計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)大綱

1、計(jì)算機(jī)組成原理大綱號(hào)：xxx學(xué)分：4.5學(xué)時(shí)：64/8執(zhí)筆人：審訂人：課程性質(zhì)：學(xué)科根底課一、課程的地位與作用本課是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的核心主干課之一,是在我國(guó)開(kāi)設(shè)最早的一門(mén)必修專(zhuān)業(yè)課程,也是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的其它后續(xù)課如微機(jī)系統(tǒng)與接口、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)等的重要的專(zhuān)業(yè)根底課.它在先導(dǎo)與后續(xù)課程之間起著承上啟下和繼往開(kāi)來(lái)的作用.也是從事計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用與維護(hù)等工作的根底.二、課程的教學(xué)目標(biāo)與根本要求教學(xué)目標(biāo)：本課程主要討論計(jì)算機(jī)單機(jī)系統(tǒng)的組成原理及其內(nèi)部工作機(jī)制,包括各大部件的工作原理、邏輯實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)方法及其互連構(gòu)成計(jì)算機(jī)整機(jī)的技術(shù).主要強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)的基本原理、根本知識(shí)和根本技巧的練習(xí).根本要求：

2、通過(guò)本課學(xué)習(xí),要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)硬件的設(shè)計(jì)與分析方法,建立起計(jì)算機(jī)整機(jī)工作概念.三、主要內(nèi)容1概論1.1計(jì)算機(jī)的開(kāi)展歷史1.1.1計(jì)算機(jī)硬件一更新?lián)Q代1.1.2計(jì)算機(jī)軟件一日臻完善1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件組成1.2.1計(jì)算機(jī)的功能部件1.2.2馮諾依曼計(jì)算機(jī)1.3計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)1.3.1系統(tǒng)軟件1.3.2應(yīng)用軟件1.4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)1.4.1硬件與軟件的關(guān)系1.4.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多級(jí)層次結(jié)構(gòu)1.4.3計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組織1.5計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和性能指標(biāo)1.5.1計(jì)算機(jī)的工作特點(diǎn)1.5.2計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)1.6計(jì)算機(jī)的分類(lèi)與應(yīng)用1.6.1計(jì)算機(jī)的分類(lèi)1.6.2計(jì)算機(jī)的應(yīng)用2計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)信息的表

3、示2.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換2.2帶符號(hào)數(shù)的表示2.2.1機(jī)器數(shù)與真值2.2.2原碼表小2.2.3補(bǔ)碼表小2.2.4反碼表小2.2.5移碼表小2.3數(shù)的定點(diǎn)表示與浮點(diǎn)表示2.3.1定點(diǎn)表示2.3.2浮點(diǎn)表示2.4非數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示2.4.1邏輯數(shù)一二進(jìn)制串2.4.2字符與字符串2.4.3漢字信息的表示2.5十進(jìn)制數(shù)串的表示2.6數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度與存儲(chǔ)方式2.6.1數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度2.6.2數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式2.7數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼2.7.1碼距與數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼2.7.2奇偶校驗(yàn)碼2.7.3海明校驗(yàn)碼2.7.4循環(huán)冗余校驗(yàn)碼3運(yùn)算方法與運(yùn)算器3.1運(yùn)算器的設(shè)計(jì)方法3.2定點(diǎn)補(bǔ)碼加減運(yùn)算3.2.1補(bǔ)碼加減運(yùn)算的根底3.2.2

4、溢出判斷與變形補(bǔ)碼3.2.3算術(shù)邏輯運(yùn)算部件3.3定點(diǎn)乘法運(yùn)算3.3.1原碼乘法運(yùn)算3.3.2補(bǔ)碼乘法運(yùn)算3.3.3快速乘法運(yùn)算3.4定點(diǎn)除法運(yùn)算3.4.1原碼除法運(yùn)算3.4.2補(bǔ)碼除法運(yùn)算3.4.3快速除法運(yùn)算方法3.5浮點(diǎn)四那么運(yùn)算3.5.1浮點(diǎn)加減運(yùn)算3.5.2浮點(diǎn)乘除運(yùn)算3.6運(yùn)算器的組成3.6.1定點(diǎn)運(yùn)算器3.6.2浮點(diǎn)運(yùn)算器3.7十進(jìn)制數(shù)的加減運(yùn)算方法3.7.1一位十進(jìn)制加法器的設(shè)計(jì)3.7.2多位十進(jìn)制整數(shù)的加減運(yùn)算3.8邏輯運(yùn)算和移位操作3.8.1邏輯運(yùn)算3.8.2移位操作4存儲(chǔ)器系統(tǒng)4.1存儲(chǔ)器概述4.1.1存儲(chǔ)器的分類(lèi)4.1.2主存儲(chǔ)器的組成和根本操作4.1.3存儲(chǔ)器的主要技

