《計算機組成原理》教學大綱
課程名稱：
| 計算機組成原理
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課程編號：
| 408012
| 420011
| 436014
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適用專業(yè)：
| 計算機科學與技術
| 網絡工程
| 軟件工程
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課程類別：
| 專業(yè)必修課
| 專業(yè)必修課
| 專業(yè)必修課
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課程學分：
| 3.5
| 3.5
| 3.5
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總學時：
| 64
| 64
| 64
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其中：理論學時
| 52
| 52
| 52
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實驗學時
| 12
| 12
| 12
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先修課程：
| 電子技術基礎、操作系統(tǒng)
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一、課程的性質、目的與任務
《計算機組成原理》是計算機相關各本科專業(yè)教學中的一門專業(yè)必修課。通過本課程的學習，使學生認識到計算機的工作原理：通過控制信息的處理來達到處理數(shù)據(jù)信息的目的；幫助學生認
識到計算機組成的馮諾依曼結構是可以實現(xiàn)這種目的的一種結構；進而幫助學生掌握計算機硬
件各子系統(tǒng)的功能、組成及實現(xiàn)。這一目的的實現(xiàn)不僅對設計開發(fā)計算機系統(tǒng)有重要作用，而
且也是其后的計算機網絡、計算機體系結構、分布與并行處理等課程的基礎。學生通過學習本
課程應該達到以下目標：
1.掌握計算機系統(tǒng)的基本組成、計算機系統(tǒng)的層次結構、馮諾依曼機的特點；熟悉衡量計算機性能的評價及主要技術指標（機器字長、存儲容量、運算速度）；了解計算機的發(fā)展史以及它的應用領域。
2.掌握數(shù)值數(shù)據(jù)的表示方法、運算方法及定點運算的硬件實現(xiàn)，熟悉字符、漢字的表示方法；了解流水浮點運算器的組成與實現(xiàn)。
3.掌握構造高速度、大容量、低成本的存儲子系統(tǒng)的各種技術，包括高速緩沖存儲器、虛擬存儲器、多體交叉存儲器；掌握如何用常用芯片構造主存；熟悉雙端口存儲器、相聯(lián)存儲 器；了解存儲保護技術。
4.掌握指令系統(tǒng)的分類、常見的尋址方式、指令格式、指令設計的優(yōu)化方法，了解RISC技術。深刻領會指令系統(tǒng)與機器主要功能以及與硬件結構之間的關聯(lián)。
5.掌握總線的概念、總線對計算機系統(tǒng)性能的影響、總線仲裁與定時的方式；了解常用的標準總線。
6.掌握外部設備與主機交換信息的三種控制方式：程序查詢、中斷、DMA；熟悉顯示器、磁盤機的組成與功能；了解常用的外部設備。
7.掌握領會CPU在計算機中的地位和作用。熟悉CPU的功能和內部結構，熟悉機器
完成一條指令的全過程，初步掌握并行性的基本概念以及實現(xiàn)時間重疊的技術途徑：流水處理。
領會中斷技術在提高整機系統(tǒng)效能方面所起作用。領會指令周期、機器周期、時鐘周期（節(jié)拍）和控制信號的關系，深刻領會控制單元在機器運行中所起的核心作用，掌握設計控制單元的基本兩種基本方法：組合邏輯設計與微程序設計，初步建立設計控制單元的思路，為今后設計計算機打好基礎
二、課程教學基本內容與要求
第一章計算機系統(tǒng)概論（5學時，包含1次實驗占2課時）
（一）基本教學內容
1．計算機分類與應用
2．計算機的硬件組成與發(fā)展
3．計算機的軟件組成與發(fā)展
4．計算機系統(tǒng)的層次結構
（二）基本要求
教學目的：了解計算機系統(tǒng)的基本概念；掌握計算機系統(tǒng)的基本硬件組成；了解馮諾依曼計算機結構與特點及現(xiàn)代計算機的基本結構與特點；了解單處理機系統(tǒng)及多處理機系統(tǒng)的概念。
教學重點：計算機的基本硬件組成與工作原理。
教學難點：計算機系統(tǒng)的層次結構。
第二章運算方法與運算器（12學時，包括1次習題課占2個學時，1次實驗占2課時）
（一）基本教學內容
1．數(shù)據(jù)與文字的表示方法
2．定點加減法運算
3．定點乘除運算（可選）
4．浮點四則運算
5．算術邏輯單元
（二）基本要求
教學目的：
（1）掌握數(shù)的編碼表示（原碼、補碼、反碼、移碼）；
（2）掌握定點數(shù)與浮點數(shù)的表示與運算；
（3）掌握運算器的電路組成與工作原理。
教學重點：計算機定點數(shù)、浮點數(shù)的表示與運算；算術邏輯單元ALU的基本硬件組成與工作原理。
教學難點：算術邏輯單元ALU的基本硬件組成與工作原理。
