計算機組成原理與體系結(jié)構(gòu)-教學大綱

計算機組成原理與體系結(jié)構(gòu)PrinciplesofComputerOrganizationandStructure【課程編號】ZB58167【課程類別】專業(yè)基礎課【學分數(shù)】4【先修課程】數(shù)字電路【學時數(shù)】70=55+15【適用專業(yè)】網(wǎng)絡工程教學目的、任務《計算機組成原理與體系結(jié)構(gòu)》是一門專業(yè)基礎課。通過學習本課程，掌握計算機系統(tǒng)各部件的組成，最終達到從系統(tǒng)的角度、整機的角度完整、準確的理解和掌握計算機系統(tǒng)的組成原理與內(nèi)部運行機理，為學習其它計算機專業(yè)課程打下一個良好的基礎。本課程的理論教學主要從計算機系統(tǒng)概論、運算器和運算方法、存儲系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、中央處理器、總線系統(tǒng)、外圍設備和輸入輸出設備等幾個方面講解計算機的基本組成，基本原理和基本的設計方法，培養(yǎng)學生在硬件系統(tǒng)的分析、設計、開發(fā)、使用和維護方面的能力，使學生建立比較清晰的整機概念。課程教學的基本要求掌握數(shù)字化信息編碼及運算方法，運算器的邏輯構(gòu)成；熟悉半導體存儲器、磁表面存儲器基本原理，掌握存儲體系構(gòu)成；掌握尋址和指令系統(tǒng)；熟悉中央處理器組成、時序控制方法；熟悉系統(tǒng)總線和I/O系統(tǒng)。三、教學內(nèi)容和學時分配（一）第一章計算機系統(tǒng)概論學時（4+0）主要內(nèi)容：計算機的分類計算機發(fā)展簡史計算機的硬件計算機的軟件計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)教學要求：了解計算機內(nèi)部的工作過程；了解計算機發(fā)展的五個階段及每個階段的特點；掌握馮諾依曼計算機的結(jié)構(gòu)和工作原理。掌握衡量計算機性能的各個指標的含義和計算方法。其它教學環(huán)節(jié)：無（二）第二章運算方法和運算器學時（8+6）主要內(nèi)容：數(shù)據(jù)與文字的表示定點加法、減法運算定點乘法運算定點除法運算定點運算器的組成浮點運算與浮點運算器教學要求：掌握計算機中有符號數(shù)、無符號數(shù)、定點數(shù)和浮點數(shù)的各種數(shù)字化信息編碼表示，以及移位、定點補碼加減運算、定點陣列乘、除法、定點原碼和補碼加減交替除法；熟悉浮點運算與運算規(guī)則。了解運算器部件的組成和設計。其它教學環(huán)節(jié)：熟悉計算機組成原理實驗器材實驗。算術(shù)邏輯運算實驗。（三）第三章內(nèi)部存儲器學時（8+3）主要內(nèi)容：存儲器概述SRAM存儲器DRAM存儲器只讀存儲器和閃速存儲器并行存儲器Cache存儲器教學要求：了解存儲器的分類；掌握存儲器的半導體存儲芯片的基本組成；理解存儲器與CPU之間的數(shù)據(jù)傳送方式；掌握計算機存儲體系結(jié)構(gòu)（Cache-主存和主存-輔存）；了解常見的輔助存儲器和Cache，以及存儲器的工作原理。其它教學環(huán)節(jié)：靜態(tài)隨機存儲器實驗。（四）第四章指令系統(tǒng)學時（8+0）主要內(nèi)容：指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求指令格式操作數(shù)類型指令和數(shù)據(jù)的尋址方式典型指令教學要求：熟練掌握指令的尋址方式對操作數(shù)尋址范圍以及對編程的影響；掌握不同的尋址方式所要求的硬件和信息的加工過程；了解RISC的主要特點及其與CISC的區(qū)別。其它教學環(huán)節(jié)：(無)（五）第五章中央處理器學時（8+3）主要內(nèi)容：CPU功能和組成指令周期時序產(chǎn)生器微程序控制器及其設計硬布線控制器及其設計傳統(tǒng)CPU流水CPURISC的CPU多媒體CPU教學要求：了解CPU的功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)；掌握機器完成一條指令的全過程；掌握中斷技術(shù)在提高整機效能方面所起的作用；了解開發(fā)系統(tǒng)的并行性；掌握控制方式及時序控制。掌握控制器組成及CPU控制流程；熟悉流水線處理機的基本機理及工作過程。其它教學環(huán)節(jié)：微程序控制器實驗。（六）第六章總線系統(tǒng)學時（6+3）主要內(nèi)容：總線的概念和結(jié)構(gòu)形態(tài)總線接口總線的仲裁總線的定時和數(shù)據(jù)傳送模式HOST總線和PCI總線InfiniBand標準教學要求：了解系統(tǒng)總線的概念；掌握計算機系統(tǒng)的三大總線特點，系統(tǒng)總線的發(fā)展和總線的結(jié)構(gòu)。其它教學環(huán)節(jié)：總線基本實驗。（七）第七章輸入/輸出系統(tǒng)學時（8+2）主要內(nèi)容：外圍設備的速度分級和信息交換方式程序查詢方式程序中斷方式DMA方式通道方式通用I/O標準接口教學要求：了解輸入輸出設備的尋址方式及數(shù)據(jù)傳送的控制方式；了解接口的基本功能和類型；掌握主機與I/O交換的三種控制方式(程序查詢、程序中斷和DMA)，以及它們各自所需的硬件及軟件支持。