5、術(shù)指標(biāo)4.1.4存儲(chǔ)器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)4.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器4.2.1半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi)4.2.2隨機(jī)存取存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及工作原理4.2.3只讀存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)及工作原理4.2.4半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的組成4.3半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器4.3.1只讀存儲(chǔ)器的分類(lèi)4.3.2閃速存儲(chǔ)器4.4并行存儲(chǔ)器4.4.1雙端口存儲(chǔ)器4.4.2并行主存系統(tǒng)4.4.3聯(lián)想存儲(chǔ)器4.5高速緩沖存儲(chǔ)器Cache4.5.1Cache的地位和作用4.5.2Cache的結(jié)構(gòu)及工作原理4.5.3Cache的替換算法與寫(xiě)策略4.6虛擬存儲(chǔ)器4.6.1頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器4.6.2段式虛擬存儲(chǔ)器4.6.3段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器4.7輔助存儲(chǔ)器4.7.1磁外表存儲(chǔ)器的根

6、本原理4.7.2磁記錄方式4.7.3磁盤(pán)存儲(chǔ)器4.7.4光盤(pán)存儲(chǔ)器4.8廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列RAID4.8.1RAID04.8.2RAID14.8.3RAID24.8.4RAID34.8.5RAID44.8.6RAID54.8.7RAID65指令系統(tǒng)5.1機(jī)器指令5.1.1機(jī)器指令格式5.1.2指令字的長(zhǎng)度5.1.3指令的地址碼5.1.4指令的操作碼5.2尋址方式5.2.1指令的尋址方式5.2.2操作數(shù)的尋址方式5.3指令類(lèi)型與功能5.3.1數(shù)據(jù)傳送指令5.3.2算術(shù)邏輯運(yùn)算指令5.3.3移位指令5.3.4堆棧操作指令5.3.5字符串處理指令5.3.6程序限制指令5.3.7輸入/輸出指令5.3.8

7、其它指令5.4CISC機(jī)和RISC機(jī)指令風(fēng)格5.4.1復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)CISC5.4.2精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)RISC5.5指令系統(tǒng)舉例5.5.1PentiumII的指令系統(tǒng)5.5.2MIPS的指令系統(tǒng)6限制系統(tǒng)與CPU6.1限制器概述6.1.1指令執(zhí)行的根本步驟6.1.2限制器的根本功能6.1.3限制器的組成6.1.4限制器的組成方式6.2限制器的限制方式與時(shí)序系統(tǒng)6.2.1限制方式6.2.2時(shí)序系統(tǒng)6.3CPU的總體結(jié)構(gòu)6.3.1存放器的設(shè)置6.3.2數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)及指令流程分析6.4模型機(jī)的總體結(jié)構(gòu)6.4.1模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路6.4.2模型機(jī)的指令系統(tǒng)6.4.3模型機(jī)的時(shí)序系統(tǒng)6.5組合邏輯限

8、制器設(shè)計(jì)6.5.1設(shè)計(jì)的步驟6.5.2模型機(jī)的設(shè)計(jì)6.6微程序限制器設(shè)計(jì)6.6.1微程序限制器概述6.6.2微指令的編譯方法6.6.3微程序的順序限制方式6.6.4微指令的執(zhí)行方式6.6.5微程序設(shè)計(jì)方法6.6.6微程序限制器設(shè)計(jì)步驟6.6.7舉例一模型機(jī)的微程序設(shè)計(jì)6.6.8微程序設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用6.7流水線(xiàn)處理技術(shù)6.7.1指令的執(zhí)行方式6.7.2流水線(xiàn)的分類(lèi)6.7.3線(xiàn)性流水線(xiàn)的性能6.7.4流水線(xiàn)的相關(guān)問(wèn)題6.8CPU舉例6.8.1Intel的Pentium處理器6.8.2MIPS324K處理器核7總線(xiàn)技術(shù)7.1總線(xiàn)概述7.1.1采用總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)互連的優(yōu)勢(shì)7.1.2總線(xiàn)的分類(lèi)7.1.3總線(xiàn)標(biāo)