第三章存儲器（12學時，包括1次本單元內容總結及習題課占2個學時，1次實驗占2課時）
（一）基本教學內容
1、存儲器概述
2、隨機讀寫存儲器
3、只讀存儲器和閃速存儲器
4、高速存儲器
5、高速緩沖存儲器（Cache）
6、虛擬存儲器
7、存儲保護
（二）基本要求
教學目的：了解存儲器分類及特點，掌握存儲器基本工作原理；掌握存儲器與系統(tǒng)總線的連接方法和存儲器擴展方法。
教學重點：高速緩沖存儲器基本工作原理；內存儲器與系統(tǒng)總線的連接及內存儲器的擴展方法。
教學難點：內存儲器與系統(tǒng)總線的連接及內存儲器的擴展方法。
第四章指令系統(tǒng)（2學時）
（一）基本教學內容
1.指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求
2.指令格式
3.指令與數(shù)據(jù)的尋址方式
4.堆棧尋址方式
5.典型指令系統(tǒng)
（二）基本要求
教學目的：能分析計算機指令系統(tǒng)的特點，掌握計算機指令的設計方法。
教學重點：指令尋址方式的表示
教學難點：指令的設計
第五章中央處理器（14學時，包括1次習題課占2個學時，1次實驗占2課時）
（一）基本教學內容
1．CPU的功能與組成
2．指令周期
3．時序產生器與控制方式
4．微程序控制器
5．微程序設計技術
6．硬布線控制器
7．典型CPU
（二）基本要求
教學目的：掌握CPU基本組成及其工作原理；掌握計算機指令的執(zhí)行過程。
教學重點：CPU結構組成及工作原理。
教學難點：微程序控制器
第六章系統(tǒng)總線（6學時，1次實驗占2課時）
（一）基本教學內容
1．總線的基本概念和結構形態(tài)
2．總線接口
3．總線的促裁、定時和數(shù)據(jù)傳送模式
4．典型總線
（二）基本要求
教學目的：了解總線功能、分類及特點，掌握不同總線結構、工作原理及特點，了解總線控制方法。
教學重點：總線結構、原理、特點。
教學難點：總線控制方法
第七章外圍設備（4學時）
（一）基本教學內容
1.外設概述
2.顯示設備
3.輸入設備與打印設備
4.硬磁盤存儲設備
5.軟磁盤存儲設備
6.磁帶存儲設備
7.光盤存儲設備
（二）基本要求
教學目的：幫助學生認識到I/O設備的功能是完成信息形式的轉換，使得計算機系統(tǒng)能夠與環(huán)境交流；而外存儲設備的功能則是信息的倉庫；幫助學生認識到外設通過接口與主機相連，外設及接口構成了計算機系統(tǒng)的輸入輸出系統(tǒng)。
教學重點：輸入設備和打印設備、軟磁盤存儲器、磁帶存儲器。
教學難點：在硬磁盤存儲器一節(jié)，包括：磁記錄原理與記錄方式、硬盤機的組成與分類、磁盤信息分布、磁盤存儲器的技術指標及其計算。
第八章輸入輸出系統(tǒng)（9學時，1次實驗占2課時）
（一）基本教學內容
1．外設的定時方式與
2．程序中斷方式
3．DMA方式
4．通道方式
5．典型通用I/O接口標準
（二）基本要求
教學目的：了解接口概念，掌握外設I/O的控制方式。
教學重點：外設與主機的信息交換方式。
教學難點：外設輸入/輸出控制方式。
三、課程各章節(jié)學時分配
序號
| 內容
| 理論學時
| 實驗學時
|
計科
| 網工
| 軟工
| 計科
| 網工
| 軟工
|
1
| 計算機系統(tǒng)概論
| 3
| 3
| 3
| 2
| 2
| 2
|
2
| 運算方法與運算器
| 10
| 10
| 10
| 2
| 2
| 2
|
3
| 存儲器
| 10
| 10
| 10
| 2
| 2
| 2
|
4
| 指令系統(tǒng)
| 2
| 2
| 2
|
|
|
|
5
| 中央處理器
| 12
| 12
| 12
| 2
| 2
| 2
|
6
| 系統(tǒng)總線
| 4
| 4
| 4
| 2
| 2
| 2
|
7
| 外圍設備
| 4
| 4
| 4
|
|
|
|
8
| 輸入輸出系統(tǒng)
| 7
| 7
| 7
| 2
| 2
| 2
|
合計
| 52
| 52
| 52
| 12
| 12
| 12
|
四、本課程課外學習與修學指導
由于該課程涉及計算機系統(tǒng)中各種軟硬件資源的管理，內容復雜，難度較大，且具有很強的實踐性，所以要學好本課程，必須做到理論與實踐緊密結合，才能達到較好的學習效果。要求學生多參閱相關書籍，多做練習，認真準備實驗，掌握計算機的基本原理、主要功能及其實現(xiàn)過程。
五、本課程考核方式及成績評定標準
考核方式：考試，閉卷
成績評定方法：本課程的考核是平時成績和期終考試成績相結合，理論成績與實驗成績相結合。具體比例為：上課出勤占10%，作業(yè)占10%，實驗占20%，期末考試成績占60%。
其中期未考試總分100分，基礎題占50%，中等難度題占40%，較難題占10%?？荚囶}型主要有：選擇題、填空題、簡答題、計算題、分析題、綜合應用題等。
六、教材及參考書
1.教材：白中英，計算機組成原理（第四版），科學出版社。
2.教學參考書：
【1】唐朔飛，計算機組成原理，高等教育出版社，2000年
【2】William Stallings, Computer Organization and Architecture(第五版)，2001
【3】王愛英，計算機組成與結構（第三版），清華大學出版社，2001年．
大綱撰寫人：龍海
大綱審閱人：劉偉群
教學副主任：易葉青
編寫日期：2012.6.28
