2018— 2019学年第一学期《计算机组成原理》授课计划

 

 

 

授 课 计 划

 

 2018 — 2019 学年第 1 学期

 

学    院：  数学科学学院

课程名称：  计算机组成原理

课程编码：  09A03070

课程类别：  专业任选课             

计划学时：   48（理论：48  实验： 0 ）

学    分：   3

授课时间：   星期三（双）56节和星期四78节

授课地点：   1J203和1J410

教 学 班：   计算1601

     

 

 

授课教师：         孙启良           

 

填报日期：  2018年 9 月 1日

 

 

 

计算机组成原理 课程授课计划

 

一、课程内容简介与教学目的

（一）课程内容的简单介绍和描述

课程内容包括数字化信息编码与数据表示；数据运算算法和运算器部件的知识；指令、指令系统和控制器部件的知识；存储器系统的组成、运行原理；输入输出系统的构成和运行原理。力求达到能设计一台简单、完整的基本计算机系统的要求；同时还能熟悉知晓当前流行的计算机中广泛采用的最新技术和工艺，有能力粗浅了解国内外计算机硬件领域科学研究的动向与应用发展的趋势。它以层次结构的观点来叙述计算机各主要功能部件及组成原理；以数据信息和控制信息的表示、处理为主线来组织教学，具有知识面广、内容多、难度大、更新快等特点。

（二）课程目标和教学目的。

1、掌握计算机的基本组成与结构原理，各功能部件在整机中的作用以及所要完成的任务。

2、掌握程序和数据在计算机中如何存储，以及指令在计算机中的编译和执行过程。

3、掌握计算机与外部设备之间的接口技术与原理；了解计算机外部设备的基本结构与工作原理。

4、能够用课程中学到的知识，对计算机系统硬件进行初步设计、组装和调试。

二、课程要求及教学活动项目

（一）课程要求：

认真听讲，独立完成作业，课程参与程度积极，课堂表现良好的学生平时成绩得高分。

（二）教学活动项目及学时分配：

理论教学48学时；作业8次；辅导答疑16学时。

三、成绩考核

（一）平时成绩：主要包括课堂表现、作业、考勤，先分级制然后换算成百分制。

（二）期末考试成绩:闭卷笔试，百分制。

（三）最终成绩组成说明：平时成绩*20%+期末考试成绩*80%

四、教材及参考资料

教材：《计算机组成原理》（第2版），唐朔飞，高等教育出版社

参考资料：

《计算机系统结构》(第2版),郑纬民，汤志忠，清华大学出版社

《数字电路简明教程》，马爱文等译，电子工业出版社

《汇编语言程序设计》(第6版),（美）埃尔温　著,清华大学出版社

五、教师联系方式及答疑要求

教师联系电话， 邮箱ss_sunql@ujn.edu.cn

六、课程教学计划安排及策略

第1周

学时：2

授课内容：课程内容介绍和学习方法介绍，第1 章 计算机系统概论1.1 计算机系统简介1.1.1 计算机的软硬件概念1.1.2 计算机系统的层次结构1.1.3 计算机组成和计算机体系结构

目的要求：理解计算机系统的层次结构

第2周

学时：2

授课内容：1.2 计算机的基本组成1.2.1 冯·诺依曼计算机的特点1.2.2 计算机的硬件框图1.2.3 计算机的工作步骤1.3 计算机硬件的主要技术指标1.3.1 机器字长1.3.2 存储容量1.3.3 运算速度

目的要求：了解冯诺依曼型计算机的特点；理解存储程序概念；了解计算机中主要性能指标（基本字长、存储容量等）

学时：2

授课内容：第2 章 计算机的发展及应用2.1 计算机的发展史2.1.1 计算机的产生和发展2.1.2 微型计算机的出现和发展2.1.3 软件技术的兴起和发展

目的要求：了解计算机的发展历史

第3周

学时：2

授课内容：2.2 计算机的应用2.2.1 科学计算和数据处理2.2.2 工业控制和实时控制2.2.3 网络技术的应用2.2.4 虚拟现实2.2.5 办公自动化和管理信息系统2.2.6 CAD/ CAM/ CIMS2.2.7 多媒体技术2.2.8 人工智能2.3 计算机的展望