9、準(zhǔn)7.1.4總線(xiàn)的性能7.2總線(xiàn)的組成與結(jié)構(gòu)7.2.1總線(xiàn)的組成7.2.2總線(xiàn)的結(jié)構(gòu)7.3總線(xiàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)7.3.1總線(xiàn)的設(shè)計(jì)要素7.3.2總線(xiàn)的實(shí)現(xiàn)7.4總線(xiàn)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)7.5PCI總線(xiàn)7.5.1PCI總線(xiàn)的概況7.5.2PCI局部總線(xiàn)的信號(hào)定義7.5.3PCI局部總線(xiàn)的操作7.6通用串行總線(xiàn)7.6.1USB總線(xiàn)的歷史和使用概況7.6.2USB總線(xiàn)的體系結(jié)構(gòu)7.6.3USB總線(xiàn)的事務(wù)和傳輸7.7總線(xiàn)的組成與結(jié)構(gòu)7.7.1小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口7.7.2ATA接口8I/O設(shè)備8.1I/O設(shè)備概述8.2輸入設(shè)備8.2.1鍵盤(pán)8.2.2鼠標(biāo)8.2.3觸摸屏8.3輸出設(shè)備8.3.1顯示器8.3.2打印機(jī)

10、8.4多媒體I/O設(shè)備8.4.1音頻設(shè)備8.4.2視頻設(shè)備8.4.3圖像設(shè)備9I/O系統(tǒng)組織9.1I/O系統(tǒng)概述9.1.1I/O系統(tǒng)需要解決的主要問(wèn)題9.1.2I/O系統(tǒng)的組成9.1.3主機(jī)與外圍設(shè)備間的連接方式與組織治理9.1.4I/O信息傳送的限制方式9.2I/O接口9.2.1I/O接口的根本功能9.2.2I/O接口的分類(lèi)9.3程序限制方式9.3.1直接程序限制方式9.3.2程序中斷傳送方式9.4直接存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)方式DMAT式9.4.1DMA方式的特點(diǎn)與應(yīng)用場(chǎng)合9.4.2DMA的傳送方式9.4.3DMA的硬件組織9.4.4DMA限制器的組成9.4.5DMA限制方式下的數(shù)據(jù)傳送過(guò)程注意：9.5

11、節(jié)內(nèi)容可與“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)明確分工,防止不必要的重復(fù).四、時(shí)間分配課程分段標(biāo)識(shí)序號(hào)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)講課 習(xí)題實(shí)驗(yàn)上機(jī) 課外小計(jì)1概論442計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)信息的表示883運(yùn)算方法與運(yùn)算器102124存儲(chǔ)器系統(tǒng)82105指令系統(tǒng)556限制系統(tǒng)與CPU1426227總線(xiàn)技術(shù)228I/O設(shè)備概述339I/O系統(tǒng)102315總計(jì)648981五、課程說(shuō)明課程英文名稱(chēng)ComputerOrganization主要先修課程數(shù)字電路、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計(jì)根底匯編語(yǔ)言適用專(zhuān)業(yè)類(lèi)別計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程主要教材作者、教材名稱(chēng)、出版社張功萱、顧一禾、鄒建偉、王曉峰、余立功.計(jì)算機(jī)組成原理修訂版,北京：清華大學(xué)出版社,2021年考核方式閉卷測(cè)試課程簡(jiǎn)介本課主要討論計(jì)算機(jī)各大部件組成原理、邏輯設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)方法及互聯(lián)整機(jī)的有關(guān)技術(shù).重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)組成的根本概念、根本知識(shí)和根本方法,通過(guò)限制器原理的學(xué)習(xí)和指令流程的分析,使學(xué)生建立起計(jì)算機(jī)整機(jī)的工作概念.學(xué)習(xí)本課需有根本的數(shù)字電路、數(shù)字邏輯及匯編語(yǔ)言知識(shí).本課以課堂講授為主,并輔以一定的實(shí)驗(yàn).六、實(shí)驗(yàn)工程與主要內(nèi)容序號(hào)實(shí)驗(yàn)工程名稱(chēng)學(xué)時(shí)主要內(nèi)容及要求實(shí)驗(yàn)類(lèi)型1運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)2運(yùn)用74LS181運(yùn)算單兀,搭個(gè)8位運(yùn)算器電路,實(shí)驗(yàn)各