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《计算机组成原理》教学大纲
作者:管理员  来源:本站原创  发布时间:2016年5月11日  点击次数:400

《计算机组成原理》教学大纲

Principle of Computer Composition

课程编码:09A03070            学分:3.0                课程类别:专业任选课

计划学时:48          其中讲课:48             实验或实践:0            上机:0

适用专业:信息与计算科学

推荐教材:唐朔飞,计算机组成原理,第2版,北京:高等教育出版社,2008

参考书目:[]J.斯坦利.沃特福德(J.Stanley Warfor)著,龚奕利译,《计算机系统:核心概念及软硬件实现》(原书第4版),机械工业出版社,2015

 

课程的教学目的与任务

《计算机组成原理》是信息与计算系学生选修的一门专业课程,它系统地介绍计算机的组成结构及各组成部分的工作原理,该课程主要是培养学生硬件分析和设计的基本技能和方法。其内容着重于基本概念、基本原理的学习,同时也体现最新的成果。该课程将为学生奠定坚实的计算机硬件基础。

该课程的任务是:通过学习计算机的基本概念、基本结构、基本算法,对组成计算机的各个部件的功能和工作过程以及部件间的连接有较全面、较系统的认识,形成较完整的计算机组成与工作原理模型,建立一个完整的计算机整机概念。

课程的基本要求

深刻理解计算机系统各功能部件的功能、组成和工作原理,正确理解各功能部件之间的相互关系以及它们在计算机系统中所起的作用。了解和掌握计算机系统部件的设计与分析技术,包括数据与指令的编码、存储、运算、输入输出等。理解和掌握计算机系统中的基本概念和方法,并能将这些概念和方法运用在后继课程的学习中。

 

各章节授课内容、教学方法及学时分配建议

第一章  计算机系统概论                                              建议学时:4

[教学目的与要求] 

了解存储程序概念;

理解冯•诺依曼结构计算机的特点;

理解硬件和软件的关系;

理解实际机器和虚拟机器的概念;

掌握计算机系统的层次结构;

掌握计算机的主要性能指标。

[教学重点与难点]  诺依曼结构计算机的特点、硬件和软件的关系

[      ]  以课堂讲授为主,课堂讨论为辅。

[      ]

第一节  电子计算机与存储程序控制

1.   电子计算机的发展

2.   存储程序概念

第二节  计算机的硬件组成

1.   冯•诺依曼结构和哈佛结构的存储器设计思想

2.   计算机系统;硬件与软件的关系

3.   系列机和软件兼容

第二章  数据的机器层次表示                                           建议学时:6

[教学目的与要求] 

1.   掌握定点数和浮点数的表示方法;

2.   掌握原码、反码、补码和移码表示,掌握3种机器码可表示数的特点和范围;

3.   掌握浮点数的表示,理解阶码和尾数作用,掌握数的规格化表示方法。

4.   掌握基本的浮点运算方法,了解浮点运算器的组成和原理;

5.   掌握文字与字符串的表示方法;

6.   了解检错码与纠错码,掌握奇偶校验码的原理和编码方法。

[教学重点与难点]  补码、浮点数的表示

[      ]  以课堂讲授为主,课堂讨论为辅。

[      ]

第一节  原码表示法和补码表示法

1.         计算机中的数值数据;

2.         无符号数和带符号数;

3.         原码表示法;

4.         补码表示法;

5.         反码表示法;

6.         3种机器数的比较与转换;

第二节  机器数的定点表示与浮点表示

1.   定点表示法和浮点表示法

2.   浮点数阶码的移码表示法

3.   浮点数尾数的基数和IEEE 754标准浮点数

第三节  数据校验码

1.   奇偶校验码;

2.   汉明校验码;

3.   循环冗余校验码

第三章  指令系统                                                      建议学时:4

[教学目的与要求] 

了解机器指令的基本格式

理解基本的数据寻址方式;

认识常见指令;

了解复杂指令系统和精简指令系统

[教学重点与难点]  寻址方式、精简指令系统

[      ]  以课堂讲授为主,课堂讨论为辅。

[      ]

第一节  指令格式

1.         指令格式;

2.         机器指令的基本格式;

3.         地址码结构;

4.         指令的操作码;

第二节  寻址技术

1.   指令寻址和数据寻址;

2.   基本的数据寻址方式;

3.   变型或组合寻址方式;

第三节  指令类型

1.   数据传送类指令;

2.   运算类指令;

3.   程序控制类指令;

4.   输入输出类指令;

5.   80x86指令系统举例

第四章  数值的机器运算                                               建议学时:8

[教学目的与要求] 

认识加法器;

掌握补码加减法运算;

掌握补码运算的溢出和检测方法;

掌握补码一位乘除法;

认识ALU结构;

[教学重点与难点]  补码加减法运算、ALU结构

[      ]  以课堂讲授为主,课堂讨论为辅。

[      ]