目的要求：了解计算机的应用

第4周

学时：2

授课内容：第3 章 系统总线3.1 总线的基本概念3.2 总线的分类3.2.1 片内总线3.2.2 系统总线3.2.3 通信总线3.3 总线特性及性能指标3.3.1 总线特性3.3.2 总线性能指标3.3.3 总线标准3.4 总线结构3.4.1 单总线结构3.4.2 多总线结构3.4.3 总线结构举例

目的要求：理解总线的基本概念；了解总线的分类；掌握总线的性能指标；了解系统总线标准；了解外部总线标准

学时：2

授课内容：3.5 总线控制3.5.1 总线判优控制3.5.2 总线通信控制

目的要求：理解总线集中仲裁方式；了解总线定时控制方式

第5周

学时：2

授课内容：第4 章 存储器4.1 概述4.1.1 存储器分类4.1.2 存储器的层次结构

目的要求：了解存储器的分类方法和存储系统的层次

第6周

学时：2

授课内容：4.2 主存储器4.2.1 概述4.2.2 半导体存储芯片简介4.2.3 随机存取存储器4.2.4 只读存储器4.2.5 存储器与CPU 的连接4.2.6 存储器的校验4.2.7 提高访存速度的措施

目的要求：理解主存储器的基本结构、存储单元和主存储器的主要技术指标；掌握数据在主存中的存放方法；了解半导体随机存储器（静态RAM和动态RAM）的基本存储原理；理解动态RAM的刷新；了解RAM芯片的基本结构；理解各种不同类型的ROM；掌握主存储器容量的各种扩展方法；理解主存储器和CPU的连接

学时：2

授课内容：4.3 高速缓冲存储器4.3.1 概述4.3.2 Cache—主存地址映射4.3.3 替换策略

目的要求： 了解Cache存储系统和虚拟存储器的概念

第7周

学时：2

授课内容：4.4 辅助存储器4.4.1 概述4.4.2 磁记录原理和记录方式4.4.3 硬磁盘存储器4.4.4 软磁盘存储器4.4.5 磁带存储器4.4.6 循环冗余校验码4.4.7 光盘存储器 附录4A 相联存储器

目的要求：了解磁介质存储器的读写原理和技术指标；理解常见的数字磁记录方式；理解硬盘上的信息分布和磁盘地址；了解磁盘阵列的基本概念；掌握奇偶校验位及其形成方法；了解海明校验码和循环冗余校验码

第8周

学时：2

授课内容：第5 章 输入输出系统5.1 概述5.1.1 输入输出系统的发展概况5.1.2 输入输出系统的组成5.1.3 I/ O 设备与主机的联系方式5.1.4 I/ O 设备与主机信息传送的控制方式5.2 I/ O 设备5.2.1 概述5.2.2 输入设备5.2.3 输出设备5.2.4 其他I/ O 设备5.2.5 多媒体技术5.3 I/ O 接口5.3.1 概述5.3.2 接口的功能和组成5.3.3 接口类型

目的要求：了解接口的基本组成，接口和端口概念

学时：2

授课内容：5.4 程序查询方式5.4.1 程序查询流程5.4.2 程序查询方式的接口电路5.5 程序中断方式5.5.1 中断的概念5.5.2 I/ O 中断的产生5.5.3 程序中断方式的接口电路5.5.4 I/ O 中断处理过程5.5.5 中断服务程序的流程5.6 DMA 方式5.6.1 DMA 方式的特点5.6.2 DMA 接口的功能和组成5.6.3 DMA 的工作过程5.6.4 DMA 接口的类型

目的要求：了解程序查询方式的特点和工作流程；理解程序中断的基本概念，程序中断与调用子程序的区别；掌握CPU响应中断的条件；理解中断的各个过程；了解DMA方式的特点和DMA接口的组成；理解DMA传送方法和DMA传送过程

第9周

学时：2

授课内容：第6 章 计算机的运算方法6.1 无符号数和有符号数6.1.1 无符号数6.1.2 有符号数

目的要求：了解无符号数与带符号数；真值和机器数等概念；掌握原码、补码、反码表示法以及三种码制与真值之间的转换方法

第10周

学时：2

授课内容：6.2 数的定点表示和浮点表示6.2.1 定点表示6.2.2 浮点表示6.2.3 定点数和浮点数的比较6.2.4 举例6.2.5 IEEE 754 标准

