計算機系《計算機組成原理》教學(xué)大綱

1、計算機系計算機組成原理課程教學(xué)大綱課程編號：10110084 課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課 先修課程：數(shù)字邏輯、匯編語言 總學(xué)時數(shù)：72+12 適合專業(yè)：計算機科學(xué)與技術(shù) 學(xué) 分：4 （一） 課程教學(xué)目標(biāo)“計算機組成”課是計算機硬件專業(yè)主干課程之一，主要通過介紹計算機單機內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理、設(shè)計方法、分析方法，使學(xué)生掌握基本的專業(yè)思想，即建立起所謂的“整機”概念，為學(xué)生將來設(shè)計、開發(fā)、維護、使用計算機打基礎(chǔ)。在計算機技術(shù)日新月異發(fā)展的今天，專業(yè)知識的更新能力愈顯重要，學(xué)好“組成”課，將為學(xué)生奠定深厚的專業(yè)潛力和良好的專業(yè)素質(zhì)，使之能夠適應(yīng)這種快速變化的局勢。（二） 課程目的與任務(wù)本課程以理論教學(xué)為主，配合適

2、當(dāng)?shù)恼n程設(shè)計和實驗教學(xué)，其中，課程設(shè)計與實驗另開課。1、 理論教學(xué)：通過課堂講授使學(xué)生初步掌握本課程的基本理論、分析方法和設(shè)計方法，初步建立起專業(yè)思想，培養(yǎng)學(xué)生最基本的解決相關(guān)專業(yè)問題的能力。2、 課程設(shè)計：課程設(shè)計是在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，通過讓學(xué)生設(shè)計一到兩個相對完整的計算機功能部件，使學(xué)生對課堂知識的理解得到進一步加深和鞏固，使學(xué)生的獨立設(shè)計能力得到鍛煉。3、 實驗教學(xué)：通過安排一定數(shù)量的實驗，使學(xué)生對所學(xué)理論知識有更深和更直觀的體會，配合課程設(shè)計，進一步培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力。特別需要強調(diào)的是，實踐環(huán)節(jié)是學(xué)生最終能否建立起“整機”概念的至關(guān)重要的一步。（三） 理論教學(xué)的基本要求第一章 計算

3、機系統(tǒng)概論11 計算機的分類和應(yīng)用 （了解）12 計算機硬件 （重點）13 計算機軟件 （了解）14 計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) （重點）要求：通過本章的講述，使學(xué)生初步掌握計算機系統(tǒng)的基本概念及基本結(jié)構(gòu)，為進一步深入學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。第二章 運算方法和運算器 （重點）21 數(shù)據(jù)與文字的表示方法22 定點加法、減法運算23 定點乘法運算24 定點除法運算25 邏輯運算26 定點運算器的組成27 浮點運算方法和浮點運算器要求：從本章開始，對計算機內(nèi)部的五大部件一一進行討論，通過本章的學(xué) 習(xí)，使學(xué)生掌握計算機中信息的表示方法，運算的實現(xiàn)方法，信息的流動方式，運算器部件的組成結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法。第三章 存儲系統(tǒng)3

4、1 存儲器概論 （了解）32 半導(dǎo)體讀寫存儲器 （重點）33 半導(dǎo)體只讀存儲器 （重點）34 高速存儲器簡介 （了解）要求：使學(xué)生掌握存儲系統(tǒng)的基本概念，主存的主要技術(shù)指標(biāo)，主存的組成結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法。第四章 指令系統(tǒng)41 指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求 （了解）42 指令格式 （重點）43 指令和數(shù)據(jù)的尋址方式 （重點）44 堆棧尋址方式 （重點）45 典型指令 （了解）要求：使學(xué)生了解指令系統(tǒng)的概念，指令格式的基本特點，所需硬件支持，掌握簡單的指令格式設(shè)計技術(shù)，為進一步學(xué)習(xí)CPU結(jié)構(gòu)打基礎(chǔ)。第五章 中央處理器51 中央處理器的功能和組成 （重點）52 指令周期 （重點）53 時序產(chǎn)生器和控制方式

