計算機組成原理教學(xué)大綱

1、計算機組成原理課程英文名：Computer Organization學(xué)分：4課內(nèi)總學(xué)時：64開課學(xué)院：計算機學(xué)院開課教研室：課程編號：課程類別：學(xué)科基礎(chǔ)課課程性質(zhì)：必修向向?qū)I(yè)：計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)、軟件工程專業(yè)注：課程類別是指公共基礎(chǔ)課/學(xué)科基礎(chǔ)課/專業(yè)課/實踐課/通識類選修課；課程性質(zhì)是指必修/限選/任選一、課程的任務(wù)和教學(xué)目的計算機組成原理是計算機專業(yè)的一門專業(yè)主干課程，其任務(wù)是使學(xué)生掌握計算機的基本工作原理，深刻理解程序在計算機硬件上被執(zhí)行的過程，為培養(yǎng)學(xué)生對計算機系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計、開發(fā)、使用的能力奠定基礎(chǔ)。本課程以Yy-Z02計算機組成原理模型機為實例，重點講述計算機

2、單處理器系統(tǒng)的硬件組成與工作原理，同時介紹當(dāng)前計算機系統(tǒng)的新技術(shù)和發(fā)展趨勢。該課程在專業(yè)課程體系中起承前啟后的作用。 二、課程內(nèi)容與基本要求 1、 概論了解電子計算機的發(fā)展簡史，應(yīng)用領(lǐng)域，理解馮 諾依曼體系結(jié)構(gòu)的存儲程序概念及計算機的基本特點，了解多核的基本概念及其處理器芯片的發(fā)展情況，掌握計算機系統(tǒng)的硬件組成和層次結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)表示與運算(1)信息編碼與數(shù)據(jù)表示了解非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示方法和編碼，掌握數(shù)制及其轉(zhuǎn)換，掌握定點機器數(shù)(原碼、反碼、補碼、移碼)和浮點機器數(shù)的表示方法及特點，理解常用的幾種數(shù)據(jù)校驗碼。(2)運算方法和運算器掌握定點加減運算及其實現(xiàn)，掌握定點原碼乘除運算的基本方法，掌握浮點機器

3、 數(shù)加減和乘除運算原理，理解快速乘除法運算技術(shù)， 掌握運算器部件的組成和數(shù)據(jù)通路， 了解典型運算器實例的結(jié)構(gòu)及原理，了解向量化、并行計算等概念和基本原理。存儲系統(tǒng)理解存儲器分類及存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，主存儲器的技術(shù)指標(biāo)，理解靜動態(tài)存儲器的組成及工作原理，理解 CPU讀寫存儲器的基本過程，掌握靜態(tài)存儲器的擴充及與CPU的連接，掌握動態(tài)存儲器的刷新控制，理解各種高速存儲器的原理，掌握高速緩沖存儲器 Cache 的基本原理、地址映射方法、替換策略以及Cache 一致性的概念，了解 RAID存儲陣列、虛擬存儲器等概念。4、指令系統(tǒng)了解計算機指令系統(tǒng)的發(fā)展，掌握機器指令格式及各種尋址方式，理解指令類型，掌

4、握機器指令與匯編指令的關(guān)系，了解典型指令系統(tǒng)，比如SSE系列指令集等實例?？刂破髡莆湛刂破鹘M成及功能，掌握指令的執(zhí)行過程和指令周期的概念。掌握硬聯(lián)邏輯控制器的設(shè)計原理和特點，掌握微程序控制器的原理、設(shè)計技術(shù)及實現(xiàn)方法，理解動態(tài)微程序設(shè) 計方法，理解控制器的控制方式，理解流水線的基本原理，了解多核處理器超標(biāo)量流水線的 基本原理。理解 RISC和CISC的概念，了解典型 CPU的結(jié)構(gòu)和特性。輸入輸出系統(tǒng)理解輸入輸出系統(tǒng)的構(gòu)成和工作方式，理解接口的概念，理解主機與外設(shè)交換信息的幾種方式，掌握中斷的基本概念，理解中斷服務(wù)等過程?？偩€了解總線的特性、結(jié)構(gòu)、仲裁方式及常用的總線標(biāo)準(zhǔn)。三、實踐環(huán)節(jié)及基本要求

