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計(jì)算機(jī)組成原理與體系結(jié)構(gòu)PrinciplesofComputerOrganizationandStructure【課程編號(hào)】ZB58167【課程類別】專業(yè)基礎(chǔ)課【學(xué)分?jǐn)?shù)】4【先修課程】數(shù)字電路【學(xué)時(shí)數(shù)】70=55+15【適用專業(yè)】網(wǎng)絡(luò)工程教學(xué)目的、任務(wù)《計(jì)算機(jī)組成原理與體系結(jié)構(gòu)》是一門專業(yè)基礎(chǔ)課。通過學(xué)習(xí)本課程,掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部件的組成,最終達(dá)到從系統(tǒng)的角度、整機(jī)的角度完整、準(zhǔn)確的理解和掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成原理與內(nèi)部運(yùn)行機(jī)理,為學(xué)習(xí)其它計(jì)算機(jī)專業(yè)課程打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。本課程的理論教學(xué)主要從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論、運(yùn)算器和運(yùn)算方法、存儲(chǔ)系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、中央處理器、總線系統(tǒng)、外圍設(shè)備和輸入輸出設(shè)備等幾個(gè)方面講解計(jì)算機(jī)的基本組成,基本原理和基本的設(shè)計(jì)方法,培養(yǎng)學(xué)生在硬件系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)、使用和維護(hù)方面的能力,使學(xué)生建立比較清晰的整機(jī)概念。課程教學(xué)的基本要求掌握數(shù)字化信息編碼及運(yùn)算方法,運(yùn)算器的邏輯構(gòu)成;熟悉半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁表面存儲(chǔ)器基本原理,掌握存儲(chǔ)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(shí)序控制方法;熟悉系統(tǒng)總線和I/O系統(tǒng)。三、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配(一)第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論學(xué)時(shí)(4+0)主要內(nèi)容:計(jì)算機(jī)的分類計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史計(jì)算機(jī)的硬件計(jì)算機(jī)的軟件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)教學(xué)要求:了解計(jì)算機(jī)內(nèi)部的工作過程;了解計(jì)算機(jī)發(fā)展的五個(gè)階段及每個(gè)階段的特點(diǎn);掌握馮諾依曼計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。掌握衡量計(jì)算機(jī)性能的各個(gè)指標(biāo)的含義和計(jì)算方法。其它教學(xué)環(huán)節(jié):無(二)第二章運(yùn)算方法和運(yùn)算器學(xué)時(shí)(8+6)主要內(nèi)容:數(shù)據(jù)與文字的表示定點(diǎn)加法、減法運(yùn)算定點(diǎn)乘法運(yùn)算定點(diǎn)除法運(yùn)算定點(diǎn)運(yùn)算器的組成浮點(diǎn)運(yùn)算與浮點(diǎn)運(yùn)算器教學(xué)要求:掌握計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)、無符號(hào)數(shù)、定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)的各種數(shù)字化信息編碼表示,以及移位、定點(diǎn)補(bǔ)碼加減運(yùn)算、定點(diǎn)陣列乘、除法、定點(diǎn)原碼和補(bǔ)碼加減交替除法;熟悉浮點(diǎn)運(yùn)算與運(yùn)算規(guī)則。了解運(yùn)算器部件的組成和設(shè)計(jì)。其它教學(xué)環(huán)節(jié):熟悉計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)。算術(shù)邏輯運(yùn)算實(shí)驗(yàn)。(三)第三章內(nèi)部存儲(chǔ)器學(xué)時(shí)(8+3)主要內(nèi)容:存儲(chǔ)器概述SRAM存儲(chǔ)器DRAM存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器和閃速存儲(chǔ)器并行存儲(chǔ)器Cache存儲(chǔ)器教學(xué)要求:了解存儲(chǔ)器的分類;掌握存儲(chǔ)器的半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的基本組成;理解存儲(chǔ)器與CPU之間的數(shù)據(jù)傳送方式;掌握計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)(Cache-主存和主存-輔存);了解常見的輔助存儲(chǔ)器和Cache,以及存儲(chǔ)器的工作原理。