际情况适当调整；（2） 重点教学内容为 110 章，11、12 章可根据情况调整；实验课教学课时分配序号 课程内容/实验名称 实验类型 课时（学时） 备注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11 80X86 masm32 程序初步 综合 4 选作实验12
5、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 选作实验合 计 20必做部分注：（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；【教学内容要点】1、总论：（1）课程教学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
6、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
7、术可以移到微处理器芯片中去实现，甚至还可实现二级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。以下分章节列出教学内容要点：第 1 章 计算机系统概论一、学习目的要求初步了解计
8、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、主要教学内容第 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
9、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、主要教学内容第 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(P
10、AL)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学内容后的括号注释部分二、主要教学内容第 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.
11、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学内容后的括号注释部分二、主要教学内容第 4 章主存储器4.1 主存储器处于全机中心地位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
12、存储器(RAM)4.6 非易失性半导体存储器4.7 DRAM 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学内容后的括号注释部分二、主要教学内容第 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
13、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学内容后的括号注释部分二、主要教学内容第 6 章中央处理部件 CPU（重点内容）6.1 计算机的
14、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
15、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）6.8 CPU 举例（了解）6.8.1 RISC 的 CPU6.8.2 RISC 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学内容后的括号注释部分二、主要教学内容第 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
16、式虚拟存储器7.3.3 段页式虚拟存储器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学内容后的括号注释部分二、主要教学内容第 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
