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《计算机组成原理》课程教学大纲

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《计算机组成原理》课程教学大纲

 

课程名称:计算机组成原理

英文名称:principles of computer composition

课程类型:专业平台课

总学时及学分:64学时/4学分

适应对象:计算机科学与技术

主要先修课程:计算机导论、数字电子技术、汇编语言

执行日期:2017年9月

一、 课程的性质与任务

性质: 本课程是计算机科学与技术专业课程,在计算机专业的各门课程中起着承上启下的重要作用。

任务:学生通过本课程的学习,可以从层次的观点,掌握计算机组成和运行机制方面的基本概念、基本原理、基本设计和分析方法等系统知识,奠定必要的专业知识基础;可以从系统的观点,理解提高计算机整机的硬软件性能和部件性能的各种可行途径,了解计算机系统中硬件、软件的功能划分和相互配合关系,进而初步了解从计算机系统结构的角度进一步提高系统性能的主体思想,能站在更高层次上思考和解决工作中遇到的问题。学生通过本课程的学习,还可以培养学生从形象思维向抽象思维过渡,掌握自顶向下分析和解决问题的能力,提高温故知新、举一反三和自主学习的能力,最终能把在“数字电子技术”、 “汇编语言程序设计”、“可编程逻辑器件”等课程中所学的软、硬件知识有机地结合起来,建立计算机整机系统的完整概念。

二、 课程的教学目标

本课程的教学目标是使学生掌握计算机原理的基本概念、基本原理、基本设计和分析方法,通过实验教学努力提高学生在计算机硬件设计和实现方面的能力,适当了解提高计算机的部件和整机硬件性能的各种可能途径,为下一步学习计算机体系结构奠定基础,并能对当前计算机的最新研究、发展与应用趋势有一般性的了解。

三、 教学内容及其基本要求

本课程主要讲述计算机硬件系统的基本组成原理与运行机制。课程从组成硬件系统的五大部件出发,讲解了各组成部分的工作原理、设计方法以及构成整机系统的基本原理。主要内容有:计算机系统概论、数字电路基础和计算机中的逻辑器件、运算方法和运算器、中央处理器、存储系统、指令系统、系统总线和输入输出系统。

第一章 计算机组成概述

1.1计算机系统的基本组成及其层次结构

1.2计算机的体系结构、组成和实现

1.3计算机系统的发展进步

教学基本要求:

      要求能初步理解计算机系统的总体构成及其关键术语,初步理解计算机系统中的主要技术与性能指标;理解计算机硬件5个功能及其各自分担的功能,理解计算机系统结构和计算机组成各自要解决的主要问题。

教学重点:

    计算机系统中的主要技术与性能指标

教学难点:

计算机硬件5个功能及其各自分担的功能   

第二章 数字电路和逻辑设计基础

2.1组合逻辑及其应用

2.2时序逻辑及其应用

2.3现场可编程器件及其应用

2,4几个专用功能器件和存储器芯片的引脚图

教学基本要求:

      了解二极管、三极管的开关特性及其在数字电路中的应用;了解基本逻辑门的原理性电路及其逻辑描述,理解非门、与门、或门和布尔代数的非、与、或运算的对应关系,能够用真值表描述待实现功能,通过真值表写出相应的逻辑表达式,并在常用公式和基本规则的基础上进行逻辑化简。

教学重点:

    二极管、三极管的开关特性及其在数字电路中的应用;基本逻辑门的原理性电路及其逻辑描述。

教学难点:

     用真值表描述待实现功能,通过真值表写出相应的逻辑表达式,在常用公式和基本规则的基础上进行逻辑化简

第三章 数据表示和运算算法

3.1数字化信息编码的概念和二进制编码知识(汉明码、CRC码)

3.2数据表示—常用的信息编码(逻辑类型数据、字符类型数据、数据类型数据)

3.3二进制数据的编码与运算算法(原码、反码、补码、补码加/减法运算算法及电路实现、原码一位除法运算算法及电路实现、补码一位乘法/除法运算算法及电路实现)

教学基本要求:

了解非数值数据和数值数据的二进制编码及其它们的运算算法;了解字符、汉字、图形、图像、音频等信息的二进制表示方法;了解数值型数据的计算机表示及其运算方法。

教学重点:

    数字化信息编码的概念和二进制编码知识;数据表示—常用的信息编码。

教学难点:

