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1、第 1 页 共 3 页计算机组织与体系结构计算机组织与体系结构教学大纲教学大纲整理：刘文东 时间：2013-2-3 20:37:53 基本信息基本信息： 课程编号课程编号：CS3121007 课程名称课程名称：计算机组织与体系结构（Computer Organization and Architecture） 学时学时：76+20 学分学分：5.5 课程类型课程类型：必修 课程性质课程性质：学科基础课 适用专业适用专业：计算机科学与技术 先修课程先修课程：数字电路与逻辑设计、计算机导论 开设学院开设学院：计算机学院 课程的教学目标和任务课程的教学目标和任务： 本课程为计算机科学与技术专业、网络
2、工程专业的专业基础课专业基础课。根据专业培养计划，将计算机组成原理计算机组成原理、计计 算机系统结构算机系统结构等课程内容综合而成，知识面较宽较宽，难度较大较大。 本课程主要讲述计算机基本组成计算机基本组成、各大组成部件的结构各大组成部件的结构及工作原理工作原理、指令执行过程指令执行过程及CPUCPU 微体系结构微体系结构、流水流水 线技术线技术、并行计算机体系结构并行计算机体系结构、提高计算机部件和整机性能的途径计算机部件和整机性能的途径等内容，课程注重基础知识基础知识与新技术新技术的融融 合合、理论到实践的转化转化，目标是培养具有创新和实际动手能力、真正理解和掌握计算机基本组成与结构、掌
3、握计算机系统软硬件综合设计技术的人才。 本课程与其他课程的联系和分工本课程与其他课程的联系和分工本课程的先修课程为计算机导论计算机导论 、 数字电路与逻辑设计数字电路与逻辑设计等，后继课程为嵌入式系统嵌入式系统 、 微机系统微机系统 、 操操 作系统作系统等。 课程内容和基本安排课程内容和基本安排( (一一) )绪论（绪论（2 2 学时）学时） 主要内容：（1）计算机的发展史发展史（过去、现在、未来）（2）计算机的基本组成基本组成（3）计算机的分层组织结构与分类分层组织结构与分类( (二二) )数值与编码（数值与编码（6 6 学时）学时） 主要内容：（1）数值数据的编码表示编码表示（2）定点数
4、与浮点（3）非数值信息的编码表示编码表示（4）校验码校验码：奇偶校验码、海明码、循环码 基本要求：（1）熟练掌握数的编码表示数的编码表示(原码、补码，变形补码、反码、移码)。（2）掌握定点数与浮点数、规格化浮点数定点数与浮点数、规格化浮点数的概念（3）了解非数值信息的编码表示非数值信息的编码表示（4）掌握奇偶校验码、海明码、循环码奇偶校验码、海明码、循环码编码方法和用途 重点、难点： 重点重点：补码补码及其性质；补码加减加减运算；定点数与浮点数定点数与浮点数的表示范围；奇偶校验码、海明码、循环码奇偶校验码、海明码、循环码编码方法 难点难点：补码及其性质；规格化浮点数规格化浮点数的表示范围（三）
5、指令系统（三）指令系统（6 6 学时）学时） 主要内容：（1）指令格式指令格式及含义含义（2）操作码的编码原理操作码的编码原理及与地址字段的关系 基本要求：（1）了解计算机的指令格式计算机的指令格式，掌握指令扩展操作码指令扩展操作码技术（2）掌握指令和数据的寻址指令和数据的寻址方式（3）掌握常用的指令类型指令类型，了解汇编语言程序设计汇编语言程序设计的基本方法。（4）了解 CISCCISC 与与 RISCRISC 的概念，了解理解精简指令系统计算机精简指令系统计算机 RISCRISC 的特点 重点、难点 重点重点：指令格式格式；指令的寻址方式；指令系统 难点难点：指令扩展操作码指令扩展操作码技
6、术；指令的寻址寻址方式（四）存储系统（四）存储系统（12 学时学时+4 学时）学时） 主要内容：（1）常用半导体存储器半导体存储器的存储原理存储原理、存储芯片存储芯片的结构结构，计算机主存储器组成主存储器组成与控制方法控制方法； （2）辅助存储器辅助存储器的种类种类与技术指标技术指标，硬盘硬盘存储器和光盘光盘存储器的结构结构和工作原理工作原理，磁盘阵列磁盘阵列第 2 页 共 3 页技术； （3）CacheCache 存储器的工作原理工作原理，由 CacheCache主存主存虚存虚存组成的三级三级存储体系。 （4）虚拟虚拟存储器的工作原理工作原理 基本要求：（1）了解半导体存储器半导体存储器的分
7、类分类、主要技术指标技术指标和基本操作基本操作（2）掌握读写存储器读写存储器 SRAM、DRAM 的存储原理存储原理和存储芯片存储芯片的结构结构；掌握只读存储器只读存储器 EPROM、EEPROM、FLASH MEMORY 的存储原理存储原理和存储芯片存储芯片的结构结构（3）掌握主存储器主存储器的组成组成与控制控制方法（4）掌握辅助存储器辅助存储器的种类种类与技术指标技术指标；掌握磁记录原理磁记录原理与记录方式记录方式，了解硬盘硬盘存储器的基基本结构本结构；了解光盘光盘存储器的种类、组成种类、组成和工作原理工作原理（5）了解磁盘阵列磁盘阵列技术与容错支持容错支持（6）了解存储系统存储系统的层次