5、另設(shè)課程計算機組成原理課程設(shè)計完成實踐環(huán)節(jié)，詳見計算機組成原理課程設(shè)計課程大綱。四、與各課程的聯(lián)系先修課程：脈沖與數(shù)字電路、計算機導(dǎo)論五、對學(xué)生能力培養(yǎng)的要求使學(xué)生在掌握計算機基本工作原理的基礎(chǔ)上，建立起計算機系統(tǒng)整機概念，培養(yǎng)學(xué)生對計算機系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計、開發(fā)、使用的能力，最終能設(shè)計一個完整的簡單計算機。六、學(xué)時分配課內(nèi)總學(xué)時64概論2學(xué)時計算機硬件基礎(chǔ)1學(xué)時數(shù)據(jù)表示與運算(1)信息編碼與數(shù)據(jù)表示9學(xué)時(2)運算方法與運算器10學(xué)時存儲系統(tǒng)12學(xué)時指令系統(tǒng)6學(xué)時控制器20學(xué)時輸入輸出系統(tǒng)2學(xué)時總線2學(xué)時七、教材與參考書教材：計算機組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包健、馮建文、章復(fù)嘉，高等教育出版社，2

6、009.9 ,ISBN978-7-04-027887-3參考書：（1）計算機組成原理，包健、馮建文、章復(fù)嘉，浙江科學(xué)技術(shù)出版社，2004.8Intel微處理器（英文版？ 第7版），Barry B.Brey （美），機械工業(yè)出版社，2006.8（3）計算機組成與設(shè)計硬件/軟件接口（英文版？第3版），David A.Pattterson著（美）, 機械工業(yè)出版社，2007.3（4）計算機組織與結(jié)構(gòu)：性能設(shè)計（第7版），William Stallings著（美），張昆藏等譯， 清華大學(xué)出版社，2006.3（5）計算機系統(tǒng)組成與體系結(jié)構(gòu)，John D.Carpinelli著（美），李仁發(fā) 等譯，人民郵

7、電出版社，2003.8（6） HARDWARE AND COMPUTER ORGANIZATION（英文影印版）,ARNOLDS.BERGER 著（美），機械工業(yè)出版社，2006.1（7）計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，胡越明，北京航空航天大學(xué)出版社， 2007.10（8）計算機硬件及組成原理，Arnold S.Berger著（美），吳為民 等譯，機械工業(yè)出版社，2007.5（9）多核程序設(shè)計，多核系列教材編寫組，清華大學(xué)出版社，2007.8（10）計算機組成原理（第三版），王愛英主編，清華大學(xué)出版社， 2001.2（11）計算機組成原理（第三版.網(wǎng)絡(luò)版），白中英，科學(xué)出版社，2003.3八、說明本課程的理論

8、教學(xué)應(yīng)與實驗課緊密結(jié)合，使學(xué)生在理解計算機的組成原理的同時，通過實驗與設(shè)計，產(chǎn)生更深刻的認(rèn)識。要求理論教學(xué)的課內(nèi)外學(xué)時比為1 ： 2;習(xí)題課視作業(yè)批改情況機動安排。（執(zhí)筆：章復(fù)嘉）計算機組成原理課程設(shè)計課程英文名：Course Design for Computer Organization學(xué)分：1總學(xué)時：32實驗時間：20開課學(xué)院：計算機學(xué)院開課教研室：課程編號：課程類別：實踐課課程性質(zhì)：必修向向?qū)I(yè)：計算機科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)、軟件工程專業(yè)注：課程類別是指公共基礎(chǔ)課/學(xué)科基礎(chǔ)課/專業(yè)課/實踐課/通識類選修課；課程性質(zhì)是指必修/限選/任選一、目的和任務(wù)本課程是與計算機組成原理 相配套的實

9、踐環(huán)節(jié)。 利用Yy-z02計算機組成原理實驗 系統(tǒng)”，要求學(xué)生了解8位模擬機的構(gòu)成原理， 掌握微程序的編制， 深入了解程序在 CPU中 的執(zhí)行過程，從而學(xué)習(xí)軟、硬件設(shè)計方法、調(diào)試方法，進(jìn)一步加深理解所學(xué)理論課的內(nèi)容。 二、內(nèi)容與要求.要求：了解計算機組成原理實驗系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)及結(jié)構(gòu)原理；掌握實驗系 統(tǒng)的指令的結(jié)構(gòu)及用法；理解實驗系統(tǒng)的硬件設(shè)計思想，重點掌握運算器、微控器的 構(gòu)成原理和設(shè)計方法；了解實驗系統(tǒng)的主存儲器和輸入輸出電路的構(gòu)成；掌握實驗系 統(tǒng)的上位機軟件的使用方法；重點掌握復(fù)雜模型機的結(jié)構(gòu)，掌握動態(tài)微程序的設(shè)計與 實現(xiàn)。.內(nèi)容：運算器實驗包括算術(shù)邏輯運算實驗、進(jìn)位控制實驗和移

