《計算機組成原理》課程教學大綱

1、計算機組成原理一、課程概況所屬專業(yè):物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)開課單位：數(shù)學計算機科學學院課程類型:學科基礎(chǔ)課程課程代碼:07415130開課學期:3學分：3學時：48核心課程:否擬使用教材：袁春風.計算機組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(第2版).北京：清華大學出版社.2015.8國內(nèi)(外)現(xiàn)有教材：1 王誠, 宋佳興. 計算機組成與體系結(jié)構(gòu)(第2版). 北京: 清華大學出版社. 2011.62 羅福強.計算機組成與體系結(jié)構(gòu).北京：人民郵電出版社.2014.13 亨尼西(JohnL.Hennessy)(著),帕特森(DavidA.Patterson)(著),賈洪峰(譯).計算機體系結(jié)構(gòu):量化研究方法(第5版).北京:人民

2、郵電出版社.2013.14 David A. Patterson, John L. Hennessy. Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface (5th Edition).Elsevier (Singapore) Pte Ltd., China Machine Press.2014.25 胡偉武, 陳云霽, 肖俊華, 章隆兵. 計算機體系結(jié)構(gòu). 北京: 清華大學出版社.2011.66 唐朔飛.計算機組成原理(第2版).北京：高等教育出版社.20087 李梅靜.現(xiàn)代計算機體系結(jié)構(gòu).北京：清華大學出版社.2

3、009.58 趙姝，陳潔，段震，陳付龍，劉路路.計算機組成與體系結(jié)構(gòu).合肥：安徽大學出版社.2014.8學習參考資料1 李春葆, 肖忠付, 杭后慶.計算機組成原理聯(lián)考輔導教程.北京：清華大學出版社.2012.62 王道論壇.2016年計算機組成原理聯(lián)考復習指導(第1版). 北京:電子工業(yè)出版社. 2015.53 李梅靜等.現(xiàn)代計算機體系結(jié)構(gòu). 北京:清華大學出版社.2009.54 傅麒麟，徐勇.現(xiàn)代計算機體系結(jié)構(gòu). 北京:希望電子出版社.2002.85 William Stallings(著)，張昆藏(譯).計算機組織與體系結(jié)構(gòu)(第7版). 北京:清華大學出版社.2006.36 張晨曦等.計算

4、機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教程. 北京:清華大學出版社.2009.57 西安郵電大學計算機組成原理精品課程./8 上海交通大學網(wǎng)絡教育精品課程計算機組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)./jsjzc/9 中國大學MOOC-計算機組成原理(杭州電子科技大學包健)./coursestatic/course_2859.html10 Ian McLoughlin(著), 王沁(譯).計算機體系結(jié)構(gòu)：嵌入式方法.北京：機械工業(yè)出版社.2012.511 Carl Hamacher, Zvnoko Vranesic, Safwat Zaky, Naraig Manjikian.Computer Organization and Embedded

5、 Systems.北京：機械工業(yè)出版社.2013.1二、課程描述計算機組成原理是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)硬件類的學科基礎(chǔ)課，在各門課程中起著承上啟下的重要作用。課程主要學習計算機硬件組成和運行機制方面的基本概念、基本原理、基本設計和分析方法等系統(tǒng)知識，了解運算器、控制器、存儲器、輸入器、輸出器等主要部件以及總線的組織結(jié)構(gòu)、工作原理和設計方法，奠定必要的專業(yè)知識基礎(chǔ)。進而從層次和系統(tǒng)的觀點，通過指令系統(tǒng)的學習，了解計算機系統(tǒng)中硬件、軟件的功能劃分和相互配合關(guān)系，學習提高計算機整機的硬軟件性能和部件性能的各種可行途徑，進而初步了解從計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度進一步提高系統(tǒng)性能的主體思想，能站在更高層次上思考和解決

6、工作中遇到的問題，通過面向問題求解能力的培養(yǎng)提高學生的創(chuàng)新能力。三、課程目標本課程的教學目的是使學生掌握計算機組成和體系結(jié)構(gòu)的基本概念、基本原理、基本設計和分析方法，幫助學生建立新型計算機系統(tǒng)的完整概念，并通過實驗教學努力提高學生在計算機硬件設計和實現(xiàn)方面的能力，適當了解提高計算機的部件和整機硬件性能的各種可能途徑，并能對當前計算機系統(tǒng)各組成部件的新技術(shù)、新型設計思想、未來發(fā)展趨勢和最新研究成果有一般性的了解。學生通過本課程的學習，還可以培養(yǎng)學生從形象思維向抽象思維過渡，掌握自頂向下分析和解決問題的能力，提高溫故知新、舉一反三和自主學習的能力，最終能在“計算機科學與技術(shù)導論”、“電路與電子技術(shù)