8、结构层次结构的概念，掌握 CacheCache存储器存储器的工作原理工作原理，掌握 CacheCache 存储器存储器的三种地址映射地址映射方式，Cache 存储器的替换替换算法，Cache 与主存的一致性一致性问题（7）了解虚拟虚拟存储器的工作原理工作原理（8）了解相联相联存储器的工作原理工作原理（9）了解存储保护存储保护的基本方式基本方式 重点、难点： 重点重点：基本存储单元存储单元的存储原理存储原理；存储芯片存储芯片的结构结构；半导体半导体存储器的组成组成与控制控制；磁记录原理磁记录原理与记录方式记录方式；Cache 存储器存储器的工作原理工作原理 难点难点：半导体半导体存储器的组成组成
9、与控制控制、Cache 存储器存储器的三种地址映射地址映射方式( (五五) ) 运算方法及运算器（运算方法及运算器（12 学时学时+8 学时）学时） 主要内容：（1）定点数定点数的加减加减运算与加法器加法器，定点数定点数的乘法乘法、除法除法运算与实现（2）定点运算器定点运算器的组成组成与结构结构；浮点数四则浮点数四则运算与实现 基本要求：（1）掌握定点数定点数的加减加减运算与加法器加法器的实现（2）了解定点数定点数的乘法乘法运算方法与实现（3）了解定点数定点数的除法除法运算方法与实现（4）掌握定点运算器定点运算器的组成组成与结构结构（5）了解浮点数浮点数的四则四则运算方法与实现，掌握浮点数浮点
10、数的加减加减运算 重点、难点： 重点：定点数定点数的加减加减运算；并行加法器并行加法器的实现；定点运算器定点运算器的组成组成与结构结构 难点：并行加法器并行加法器的实现；浮点数浮点数的运算（六）中央处理器（六）中央处理器（10 学时学时+8 学时）学时） 主要内容：（1）中央处理器中央处理器的微体系微体系结构 （2）指令流程指令流程、指令执行指令执行的全过程全过程 （3）组合逻辑控制器组合逻辑控制器及其设计设计思想，微程序控制器微程序控制器及其设计设计思想。 基本要求：（1）了解中央处理器中央处理器的微体系微体系结构、CPU 性能参数性能参数（CPU 时间、CPI、MIPS、FLOPS）（2）
11、掌握指令流程指令流程、指令执行指令执行的全过程全过程的分析分析与设计设计（3）掌握微程序控制器微程序控制器的基本工作原理工作原理，理解微程序设计技术微程序设计技术（4）了解组合逻辑控制器组合逻辑控制器及其设计思想设计思想 重点、难点： 重点重点：指令流程指令流程、指令执行指令执行的全过程全过程的分析分析与设计设计；微程序控制器微程序控制器和微程序设计技术微程序设计技术；CPU 性能性能 参数参数计算 难点难点：指令微操作流程指令微操作流程的分析与设计（七）流水线技术（七）流水线技术（8 学时）学时） 主要内容：（1）流水线流水线的概念概念与性能指标性能指标（2）流水线流水线计算机实现实现的技术
12、问题技术问题 基本要求：（1）了解流水线流水线的概念概念与分类分类（2）掌握流水线流水线的性能分析性能分析与技术指标技术指标（3）了解流水线流水线的相关问题相关问题及其处理方法处理方法第 3 页 共 3 页重点、难点： 重点重点：流水线流水线的性能指标性能指标；流水线的相关 难点难点：流水线流水线的相关问题相关问题及其处理方法处理方法（八）总线与输入（八）总线与输入/ /输出系统（输出系统（1010 学时）学时） 主要内容：（1）总线总线的概念概念与结构结构（2）接口接口的组成组成及功能功能（3）常用的输入输入/ /输出控制方式输出控制方式：查询、中断、查询、中断、DMADMA、通道、通道 基
13、本要求：（1）了解总线总线的概念（2）掌握总线类型总线类型、总线组成总线组成与控制控制（3）了解输入输入/ /输出系统输出系统的基本概念基本概念；接口接口的组成组成及功能功能（4）了解常用的输入输入/ /输出控制方式输出控制方式的特点 重点、难点： 重点重点：总线结构总线结构、总线组成总线组成与控制控制（九）并行计算机体系结构（九）并行计算机体系结构（8 学时）学时） 主要内容：（1）计算机体系结构体系结构概述（2）并行并行计算机系统的基本概念基本概念和设计问题设计问题 基本要求：（1）掌握计算机体系结构计算机体系结构的基本概念基本概念（2）掌握并行并行计算机系统的分类分类和结构结构（3）了解并行并行计算机系统的设计问题设计问题（4）了解几种典型的并行并行计算机系统结构 重点、难点： 重点重点：计算机体系结构的基本概念；并行并行计算机系统的分类和结构 难点难点：并行并行计算机系统的设计问题（十）计算机系统设计概述（十）计算机系统设计概述（2 学时）学时） 主要内容：（1）计算机系统设计计算机系统设计基本概念概念（2）计算机系统设计基本方法方法（自学）
