《計算機組成原理》課程教學大綱

《計算機組成原理》教學大綱課程名稱：計算機組成原理英文名稱：PrinciplesofComputerOrganization課程編號：F035091312學分：2.5總學時/課內(nèi)實踐學時：40/0課程性質(zhì)：選修課程開課單位：信息與電氣工程學院計算機科學與技術(shù)系適應對象：信息與計算科學專業(yè)一、課程簡介《計算機組成原理》是一門理論性、系統(tǒng)性較強的專業(yè)基礎課程，在先導課程和后續(xù)課程中起著重要的作用。課程以計算機內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)為主線，涵蓋了計算機系統(tǒng)概述、總線、存儲系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)等，全面系統(tǒng)地介紹了計算機的組成和運作原理。課程內(nèi)容由淺入深，由易到難，循序漸進地引導學生理解，使得信息與計算科學專業(yè)的學生，可以通過學習這門課程，對計算機組成原理有一個清晰的認識。為研究生考試、?后續(xù)專業(yè)課程?的學習、?參加IT企業(yè)招聘等都奠定了堅實的基礎。PrinciplesofComputerCompositionisatheoreticalandsystematicprofessionalbasiccourse,whichplaysanimportantroleinthepilotcourseandsubsequentcourses.Thecoursefocusesontheoverallinternalstructureofthecomputer,coveringtheoverviewofthecomputersystem,thebus,thestoragesystem,theinputandoutputsystem,etc.,andcomprehensivelyandsystematicallyintroducesthecompositionandoperationprincipleofthecomputer.Thecontentofthecourseisfromshallowtodeep,fromeasytodifficult,andguidesstudentstounderstandstepbystep,sothatstudentsmajoringininformationandcomputingsciencecanhaveaclearunderstandingoftheprinciplesofcomputercompositionthroughthiscourse.Ithaslaidasolidfoundationforpostgraduateexaminations,follow-upprofessionalcourses,andparticipationinITcompanyrecruitment.二、課程目標1.培養(yǎng)專業(yè)素質(zhì)和思維能力的同時，能夠與自主芯片設計緊密結(jié)合，加深學生對國家歷史、發(fā)展的認識，培養(yǎng)學生的民族自豪感和勤奮刻苦、努力拼搏、銳意進取和創(chuàng)新的精神。2.掌握計算機組成原理；理解計算機的工作過程，掌握總線、存儲器、輸入/輸出系統(tǒng)、運算器的結(jié)構(gòu)和工作原理；掌握計算機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能部件、功能特征、性能以及交互方式等理論知識，能恰當表述計算機各功能部件等知識。3.建立軟硬協(xié)同的系統(tǒng)觀，能利用上述知識和相關(guān)模型對計算機功能部件和計算機系統(tǒng)設計方案進行推理和分析。1.Whilecultivatingspecialqualityandthinkingability,itcanbecloselyintegratedwithindependentchipdesign,deepenstudents'understandingofnationalhistoryanddevelopment,andcultivatestudents’nationalprideandthespiritofhardwork,hardwork,forgeaheadandinnovation.2.Mastertheprinciplesofcomputerorganization;Understandtheworkingprocessofthecomputer,masterthestructureandworkingprincipleofbuses,memory,input/outputsystems,andcombinators;Masterthetheoreticalknowledgeoftheinternalstructure,functionalcomponents,functionalfeatures,performanceandinteractionmodeofthecomputer,andbeabletoproperlyexpresstheknowledgeofthefunctionalcomponentsofthecomputer.3.Establishasystemconceptofsoftwareandhardwarecollaboration,andbeabletousetherelevantknowledgeandrelatedmodelstoreasonandanalyzecomputerfunctionalcomponentsandcomputersystemdesignschemes.