7、”和“數(shù)字邏輯”等課程所學基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，建立計算機整機系統(tǒng)的完整概念，并能為進一步學習“微型計算機原理與接口技術(shù)”、“嵌入式系統(tǒng)”、“操作系統(tǒng)”和“編譯原理”等課程奠定基礎(chǔ)。四、教學要求依據(jù)本課程的性質(zhì)、目的及任務，教學基本要求是緊扣多媒體教學、課后答疑、教學計算機實驗幾個主要環(huán)節(jié)，要求學生系統(tǒng)地了解、熟悉和掌握計算機組成與體系結(jié)構(gòu)基本知識。授課教師將按照學校本科教學工作有關(guān)要求做好課程教學各項工作：（1）根據(jù)本大綱要求，認真?zhèn)湔n完成教案與講稿編寫等各項課前準備工作；（2）嚴格按照課表規(guī)定的時間、地點上課，不遲到、不早退；（3）授課過程力求內(nèi)容充實、概念準確、思路清晰、詳略得當、邏輯性強、

8、重難點突出，力戒平鋪直敘、照本宣科，同時重視對學生的學習方法指導和課堂教學效果信息的反饋，實現(xiàn)教與學的雙向互動；（4）同時將結(jié)合課程目標要求，做好考核內(nèi)容設計，并嚴格按照本大綱要求做好出勤率統(tǒng)計、作業(yè)評價等各項工作。學習是大學生自己的責任和義務，學生應積極參加課程學習：（1）根據(jù)課程大綱要求制定本門課程學習計劃，加強學業(yè)管理，嚴格自我要求，提升自主學習能力，主動適應課程學習要求；（2）參與課堂教學活動不遲到、不早退，無正當理由不請假，上課認真聽講，不做任何與課堂教學無關(guān)事宜，不使用手機，積極與授課教師進行教學互動；（3）同時利用課余時間做好預習、復習、課外書籍閱讀等工作，主動與同學開展合作學習

9、，認真完成任課教師布置的課程作業(yè)。五、考核方式及要求為實現(xiàn)課程教學目標，本門課程采用過程性考核和期末考核結(jié)合的方式進行考核。過程性考核占總成績50%，其中：考勤占10%，隨機點到，每人不少于3次，其中無故缺席1次，按無考勤成績計算；課程測驗2次，占40%，測驗時間和內(nèi)容根據(jù)教學進度由教師安排；課程作業(yè)6次，按批改成績折算，占40%；教師隨堂檢查學生課堂筆記記錄情況并打分，占10%。期末考核占總成績50%，為閉卷考試。六、課程內(nèi)容第一章：計算機系統(tǒng)概述（授課時間：第三學期第12周）教學目標：對計算機總體結(jié)構(gòu)有一個概括的了解，掌握計算機組成與體系結(jié)構(gòu)的基本概念；了解計算機的體系結(jié)構(gòu)、組成及實現(xiàn)之間

10、的關(guān)系；理解計算機系統(tǒng)的基本組成及其層次結(jié)構(gòu)；了解計算機系統(tǒng)的設計準則和方法；了解計算機系統(tǒng)的性能評測方法，理解計算機系統(tǒng)的主要技術(shù)指標；了解計算機的發(fā)展進步、分類和應用。教學重點：計算機的工作原理；計算機系統(tǒng)的基本組成；計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)；計算機系統(tǒng)的設計準則和方法。教學難點：計算機的工作原理；計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)；軟硬件功能的劃分；計算機系統(tǒng)的設計準則和方法；計算機系統(tǒng)性能評測方法。學 時：課堂教學6學時，課外自主學習時間不少于1學時。教學方法：講授法、演示法、討論法。主要內(nèi)容：（1）計算機組成與體系結(jié)構(gòu)的基本概念；（2）計算機系統(tǒng)的組織；（3）計算機系統(tǒng)的設計準則和方法；（4）計算機系

11、統(tǒng)的性能評測方法及主要技術(shù)指標；（5）計算機的發(fā)展進步、分類和應用。學習方法：聽講記錄，小組討論，上網(wǎng)調(diào)研。課后作業(yè)：完成計算機基本組成、計算機的工作原理、計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、計算機系統(tǒng)的設計準則和方法、計算機系統(tǒng)性能評測及技術(shù)指標等知識點練習題。第二章：數(shù)據(jù)表示（授課時間：第三學期第23周）教學目標：掌握數(shù)制和編碼基本方法；掌握定點數(shù)和浮點數(shù)表示方法；了解十進制數(shù)據(jù)和非數(shù)值數(shù)據(jù)表示方法；掌握數(shù)據(jù)校驗碼。教學重點：定點數(shù)和浮點數(shù)表示方法；數(shù)據(jù)校驗碼。教學難點：定點數(shù)和浮點數(shù)表示方法；數(shù)據(jù)校驗碼。學 時：課堂教學6學時。教學方法：講授法、討論法。主要內(nèi)容：（1）數(shù)制，原碼、反碼補碼和移碼等編碼

