《計算機組成原理》課程簡介與教學大綱

PAGEPAGE7《計算機組成原理》課程簡介課程編號：09464004課程名稱：計算機組成原理/ComputerOrganization學分:4學時：64（課內實驗(踐)：10上機：0課外實踐：0）適用專業(yè)：計算機科學與技術、軟件工程、網絡工程、物聯(lián)網工程建議修讀學期：三年級上學期開課單位：計算機科學與技術學院計算機科學與技術系先修課程：數字邏輯考核方式與成績評定標準：本課程成績由平時成績(10%)，實驗成績(20%)和期末考試(70%)組合而成，采用百分制計分制。各部分所占比例如下：平時成績占10%，主要考查對各章知識點的理解程度，學習態(tài)度，自主學習能力，利用現代工具獲取所需信息和綜合整理能力，課堂討論時的溝通和表達能力。實驗成績占20%，主要考察學生實驗預習及態(tài)度、實驗操作與規(guī)范、分析研究和報告撰寫。期末成績占70%，采用閉卷形式考查。題型為填空題、選擇題、計算題和設計題等?？己藘热葜饕ㄟ\算器、存儲器和控制器等，占總分比例60%；輸入輸出系統(tǒng)、指令系統(tǒng)，占總分比例30%；計算機系統(tǒng)概論、計算機邏輯部件，占總分比例10%。教材與主要參考書目：1．計算機組成原理，白中英，科學出版社：2012，112．計算機組成與結構（第4版），王愛英主編，清華大學出版社，20073. 計算機組成原理，俸遠幀，電子工業(yè)出版社，20034.計算機組成原理，王誠、郭超峰，人民郵電出版社，2009內容概述：中文：《計算機組成原理》是一門系統(tǒng)介紹計算機系統(tǒng)組成的原理知識和內部運行機制的課程。課程著重講解計算機硬件系統(tǒng)五大組成部件的組織結構與功能，分析指令執(zhí)行的過程并介紹整機協(xié)同工作的概念，介紹各個部件及整機功能實現的設計方法。通過本課程的學習，使學生掌握包括ALU，微程序控制器、存儲系統(tǒng)、外設接口等主要部件在內的現代計算機系統(tǒng)的組織結構、工作原理和設計原則，建立構成計算機硬件系統(tǒng)的整體概念。同時使學生初步具有分析和解決計算機組成方面實際問題的能力。為今后從事硬件系統(tǒng)的設計與開發(fā)打下堅實基礎。對計算機組成的深入理解，也有助于培養(yǎng)學生具備開發(fā)出高性能軟件系統(tǒng)的能力。英文：ComputerOrganizationisacoursethatintroducestheprinciplesofcomputerarchitectureandinternaloperationmechanismsofcomputersystems.Thiscoursefocusesonexplainingthearchitectureandfunctionsoffiveclassiccomponentsofacomputer,analyzingtheprocessofaninstructionexecutionandhowthecomputerhardwarebuildingblocksworktogethertohavethecomputercarryoutatask,andthedesignmethodologyofthesefunctionalblocksarealsocovered.Thiscourseisintendedtomakestudentsdeeplyunderstandhowcomputerhardwarebuildingblocksinteract.Bytheendofthiscourse,studentsshouldbeabletomasterthebasicconceptsandunderlyingprinciplesofmoderncomputerorganizationanddesign,includingALU,control,memorysystems，I/Odeviceinterfaceandsoon.Atthesametime，thestudentsshouldinitiallyhavethecapabilityofanalyzingandsolvingtherealisticproblemaboutcomputerorganization.Allofthesewillmakethestudentsasolidfoundationofthedesignanddevelopmentofhardwaresystemsforthefuture.Adeepunderstandingofcomputerorganizationisalsoofgreatvaluetostudentswhohopetodevelophigh-performancesoftware.《計算機組成原理》教學大綱課程名稱課程編號學分/學時建議開課學期計算機組成原理070140074/64三年級上學期先修課程后續(xù)課程開課單位適用專業(yè)數字邏輯微機原理與接口技術、嵌入式系統(tǒng)計算機科學與技術學院計算機科學與技術系計算機科學與技術、軟件工程、網絡工程、物聯(lián)網工程一、課程性質、目的與任務《計算機組成原理》是計算機類專業(yè)必修的核心主干課程，授課對象是計算機科學與技術、軟件工程、網絡工程、物聯(lián)網工程專業(yè)的三年級本科生。本課程是一門系統(tǒng)介紹計算機系統(tǒng)組成的原理知識和內部運行機制的課程。著重講解計算機硬件系統(tǒng)五大組成部件的組織結構與功能，分析指令執(zhí)行的過程并介紹整機協(xié)同工作的概念，介紹各個部件及整機功能實現的設計方法。通過本課程的學習，從應用的角度出發(fā)，使學生掌握計算機系統(tǒng)的組織結構、工作原理，掌握《計算機組成原理》是計算機類專業(yè)必修的核心主干課程，授課對象是計算機科學與技術、軟件工程、網絡工程、物聯(lián)網工程專業(yè)的三年級本科生。