《計算機組成原理》教學大綱

1、計算機組成原理教學大綱課程編碼：0611101004課程名稱：計算機組成原理學時/學分：56/3.5先修課程：數字邏輯、匯編語言與微機原理適用專業(yè)：計算機科學與技術開課教研室：嵌入式系統(tǒng)教研室一、課程性質與任務1課程性質：本課程是計算機科學與技術專業(yè)的專業(yè)課，是所有計算機科學與技術專業(yè)學生的必修課。2課程任務：本課程涵蓋計算機組成原理的基礎理論和方法，知識多、內容廣，因此教學形式以講授方式為主，并采用多媒體方式授課。課程重點概念和主要知識點內容，將適當增加習題課和課堂討論的形式的加以鞏固。通過本門課程的學習，學生應重點掌握以下各方面內容：（1）掌握數字化信息編碼及運算方法，運算器的邏輯構成和設

2、計方法；（2）掌握存儲體系構成；掌握指令系統(tǒng)分析與設計的基本方法；（3）熟悉中央處理器組成、時序控制方法，掌握控制器設計技術；（4）熟悉系統(tǒng)總線和I/O系統(tǒng)的基本內容。二、課程教學基本要求計算機組成原理課程是計算機科學與技術專業(yè)的一門必修的專業(yè)基礎理論課，是計算機科學與技術專業(yè)微機原理和接口技術、單片機原理等專業(yè)課的先行課，同時也是計算機科學與技術專業(yè)的主干基礎課程。該教學過程中要貫徹計算機科學哲學的思想方法，以計算機科學的認識論和科學的方法論講授教學內容，解讀本專業(yè)的教學計劃，使同學們通過該課程對本專業(yè)要需要掌握的知識和社會對本專業(yè)人才的需求有個明確的認識，為學生順利完成大學的學習任務提供必

3、要的專業(yè)認識基礎。該課程要求學生對計算機硬件的構成及其工作原理有一個清晰的認識，學習完本門課程后要求學生理解計算機的設計原理和方法，并盡量能達到自己動手制作簡易計算機的目標。本課程共計學時：56，理論學時48，實踐學時8。成績考核形式：末考成績（閉卷考試）（70%）平時成績（平時作業(yè)、課堂效果、期中考試、實驗等）（30)。成績評定采用百分制，60分為及格。三、課程教學內容第一章 計算機系統(tǒng)概論1.教學基本要求理解和掌握計算機的性能指標、計算機硬件的基本組成、計算機軟件的組成與分類，計算機系統(tǒng)的層次結構，了解計算機的分類、計算機的發(fā)展簡史、計算機軟件的發(fā)展演變。2.要求學生掌握的基本概念、理論、

4、技能通過本章教學使學生了解計算機的發(fā)展分類、計算機的發(fā)展簡史、計算機的硬件、計算機的軟件，計算機系統(tǒng)的層次結構，主要包括：計算機硬件的基本組成、軟件的分類、計算機系統(tǒng)的層次結構和工作過程、吞吐量、響應時間、CPU時鐘周期、主頻、CPI、CPU執(zhí)行時間、MIPS、MFLOPS等。3.教學重點和難點教學重點是計算機硬件的基本組成，計算機系統(tǒng)的層次結構和工作過程。教學難點是計算機系統(tǒng)的層次結構和工作過程。4.教學內容（1）計算機分類主要知識點：數字計算機的發(fā)展；電子計算機的發(fā)展；通用計算機的分類和區(qū)別。（2）計算機的發(fā)展簡史主要知識點：計算機的五代變化；半導體存儲器的發(fā)展；微處理器的發(fā)展；計算機的性

5、能指標。（3）計算機的硬件主要知識點：硬件組成要素；運算器；存儲器；控制器；適配器與輸入輸出設備。（4）計算機軟件主要知識點：軟件的組成與分類；軟件的發(fā)展演變。（5）計算機系統(tǒng)的層次結構主要知識點：多級組成的計算機系統(tǒng)；軟件與硬件的邏輯等價性。第二章 運算方法和運算器1.教學基本要求理解和掌握數據與文字的表示方法，定點加減法運算，定點乘法運算，定點除法運算，定點運算器的組成。了解浮點運算方法和浮點運算器。2.要求學生掌握的基本概念、理論、技能通過本章教學使學生了解數據與文字的表示方法，定點加、減法運算，定點乘法運算，定點除法運算，定點運算器的組成，主要包括：數據的格式、數的機器碼表示、字符與字

6、符串的表示方法、漢字的表示方法、校驗碼、補碼加法、補碼減法、溢出概念與檢測方法、基本的二進制加法/減法器、原碼并行乘法、直接補碼并行乘法、原碼除法算法原理、并行除法器、邏輯運算、多功能算術/邏輯運算單元、內部總線、定點運算器的基本結構等。3.教學重點和難點教學重點是數據與文字的表示方法，定點加減法運算，定點乘法運算，定點除法運算，定點運算器的組成。教學難點是定點加減法運算，定點運算器的組成。4.教學內容（1）數據與文字的表示方法主要知識點：數據的格式；數的機器碼表示；字符與字符串的表示方法；漢字的表示方法；校驗碼。（2）定點加、減法運算主要知識點：補碼加法；補碼減法；溢出概念與檢測方法；基本的