其它教學環(huán)節(jié)：(無)（八）第八章操作系統(tǒng)的支持學時（5+0）主要內(nèi)容：操作系統(tǒng)概述調(diào)度存儲管理虛擬存儲器存儲保護奔騰系列機的虛存組織通用I/O標準接口教學要求：了解操作系統(tǒng)對硬件的管理和抽象的機制，掌握操作系統(tǒng)多任務工作實現(xiàn)的原理，了解操作系統(tǒng)對多層次的內(nèi)存管理的方法，掌握虛擬存儲器工作的原理。其它教學環(huán)節(jié)：(無)教學重點、難點及教學方法重點：補碼表示的原理。存儲器擴展的方法。指令執(zhí)行的過程。硬連線控制器和微程序控制器工作的原理。高速緩沖器的工作原理。總線的工作原理。虛擬存儲器的管理和工作原理。難點：運算方法和硬件的對應關(guān)系。內(nèi)部存儲器的硬件實現(xiàn)原理和進行擴展的方法。硬連線控制器信號產(chǎn)生的方法和控制時序。微程序控制器執(zhí)行指令的步驟和方法。高速緩沖器的映射方式。虛擬地址和實地址之間的轉(zhuǎn)換過程。教學方法：課堂授課采用多媒體教學和分組討論的方法，實驗驗證方式加深對理論的理解。本課程的內(nèi)容抽象枯燥，記憶的內(nèi)容較多。在教學的過程中把分立元器件的使用方式和相關(guān)說明書向?qū)W生講解，加深學生對原理及實現(xiàn)方式的理解和掌握?？己朔绞郊俺煽冊u定方式閉卷筆試考試。采取平時實驗成績和筆試成績相結(jié)合的方式進行成績評定。教材及參考書目教程：[1]計算機組織與體系結(jié)構(gòu)，白中英主編，北京：清華大學出版社，2008.參考書目：[1]計算機組成原理，蔣本珊、北京：清華大學出版社，2013.[2]計算機組成與結(jié)構(gòu)(第5版)，王愛英，北京：清華大學出版社，2013.

《計算機組成原理與體系結(jié)構(gòu)》課程實驗教學大綱TheExaminationforPrinciplesofComputerOrganizationandStructure一、課程基本信息課程代碼：ZB58167周數(shù)/學時數(shù)：5周/15學時適用專業(yè)：網(wǎng)絡工程課程類別：專業(yè)基礎課先修課程：數(shù)字電路實驗教學的總體目的和要求總體目的：使用計算機組成原理與體系結(jié)構(gòu)實驗箱做實驗。通過對相關(guān)分立元器件的使用，對實驗系統(tǒng)的連接，并驗證試驗的功能。加深對計算機組成原理與體系結(jié)構(gòu)理論課程的難點和要點的掌握和理解。1.對學生的要求了解實驗使用的器件和芯片的特點，按照實驗教材的要求完成相關(guān)步驟，驗證操作的結(jié)果。能夠深刻理解實驗的原理和目的。2.對教師的要求講解每次實驗的要求和實現(xiàn)的步驟，檢查每個學生的操作結(jié)果，根據(jù)學生操作的熟練程度和對相關(guān)實驗原理、器件使用方法的掌握程度進行評分。3.對實驗條件的要求計算機組成原理與體系結(jié)構(gòu)實驗箱。實驗教學內(nèi)容實驗項目一實驗名稱：系統(tǒng)認識實驗實驗內(nèi)容：根據(jù)實驗教材要求，對實驗系統(tǒng)進行連線，并將實驗系統(tǒng)與主機相連從主機中導入數(shù)據(jù)文件；驗證處理機執(zhí)行指令的過程。實驗性質(zhì)：驗證性實驗學時：3實驗目的與要求：熟悉計算機組成原理與體系結(jié)構(gòu)實驗箱的使用。實驗條件：每2人一臺計算機組成原理與體系結(jié)構(gòu)實驗箱和一部PC機。實驗項目二實驗名稱：算術(shù)邏輯運算實驗實驗內(nèi)容：閱讀并了解74LS1818BITALU芯片說明書；根據(jù)實驗教材對實驗箱進行連線；按照實驗步驟驗證ALU進行算術(shù)邏輯運算的功能。實驗性質(zhì)：驗證性實驗學時：3實驗目的與要求：了解和掌握74LS181，74LS232等芯片的使用方法。實驗條件：每2人一臺計算機組成原理與體系結(jié)構(gòu)實驗箱。實驗項目三實驗名稱：靜態(tài)隨機存儲器實驗實驗內(nèi)容：閱讀并掌握74LS6116靜態(tài)隨機存儲器芯片說明書；按照實驗教材要求對實驗系統(tǒng)進行連線；按照實驗教材要求進行數(shù)據(jù)的輸入和讀取驗證。實驗性質(zhì)：驗證性實驗學時：3實驗目的與要求：理解并掌握74LS6116，74LS254等芯片的使用。實驗條件：每2人一臺計算機組成原理與體系結(jié)構(gòu)實驗箱。實驗項目四實驗名稱：微程序控制器實驗實驗內(nèi)容：按照實驗教材對實驗系統(tǒng)原型處理機模型進行連線；按照實驗教材要求，從主機中下載相關(guān)的數(shù)據(jù)和代碼；按照實驗教材的步驟，驗證微程序控制器執(zhí)行指令的過程。實驗性質(zhì)：驗證性實驗學時：3實驗目的與要求：掌握微程序控制器的工作原理，能夠解析實驗執(zhí)行的步驟和相關(guān)數(shù)據(jù)遷移過程。實驗條件：每2人一臺計算機組成原理與體系結(jié)構(gòu)實驗箱和一臺PC機。實驗項目五實驗名稱：總線基本實驗實驗內(nèi)容：按照實驗教材的要求，對實驗系統(tǒng)進行連線；按照