5、（重點）54 微程序控制器 （重點）55 微程序設(shè)計技術(shù) （重點）56 硬布線控制器和門陣列控制器 （了解）57 典型的CPU （了解）要求：使學(xué)生了解控制器的基本工作原理，建立起計算機運行的“時空”概念，掌握微程序控制器的基本設(shè)計方法，及硬布線控制器的基本設(shè)計思想。第六章 系統(tǒng)總線 （了解）61 單機系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)62 總線接口63 總線的控制和通信64 典型總線要求：使學(xué)生了解計算機內(nèi)的連接部件總線、接口的基本結(jié)構(gòu)，及機內(nèi)的通信方式。第七章 外圍設(shè)備71 外圍設(shè)備概述 （了解）72 顯示設(shè)備 （重點）73 打印設(shè)備 （了解）74 輸入設(shè)備 （了解）75 硬磁盤存儲設(shè)備 （重點）76 軟磁盤

6、存儲設(shè)備 （重點）77 磁帶存儲設(shè)備 （了解）78 光盤存儲設(shè)備 （了解）要求：使學(xué)生了解計算機系統(tǒng)中常用外設(shè)的基本結(jié)構(gòu)，主要技術(shù)指標(biāo)，工作原理等知識，重點掌握磁盤、CRT的特性。第八章 輸入輸出系統(tǒng)81 外圍設(shè)備的定時方式與信息交換方式 （了解）82 程序查詢方式 （重點）83 程序中斷方式 （重點）84 DMA方式 （重點）要求：使學(xué)生了解計算機系統(tǒng)中I/O交換方式的實現(xiàn)方法，所需硬件接口的基本結(jié)構(gòu)，軟硬件的分工配合及工作過程。（四） 實驗教學(xué)要求： 序號實驗數(shù)據(jù)通道實驗名稱內(nèi)容提要實驗學(xué)時每組人數(shù)實驗屬性開出要求運算器組成實驗驗證SN74181運算器的算術(shù)運算及邏輯運算功能，從而理解運算

7、器的工作原理。32驗證必做半導(dǎo)體存儲器原理實驗掌握存儲器的存儲原理及尋址方式，完成存儲器的讀寫操作。32驗證必做數(shù)據(jù)通道實驗掌握整機的工作原理，包括從數(shù)據(jù)的輸入，運算及將數(shù)據(jù)從存儲器中讀出、寫入等。從而掌握信號之間的相互關(guān)系，了解數(shù)據(jù)通路的形成，掌握組成原理的“時空”特性。32驗證必做4微程序設(shè)計實驗掌握微程序的設(shè)計方法，學(xué)會編寫微程序，并在實驗機上實現(xiàn)相應(yīng)指令的功能，了解實驗機控制器的構(gòu)成。32設(shè)計選做（五） 課內(nèi)學(xué)時分配章內(nèi) 容參考學(xué)時1第一章 計算機系統(tǒng)概論22第二章 運算方法和運算器143第三章 存儲系統(tǒng) 124第四章 指令系統(tǒng) 4.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求 4.2指令格式 4.34

8、.5 85第五章 中央處理器 5.1中央處理器的功能和組成 5.2指令周期 5.35.7206第六章 系統(tǒng)總線27第七章 外圍設(shè)備 88第八章 輸入輸出系統(tǒng)6（六） 大綱內(nèi)容第一章 計算機系統(tǒng)概論 學(xué)時數(shù)：2 教學(xué)方式：講授 教學(xué)知識點：1計算機的分類及應(yīng)用（了解） 2計算機的硬件組成（掌握）3計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)（掌握）第二章 運算方法和運算器 學(xué)時數(shù)：14 教學(xué)方式：講授 教學(xué)知識點：1數(shù)字與文字的表示方法（掌握）2定點加法運算的算法與實現(xiàn)（掌握）3定點減法運算的算法與實現(xiàn)（掌握）4溢出的概念與檢測方法（掌握）5基本的二進制加/減法器的設(shè)計與實現(xiàn)（掌握）6基本的十進制加法器的設(shè)計與實現(xiàn)（掌

9、握）7原碼一位串行乘法算法及原碼陣列乘法器（掌握）8帶求補電路的補碼陣列乘法器（掌握）9原碼一位除法算法（掌握）10原碼陣列除法器（了解）11利用原碼陣列除法器實現(xiàn)補碼除法的設(shè)計思路（了解）12定點運算器的組成與結(jié)構(gòu)（掌握）13浮點加減運算算法（掌握）14浮點乘除運算算法（了解）15浮點運算器的設(shè)計與實現(xiàn)（了解）第三章 存儲系統(tǒng)學(xué)時數(shù)：12 教學(xué)方式：講授 教學(xué)知識點：1 靜態(tài)存儲器（SRAM）的組成（基本存儲元及芯片）（了解）2SRAM的讀、寫周期（了解）3SRAM與CPU的連接方法（掌握） 4動態(tài)存儲器（DRAM）的組成（基本存儲元及芯片）（了解）5DRAM的刷新概念及刷新方式（掌握）6D