7、二進制加法/減法器。（3）定點乘法運算主要知識點：原碼并行乘法；直接補碼并行乘法。（4）定點除法運算主要知識點：原碼除法算法原理；并行除法器。（5）定點運算器的組成主要知識點：邏輯運算；多功能算術/邏輯運算單元；內部總線；定點運算器的基本結構。（6）浮點運算方法和浮點運算器主要知識點：浮點加法、減法運算；浮點乘法、除法運算。第三章 多層次的存儲器1.教學基本要求理解和掌握存儲器的分類、分級、技術指標、存儲器讀/寫周期、存儲器的刷新周期、存儲器容量的擴充、并行存儲器、cache存儲器，了解SRAM存儲器，DRAM存儲器，只讀存儲器，閃速存儲器。2.要求學生掌握的基本概念、理論、技能通過本章教學使

8、學生了解存儲器的分類、分級、技術指標，SRAM存儲器，DRAM存儲器，只讀存儲器和閃速存儲器，并行存儲器，cache存儲器，主要包括：基本的靜態(tài)存儲元陣列、基本的SRAM邏輯結構、SRAM讀/寫周期波形圖、DRAM存儲元的記憶原理、DRAM芯片的邏輯結構、DRAM讀/寫周期、DRAM刷新周期、存儲器容量的擴充、只讀存儲器、FLASH存儲器、雙端口存儲器、多模塊交叉存儲器、cache基本原理、主存與cache的地址映射、替換策略、cache的寫策略等。3.教學重點和難點教學重點是存儲器的分類、分級、技術指標、存儲器讀/寫周期、存儲器的刷新周期、存儲器容量的擴充、并行存儲器，cache存儲器。教學

9、難點是存儲器讀/寫周期、存儲器的刷新周期、存儲器容量的擴充、主存與cache的地址映射。4.教學內容（1）存儲器的概述主要知識點：存儲器的分類；存儲器的分級；存儲器的技術指標。（2）SRAM存儲器主要知識點：基本的靜態(tài)存儲元陣列；基本的SRAM邏輯結構；SRAM讀/寫周期波形圖。（3）DRAM存儲器主要知識點：DRAM存儲元的記憶原理；DRAM芯片的邏輯結構；DRAM讀/寫周期；DRAM刷新周期；存儲器容量的擴充。（4）只讀存儲器和閃速存儲器主要知識點：只讀存儲器；FLASH存儲器。（5）并行存儲器主要知識點：雙端口存儲器；多模塊交叉存儲器。（6）cache存儲器主要知識點：cache基本原理

10、；主存與cache的地址映射；替換策略；cache的寫策略。第四章 指令系統(tǒng)1.教學基本要求理解和掌握指令格式、操作數類型、指令和數據的尋址方式，了解指令系統(tǒng)的發(fā)展和性能要求、典型指令。2.要求學生掌握的基本概念、理論、技能通過本章教學使學生了解指令系統(tǒng)的發(fā)展和性能要求、指令格式、操作數類型、指令和數據的尋址方式、典型指令，主要包括：指令系統(tǒng)的發(fā)展、指令系統(tǒng)的性能要求、低級語言與硬件結構的關系、操作碼、地址碼、指令字長度、指令助記符、指令格式舉例、一般的數據類型、Pentium數據類型、Power PC數據類型、指令的尋址方式、操作數基本尋址方式、尋址方式舉例、指令的分類、基本指令系統(tǒng)的操作，

11、精簡指令系統(tǒng)等。3.教學重點和難點教學重點是指令格式、操作數類型、指令和數據的尋址方式。教學難點是指令格式、指令和數據的尋址方式。4.教學內容（1）指令系統(tǒng)的發(fā)展和性能要求主要知識點：指令系統(tǒng)的發(fā)展；指令系統(tǒng)的性能要求；低級語言與硬件結構的關系。（2）指令格式主要知識點：操作碼；地址碼；指令字長度；指令助記符；指令格式舉例。（3）操作數類型主要知識點：一般的數據類型；Pentium數據類型；Power PC數據類型。（4）指令和數據的尋址方式主要知識點：指令的尋址方式；操作數基本尋址方式；尋址方式舉例。（5）典型指令主要知識點：指令的分類；基本指令系統(tǒng)的操作；精簡指令系統(tǒng)等。第五章 中央處理器

12、1.教學基本要求理解和掌握指令周期、時序產生器和控制方式 、微程序控制器、流水CPU，了解中央處理器的功能和組成、硬連線控制器、RISC CPU。2.要求學生掌握的基本概念、理論、技能通過本章教學使學生了解中央處理器的功能和組成、指令周期、時序產生器和控制方式 、微程序控制器、硬連線控制器、流水CPU、RISC CPU，主要包括：CPU的功能、CPU的基本組成、CPU中的主要寄存器、操作控制器與時序產生器、指令周期的基本概念、MOV指令的指令周期、LAD指令的指令周期、ADD指令的指令周期、STO指令的指令周期、JMP指令的指令周期、用方框圖語言表示指令周期、時序信號的作用和體制、時序信號產生