第一节  基本算术运算的实现

1.         基本算术运算的实现;

2.         加法器;进位的产生和传递;

3.         并行加法器的快速进位;

第二节  定点加减运算

1.   补码的溢出判断与检测方法;

2.   补码定点加减运算的实现;

第三节  定点乘法运算

1.   原码一位乘法;

2.   补码一位乘法;

3.   阵列乘法器;

第四节  运算器的基本组成与实例

1.   运算器结构;

2.   ALU举例

第五章  存储系统和结构                                              建议学时:10

[教学目的与要求] 

了解存储系统的组成和分类;

理解DRAM和SRAM的原理;

了解主存储器和CPU的连接;

了解提高存储器存储性能的方法;

掌握高速缓冲存储器的存储原理;

了解快表与慢表。

[教学重点与难点]  DRAMSRAM、高速缓冲存储器的存储原理

[      ]  以课堂讲授为主,课堂讨论为辅。

[      ]

第一节   存储系统的组成

1.         存储系统的组成;

2.         存储器分类;

3.         存储系统层次结构;主存储器的组织;

第二节   主存储器的组织

1.   主存储器的存储单元;

2.   主存储器的主要技术指标;

3.   数据在主存中的存放;

第三节   半导体随机存储器和只读存储器

1.    半导体随机存储器和只读存储器;

2.    RAM记忆单元电路;动态RAM的刷新;

第四节  高速缓冲存储器

1.   高速缓存工作原理;

2.   Cache的读写操作;

3.   地址映像;

4.   替换算法;

5.   更新策略

第五节  虚拟存储器

1.   虚拟存储器的基本概念;

2.   页式虚拟存储器;

3.   段式虚拟存储器;

4.   段页式虚拟存储器;

5.   快表与慢表

第六章  中央处理器                                      &n, bsp;             建议学时:8

[教学目的与要求] 

1.   理解CPU的功能;

2.   认识CPU中的6类主要寄存器;

3.   认识时序逻辑系统;

4.   理解控制器的硬件实现方法;

5.   理解微程序控制器。

[教学重点与难点]  微程序控制器、时序逻辑系统

[      ]  以课堂讲授为主,课堂讨论为辅。

[      ]

第一节   中央处理器的功能和组成

1.          CPU的功能;

2.          CPU中的主要寄存器;

3.          CPU的主要技术参数;

第二节   控制器的组成和实现方法

1.    控制器的基本组成;

2.    控制器的硬件实现方法;

3.    时序系统与控制方式;时序系统;

4.    指令运行的基本过程;

5.    指令的微操作序列;

第三节  微程序控制原理

1.    微程序控制的基本概念;

2.    微指令编码法;

3.    微程序控制器的组成和工作过程;

4.    微程序入口地址的形成;

5.    后继微地址的形成;

6.    微程序设计;

第四节  流水线技术

1.    流水线技术;

2.    重叠控制;

第七章  总线                                                          建议学时:2

[教学目的与要求] 

认识总线;

理解总线控制和总线同步;

了解总线标准。

[教学重点与难点]  总线控制、总线同步

[      ]  以课堂讲授为主,课堂讨论为辅。

[      ]

第一节   总线概述

1.       总线概述;总线的分类;总线的组成及性能指标;

2.       总线仲裁;集中仲裁方式;分布仲裁方式;

3.       总线定时控制;同步定时方式;异步定时方式;

4.       总线标准;系统总线标准;外部总线标准

第八章  外部设备                                                      建议学时:2

[教学目的与要求] 

理解磁介质存储器的存储原理;

理解磁记录方式;

掌握硬磁盘的技术参数;

了解光盘、键盘、鼠标、显示器、打印机、显示适配器的工作原理

[教学重点与难点]  磁记录方式、硬磁盘的技术参数

[      ]  以课堂讲授为主,课堂讨论为辅。

[      ]

第一节   磁介质存储器的性能和原理

1.    磁介质存储器的技术指标;

2.    数字磁记录方式;

3.    编码方式的比较;磁介质存储设备;硬盘存储器的基本结构与分类;

4.    硬盘的信息分布和磁盘地址;硬盘存储器的技术参数;

第九章  输入输出系统                                                  建议学时:4

[教学目的与要求] 

理解CPU控制外围设备的方式;

理解程序中断方式;

理解DMA方式及其接口;

[教学重点与难点]  程序中断方式、DMA方式及其接口

[      ]  以课堂讲授为主,课堂讨论为辅。

[      ]

第一节   中断系统和程序中断方式

1.    中断的基本概念;

2.    中断请求和中断判优;

3.    中断响应和中断处理;

4.    中断全过程;

第二节  DMA方式及其接口

1.   DMA方式及其接口;

2.   DMA方式的基本概念;

3.   DMA接口;

4.   DMA传送方法与传送过程;

                                            撰稿人:孙启良   审核人:靳绍礼

 
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