    二进制数据的编码与运算算法(原码、反码、补码、补码加/减法运算算法及电路实现、原码一位除法运算算法及电路实现、补码一位乘法/除法运算算法及电路实现)

第四章 计算机的运算器部件

4.1运算器部件概述

4.2片位结构的运算器芯片Am2901

4.3教学计算机运算器的设计与实现

4.4浮点点运算与浮点点运算器

4.5提高运算器部件处理能力的可行途径

教学基本要求:

    了解运算器的部件,能设计计算机运算器的电路图。

教学重点:

    运算器部件概述;了解片位结构的运算器芯片Am2901。

教学难点:

    教学计算机器的设计与实现;浮点运算器的原理。

第五章 指令、指令系统和汇编语言程序设计

5.1指令格式和指令系统概述

5.2寻址方式概述

5.3指令系统举例(重点是教学计算机指令系统说明)

5.4汇编语言程序举例(重点是教学计算机的汇编语言程序设计)

教学基本要求:

    了解指令的功能安排、指令格式和寻址方式;了解汇编语言程序设计基础。

教学重点:

    计算机的指令、指令系统和汇编语言程序设计的基本知识。

教学难点:

    计算机的汇编语言程序设计

第六章 中央处理器

6.1中央处理器的结构

6.2 指令周期与时序产生器

6.3微程序控制与设计

6.4硬布线控制器部件的组成与设计

6.5多核处理器

教学基本要求:

   掌握中央处理器的结构与组成;了解指令周期与时序产生器的概念;掌握中央处理器的工作原理,能画出简单的微型机模型图;了解硬布线控制器部件的组成与设计原理

教学重点:

 中央处理器的工作原理、硬布线控制器部件的组成与设计原理

教学难点:

    微程序控制器部件的电路图设计

第七章 存储器统

7.1存储器系统原理(三级结构、统一管理、存储速度、存储容量、单位价格)

7.2主存储器组成原理及实现技术(教学计算机内存储器的组成与设计)

7.3外部存储设备与磁盘阵列技术

7.4高速缓冲存储器chace原理

7.5虚拟存储器原理

7.6提高存储器系统性能的可行途径

教学重点:

    存储器三级结构的特点;各个存储器的特点。

教学难点:

   高速缓冲存储器chace的工作原理;存储器与CPU连接的电路图,以及片选信号的设置。

教学基本要求:

了解存储器三级结构的特点;掌握存储器与CPU连接的电路图,了解高速缓冲存储器的工作原理,以及虚拟存储器的工作原理。  

第八章 总线与输入/输出系统

8.1输入输出系统概述

8.2计算机总线的构成原理

8.3输入输出接口的基本功能和一般组成

8.4常用的输入输出方法

8.5提高数据输入输出能力和可靠性的可行途径

教学基本要求:

      了解输入输出设备的不同特点和要求;了解常用的键盘、鼠标、显示器、打印机的工作原理。

教学重点:

    输入输出系统概述;计算机总线的构成原理

教学难点:

    输入输出接口的基本功能和一般组成;常用的输入输出方法

四、 各教学环节学时分配  

《计算机组成原理》课程教学大纲

五、 教学建议

讲授该课程时,教师指导方式采取集中面对面授课为主,采用任务驱动的方式,个别面对面指导、书面指导为辅的方式进行,还应该引导学生培养良好的职业道德,树立敬业精神及较强的自我知识及技术更新能力。结合实验中涉及到的内容进行讲解,重点讲解计算机中各部件的工作原理,以及电路图的设计与实现,便于学生更好的掌握计算机组成原理这门课程。

六、 考核评价方法及要求

考核方式:考试

总评成绩=平时成绩+期末考试成绩
  平时成绩占30%
  期末成绩占70%

七、 教材与主要教学参考资源

推荐教材
 
 唐为方主编:计算机组成原理中国水利水电出版社,2017

参考书目

1)王诚等主编:计算机组成与设计(第三版),清华大学出版社,2013

2)唐朔飞主编:计算机组成原理,高等教育出版社2015

3)白中英主编:计算机组成原理,科学出版社,2014

4)Linda Null, Julia Lobur、黄河等译:计算机组成与体系结构,机械工业出版社,2015

5)潘明主编:现代计算机组成原理潘松,科学出版社,2013

 

                                              制定者:(李继民、2017年8月)

                                              审核者:(刘晓星、2017年8月)

                                              批准者:(张景、2017年8月)


2018-2019学年第一学期
第(教学周)

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