《計算機組成原理》教學大綱

《計算機組成原理》教學大綱課程名稱(中文/英文)：計算機組成原理(PrinciplesofComputerOrganization)課程編號：學分：3.5學時：總學時64學時分配：講授學時：48實驗學時：16上機學時：0討論學時：0其他學時：0課程負責人：劉智翔、沈曉晶課程簡介.課程概述《計算機組成原理》是計算機類專業(yè)的專業(yè)核心課程。它主要講授計算機系統(tǒng)，特別是計算機硬件系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)知識。該課程主要介紹單CPU計算機硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和設(shè)計思想。本課程旨在幫助學生建立起一個完整的單CPU計算機的整機概念，提高學生對硬件系統(tǒng)的理解、分析與設(shè)計能力，為學生進一步學習如操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)等后續(xù)課程打下堅實的基礎(chǔ)。PrinciplesofComputerOrganizationisoneofcorecoursesinthemajorofcomputerscienceandtechnology.Itprovidesanimportantbasisforaseriesofhardwarecourses.PrincipleofComputerOrganizationaimstohelpstudentstoestablishthecompleteconceptionofsocalled“wholemachine“byintroducingsuchcontentsofasinglecomputerastheinnerstructure,designandanalysismethods,andetc.Italsoaimstodevelopstudents'abilitiesofhardwaresystemanalysis,design,anddevelopment.Besides,itbuildsthesoundbasisforstudentstostudysuchsubsequentcoursesasOperatingSystem,EmbeddedSystem,andetc..課程目標《計算機組成原理》是計算機類專業(yè)的一門本科專業(yè)標桿課程，重點在培養(yǎng)學生的計算機組成及體系架構(gòu)能力。通過課堂講授、實驗教學等環(huán)節(jié)相結(jié)合的方式，使學生熟悉計算機硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和設(shè)計思想。課程目標L學生能從硬件角度建立起一個完整的計算機整機概念，明晰軟硬件之間的界限，并能夠?qū)τ嬎銠C類的復雜工程問題中涉及硬件問題進行分析：課程目標2.使用計算機硬件系統(tǒng)各部件的基本分析和設(shè)計方法，學生能在計算機軟硬件系統(tǒng)認知、設(shè)計中理解硬件系統(tǒng)的成本構(gòu)成，能考慮到惡劣自然環(huán)境等因素導致的成本上升：課程目標3.可以從系統(tǒng)的觀點，調(diào)研和分析計算機整機的硬件性能和部件性能提高的各種可行途徑，具備思考和解決工作中遇到的硬件問題的能力。課程目標與畢業(yè)要求的關(guān)系矩陣