三、課程目標與畢業(yè)要求對應關(guān)系本課程的課程目標與信息與計算科學專業(yè)畢業(yè)要求指標點的支撐情況如表1所示。表1：課程目標與畢業(yè)要求對應關(guān)系畢業(yè)要求指標點課程目標畢業(yè)要求1：知識目標具有扎實的數(shù)學基礎，掌握信息科學、計算科學和計算機科學的基本理論和基本知識。課程目標2畢業(yè)要求2：能力目標能運用所學數(shù)學和計算機知識解決某些科研或生產(chǎn)中的實際問題。課程目標3畢業(yè)要求3：素質(zhì)目標思想道德素質(zhì)。具有正確的人生觀、價值觀和道德觀，愛國、誠信、友善、守法，具有高度的社會責任感；具有良好的心理素質(zhì)和積極的人生態(tài)度。課程目標1四、課程教學安排課程共有6項教學內(nèi)容，共40學時，具體安排如下。表2：課程教學安排表序號教學內(nèi)容思政元素課堂教學學時學時小計1計算機的發(fā)展及應用當今CPU設計領(lǐng)域。442系統(tǒng)總線培養(yǎng)學生牢固樹立團隊意識。443存儲器中國半導體存儲產(chǎn)業(yè)正逐漸崛起，增加學生的民族自豪感和時代責任擔當。14144輸入輸出系統(tǒng)樹立創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享等發(fā)展理念。665計算機的運算方法運算溢出導致的事故和災難的分析，培養(yǎng)學生的科學精神、工匠精神，培養(yǎng)工程師的責任感。886討論復習44合計4040教學安排1.計算機系統(tǒng)概論，計算機的發(fā)展及應用教學要求：了解馮諾依曼計算機的硬件結(jié)構(gòu)和主要功能；掌握計算機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和層次結(jié)構(gòu)；了解計算機軟件的基本概念；了解計算機科學的發(fā)展歷史及應用范圍。教學內(nèi)容：計算機系統(tǒng)簡介，計算機的基本組成，計算機硬件的主要技術(shù)指標，計算機的發(fā)展史，計算機的應用，計算機的展望。重點難點：存儲程序的概念；計算機中主要性能指標；計算機的硬件組成；計算機的工作流程。思政元素：通過介紹我國計算機發(fā)展的艱辛歷程、國際競爭環(huán)境和取得的成績，激發(fā)學生的愛國情懷和責任擔當。2.系統(tǒng)總線教學要求：了解總線的基本概念、分類、組成和性能指標；理解集中、分布仲裁方式；了解總線的標準、總線定時控制方式。教學內(nèi)容：總線的基本概念，總線的分類，總線特性及性能指標，總線結(jié)構(gòu)，總線控制。重點：總線分類、組成和性能指標；總線鏈式查詢、計算器定時查詢、獨立請求、3種集中仲裁方式；分布仲裁方式；同步定時、異步定時2種定時控制方式。思政元素：培養(yǎng)學生牢固樹立團隊意識。3.存儲器教學要求：了解主存儲器類型、工作原理、主要技術(shù)指標；了解并行存儲器的組成原理和工作原理。掌握現(xiàn)代存儲層次的組織結(jié)構(gòu)；掌握高速緩沖存儲器（Cache）的基本工作原理及地址映射方式。了解虛擬存儲系統(tǒng)的基本工作原理；掌握具有虛擬存儲器管理系統(tǒng)的工作原理；了解存儲系統(tǒng)對存儲信息的保護方式。掌握磁表面存儲器、光存儲器的記錄原理和工作方式；了解計算機與輸入輸出設備之間的接口基本功能，組織結(jié)構(gòu)。教學內(nèi)容：主存儲器，高速緩沖存儲器，輔助存儲器。重點難點：存儲系統(tǒng)的分類、分級結(jié)構(gòu)和主存儲器的技術(shù)指標，主存儲器容量擴充的方法，Cache和虛擬存儲器的基本工作原理和工作過程，存儲設備的工作原理。思政元素：結(jié)合半導體存儲體的國際競爭、發(fā)展歷程和我國存儲器發(fā)展的規(guī)劃，增加學生的時代責任擔當。5.輸入輸出系統(tǒng)教學要求：了解主機與外設的連接；掌握程序查詢方式及其接口；了解中斷系統(tǒng)和程序中斷方式，DMA方式及其接口，通道控制方式等。教學內(nèi)容：I/O設備，I/O接口，程序查詢方式，程序中斷方式，DMA方式。重點難點：程序中斷、DMA傳送方法和DMA傳送過程、通道控制方式。思政元素：結(jié)合輸入輸出系統(tǒng)的作用、工作原理和特點比較，樹立創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享等發(fā)展理念。5.計算機的運算方法教學要求：了解數(shù)值數(shù)據(jù)的表示；理解并掌握基本算術(shù)運算的實現(xiàn)。教學內(nèi)容：無符號數(shù)和有符號數(shù)，數(shù)的定點表示和浮點表示，定點運算。重點：無符號數(shù)與帶符號數(shù)，真值和機器數(shù)等概念，原碼、補碼、反碼表示法以及三種碼制與真值之間轉(zhuǎn)換方法；定點數(shù)和浮點數(shù)的表示范圍。定點原碼、補碼加減法運算方法及其溢出判斷方法；定點原碼一位乘法、補碼一位乘法。思政元素：結(jié)合運算溢出導致的事故和災難的分析，培養(yǎng)工程師的責任感。五、實踐教學內(nèi)容及要求無六、課程考核與評價表3：成績評定方式表考核環(huán)節(jié)分值考核/評價細則課堂表現(xiàn)、學習通平臺作業(yè)45課堂表現(xiàn)，按時提交作業(yè)，概念準確，計算結(jié)果是否正確，分析充分，論述清晰，層次分明情況按45%計入課程總成績。期末考試55根據(jù)課程目標設計相關(guān)試題，綜合檢驗學生對課程相關(guān)知識的掌握、綜合應用及解決復雜問題的能力，以卷面成績的55%計入課程總成績