其它教學(xué)環(huán)節(jié):靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)。(四)第四章指令系統(tǒng)學(xué)時(shí)(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(xué)要求:熟練掌握指令的尋址方式對(duì)操作數(shù)尋址范圍以及對(duì)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(diǎn)及其與CISC的區(qū)別。其它教學(xué)環(huán)節(jié):(無)(五)第五章中央處理器學(xué)時(shí)(8+3)主要內(nèi)容:CPU功能和組成指令周期時(shí)序產(chǎn)生器微程序控制器及其設(shè)計(jì)硬布線控制器及其設(shè)計(jì)傳統(tǒng)CPU流水CPURISC的CPU多媒體CPU教學(xué)要求:了解CPU的功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu);掌握機(jī)器完成一條指令的全過程;掌握中斷技術(shù)在提高整機(jī)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(shí)序控制。掌握控制器組成及CPU控制流程;熟悉流水線處理機(jī)的基本機(jī)理及工作過程。其它教學(xué)環(huán)節(jié):微程序控制器實(shí)驗(yàn)。(六)第六章總線系統(tǒng)學(xué)時(shí)(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(shí)和數(shù)據(jù)傳送模式HOST總線和PCI總線InfiniBand標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)要求:了解系統(tǒng)總線的概念;掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三大總線特點(diǎn),系統(tǒng)總線的發(fā)展和總線的結(jié)構(gòu)。其它教學(xué)環(huán)節(jié):總線基本實(shí)驗(yàn)。(七)第七章輸入/輸出系統(tǒng)學(xué)時(shí)(8+2)主要內(nèi)容:外圍設(shè)備的速度分級(jí)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(biāo)準(zhǔn)接口教學(xué)要求:了解輸入輸出設(shè)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(jī)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(xué)環(huán)節(jié):(無)(八)第八章操作系統(tǒng)的支持學(xué)時(shí)(5+0)主要內(nèi)容:操作系統(tǒng)概述調(diào)度存儲(chǔ)管理虛擬存儲(chǔ)器存儲(chǔ)保護(hù)奔騰系列機(jī)的虛存組織通用I/O標(biāo)準(zhǔn)接口教學(xué)要求:了解操作系統(tǒng)對(duì)硬件的管理和抽象的機(jī)制,掌握操作系統(tǒng)多任務(wù)工作實(shí)現(xiàn)的原理,了解操作系統(tǒng)對(duì)多層次的內(nèi)存管理的方法,掌握虛擬存儲(chǔ)器工作的原理。其它教學(xué)環(huán)節(jié):(無)教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)及教學(xué)方法重點(diǎn):補(bǔ)碼表示的原理。存儲(chǔ)器擴(kuò)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??偩€的工作原理。虛擬存儲(chǔ)器的管理和工作原理。難點(diǎn):運(yùn)算方法和硬件的對(duì)應(yīng)關(guān)系。內(nèi)部存儲(chǔ)器的硬件實(shí)現(xiàn)原理和進(jìn)行擴(kuò)展的方法。硬連線控制器信號(hào)產(chǎn)生的方法和控制時(shí)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(shí)地址之間的轉(zhuǎn)換過程。教學(xué)方法:課堂授課采用多媒體教學(xué)和分組討論的方法,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方式加深對(duì)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(xué)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(xué)生對(duì)原理及實(shí)現(xiàn)方式的理解和掌握。考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定方式閉卷筆試考試。采取平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)和筆試成績(jī)相結(jié)合的方式進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定。教材及參考書目教程:[1]計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu),白中英主編,北京:清華大學(xué)出版社,2008.參考書目:[1]計(jì)算機(jī)組成原理,蔣本珊、北京:清華大學(xué)出版社,2013.[2]計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)(第5版),王愛英,北京:清華大學(xué)出版社,2013.
