《计算机组成原理》教学大纲

一、课程概述
《计算机组成原理》是计算机专业的最重要的基础课程之一,主要以信息在计算机内部的加工、处理为主线介绍计算机的结构、工作原理和功能特性；从一台计算机的整体结构出发,介绍计算机硬件系统内部各部件之间的互连、指令系统和指令在计算机中的执行过程；详细介绍组成计算机的各部件的组成原理、逻辑实现和设计方法；为了便于学生对基本概念的理解,培养学生对硬件系统的分析、设计、使用方面的能力,给出一种或者两种有代表性的机型的结构介绍。

本课程的教学目的是使学生掌握计算机的基本组成部件、逻辑功能、工作原理、设计方法和实现技术等的有关基础知识和技术,建立完整、清晰的计算机整机概念。

并使学生具备对计算机系统整机和部件进行分析和设计的能力。

计算机组成原理课程的教学任务环绕机器指令级以及与此密切相关的微操作级和汇编
语言级,从计算机硬件到计算机软件以及软硬件的有机结合,从计算机内部工作机制与编程求解问题相结合,从CPU 部件与整机系统两个层次,从逻辑组成、内部工作机制、程序设计等三个方面,通过课堂授课和实验,达到计算机组成原理课程的教学基本目的,并培养本学科的学生在设计、分析和解决大型数字系统的基础理论和基本的实际动手能力,为学习后续课程打下良好的基础。

《大学物理》、《计算机导论》、《电路与电子学》、《数字电路》、《汇编语言程序设计》等课程,是《组成原理》的先修课程。

而《计算机组成原理课程设计》、《操作系统》、《计算机接口技术》、《单片机原理与应用》、《计算机体系结构》、《计算机外部设备》及《计算机网络》等课程是它的后续课程。

二、课程目标
1．知道《计算机组成原理》这门学科的性质、地位和独立价值。

知道这门学科的研究范围、分析框架、研究方法、学科发展和未来方向。

2．理解计算机系统的运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大组成部件的有关基本概念和基本原理。

