計算機組織與結(jié)構(gòu)教學(xué)大綱

1、計算機組織和結(jié)構(gòu)教學(xué)大綱（課程編號：0902302 學(xué)分-學(xué)時-上機：4-64-16）東南高校計算機學(xué)院一、課程的性質(zhì)和目的本課程是計算機專業(yè)必修的一門主要的專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程系統(tǒng)地介紹計算機的組成結(jié)構(gòu)及各組成部分的工作原理，其內(nèi)容著重于基本概念、基本原理的學(xué)習(xí)，同時也體現(xiàn)最新的成果。通過學(xué)習(xí)本課程，培育學(xué)生初步建立計算機的整機概念，駕馭計算機的五個功能部件的組成原理，邏輯實現(xiàn)、設(shè)計方法及其互連結(jié)構(gòu)，并奠定良好的計算機硬件基礎(chǔ)，為今后參與計算機系統(tǒng)的分析、設(shè)計、開發(fā)工作打下一個良好的基礎(chǔ)。二、課程內(nèi)容的教學(xué)要求第1章  計算機系統(tǒng)概論 1.1計算機系統(tǒng)簡介：理解計算機軟硬件在系統(tǒng)中的

2、作用和關(guān)系，理解計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，理解計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成、實現(xiàn)三者之間的關(guān)系。1.2計算機系統(tǒng)基本組成：重點駕馭馮·諾依曼計算機模型原理，駕馭計算機硬件的基本組成，重點駕馭計算機系統(tǒng)的工作過程。1.3計算機系統(tǒng)的性能指標(biāo)：駕馭計算機系統(tǒng)的性能指標(biāo)及和軟硬件的關(guān)系，了解計算機系統(tǒng)的性能瓶頸及性能設(shè)計方法。1.4計算機系統(tǒng)發(fā)展歷程：了解計算機系統(tǒng)及微型計算機軟硬件發(fā)展歷史及分類。第2章  數(shù)據(jù)的表示和運算 2.1數(shù)據(jù)的編碼：理解數(shù)制及相互轉(zhuǎn)換方法，嫻熟駕馭機器數(shù)及其原碼、補碼、反碼編碼方法及十進制編碼方法，了解字符及字符串編碼方法，駕馭奇偶校驗碼、海明校驗碼及

3、循環(huán)冗余校驗碼編碼方法及校驗原理，了解CRC校驗碼原理。 2.2數(shù)據(jù)的表示：重點駕馭數(shù)值數(shù)據(jù)的表示方法，以及定點表示、浮點表示的格式及特征，理解非數(shù)值數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表示方法及格式。 2.3定點數(shù)的運算：嫻熟駕馭定點數(shù)的移位運算、加減運算方法，駕馭運算溢出的處理方法及所需硬件配置，駕馭定點數(shù)的乘法運算方法及所需硬件配置。 2.4浮點數(shù)的運算：駕馭浮點數(shù)的加減運算過程，理解規(guī)格化數(shù)的概念。 2.5算術(shù)邏輯單元ALU：理解加法的串行及并行進位實現(xiàn)原理，了解ALU的功能和組成，駕馭運算器的基本結(jié)構(gòu)。第3章  存儲系統(tǒng)3.1存儲系統(tǒng)概述：了解存儲器的性能指標(biāo)，理解程序訪問局部性對提高存儲

4、器性能/價格的作用，駕馭層次結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)的組成及工作原理。3.2半導(dǎo)體存儲器基礎(chǔ)：駕馭SRAM、DRAM芯片的結(jié)構(gòu)和組成、讀寫周期，理解DRAM芯片的刷新方法，了解ROM結(jié)構(gòu)和存儲原理。3.3主存儲器：理解主存儲器的組成及CPU的相關(guān)信號線，嫻熟駕馭利用MEM芯片組成主存儲器的方法(容量擴展方法)，駕馭主存儲器和CPU 的連接方法，了解提高訪問存儲器性能的硬件組織方法（多體/高性能/雙端口存儲器）。3.4高速緩沖存儲器：駕馭Cache的結(jié)構(gòu)和組成原理，理解Cache的工作流程，駕馭Cache組成的地址映像及變換方法、替換算法、寫策略的原理和性能，了解提高Cache性能的相關(guān)技術(shù)。3.5虛擬存儲

5、器：理解虛擬存儲器的工作原理，駕馭段式、頁式、段頁式虛擬存儲器的存儲管理方法，了解虛擬存儲器的實現(xiàn)原理及工作全過程。第4章  指令系統(tǒng) 4.1指令系統(tǒng)組成：深化理解指令系統(tǒng)和軟硬件的關(guān)系，駕馭指令功能相關(guān)參數(shù)和指令格式的組成，理解軟硬件對指令字的要求及指令字的種類。 4.2數(shù)據(jù)存放和尋址方式：理解不同長度數(shù)據(jù)在REG、MEM中的存放方式及地址表示，駕馭堆棧存取方式及堆棧的實現(xiàn)及操作方法，嫻熟駕馭指令及數(shù)據(jù)尋址方式的尋址過程及形式地址組成。 4.3指令格式舉例：了解指令系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)，通過分析Pentium及PowerPC指令系統(tǒng)，理解指令系統(tǒng)的組成及優(yōu)化手段。 4.4指令系