10、RAM與CPU的連接方法（了解）7DRAM的研制與發(fā)展?fàn)顩r（了解）8只讀存儲器的概念（掌握）9閃速存儲器的概念（掌握）10雙端口存儲器的概念（掌握）11多模塊交叉存儲器原理（掌握） 12相聯(lián)存儲器的概念（了解） 13Cache存儲器的地址映射方式（掌握）第四章 指令系統(tǒng)學(xué)時數(shù)：8 教學(xué)方式：講授 教學(xué)知識點：1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求（了解）2指令的格式（掌握）3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式（掌握）4串聯(lián)堆棧與存儲器堆棧（了解）5指令的分類（掌握）第五章 中央處理器（CPU）學(xué)時數(shù)：20 教學(xué)方式：講授 教學(xué)知識點：1中央處理器的功能和組成（掌握）2指令周期的基本概念（掌握）3典型指令的指令周期（掌握

11、）4表示指令周期的方框圖語言（掌握）5時序信號的作用和體制（掌握）6時序信號產(chǎn)生器的設(shè)計（掌握）7計算機的控制方式（了解）8微程序控制的基本概念（掌握）9微程序控制器的原理（掌握） 10微指令的操作控制字段的設(shè)計（掌握） 11微指令的順序字段的設(shè)計（掌握） 12水平型微指令與垂直型微指令的概念（掌握）13動態(tài)微程序設(shè)計技術(shù)（了解）14微程序控制計算機的設(shè)計方法（掌握）15硬布線控制器的基本原理（掌握）第六章 總線系統(tǒng)學(xué)時數(shù)：2 教學(xué)方式：講授 教學(xué)知識點：1總線的概念和結(jié)構(gòu)形態(tài)（掌握）2總線上的信息傳送方式（掌握）3總線接口的基本概念（掌握）4總線的仲裁（掌握）5總線的定時（掌握）6總線數(shù)據(jù)的

12、傳送模式（了解）7ISA總線（了解）8PCI總線（了解）第七章 外圍設(shè)備學(xué)時數(shù)：8 教學(xué)方式：講授 教學(xué)知識點：1外圍設(shè)備的一般功能（掌握）2外圍設(shè)備的分類（掌握）3字符顯示器的工作原理（了解）4圖形顯示器的原理（了解）5圖像顯示的原理（了解）6IBM PC系列機的顯示系統(tǒng)（了解）7常用的輸入設(shè)備和打印設(shè)備（了解）8磁記錄原理與記錄方式（掌握）9硬磁盤存儲器的組成及工作原理（掌握）10硬磁盤存儲器的技術(shù)指標(biāo)（掌握）11軟磁盤存儲器的組成及工作原理（了解）12磁帶存儲設(shè)備的組成及工作原理（了解）13光盤存儲設(shè)備的類型及讀寫原理（了解）14光盤的信息記錄方式（掌握）第八章 輸入輸出系統(tǒng)（I/O系統(tǒng)

13、）學(xué)時數(shù)：6 教學(xué)方式：講授 教學(xué)知識點：1外圍設(shè)備的定時與信息交換方式（了解）2程序中斷方式的工作原理（掌握）3程序中斷方式的基本接口（掌握）4DMA的基本概念（掌握）5DMA的傳送方式及傳送過程（掌握）6DMA控制器的組成及工作原理（掌握）7通道的基本概念（了解）8通道的類型及通道結(jié)構(gòu)的發(fā)展（了解）七、課程有關(guān)說明 依據(jù)計算機科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)制訂。 在學(xué)習(xí)計算機組成原理之前，必須具備基本的電子線路、數(shù)字邏輯的相關(guān)知識，能夠進行簡單的電路分析和設(shè)計能力；掌握基本的匯編語言知識，能夠分析匯編指令的執(zhí)行過程；本課程正是在以上必備知識的基礎(chǔ)上，進行計算機的運算器、控制器、指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)等各個組成部分的設(shè)計。 執(zhí)行本大綱時應(yīng)該注意兩個方面的問題：1.理論與實踐的結(jié)合；2.在理論與實踐結(jié)合的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的時間空間的概念。 主要教學(xué)方式：多媒體教學(xué)與黑板教學(xué)相結(jié)合。 考核方式：閉卷考試，滿分100分。其中，期末考試成績占總分的70，平時成績加實驗成績占總分的30。八、主要教學(xué)方