1、計算機組成原理教學大綱Computer Organization Principle一、基本信息課程代碼： b01211033課程學分 ： 4面向專業 ： 本課程教學大綱適用于計算機科學與技術專業課程性質： 本系列課程是計算機科學與技術專業的一門重要專業基礎課程，屬于必修課程。在計算機硬件系列課中起著承上啟下的重要作用，是核心的一環。開課院系： 信息技術系使用教材： 計算機組成基礎，孫德文編著，機械工業出版社，2009年 1月第 1版輔助教材： 計算機組成原理，蔣本珊，清華大學出版社，2007年9月參考教材： 計算機組成原理白中英，科學出版社， 2008 年1月第4版計算機組成原理唐朔飛，高等

2、教育出版社，2009年6月計算機組成原理應用教材，王萬生，清華大學出版社，2006年 11月計算機組成原理，黃欽勝，電子工業出版社，2006年7月先修課程： 計算機導論、數字邏輯電路并修課程：后續課程： 計算機接口技術、操作系統、計算機體系結構、計算機網絡、嵌入式系統等二、課程簡介計算機組成原理 是計算機專業的一門核心專業基礎課， 在計算機專業各門課程中起著承上啟下的作用，并占有重要地位和作用。學習本課程旨在使學生掌握計算機硬件各組成部件的原理及實現技術，建立計算機系統的整體概念和培養學生設計、開發計算機系統的能力。該課程為今后學習計算機接口技術、計算機體系結構、計算機網絡、計算機并行處理、計

3、算機分布式處理技術等后續專業課程課程打好基礎。計算機組成原理課程具有知識面廣、內容多、難度大、更新快的特點。針對應用型本科生的已有基礎知識和學習能力，在教學中著重計算機的基本原理、基本知識點的講授，通過課堂教學和實踐環節的訓練，使學生掌握計算機各大部件的組成原理、邏輯實現、設計方法及其互連構成單機系統的技術，以達到教學目標。本課程以馮諾依曼機基本結構為主線，介紹計算機的基本組成和內部工作機制，主要講授計算機系統概論、運算基礎、數值的機器運算、存儲系統和結構、指令系統、中央處理器、外圍設備和輸入輸出系統和總線等內容。三、選課建議本課程適用于信息技術系的計算機科學與技術專業的4 個專業方向。其先導

4、課程計算機導論和數字邏輯電路為本課程打下必要的基礎。四、課程基本要求通過本課程學習達到的教學目標是，使學生了解：計算機系統的邏輯實現，包括硬件部件的結構及如何連接這些組件使它們成為一個計算機系統，最終掌握馮諾依曼計算機系統的基本工作原1理存儲程序控制思想。建立起計算機在CPU 級和硬件系統級的整機概念。本課程是實踐性很強的課程，采用配套的計算機組成原理實驗裝置（DVCC實驗機）開設相關章節的實驗課程和課程設計的環節，使學生掌握計算機組成原理的基本知識點內容，培養學生綜合運用所學計算機組成原理知識，分析和解決工程技術問題的能力。五、課程內容第一章計算機系統概論（3 學時）本章主要內容： 計算機硬

5、件的主要組成部分 計算機的軟硬件概念 主要的性能技術指標 計算機系統的層次結構 計算機的發展概況及應用領域 常用的概念和名詞術語本章重點：計算機硬件的組成、計算機系統層次結構；馮.諾依曼機“存儲程序”的基本思想。第二章運算基礎 數值的機器級表示（9 學時）本章主要內容： 數制 機器數與真值 定點表示法與浮點表示法 字符與字符串的表示 漢字編碼 校驗碼本章重點：計算機中的常用數制及其之間的轉換；帶符號數的機器數的表示；機器數和真值之間的轉換、浮點數的一般格式、典型格式浮點數、數據校驗碼。本章難點：補碼的概念及其表示；機器數和真值之間的轉換；典型格式浮點數的表示。了解：漢字編碼其它信息的表示。第三

6、章數值的機器運算（11 學時）本章主要內容：定點數的加、減法運算和加、減法電路的實現定點數的乘、除法運算和乘、除法電路的實現邏輯運算定點運算器的基本結構與工作原理浮點數運算和浮點數運算器的實現本章重點：定點數加法、減法的運算（包括運算規則、溢出判斷）及其實現電路；定點數乘法、除法的運算（包括原碼1 位乘除法荷補碼1 位乘除法）及其實現電路；浮點數運算方法和浮點數加減運算器的實現。本章難點：補碼減法；硬件ALU 的基本原理；乘除法運算的算法；先進并行加法器原理。第四章存儲系統和結構（9 學時）本章主要內容：存儲系統的組成2主存的組織與操作存儲系統的層次結構高速緩沖存儲器虛擬存儲器本章重點：半導體