畢業(yè)要求指標點1.34.111.2課程目標1課程目標2課程目標3附支撐點內(nèi)容：1.3（推演和分析）理解專業(yè)領(lǐng)域及海洋信息領(lǐng)域復雜工程問題，并能綜合運用數(shù)學、自然科學、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識等進行問題的推演、分析；4.1（調(diào)研）針對空間信息領(lǐng)域的復雜工程問題，能夠基于專業(yè)理論，調(diào)研和分析復雜工程問題的解決方案：11.2（理解）了解空間信息工程項目和產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)全周期、全流程的商業(yè)模式和成本構(gòu)成，對于如海洋行業(yè)項目，能考慮到因數(shù)據(jù)安全、惡劣自然環(huán)境等因素導致的成本急劇上升。二、教學內(nèi)容.理論教學安排完成本課程，學生將會：深入理解計算機系統(tǒng)的層次化結(jié)構(gòu)。掌握單CPU計算機硬件系統(tǒng)的基本組成和工作原理。掌握單CPU計算機硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，深入理解計算機各部件在計算機中的地位、作用、交互方式。理解計算機各功能部件（如存儲器、運算器、控制器等）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能特征、工作原理深入理解和掌握存儲器的組織方式，數(shù)在計算機中的表達與存儲，定點數(shù)和浮點數(shù)的運算方法，以及指令在計算機中的執(zhí)行過程等各項內(nèi)容。深入理解計算機功能部件（如存儲器、運算器等）的基本設(shè)計方法。教學安排（本課程以模塊化方式開展教學）：章節(jié)名稱知識點學時課程目標模塊1計算機系統(tǒng)概述和系統(tǒng)總線計算機軟硬件概念計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計算機的基本組成計算機的硬件框圖及工作過程計算機硬件的主要技術(shù)指標計算機發(fā)展及應(yīng)用系統(tǒng)總線分類系統(tǒng)總線的性能指標總線控制31,2,3模塊2存儲器存儲器概述存儲器的層次結(jié)構(gòu)主存儲器概述半導體存儲芯片簡介與擴容半導體存儲芯片與CPU的連接提高訪存速度的措施存儲器的校驗高速緩存概述Cache-主存地址映射替換策略硬磁盤簡介硬磁盤的技術(shù)指標52模塊3：運算器無符號數(shù)和有符號數(shù)數(shù)的定點表示和浮點表示62,3

浮點數(shù)舉例IEEE754標準及其舉例移位運算定點數(shù)加減運算定點數(shù)乘法運算浮點數(shù)運算ALU電路快速進位鏈模塊4：指令系統(tǒng)《匯編語言》相關(guān)內(nèi)容：如機器指令的一般格式，操作數(shù)類型和操作類型，指令的地址格式和尋址方式指令格式舉例RISC技術(shù)概述62,3模塊5：控制單元CPU的結(jié)構(gòu)指令周期指令流水微操作命令分析控制單元的功能62模塊6：多任務(wù)并行編程輸入輸出系統(tǒng)概述程序中斷方式62.實驗教學安排實驗教學內(nèi)容概況：用PC機和計算機組成原理實驗箱驗證相關(guān)理論知識，利用FPGA實驗箱設(shè)計并實現(xiàn)計算機硬件系統(tǒng)的主要部件。實驗報告要求：報告必須闡述實驗步驟或設(shè)計思路，記錄實驗數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)并給出分析結(jié)果。主要儀器設(shè)備：PC機，計算機組成原理實驗箱，F(xiàn)PGA實驗箱，logisim仿真軟件。實驗項目一覽表

實驗項目名稱學時實驗類型實驗要求課程目標實驗1：Logisim基礎(chǔ)2驗證必修目標1實驗2：數(shù)碼管輸出設(shè)計2設(shè)計必修目標2實驗3：多端口輸入設(shè)計2設(shè)計必修目標2實驗4：運算器設(shè)計12設(shè)計必修目標2實驗5：運算器設(shè)計22設(shè)計必修目標3實驗6：自動執(zhí)行邏輯設(shè)計2設(shè)計選修目標3實驗7：控制器設(shè)計2設(shè)計選修目標3實驗8：簡單8位計算機設(shè)計2設(shè)計選修目標3注：實驗類型：演示、驗證、設(shè)計、綜合實驗要求：必修、選修三、教學方法本課程將實行模塊式教學，整個課程劃分為6個模塊，每個模塊由理論授課、習題講解、自學、測試和作業(yè)等方式構(gòu)成。