《計(jì)算機(jī)組成原理與體系結(jié)構(gòu)》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱TheExaminationforPrinciplesofComputerOrganizationandStructure一、課程基本信息課程代碼:ZB58167周數(shù)/學(xué)時(shí)數(shù):5周/15學(xué)時(shí)適用專業(yè):網(wǎng)絡(luò)工程課程類別:專業(yè)基礎(chǔ)課先修課程:數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的總體目的和要求總體目的:使用計(jì)算機(jī)組成原理與體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)箱做實(shí)驗(yàn)。通過對(duì)相關(guān)分立元器件的使用,對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的連接,并驗(yàn)證試驗(yàn)的功能。加深對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理與體系結(jié)構(gòu)理論課程的難點(diǎn)和要點(diǎn)的掌握和理解。1.對(duì)學(xué)生的要求了解實(shí)驗(yàn)使用的器件和芯片的特點(diǎn),按照實(shí)驗(yàn)教材的要求完成相關(guān)步驟,驗(yàn)證操作的結(jié)果。能夠深刻理解實(shí)驗(yàn)的原理和目的。2.對(duì)教師的要求講解每次實(shí)驗(yàn)的要求和實(shí)現(xiàn)的步驟,檢查每個(gè)學(xué)生的操作結(jié)果,根據(jù)學(xué)生操作的熟練程度和對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)原理、器件使用方法的掌握程度進(jìn)行評(píng)分。3.對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的要求計(jì)算機(jī)組成原理與體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)箱。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一實(shí)驗(yàn)名稱:系統(tǒng)認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:根據(jù)實(shí)驗(yàn)教材要求,對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行連線,并將實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與主機(jī)相連從主機(jī)中導(dǎo)入數(shù)據(jù)文件;驗(yàn)證處理機(jī)執(zhí)行指令的過程。實(shí)驗(yàn)性質(zhì):驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):3實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求:熟悉計(jì)算機(jī)組成原理與體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)箱的使用。實(shí)驗(yàn)條件:每2人一臺(tái)計(jì)算機(jī)組成原理與體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)箱和一部PC機(jī)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二實(shí)驗(yàn)名稱:算術(shù)邏輯運(yùn)算實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:閱讀并了解74LS1818BITALU芯片說明書;根據(jù)實(shí)驗(yàn)教材對(duì)實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行連線;按照實(shí)驗(yàn)步驟驗(yàn)證ALU進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)算的功能。實(shí)驗(yàn)性質(zhì):驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):3實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求:了解和掌握74LS181,74LS232等芯片的使用方法。實(shí)驗(yàn)條件:每2人一臺(tái)計(jì)算機(jī)組成原理與體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)箱。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目三實(shí)驗(yàn)名稱:靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:閱讀并掌握74LS6116靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片說明書;按照實(shí)驗(yàn)教材要求對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行連線;按照實(shí)驗(yàn)教材要求進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入和讀取驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)性質(zhì):驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):3實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求:理解并掌握74LS6116,74LS254等芯片的使用。實(shí)驗(yàn)條件:每2人一臺(tái)計(jì)算機(jī)組成原理與體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)箱。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目四實(shí)驗(yàn)名稱:微程序控制器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:按照實(shí)驗(yàn)教材對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原型處理機(jī)模型進(jìn)行連線;按照實(shí)驗(yàn)教材要求,從主機(jī)中下載相關(guān)的數(shù)據(jù)和代碼;按照實(shí)驗(yàn)教材的步驟,驗(yàn)證微程序控制器執(zhí)行指令的過程。實(shí)驗(yàn)性質(zhì):驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):3實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求:掌握微程序控制器的工作原理,能夠解析實(shí)驗(yàn)執(zhí)行的步驟和相關(guān)數(shù)據(jù)遷移過程。實(shí)驗(yàn)條件:每2人一臺(tái)計(jì)算機(jī)組成原理與體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)箱和一臺(tái)PC機(jī)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目五實(shí)驗(yàn)名稱:總線基本實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:按照實(shí)驗(yàn)教材的要求,對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行連線;按照
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