12、；（2）定點數(shù)的表示；（3）浮點數(shù)的表示；（4）十進制數(shù)的表示；（5）非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示（6）數(shù)據(jù)校驗碼。學習方法：聽講記錄，小組討論，上網(wǎng)調(diào)研。課后作業(yè)：完成定點數(shù)表示、浮點數(shù)表示和數(shù)據(jù)校驗碼等知識點練習題。第三章：運算方法與運算器（授課時間：第三學期第34周）教學目標：掌握定點數(shù)的加、減、乘、除法運算；掌握浮點數(shù)的加、減、乘、除法運算；了解移位運算和十進制數(shù)運算方法；掌握運算器的設計方法。教學重點：定點數(shù)的四則運算；浮點數(shù)的四則運算。教學難點：定點數(shù)的乘除運算；浮點數(shù)的四則運算。學 時：課堂教學8學時，課外自主學習時間不少于1學時。教學方法：講授法、討論法。主要內(nèi)容：（1）定點數(shù)的運算；（2

13、）移位運算；（3）浮點數(shù)的運算；（4）十進制數(shù)運算方法；（5）運算器組成與設計。學習方法：聽講記錄，小組討論。課后作業(yè)：完成定點數(shù)的四則運算、浮點數(shù)的四則運算等知識點練習題。第四章：存儲器（授課時間：第三學期第57周）教學目標：理解存儲系統(tǒng)和存儲體系概念，掌握存儲器主要性能指標；掌握半導體存儲器芯片的類型和各主要存儲器芯片的工作原理；掌握主存儲器基本組成，掌握擴展存儲器容量的技術(shù)，能夠作給定的存儲器芯片按要求設計內(nèi)存，從而深刻理解存儲器的構(gòu)成原理，了解并行存儲技術(shù)；理解Cache的基本工作原理，掌握Cache-主存地址映像與變換技術(shù)，掌握Cache替換策略，掌握Cache性能分析方法；了解虛擬

14、存儲技術(shù)。教學重點：存儲體系；主存儲器基本組成；存儲器容量擴展的技術(shù)；Cache的基本工作原理， Cache-主存地址映像與變換技術(shù)；Cache替換策略，Cache性能分析方法。教學難點：半導體存儲器的容量擴展；Cache映像與變換，Cache替換策略。學 時：課堂教學9學時，課外自主學習時間不少于1學時。教學方法：講授法、演示法、討論法。主要內(nèi)容：（1）存儲系統(tǒng)與存儲體系；（2）半導體存儲器；（3）主存儲器（包括基本組成，存儲器容量的擴展，并行存儲技術(shù)）；（4）高速緩沖存儲器；（5）虛擬存儲器。學習方法：聽講記錄，小組討論，上網(wǎng)調(diào)研。課后作業(yè)：完成存儲體系、主存儲器的基本組成、容量擴展、并行

15、存儲技術(shù)、Cache工作原理、Cache-主存地址映像與變換技術(shù)、Cache性能分析方法等知識點練習題。第五章：指令系統(tǒng)（授課時間：第三學期第7周）教學目標：掌握機器指令特征；理解指令和數(shù)據(jù)的尋址技術(shù)；掌握指令系統(tǒng)的設計；了解精簡指令級計算機和復雜指令集計算機概念；了解幾種類型計算機的指令系統(tǒng)。教學重點：機器指令的一般格式以及指令中各字段的作用；不同的地址格式對訪存次數(shù)、尋址范圍的影響，不同的尋址方式對操作數(shù)尋址范圍以及對編程的影響；指令系統(tǒng)的設計方法；RISC的主要特點及其與CISC的區(qū)別。教學難點：數(shù)據(jù)的尋址技術(shù)；指令系統(tǒng)的設計方法。學 時：課堂教學3學時。教學方法：講授法、討論法。主要內(nèi)

16、容：（1）機器指令；（2）尋址技術(shù)；（3）指令系統(tǒng)設計；（4）CISC與RISC指令；（5）典型指令系統(tǒng)。學習方法：聽講記錄，小組討論，上網(wǎng)調(diào)研。課后作業(yè)：完成尋址技術(shù)、指令系統(tǒng)的設計等知識點練習題。第六章：控制器（授課時間：第三學期第89周）教學目標：理解控制器的功能，掌握控制器的基本結(jié)構(gòu)；理解指令周期、機器周期、時鐘周期和控制信號的關(guān)系，理解控制器的控制方式；掌握微程序控制方式控制器的設計方法；掌握硬布線控制方式控制器的設計方法。教學重點：控制器的基本結(jié)構(gòu)；微程序控制方式；硬布線控制方式。教學難點：微程序控制方式；硬布線控制方式。學 時：課堂教學8學時，課外自主學習時間不少于1學時。教學方