泛雅超星平臺將作為本課程網(wǎng)絡(luò)教學輔助平臺發(fā)布各類通知、訪問資源和學習資料、開展在線洞試。補充材料：用于主要模塊中，為學牛.總結(jié)每個模塊的重點和難點、推薦相關(guān)讀物、幫助學生自主學習、有關(guān)內(nèi)容詳見泛雅超星平臺。四、考核與評價方式及標準1、考核與評價方式考試主要采用閉卷方式，考試范圍應(yīng)涵蓋所有講授及自學的內(nèi)容，考試內(nèi)容應(yīng)能客觀反映出學生對木門課程主要概念的記憶、掌握程度，對有關(guān)理論的理解、掌握及綜合運用能力?？傇u成績采用期末考試加平時成績的考核方式，期末考試為閉卷方式，考試范圍應(yīng)涵蓋所有講授及自學的內(nèi)容，考試內(nèi)容應(yīng)能客觀反映出學生對本門課程主要概念的記憶、掌握程度，對有關(guān)理論的理解、掌握及綜合運用能力。成績評定：總評=期末考試*50%+平時成績*50%。期末考試，占總評成績的50%,采用閉卷筆試形式。平時成績由課堂表現(xiàn)、實驗和在線測試成績組成：課堂表現(xiàn)：占總成績的15喘實驗：占總成績的20%。在線測試：占總成績的15%,主要模塊結(jié)束后會進行在線測試，幫助學生自我檢查對該模塊知識的掌握程度。課程目標教學環(huán)節(jié)成績比例（%）成績（支撐點）比例（%）平時成績課程考試課堂表現(xiàn)實驗在線測試1543102225129305635431022合計（成績構(gòu)成）152015501002、考核與評價標準細則

1)平時成績(1)課堂表現(xiàn)課程目標評價標準優(yōu)秀良好合格不合格1上課回答問題正確，按時交作業(yè)；基本概念正確、論述邏輯清楚:層次分明，語言規(guī)范。上課回答問題正確，按時交作業(yè)：基本概念正確、論述基本清楚：語言較規(guī)范。上課回答問題基本正確，按時交作業(yè)：基本概念基本正確、論述基本清楚：語言較規(guī)范。上課不能正確回答問題，不能按時交作業(yè)：有抄襲現(xiàn)象：或者基本概念不清楚、論述不清楚。2上課同答問題正確，按時交作業(yè)；基本概念正確、論述邏輯清楚：層次分明，語言規(guī)范。上課回答問題正確，按時交作業(yè)；基本概念正確、論述基本清楚；語言較規(guī)范。上課不能正確回答問題，按時交作業(yè)；基本概念基本正確、論述基本清楚：語言較規(guī)范。上課不能正確回答問題，不能按時交作業(yè)；有抄襲現(xiàn)象；或者基本概念不清楚、論述不清楚。3上課回答問題正確，按時交作業(yè)；基本概念正確、論述邏輯清楚:層次分明，語言規(guī)范。上課回答問題正確，按時交作業(yè)；基本概念正確、論述基本清楚：語言較規(guī)范。上課不能正確回答問題，按時交作業(yè)；基本概念基本正確、論述基本清楚；語言較規(guī)范。上課不能正確回答問題，不能按時交作業(yè):有抄襲現(xiàn)象；或者基本概念不清楚、論述不清楚.(2)實驗課程目標評價標準優(yōu)秀良好合格不合格1實驗課準備充分，方案有充分的分析論證過程；調(diào)試和實驗操作非常規(guī)范：實驗步驟與結(jié)果正確。實驗方案有分析論證過程；調(diào)試和實驗操作規(guī)范；實驗步驟與結(jié)果正確。實驗方案有一定的分析論證過程：調(diào)試和實驗操作較規(guī)范；實驗步驟與結(jié)果基本正確。沒有按照實驗操作要求進行實驗;或者實驗步驟與結(jié)果有重大錯誤。2實驗課準備充分，方案有充分的分析論證過程；調(diào)試和實驗操作非常規(guī)范：實驗步驟與結(jié)果正確。實驗方案有分析論證過程；調(diào)試和實驗操作規(guī)范：實驗步驟與結(jié)果正確。實驗方案有一定的分析論證過程：調(diào)試和實驗操作較規(guī)范；實驗步驟與結(jié)果基本正確。