本課程是一門系統(tǒng)介紹計算機系統(tǒng)組成的原理知識和內部運行機制的課程。著重講解計算機硬件系統(tǒng)五大組成部件的組織結構與功能，分析指令執(zhí)行的過程并介紹整機協(xié)同工作的概念，介紹各個部件及整機功能實現的設計方法。通過本課程的學習，從應用的角度出發(fā)，使學生掌握計算機系統(tǒng)的組織結構、工作原理，掌握ALU，微程序控制器等設計原理和方法，了解存儲器、外設接口等工作原理，建立構成計算機硬件系統(tǒng)的整體概念，同時使學生了解當代先進的計算機技術，初步具有分析和解決計算機組成方面實際問題的能力。為學習后續(xù)的硬件課程和今后從事硬件系統(tǒng)的設計與開發(fā)打下基礎。（對應的畢業(yè)要求：3.3，4.1，11.3）本課程重點支持以下畢業(yè)要求指標點：3-3理解數字系統(tǒng)的基本理論與設計方法。體現在掌握馮·諾依曼體系結構計算機的組成與設計基本思想。理解和掌握CPU組成結構、多級存儲系統(tǒng)、總線系統(tǒng)分級結構、輸入輸出接口的基本理論和設計思路。理解時序關系在數字系統(tǒng)設計中的重要性。4-1理解系統(tǒng)概念及其在計算機領域的主要體現。掌握計算機軟、硬件系統(tǒng)分析與設計的基本方法、基本技能。體現在理解計算機系統(tǒng)的概念，掌握計算機硬件系統(tǒng)的五大組成部分，以及它們之間協(xié)同工作的原理和流程，對計算機硬件系統(tǒng)有一個整體的認識。掌握運算器設計方法、流水線處理的設計方法、體現在理解計算機系統(tǒng)的概念，掌握計算機硬件系統(tǒng)的五大組成部分，以及它們之間協(xié)同工作的原理和流程，對計算機硬件系統(tǒng)有一個整體的認識。掌握運算器設計方法、流水線處理的設計方法、Cache的設計思想。能分析和設計機器指令執(zhí)行的控制信號，編寫相應的微程序，控制CPU內部各個功能部件的協(xié)同工作。了解不同結構或設計的優(yōu)勢和劣勢，知曉其局限性，從而加強對實際工程問題的理解，學會根據實際工程需要合理選擇解決方案。體現在能針對設計性實驗的要求，給出設計方案。在實驗過程中能準確記錄實驗數據，對實驗數據進行分析、解釋數據，調整實驗過程，得到相應的結論，撰寫實驗報告。11-3能表現出自我學習和探索的成效體現在了解計算機發(fā)展史，知曉計算機技術日新月異的發(fā)展狀態(tài)。通過調研和文獻查閱，了解某一硬件（如內存、硬盤）的發(fā)展現狀及最新技術，從而建立起自主學習和終身學習的意識。

二、教學內容及學時分配（按章節(jié)列出內容要求學時等，實驗上機項目要列在課程內容一欄）計算機組成原理總學時數為64學時，其中理論教學為54學時，實驗教學為10學時；課程教學共有七章，具體內容及學時安排等如下表所示：課程內容教學要求重點（☆）難點（△）學時安排實驗學時上機學時備注第一章計算機系統(tǒng)概論C2第一節(jié)計算機的分類和應用第二節(jié)計算機系統(tǒng)的硬件組成第三節(jié)計算機的軟件第四節(jié)計算機系統(tǒng)的層次結構第二章運算方法與運算器A☆△12第一節(jié)數字與文字的表示法第二節(jié)定點加法減法運算第三節(jié)定點乘法運算第四節(jié)定點除法運算第五節(jié)定點運算器的組成第六節(jié)浮點運算運算器實驗2第三章存儲系統(tǒng)A☆△12第一節(jié)存儲器概述第二節(jié)隨機讀寫存儲器第三節(jié)只讀存儲器和閃速存儲器第四節(jié)高速存儲器第五節(jié)Cache存儲器存儲器實驗2第四章指令系統(tǒng)B4第一節(jié)指令格式第二節(jié)信息的存儲結構與存取方式第三節(jié)指令和數據尋址方式第四節(jié)堆棧尋址方式第五節(jié)指令的類型第五章中央處理器第一節(jié)CPU的功能和組成A☆△146第二節(jié)指令周期第三節(jié)時序產生器和控制方式第四節(jié)微程序控制器第五節(jié)微程序設計技術第六節(jié)硬布線控制器第七節(jié)流水CPU第八節(jié)RISCCPU微控制器實驗2基本模型機實驗4第六章總線系統(tǒng)B☆4第一節(jié)總線的概念和結構形態(tài)第二節(jié)總線接口第三節(jié)總線的仲裁、定時和數據傳送模式第四節(jié)PCI總線第七章輸入輸出系統(tǒng)B6第一節(jié)外圍設備的定時方式與信息交換方式第二節(jié)程序中斷方式第三節(jié)DMA方式第四節(jié)通道方式第五節(jié)通用I/O標準接口（教學基本要求：A-掌握；B-熟悉；C-了解）三、建議實驗（上機）項目及學時分配運算器實驗，2學時存儲器實驗，2學時微控制器實驗，2學時基本模型機設計，4學時四、教學方法與教學手段課程教學以課堂講授為主，結合實驗、作業(yè)及主題調研等多種教學方式共同實施。本課程安排四次實驗。分別是運算器實驗、存儲器實驗、微控制器實驗、基本模型機實驗。一次主題調研，以小組方式開展，主題為當前計算機硬件系統(tǒng)的組成，題目可自擬。講課教師為每個小組提供咨詢，檢查工作進度。五、考核方式與成績評定標準課程考核成績采用平時成績、實驗成績、期終考試成績相結合的方式。平時成績占10%，主要考查對各章知識點的理解程度，學習態(tài)度，自主學習能力，利用現代工具獲取所需信息和綜合整理能力，課堂討論時的溝通和表達能力。實驗成績占20%，主要考察學生實驗預習及態(tài)度、實驗操作與規(guī)范、分析研究和報告撰寫。期終考試成績占70%，采用閉卷形式考查。題型為填空題、選擇題、計算題和設計題等。考核內容主要包括運算器、存儲器和控制器等，占總分比例60%；輸入輸出系統(tǒng)、指令系統(tǒng)，占總分