17、法：講授法、演示法、討論法。主要內(nèi)容：（1）控制器的功能和基本結(jié)構(gòu)；（2）時序系統(tǒng)與控制方式；（3）微程序控制；（4）硬布線控制。學習方法：聽講記錄，小組討論，上網(wǎng)調(diào)研。課后作業(yè)：完成控制器的基本結(jié)構(gòu)、時序系統(tǒng)與控制方式、微程序控制方式等知識點練習題。第七章：總線（授課時間：第三學期第10周）教學目標：掌握總線的概念，了解總線在計算機硬件結(jié)構(gòu)中地位和作用；掌握總線的組成與結(jié)構(gòu)；掌握總線仲裁和數(shù)據(jù)傳輸控制；了解總線設計的基本要素；了解典型的總線標準和技術(shù)。教學重點：總線的組成與結(jié)構(gòu)；總線仲裁和數(shù)據(jù)傳輸控制。教學難點：總線的組成與結(jié)構(gòu)；總線仲裁和數(shù)據(jù)傳輸控制。學 時：課堂教學3學時。教學方法：講授

18、法、討論法。主要內(nèi)容：（1）總線的基本概念；（2）總線的組織與結(jié)構(gòu)；（3）總線仲裁和數(shù)據(jù)傳輸控制；（4）總線設計的要素；（5）總線標準與技術(shù)。學習方法：聽講記錄，小組討論，上網(wǎng)調(diào)研。課后作業(yè)：完成總線的概念、總線的組織與結(jié)構(gòu)、總線仲裁和數(shù)據(jù)傳輸控制、總線標準與技術(shù)等知識點練習題。第八章：輸入輸出系統(tǒng)（授課時間：第三學期第10-12周）教學目標：理解輸入輸出系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)；掌握輸入輸出接口；掌握程序查詢、程序中斷、DMA、通道、外圍處理機等輸入輸出控制方式；了解主要輸入輸出設備。教學重點：輸入輸出系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)；輸入輸出接口；程序中斷控制方式，DMA控制方式。教學難點：程序中斷控制方式；DM

19、A控制方式。學 時：課堂教學6學時，課外自主學習時間不少于1學時。教學方法：講授法、演示法、討論法。主要內(nèi)容：（1）輸入輸出系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)；（2）輸入輸出接口；（3）輸入輸出數(shù)據(jù)傳送控制方式；（4）程序中斷控制方式；（5）DMA控制方式；（6）通道處理機控制方式；（7）外圍處理機控制方式；（8）輸入輸出設備。學習方法：聽講記錄，小組討論，上網(wǎng)調(diào)研。課后作業(yè)：完成輸入輸出系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)、輸入輸出接口、程序中斷控制方式、DMA控制方式等知識點練習題。第九章：流水線技術(shù)（授課時間：第三學期第1214周）教學目標：了解指令重疊技術(shù)；理解先行控制技術(shù)；掌握流水線技術(shù)的概念和原理；掌握流水線相關(guān)及其處

20、理方法；掌握流水線處理器的設計方法；了解流水線調(diào)度方法；了解超標量、 超流水、 超標量超流水、超長指令字等技術(shù)。教學重點：先行控制技術(shù)；流水線技術(shù)的概念和原理；流水線相關(guān)及其處理方法；流水線處理器的設計方法。教學難點：流水線相關(guān)及其處理方法；流水線處理器的設計方法；流水線調(diào)度方法。學 時：課堂教學6學時。教學方法：講授法、演示法、討論法。主要內(nèi)容：（1）指令的重疊執(zhí)行技術(shù)；（2）先行控制技術(shù)；（3）流水線技術(shù)概念和原理；（4）流水線相關(guān)及其處理方法；（5）流水線處理器設計；（6）高級流水線技術(shù)（包括超標量技術(shù)，超流水技術(shù)、 超標量超流水技術(shù)、超長指令字技術(shù)）。學習方法：聽講記錄，小組討論，上網(wǎng)調(diào)研。課后作業(yè)：完成先行控制技術(shù)、流水線技術(shù)的概念和原理、流水線相關(guān)及其處理方法、流水線處理器的設計方法等知識點練習題。第十章：并行技術(shù)（授課時間：第三學期第14-16周）教學目標：了解Flynn分類法；了解并行技術(shù)的發(fā)展；掌握互聯(lián)網(wǎng)絡；掌握數(shù)據(jù)級并行技術(shù)及SIMD計算機