7、存儲器的基本結構；主存的連接和控制；存儲器的三級體系結構；Cache 的工作原理、地址映象和替換策略；虛擬存儲器的存儲管理方式。本章難點：計算機的主存儲器的擴展和硬件接線；Cache 的 3 種地址映象的訪存過程；虛擬存儲器的3 種存儲管理方式。第五章指令系統（ 7 學時）本章主要內容：指令與指令系統介紹兩類指令系統指令流程本章重點：指令的尋址方式；指令操作碼的編碼；典型CPU 的機器指令組成；單總線結構CPU 的組成；基本指令的執行的流程。本章難點：指令尋址方式的分析；80X86CPU 指令的編碼格式；單結構CPU 中的指令流程。第六章中央處理器（9 學時）本章主要內容：中央處理器的功能與組

8、成硬連線控制器微程序控制器中斷與異常處理中央處理器中流水線技術的基本概念本章重點：中央處理器的功能及組成；硬連線控制器的結構和設計技術；微程序控制的基本思想、基本結構；微程序設計技術；中斷和中斷處理；流水線技術本章難點：微程序控制的組成和工作原理；微程序的設計； 中斷響應和中斷處理過程；流水線概念。第七章 I/O 接口與外圍設備（ 6 學時）本章主要內容：常用輸入設備和輸出設備外存儲器外圍設備與主機的定時方式和信息交換方式本章重點：鍵盤、 CRT 顯示器的工作原理；磁介質存儲器的原理；外圍設備和主機的信息交換送方式本章難點： 程序查詢、中斷、 DMA 和通道傳送方式的接口電路和工作過程六、課內

9、實驗名稱及基本要求實驗 1： 8 位算術邏輯運算實驗（ 2 學時）本實驗為驗證性實驗，驗證算術邏輯運算功能發生器74LSl8l 的組合功能， 學生通過實驗能掌握簡單運算器的數據傳送通路組成原理。實驗 2：半導體存儲器原理實驗（2 學時）本實驗為驗證性實驗，通過實驗，學生能掌握靜態隨機存取存儲器RAM 工作特性及數據的讀寫方法。3實驗 3：數據通路實驗（2 學時）本實驗為驗證性實驗，要求學生理解數據通路的概念及特性，掌握數據通路傳輸控制特性。實驗 4：微程序控制器的實現實驗（ 2 學時）本實驗為驗證性實驗，要求學生通過微程序的編制、寫入與運行，了解微程序的執行流程，掌握微程序控制器的設計思想和基

10、本原理。七、教學進度序號教學內容總學時講課實驗習題課課程設計（上機、 實驗）討論課（大作業）1第一章計算機系統概論332第二章運算基礎數值的機器級表示993第三章數值的機器運算1311實驗1 8位算術邏輯運算4第四章存儲系統和結構119實驗 2 半導體存儲器原理實驗5第五章 指令系統776第六章中央處理器119實驗 4 微程序控制器的實現實驗7第七章 I/O接口與外圍設備86實驗 3數據通路實驗8總復習22合計64568八、能力實現矩陣能力目標相關章節1計算機中數的表示第二章： 2.1、 2.2、 2.32計算機的算術運算第三章： 3.1、 3.23硬件電路的原理分析第三章： 3.1、 3.2

11、、 3.4、 3.5第四章： 4.2第七章： 7.34Cache 的地址映像、虛擬存儲第四章： 4.4、 4.5器的存儲管理方式的分析5單總線結構CPU 的指令流程第五章： 5.3分析6計算機控制器的實現方式及第六章： 6.2、 6.3其設計主要實現手段（知識點和教學環節）數制、碼制、浮點數課堂教學、課程作業定點數加、減法規則；定點數乘除法算法；浮點數運算方法課堂教學、課程作業補碼加法器硬件；乘除法硬件電路；主存儲器的硬件組成和接線； 三種傳送方式的硬件接口電路課堂教學、課程作業、實驗存儲系統層次結構； Cache 的三種地址映像方式的訪存過程； 虛擬存儲器的三種存儲管理方式課堂教學、課程作業典型指令的尋址方式； 單總線結構 CPU 及其控制信號；單總線結構 CPU 的指令執行過程課堂教學、課程作業硬連線控制器的結構和設計技術； 微程序控制器的結構和設計技術課堂教學、課程作業、實驗47外圍設備與主機的信息傳送第六章： 6.4第七章： 7.3的工作原理8計算機的硬件組成及其工作第一章： 1.2第四章： 4.2 第六過程章： 6.3第七章： 7.3常用外設的工作原理；外設和主機的三種傳送方式的工作原理課堂教學、課程作業、實驗計算機硬件的5 大組成部分； 機器指令和微指令的執行；整機概念和工作過程課堂教學、課程作業九、作業每次課堂理