計算機組織與結(jié)構(gòu)教學(xué)大綱-東南大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院

#計算機組織與結(jié)構(gòu)教學(xué)大綱（課程編號：09023學(xué)0分2-學(xué)時-上機：4-64）-16東南大學(xué)計算機學(xué)院一、課程的性質(zhì)與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，培養(yǎng)學(xué)生初步建立計算機的整機概念，掌握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)，為今后參加計算機系統(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.計1算機系統(tǒng)簡介：理解計算機軟硬件在系統(tǒng)中的作用與關(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。計算機系統(tǒng)基本組成：重點掌握馮?諾依曼計算機模型原理，掌握計算機硬件的基本組成，重點掌握計算機系統(tǒng)的工作過程。1.計3算機系統(tǒng)的性能指標(biāo)：掌握計算機系統(tǒng)的性能指標(biāo)及與軟硬件的關(guān)系，了解計算機系統(tǒng)的性能瓶頸及性能設(shè)計方法。1.計4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數(shù).據(jù)1的編碼：理解數(shù)制及相互轉(zhuǎn)換方法，熟練掌握機器數(shù)及其原碼、補碼、反碼編碼方法及十進(jìn)制編碼方法，了解字符及字符串編碼方法，掌握奇偶校驗碼、海明校驗碼及循環(huán)冗余校驗碼編碼方法及校驗原理，了解校驗碼原理。2數(shù).據(jù)2的表示：重點掌握數(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定.點3數(shù)的運算：熟練掌握定點數(shù)的移位運算、加減運算方法，掌握運算溢出的處理方法及所需硬件配置，掌握定點數(shù)的乘法運算方法及所需硬件配置。2浮.點4數(shù)的運算：掌握浮點數(shù)的加減運算過程，理解規(guī)格化數(shù)的概念。算術(shù)邏輯單元 ：理解加法的串行及并行進(jìn)位實現(xiàn)原理，了解 的功能與組成，掌握運算器的基本結(jié)構(gòu)。第3章存儲系統(tǒng)3.存1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器性能/價格的作用，掌握層次結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)的組成及工作原理。半導(dǎo)體存儲器基礎(chǔ)：掌握 、 芯片的結(jié)構(gòu)與組成、讀寫周期，理解芯片的刷新方法，了解 結(jié)構(gòu)與存儲原理。主存儲器：理解主存儲器的組成及的相關(guān)信號線，熟練掌握利用芯片組成主存儲器的方法容量擴展方法）掌握主存儲器與的連接方法，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）。高速緩沖存儲器：掌握 的結(jié)構(gòu)與組成原理，理解 的工作流程，掌握組成的地址映像及變換方法、替換算法、寫策略的原理與性能，了解提高 性能的相關(guān)技術(shù)。3.虛5擬存儲器：理解虛擬存儲器的工作原理，掌握段式、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)指令4系.統(tǒng)1組成：深入理解指令系統(tǒng)與軟硬件的關(guān)系，掌握指令功能相關(guān)參數(shù)與指令格式的組成，理解軟硬件對指令字的要求及指令字的種類。數(shù)據(jù)存放與尋址方式：理解不同長度數(shù)據(jù)在、中的存放方式及地址表示，掌握堆棧存取方式及堆棧的實現(xiàn)及操作方法，熟練掌握指令及數(shù)據(jù)尋址方式的尋址過程及形式地址組成。指令格式舉例：了解指令系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)，通過分析 及指令系統(tǒng)，理解指令系統(tǒng)的組成及優(yōu)化手段。指令系統(tǒng)發(fā)展：了解 及 產(chǎn)生原因，掌握 的設(shè)計目標(biāo)及實現(xiàn)手段。第5章中央處理器的功能與結(jié)構(gòu)：理解的功能及基本結(jié)構(gòu)，了解指令周期與工作流程的組成，掌握指令執(zhí)行過程、基本操作及微操作的相互關(guān)系，了解內(nèi)部數(shù)據(jù)通路的組織方法，熟練掌握單總線通路的各種指令執(zhí)行過程的微操作步序列組成?？