10、位控制三個實驗。算術(shù)邏輯運算實驗要求掌握簡單運算器的數(shù)據(jù)傳送通路，掌握運算器功能發(fā)生器 (74LS181 )的各種運算功能。進(jìn)位控制實驗要求掌握算術(shù)運算器的帶進(jìn)位控制的設(shè)計方法。 移位控制實驗要求掌握算術(shù)和邏輯移位電路的控制。存儲器及總線實驗包括存儲器的讀/寫和總線數(shù)據(jù)傳送控制兩個實驗。 存儲器的讀/寫實驗要求掌握主存儲器的構(gòu)成和工作特性，重點掌握讀和寫主存儲 器的方法?？偩€數(shù)據(jù)傳送控制實驗要求掌握用總線控制數(shù)據(jù)傳送的方法。微控器及上位機軟件認(rèn)識性實驗包括脫機方式下微碼的裝入及執(zhí)行，聯(lián)機方式下微碼的裝入及執(zhí)行。要求掌握怎樣使用上位機軟件的裝入、執(zhí)行程序、微程序的方法。簡單模型機設(shè)計與實現(xiàn)實驗包

11、括程序、微程序的輸入，理解簡單模型機上程序、微程序的執(zhí)行原理。理解程序、 微程序在執(zhí)行時相互的關(guān)系。動態(tài)微程序的設(shè)計與實現(xiàn)包括程序、微程序的輸入，理解復(fù)雜模型機上指令操作碼二次譯碼，多種尋址方式、 中斷在復(fù)雜模型機上的實現(xiàn)，以及程序代碼和微代碼的編寫。綜合性實驗為解決某給定問題自行設(shè)計程序、微程序，并進(jìn)行調(diào)試。三、時間安排總學(xué)時32學(xué)時，其中講課12學(xué)時，實驗及設(shè)計 20學(xué)時。緒論0.5學(xué)時實驗一運算器實驗講授實驗原理3.5學(xué)時實驗6學(xué)時實驗二存儲器及總線實驗講授實驗原理2學(xué)時實驗2學(xué)時實驗三微控器及上位機軟件認(rèn)識性實驗講授實驗原理2學(xué)時實驗2學(xué)時實驗四簡單模型機設(shè)計與實現(xiàn)實講授實驗原理3學(xué)時

12、實驗3學(xué)時實驗五動態(tài)微程序設(shè)計與實現(xiàn)講授實驗原理1學(xué)時實驗3學(xué)時實驗六綜合性實驗4學(xué)時四、先修課程和環(huán)節(jié)數(shù)字電路與邏輯設(shè)計、匯編語言程序設(shè)計、計算機組成原理五、考核方式與成績評定考核方式：要求每人/組，分別對每個學(xué)生進(jìn)行考核。成績評定：考核分為優(yōu)、良、中、及格和不及格五個等級。成績評定的依據(jù)是：平時實驗情況40%,平時實驗行為規(guī)范 20%,實驗報告10%,最后口試和筆試30%六、教材與參考書教材：計算機組成原理實驗及學(xué)習(xí)指導(dǎo)，章復(fù)嘉、馮建文、趙建勇，電子工業(yè)出版社，2012.1 , ISBN 978-7-121-15299-3參考書：(1)計算機組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包健、馮建文、章復(fù)嘉，高等教

13、育出版社，2009.9(2)計算機組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗指導(dǎo)書，包健、馮建文、章復(fù)嘉，高等教育出版社，2010.8(3)計算機組成原理，包健、馮建文、章復(fù)嘉，浙江科學(xué)技術(shù)出版社，2004.8(4)計算機組成原理實驗指導(dǎo)，張建中、嚴(yán)義，浙江科學(xué)技術(shù)出版社，2006.10Intel微處理器(英文版？ 第7版)，Barry B.Brey (美)，機械工業(yè)出版社，2006.8(6)計算機組成與設(shè)計硬件/軟件接口(英文版？第3版)，David A.Pattterson著(美), 機械工業(yè)出版社，2007.3(7)計算機組織與結(jié)構(gòu)：性能設(shè)計(第7版)，William Stallings著(美)，張昆藏等譯， 清華大學(xué)出版社，2006.3(8)計算機系統(tǒng)組成與體系結(jié)構(gòu)，John D.Carpinelli著(美)，李仁發(fā) 等譯，人民郵電出版社，2003.8HARDWARE AND COMPUTER ORGANIZATION(英文影印版),ARNO