沒有按照實驗操作要求進行實驗;或者實驗步驟與結(jié)果有重大錯誤。3按時交實驗報告，實驗數(shù)據(jù)與分析詳實、正確；圖表清晰，語言規(guī)范，符合實驗報告要求。按時交實驗報告，實驗數(shù)據(jù)與分析正確：圖表清楚，語言規(guī)范，符合實驗報告要求。按時交實驗報告，實驗數(shù)據(jù)與分析基本正確；圖表較清楚，語言較規(guī)范，基本符合實驗報告要求。沒有按時交實驗報告；或者實驗數(shù)據(jù)與分析不正確;或者實驗報告不符合要求。(3)在線測試主要考核計算機組成原理基礎(chǔ)知識的掌握程度，機考形式。課程目標評價標準

2）期末考試成績優(yōu)秀(0.9-1)良好(0.7-0.89)合格(0.6-0.69)不合格(0-0.59)1計算機組成原理的基礎(chǔ)知識掌握扎實。具備解決實際復雜工程問題的理論基礎(chǔ)；并能應(yīng)用于相關(guān)工程領(lǐng)域。計算機組成原理的基礎(chǔ)知識掌握扎實?；揪邆浣鉀Q實際復雜工程問題的理論基礎(chǔ)?；菊莆沼嬎銠C組成原理的基礎(chǔ)知識。有解決復雜工程問題的初步思路。對計算機組成原理基礎(chǔ)知識掌握不牢。面對復雜工程系統(tǒng)無思路。2深入理解計算機組成的基本原理和一般方法。能夠正確進行計算機組成和分析，解決方案正確并有新意。基本理解計算機組成的基本原理和一般方法。能夠正確進行計算機組成和分析，解決方案正確。基本理解計算機組成的基本原理和一般方法。能夠進行復雜系統(tǒng)的分析和設(shè)計，解決方案正確，但有欠缺。對計算機組成的基木原理和一般方法缺乏理解。不能正確進行復雜系統(tǒng)的分析和設(shè)計，解決方案不正確。3針對特定需求，能很好地完成計算機組成與調(diào)試。設(shè)計方法和優(yōu)化策略正確，思路清晰。能夠針對特定需求，完成計算機組成與調(diào)試。設(shè)計方法和優(yōu)化策略正確，思路清晰。能夠針對特定需求，完成計算機組成與調(diào)試。設(shè)計方法和優(yōu)化策略正確，思路清晰,但稍有欠缺。針對特定需求，不能很好地完成計算機組成與調(diào)試。設(shè)計方法和優(yōu)化策略正確均有欠缺。（1）期末考試成績：主要考核編譯原理基礎(chǔ)知識的掌握程度，采用閉卷筆試形式，主要題型為：判斷題、計算題、分析題和綜合設(shè)計題等。課程考試考核與評價標準注：該表格中比例為期末考試試卷成績比例課程目標評價標準優(yōu)秀(0.9-1)良好(0.7-0.89)合格(0.6-0.69)不合格(0-0.59)1計算機組成原理的基礎(chǔ)知識掌握扎實。具備解決實際復雜工程問題的理論基礎(chǔ)：并能應(yīng)用于相關(guān)工程領(lǐng)域。計算機組成原理的基礎(chǔ)知識掌握扎實?；揪邆浣鉀Q實際復雜工程問題的理論基礎(chǔ)?；菊莆沼嬎銠C組成原理的基礎(chǔ)知識。有解決復雜工程問題的初步思路。對計算機組成原理基礎(chǔ)知識掌握不牢。面對復雜工程系統(tǒng)無思路。2深入理解計算機組成的基本原理和一般方法。能夠正確進行計算機組成和分析，解決方案正確并有新意。甚本理解計算機組成的基本原理和一般方法。能夠正確進行計算機組成和分析，解決方案正確?；纠斫庥嬎銠C組成的基本原理和一般方法。能夠進行復雜系統(tǒng)的分析和設(shè)計，解決方案正確，但有欠缺。對計算機組成的塞本原理和?般方法缺乏理解。不能正確進行復雜系統(tǒng)的分析和設(shè)計，解決方案不正確。3針對特定需求，能很好地完成計算機組成與調(diào)試。設(shè)計方法和優(yōu)化策略正確，思路清晰。能夠針對特定需求，完成計算機組成與調(diào)試。設(shè)計方法和優(yōu)化策略正確，思路清晰。能夠針對特定需求，完成計算機組成與調(diào)試.設(shè)計方法和優(yōu)化策略正確，思路清晰，但稍有欠缺。針對特定需求，不能很好地完成計算機組成與調(diào)試。設(shè)