目的要求：掌握定点数和浮点数的表示范围；理解浮点数阶码的移码；理解IEEE754浮点数标准

学时：2

授课内容：6.3 定点运算6.3.1 移位运算6.3.2 加法与减法运算6.3.3 乘法运算6.3.4 除法运算

目的要求：理解逻辑运算；掌握定点补码加法和减法运算方法；理解3种溢出检测方法；理解补码移位运算和常见的舍入操作方法；掌握定点原码、补码乘法运算方法；掌握定点原码、补码加减交替除法运算方法

第11周

学时：2

授课内容：6.4 浮点四则运算6.4.1 浮点加减运算6.4.2 浮点乘除法运算6.4.3 浮点运算所需的硬件配置

目的要求：了解运算器的基本结构及浮点协处理器

第12周

学时：2

授课内容：6.5 算术逻辑单元6.5.1 ALU 电路6.5.2 快速进位链 附录6C 74181 逻辑电路

目的要求：了解串行加法器与并行加法器；理解进位产生和进位传递

学时：2

授课内容：第7 章 指令系统7.1 机器指令7.1.1 指令的一般格式7.1.2 指令字长7.2 操作数类型和操作类型7.2.1 操作数类型7.2.2 数据在存储器中的存放方式7.2.3 操作类型7.3 寻址方式7.3.1 指令寻址7.3.2 数据寻址

目的要求：理解指令的基本格式以及不同地址码（3、2、1、0地址）的双操作数指令的区别；理解规整型指令和非规整型指令的特点；掌握扩展操作码的方法；理解编址单位和指令中地址码的位数与主存容量、最小寻址单位的关系；掌握基本的数据寻址方式和有效地址EA的计算方法；掌握自底向上的存储器堆栈的概念及堆栈的进、出栈操作；理解常用指令的特点

第13周

学时：2

授课内容：7.4 指令格式举例7.4.1 设计指令格式应考虑的各种因素7.4.2 指令格式举例7.4.3 指令格式设计举例7.5 RISC 技术7.5.1 RISC 的产生和发展7.5.2 RISC 的主要特征7.5.3 RISC 和CISC 的比较

目的要求：了解RISC技术

第14周

学时：2

授课内容：第8 章 CPU 的结构和功能8.1 CPU 的结构8.1.1 CPU 的功能8.1.2 CPU 结构框图8.1.3 CPU 的寄存器8.1.4 控制单元和中断系统8.2 指令周期8.2.1 指令周期的基本概念8.2.2 指令周期的数据流

目的要求：理解CPU的功能和主要寄存器；理解控制器的基本组成；理解时序系统中指令周期、机器周期的概念；理解指令执行的基本过程；掌握取指周期的微操作序列（公共操作）

学时：2

授课内容：8.3 指令流水8.3.1 指令流水原理8.3.2 影响流水线性能的因素8.3.3 流水线性能8.3.4 流水线中的多发技术8.3.5 流水线结构8.4 中断系统8.4.1 概述8.4.2 中断请求标记和中断判优逻辑8.4.3 中断服务程序入口地址的寻找8.4.4 中断响应8.4.5 保护现场和恢复现场8.4.6 中断屏蔽技术

目的要求：了解流水线技术

第15周

学时：2

授课内容：第9 章 控制单元的功能9.1 微操作命令的分析9.1.1 取指周期9.1.2 间址周期9.1.3 执行周期9.1.4 中断周期9.2 控制单元的功能9.2.1 控制单元的外特性9.2.2 控制信号举例9.2.3 多级时序系统9.2.4 控制方式9.2.5 多级时序系统实例分析

目的要求：了解不同的控制方式（同步、异步、联合）

第16周

学时：2

授课内容：第10 章 控制单元的设计10.1 组合逻辑设计10.1.1 组合逻辑控制单元框图10.1.2 微操作的节拍安排10.1.3 组合逻辑设计步骤

目的要求：理解组合逻辑控制器的设计方法；理解组合逻辑控制器的特点

学时：2

授课内容：10.2 微程序设计10.2.1 微程序设计思想的产生10.2.2 微程序控制单元框图及工作原理10.2.3 微指令的编码方式10.2.4 微指令序列地址的形成10.2.5 微指令格式10.2.6 静态微程序设计和动态微程序设计10.2.7 毫微程序设计10.2.8 串行微程序控制和并行微程序控制10.2.9 微程序设计举例

目的要求：理解微程序控制的基本概念；掌握微指令编码法特点；理解微程序控制器的组成和工作过程；理解微程序入口地址和后继微地址的形成；了解控制单元的设计