了解相应的有关新技术和方法。

3．理解数值数据的表示方法以及运算器的计算方法,了解非数值数据的表示和处理方法以及校验码的表示方法。

4．理解运算器、控制器、存储器、以及有关的输入设备和输出设备等各个部件的组成结构和基本功能。

了解典型的计算机系统结构和基本功能。

5．掌握基本的定点数的加、减、乘和除的运算和实现的基本逻辑电路框图以及浮点数的表示和基本运算。

6．掌握主存系统的设计和分析方法。

7．掌握指令的执行过程和各种寻址方式的分析和设计方法。

8．掌握组合逻辑控制器和微程序控制器的基本的设计和分析方法。

9．掌握计算机整机系统的基本设计和分析方法。

10．了解典型的弱小型机系统和计算机的新发展。

三、课程内容和要求
这门学科的知识与技能要求分为知道、理解、掌握、学会四个层次。

这四个层次的一般涵义表述如下：
知道———是指对这门学科和教学现象的认知。

理解———是指对这门学科涉及到的概念、原理、策略与技术的说明和解释,能提示所涉及到的教学现象演变过程的特征、形成原因以及教学要素之间的相互关系。

掌握———是指运用已理解的教学概念和原理说明、解释、类推同类教学事件和现象。

学会———是指能摹仿或者在教师指导下独立地完成某些教学知识和技能的操作任务,或者能识别操作中的普通差错。

教学内容和要求表中的"√ "号表示教学知识和技能的教学要求层次。

本标准中打"*"号的内容可作为自学,教师可根据实际情况确定要求或者不布置要求。

1 概论
1.1 计算机的分类和应用
1. 2 计算机的硬件
1. 3 计算机的软件
1.4 计算机系统的层次结构
1. 5 电子计算机的发展简史
2 计算机中的信息表示
2.1 数字化信息编码的概念
2. 2 常用的信息编码
2. 3 数值数据的表示、转换和运算
2.4 数据校验码及校验路线
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3 指令系统
3. 1 指令系统的发展
3. 2 指令格式
3. 3 寻址方式
3.4 指令类型
3. 5 指令系统举例
3. 6 RISC 技术
4 运算器及其运算方法
4. 1 ALU 的基本逻辑结构
4. 2 定点加减法运算器及其运算方法
4. 3 定点乘法运算
4.4 定点除法运算
4. 5 高速乘除运算技术〔＊
4. 6 浮点运算器
5 控制器
5. 1 计算机的硬件系统和控制器的地位
5. 2 控制器的主要功能和组成
5. 3 微程序控制的基本工作原理
5.4 微程序设计技术及实例
5. 5 硬布线控制器的基本工作原理
5. 6 控制器的控制方式和时序部件√
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5. 7 计算机加电及控制过程
6 存储系统
6. 1 存储器与存储系统概述
6. 2 主存储器
6. 3 并行主存储器
6.4 高速缓冲存储器
6. 5 虚拟存储器
6. 6 相联存储器
6. 7 存储保护
7 辅助存储器
7. 1 磁表面存储器
7. 2 磁盘存储器
7. 3 磁带存储器
7.4 光盘存储器
7. 5 冗余磁盘陈列〔RAID〔＊
8 输入输出系统
8. 1 I/O 概述
8. 2 数据传送的控制方式
8. 3 中断系统
8.4 总线结构和总线接口√
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四、 课程实施
"计算机组成原理"是计算机科学专业的必修课。

普通情况下,每周安排 4 课时,共 72 课 时,其中理论教学 60 课时,实验教学 12 课时。

具体课时安排如下：
1 计算机系统概论
2 课时 讲授
2 数字化信息编码与数据表示 8 课时 讲授、讨论
3 指令系统 6 课时 讲授、讨论
4 运算器及其运算方法 12 课时,实验 2 课时 讲述、演示和实验
8. 5 DMA 方式及其接口
8. 6 通道控制方式和IOP 〔输入输出处理机<＊>
9 常用外设
9. 1 概述
9. 2 常用输入设备〔键盘、 鼠标
9. 3 显示输出设备
9.4 打印输出设备
10 非传统计算机
10. 1 非冯•诺依曼型计算机〔＊
10. 2 非电子器件计算机〔＊
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5 控制器18 课时,实验4 课时讲述、演示和实验
6 存储系统10 课时,实验4 课时讲述、演示和实验
7 辅助存储器 4 课时讲授、自学
8 输入输出系统 6 课时,实验2 课时讲述、演示和实验
9 常用外设 2 课时讲授、自学
10 非传统计算机 2 课时讲授、自学
合计：72 课时中,含理论课60 课时,实验课12 课时。

五、教材和参考书目
1. 孟传良等.《计算机组成原理》,XX 大学出版社, 20XX.
2. 俸远祯.《计算机组成原理〔修订本》,电子工业出版社,20XX.
3. 王爱英.《计算机组成与结构》,清华大学出版社, 20XX.
4. 白中英.《计算机组成原理〔第三版》,科学出版社,20XX.
5. 幸云辉.《计算机组成组成实用教程》,清华大学出版社,20XX.
六、课程评价
1．这门学科的评价依据是本课程标准规定的课程目标、教学内容和要求。

2．考试时间：120 分钟。

3．考试方式、分制与分数解释。

采用闭卷＋笔试的期终考试、实验考核和和平时成绩〔主要为作业和实验报告相结合方式评定学生成绩。

以百分制评分,60 分为及格,满分为100
分。

其中,平时成绩为10 分,实验考核为20 分,期终考试卷面为70 分。

4．题型：选择题,填空题,名词解释题,简答题、计算分析题和设计题等。

A．选择题：〔着重考查学生对知识的识别程度
例：真值-1011 的八位原码是〔
A．00011001 B．00001011 C．10001011 D．1110001
B．填空题：〔着重考查学生对知识的理解程度
例：微指令分控制字段和控制字段两部份编码。

C．名词解释题：〔着重考查学生对知识的理解程度
例：中断、总线
D．简答题：〔着重考查学生对知识的理解与掌握程度
例：什么是刷新？刷新周期的安排有哪几种方式？
E．计算分析题：〔着重考查学生对知识的掌握与学会程度
例1：设x=2022×0.11011011,y=2100 ×<-0.10101100>,求x+y
例2：以模型机为背景,拟出下述机器指令的读取与执行流程。

ADD AX,0510H[BX]
F. 设计题：〔着重考查学生对知识的理解与掌握程度
例：某半导体存储器容量为16K×8 位,可选用RAM 芯片〔2K×4 位/片。

地址总线A15~A0〔低,双向数据总线D7~D0〔低,读写控制信号R/W,片选低电平有效。

请设计并画出该存储器逻辑图,给出芯片地址分配和片选逻辑式,注明地址线、数据线、读/写控制线及片选信号的连接。

制定该课程标准小组成员：
审核者：。