刂破鞯慕M成與工作原理：理解功能實現(xiàn)需求與控制器的功能，理解控制器的基本結(jié)構(gòu)與分類，掌握時序系統(tǒng)組成原理及與工作流程的關(guān)系，了解信號時序的三種控制方式原理，理解微操作實現(xiàn)與微操作命令的關(guān)系，掌握微操作控制信號形成原理、及與微操作命令有效條件的關(guān)系。5.硬3布線控制器：了解組合邏輯控制器的設(shè)計步驟，能夠根據(jù)要求進(jìn)行具體設(shè)計。5.微4程序控制器：理解微程序控制思想及微程序組成，掌握微程序控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，了解微程序控制器的設(shè)計步驟并能夠根據(jù)要求進(jìn)行具體設(shè)計。舉例：了解 的參數(shù)與 結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系，理解的基本組成與 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，了解控制器的實現(xiàn)方法。5.指6令流水技術(shù)：掌握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方法。第6章總線6總.線1概述：了解總線的分類方法、特性及總線性能指標(biāo)。6總.線2傳輸與控制：理解總線傳輸?shù)幕静襟E，掌握幾種集中式總線仲裁原理、連接及信號線需求，掌握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總.線3互連結(jié)構(gòu)：理解單總線、多總線互連的目標(biāo)、結(jié)構(gòu)與特點，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)系統(tǒng)概述：理解 系統(tǒng)的基本組成，連接 設(shè)備與主機的連接方式、編址及尋址方法，理解 設(shè)備與主機的幾種傳送控制方式的基本思想。外部設(shè)備：理解 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，掌握磁盤存儲器組成、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。接口：了解 接口的功能及 端口概念，理解 接口的硬件組成及工作原理，了解 指令格式組成。程序查詢方式：掌握程序查詢方式的傳送控制原理、流程及編程方法，理解對接口相應(yīng)工作方法的要求，掌握無條件傳送控制的編程方法。7程.序5中斷方式：掌握中斷的基本概念，理解中斷的分類方法，重點掌握中斷過程各階段的功能、硬件實現(xiàn)方法，理解中斷過程對接口硬件組織的要求、及接口的工作原理，掌握不同中斷請求連接方式的相應(yīng)判優(yōu)方法，了解中斷控制器及中斷系統(tǒng)的組成，掌握中斷嵌套及中斷屏蔽的概念。方式：掌握 方式的思想及傳送過程，理解 的三種傳送方式及工作過程，掌握 接口的基本組成及數(shù)據(jù)傳送過程，了解不同功能 接口的基本組成。7通.道7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(jìn)行3個部件實驗：總線、半導(dǎo)體靜態(tài)存儲器實驗；運算器數(shù)據(jù)通路實驗；數(shù)據(jù)通路實驗，它們是為課程設(shè)計整機實驗而準(zhǔn)備的。學(xué)生通過這些實驗可積累一些實驗經(jīng)驗和技巧，熟悉一些中、大規(guī)模集成電路的使用方法，提高邏輯設(shè)計能力，為整機實驗打下基礎(chǔ)。四、能力培養(yǎng)的要求分析能力的培養(yǎng)：主要是對計算機各功能部件組成原理及技術(shù)進(jìn)行分析的能力的培養(yǎng)，同時關(guān)注新技術(shù)在現(xiàn)代計算機上運用的意義。計算能力的培養(yǎng)：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)運算算法的掌握以及各個部件常用的性能指標(biāo)的計算。自學(xué)能力的培養(yǎng)：通過本課程的教學(xué)，要培養(yǎng)和提高學(xué)生對所學(xué)知識進(jìn)行整理、概括、消化吸收的能力，以及圍繞課堂教學(xué)內(nèi)容，閱讀參考書籍和資料，自我擴充知識領(lǐng)域的能力。表達(dá)能力的培養(yǎng)：主要通過作業(yè)，清晰、整潔地表達(dá)自己解決問題的思路和步驟的能力。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)：培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、深入鉆研問題的習(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(jìn)行評價和舉一反三的能力。五、建議學(xué)時分配課程內(nèi)容講課習(xí)題課或課堂討論實驗上機計算機組織與結(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)11