13、器、控制方法、微程序控制原理、微程序控制技術、并行處理技術、流水CPU的結構、流水線中的主要問題、RISC機器的特點等。3.教學重點和難點教學重點是中央處理器的功能和組成，指令周期，時序產生器和控制方式，微程序控制器。教學難點是用方框圖語言表示指令周期，時序產生器和控制方式，微程序控制器。4.教學內容（1）中央處理器的功能和組成主要知識點：CPU的功能；CPU的基本組成；CPU中的主要寄存器；操作控制器與時序產生器。（2）指令周期主要知識點：指令周期的基本概念；MOV指令的指令周期；LAD指令的指令周期；ADD指令的指令周期；STO指令的指令周期；JMP指令的指令周期；用方框圖語言表示指令周期

14、。（3）時序產生器和控制方式主要知識點：時序信號的作用和體制；時序信號產生器；控制方法。（4）微程序控制器主要知識點：微程序控制原理、微程序控制技術；硬連線控制器。（5）流水CPU主要知識點：并行處理技術；流水CPU的結構；流水線中的主要問題。（6）RISC CPU主要知識點：RISC機器的特點。第六章 總線系統(tǒng)1.教學基本要求理解和掌握總線接口，總線的仲裁，總線的定時和數據傳送模式，了解總線的概念和結構形態(tài)，HOST總線和PCI總線。2.要求學生掌握的基本概念、理論、技能通過本章教學使學生了解總線的概念和結構形態(tài)，總線接口，總線的仲裁，總線的定時和數據傳送模式，HOST總線和PCI總線，主要

15、包括總線的基本概念、總線的連接方式，總線的內部結構、信息傳遞方式、總線接口的基本概念、集中式仲裁、分布式仲裁、總線的定時、總線數據傳送模式、多總線結構、PCI總線信號、總線周期類型等。3.教學重點和難點教學重點是總線的概念和結構形態(tài)，總線接口，總線的仲裁，總線的定時和數據傳送模式。教學難點是總線的仲裁，總線的定時和數據傳送模式。4.教學內容（1）總線的概念和結構形態(tài)主要知識點：總線的基本概念；總線的連接方式；總線的內部結構。（2）總線接口主要知識點：信息傳遞方式；總線接口的基本概念。（3）總線的仲裁主要知識點：集中式仲裁；分布式仲裁。（4）總線的定時和數據傳送模式主要知識點：總線的定時；總線數

16、據傳送模式。（5）HOST總線和PCI總線主要知識點：多總線結構；PCI總線信號；總線周期類型。第七章 輸入輸出系統(tǒng)1.教學基本要求理解和掌握程序查詢方式，程序中斷方式，DMA方式，了解外圍設備的速度分級與信息交換方式，通道方式，通用I/O標準接口。2.要求學生掌握的基本概念、理論、技能通過本章教學使學生了解外圍設備的速度分級與信息交換方式、程序查詢方式，程序中斷方式，DMA方式，通道方式，通用I/O標準接口，主要包括外圍設備的速度分級、信息交換方式、中斷的基本概念、程序中斷方式的基本I/O接口，單級中斷、多級中斷、中斷控制器、DMA的基本概念、DMA傳送方式、基本的DMA控制器、選擇型和多路

17、型DMA控制器、通道的功能、通道的類型、通道結構的發(fā)展、并行I/O標準接口SCSI、串行I/O標準接口IEEE1394。3.教學重點和難點教學重點是外圍設備的速度分級與信息交換方式，程序查詢方式，程序中斷方式，DMA方式。教學難點是程序中斷方式的基本I/O接口，多級中斷、中斷控制器、DMA的基本概念、DMA傳送方式。4.教學內容（1）外圍設備的速度分級與信息交換方式主要知識點:外圍設備的速度分級；信息交換方式；程序查詢方式。（2）程序中斷方式主要知識點：中斷的基本概念；程序中斷方式的基本I/O接口；單級中斷；多級中斷；中斷控制器。（3）DMA方式主要知識點：DMA的基本概念；DMA傳送方式；基

18、本的DMA控制器；選擇型和多路型DMA控制器。（4）通道方式主要知識點：通道的功能；通道的類型；通道結構的發(fā)展。（5）通用I/O標準接口主要知識點：并行I/O標準接口SCSI；串行I/O標準接口IEEE1394。四、學時分配表1.講授內容及學時分配章序內容課時備注一計算機系統(tǒng)概論2二運算方法和運算器10三多層次的存儲器8四指令系統(tǒng)6五中央處理器10六總線系統(tǒng)4七輸入輸出系統(tǒng)8合計482.實踐內容及學時分配序號項目名稱內容提要學時必/選開1運算器組成實驗1熟悉雙端口通用寄存器堆的讀寫操作。2熟悉簡單運算器的數據傳送通路。3驗證運算器74LS181的算術邏輯功能。4按給定數據，完成指定的算術、邏輯運算。4必