6、統(tǒng)發(fā)展：了解CISC及RISC產(chǎn)生緣由，駕馭RISC的設(shè)計目標(biāo)及實現(xiàn)手段。第5章 中心處理器5.1 CPU的功能和結(jié)構(gòu)：理解CPU的功能及基本結(jié)構(gòu)，了解指令周期和CPU工作流程的組成，駕馭指令執(zhí)行過程、CPU基本操作及微操作的相互關(guān)系，了解CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)通路的組織方法，嫻熟駕馭單總線通路的各種指令執(zhí)行過程的微操作步序列組成。5.2限制器的組成和工作原理：理解CPU功能實現(xiàn)需求和限制器的功能，理解限制器的基本結(jié)構(gòu)和分類，駕馭時序系統(tǒng)組成原理及和CPU工作流程的關(guān)系，了解信號時序的三種限制方式原理，理解微操作實現(xiàn)和微操作吩咐的關(guān)系，駕馭微操作限制信號形成原理、及和微操作吩咐有效條件的關(guān)系。5.3硬

7、布線限制器：了解組合邏輯限制器的設(shè)計步驟，能夠依據(jù)要求進行詳細設(shè)計。5.4微程序限制器：理解微程序限制思想及微程序組成，駕馭微程序限制器的組成及工作原理，了解微指令格式及其編碼方法，理解各種微地址形成方法，了解微程序限制器的設(shè)計步驟并能夠依據(jù)要求進行詳細設(shè)計。5.5 CPU舉例：了解Intel 8086/8088 CPU的參數(shù)和CPU結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系，理解8086/8088 CPU的基本組成和CPU組成原理的對應(yīng)程度，理解實地址模式存儲管理的實現(xiàn)方法，了解限制器的實現(xiàn)方法。5.6指令流水技術(shù)：駕馭流水線的基本原理及實現(xiàn)要求，了解流水線的性能指標(biāo)，理解流水線的三種相關(guān)解決方法，了解提高流水線性能的

8、方法。第6章 總線 6.1總線概述：了解總線的分類方法、特性及總線性能指標(biāo)。 6.2總線傳輸和限制：理解總線傳輸?shù)幕静襟E，駕馭幾種集中式總線仲裁原理、連接及信號線需求，駕馭總線傳輸步驟的定時方法、信號線需求，了解常見的總線標(biāo)準(zhǔn)。 6.3總線互連結(jié)構(gòu)：理解單總線、多總線互連的目標(biāo)、結(jié)構(gòu)和特點，了解總線互連時接口部件的操作實現(xiàn)方法。第7章 輸入輸出系統(tǒng) 7.1 I/O系統(tǒng)概述：理解I/O系統(tǒng)的基本組成，連接I/O設(shè)備和主機的連接方式、編址及尋址方法，理解I/O設(shè)備和主機的幾種傳送限制方式的基本思想。 7.2外部設(shè)備：理解I/O設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)，了解幾種輸入、輸出設(shè)備的組成及工作原理，駕馭磁盤存儲器

9、組成、信息記錄格式、操作步驟及性能指標(biāo)，理解光存儲器記錄原理。 7.3 I/O接口：了解I/O接口的功能及I/O端口概念，理解I/O接口的硬件組成及工作原理，了解I/O指令格式組成。 7.4程序查詢方式：駕馭程序查詢方式的傳送限制原理、流程及編程方法，理解對I/O接口相應(yīng)工作方法的要求，駕馭無條件傳送限制的編程方法。 7.5程序中斷方式：駕馭中斷的基本概念，理解中斷的分類方法，重點駕馭中斷過程各階段的功能、硬件實現(xiàn)方法，理解中斷過程對I/O接口硬件組織的要求、及I/O接口的工作原理，駕馭不同I/O中斷懇求連接方式的相應(yīng)判優(yōu)方法，了解中斷限制器及中斷系統(tǒng)的組成，駕馭中斷嵌套及中斷屏蔽的概念。 7

10、.6 DMA方式：駕馭DMA方式的思想及傳送過程，理解DMA的三種傳送方式及工作過程，駕馭DMA接口的基本組成及數(shù)據(jù)傳送過程，了解不同功能DMA接口的基本組成。 7.7通道方式：理解通道的功能及基本組成，了解通道的工作過程及種類。三、上機實習(xí)要求本課程進行3個部件試驗：總線、半導(dǎo)體靜態(tài)存儲器試驗；運算器數(shù)據(jù)通路試驗；數(shù)據(jù)通路試驗，它們是為課程設(shè)計整機試驗而打算的。學(xué)生通過這些試驗可積累一些試驗閱歷和技巧，熟識一些中、大規(guī)模集成電路的運用方法，提高邏輯設(shè)計實力，為整機試驗打下基礎(chǔ)。四、實力培育的要求1. 分析實力的培育：主要是對計算機各功能部件組成原理及技術(shù)進行分析的實力的培育，同時關(guān)注新技術(shù)在

11、現(xiàn)代計算機上運用的意義。2. 計算實力的培育：要求學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，具備對計算機中各種常用的算術(shù)運算算法的駕馭以及各個部件常用的性能指標(biāo)的計算。3. 自學(xué)實力的培育：通過本課程的教學(xué)，要培育和提高學(xué)生對所學(xué)學(xué)問進行整理、概括、消化汲取的實力，以及圍繞課堂教學(xué)內(nèi)容，閱讀參考書籍和資料，自我擴充學(xué)問領(lǐng)域的實力。4. 表達實力的培育：主要通過作業(yè)，清楚、整齊地表達自己解決問題的思路和步驟的實力。5. 創(chuàng)新實力的培育：培育學(xué)生獨立思索、深化鉆研問題的習(xí)慣，和對問題提出多種解決方案、選擇不同實現(xiàn)方法，以及對各種技術(shù)進行評價和舉一反三的實力。五、建議學(xué)時安排課 程 內(nèi) 容講 課習(xí)題課或課堂探討實 驗上 機計算機組織和結(jié)構(gòu)58616計算機系統(tǒng)概論 4數(shù)據(jù)的表示和運算1114存儲系統(tǒng) 1114指令系統(tǒng)31中心處理器 1224總線 4