2022年2022年计算机组成原理》课程教学大纲 .pdf

第一部分大纲说明一、课程的性质和任务本课程是计算机科学与技术专业（专科起点本科）的一门统设必修的专业基础课程。通过学习本课程，能理解计算机基本组成原理与运行机理，为学习本专业后续课程和进行与硬件有关的技术工作打好基础。二、本课程与相关课程的关系要求先修电工学、电子学及数字逻辑的基础知识。三、课程的教学基本要求使学生学懂简单、完整的单台计算机的基本部件和整机系统组成，以及计算机部件连接关系和运行机理，了解计算机系统结构的入门性知识，掌握使用和简单维护计算机系统的基本技能。四、教学方法和教学形式建议本课程采用远程教学和面授辅导相结合的方式开展教学。远程教学包括要求学生收看电视录像课、网上的流媒体（IP）课件、网上教学辅导、实时和非实时答疑等多种教学形式；面授辅导应考虑学生的在职和成人特点和需求，在业余时间进行有针对性的学习指导。平时作业既是学生自我检验学习水平的一种形式，也是很重要的形成性考核手段，各级电大教学点应配合面授辅导教师督促学生独立完成并及时批改和反馈，必要时应要求学生重做。小组讨论课是在教师引领下对预先布置的主题开展讨论的一种教学活动形式。这种教学活动能够很好地激发学生的学习兴趣，各级电大教学点应配合面授辅导教师组织实施。同时，小组讨论课也是一种形成性考核形式，教师应注意把握“引领”、“提问”和“点评”等多个教学指导环节，并依据标准给予每个学生合理的学习评价。五、课程教学要求的层次1掌握：属于课程中最重要的内容。要求学生能够熟练运用这部分知识对相关问题做基本的分析、计算和处理，具有基本的应用能力和举一反三的能力。2理解：属于课程中较重要的内容。要求学生能够运用这部分知识对相关问题进行简单的分析、判断和说明，具有区别或区分容易被混淆的概念的能力，以及读懂原理框图、流程图、程序语句和简单逻辑电路图的能力。3了解：属于课程中与上述“掌握”和“理解”部分相关的较复杂的内容，作为提高或扩大知识面的内容。要求学生对这部分知识能够初步认识、学会、记忆或简单理解，具有简要描述、叙述、说明和举例的能力。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 9 页 -第二部分媒体使用与教学过程建议一、课程教学总时数和学分本课程 4 学分，共72 学时，开设一学期。二、教学媒体及其相互关系1文字教材文字教材采用合一型，包括教学内容部分和自学辅导部分。为了便于学习，该教材除了保证大纲规定的主要教学内容外，在每章前列出本章导读，每章后附有本章小结和练习题等，以方便学生自学。2录像教材充分利用电视课形象、生动、直观的特点，对教学内容中的重点和难点部分进行讲解，能够更好地帮助学生对文字教材的理解和掌握。3流媒体（IP）课件针对课程教学内容中的重点、难点，录制系统讲解的视频课件，在各级电大在线教学平台上提供课件点播，为学生个别化学习和期末复习提供帮助。三、教学环节1辅导与自学辅导课依据教学大纲，密切配合录像和教材，采用重点讲解，专题讨论，答疑等方式，通过解题思路分析和基本方法训练，培养学生分析问题和解决问题的能力。2形成性考核（平时作业和小组讨论）本课程的形成性考核由平时作业和小组讨论课成绩两部分构成，占课程总成绩的30%。本课程形成性考核手册中规定必做的平时作业既可以帮助学生强化对课程教学内容的理解，同时能够培养学生分析和解决问题的能力。作业题型与终结性考试基本一致，主要包括选择题、判断题、简答题和计算题等。小组讨论课能够培养学生的协作意识、搜索和收集信息的能力、理论联系实际应用的能力和陈述自己观点的能力。评价标准应包括参与程度和掌握程度两方面。对知识掌握的程度可按概念准确、描述清晰、评价和分析能力、创新思想等四个层次给予成绩评定。3终结性考试名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 9 页 -本课程每学期末组织一次终结性考试，考试成绩占课程总考试成绩的70%。未完成平时作业或未参加小组讨论课者均不得参加终结性考试。形成性考核成绩与终结性考试成绩共同评定为课程总成绩。四、学时分配教学内容课内学时一、计算机系统概述6 二、数据表示和运算方法10 三、运算器部件8 四、指令系统和汇编程序设计9 五、控制器部件9 六、存储器系统12 七、计算机输入/输出设备与系统12 八、并行计算机体系结构6 合计72 第三部分教学内容和教学要求一、计算机组成概述（6 学时）（一）教学内容1计算机系统构成的6 层次结构，硬件子系统和软件子系统；2计算机硬件的5 个功能部件各自的功能和相互间的连接关系；3计算机系统的性能与技术指标；4计算机系统的体系结构、组成、实现所涉及的主要内容；5计算机发展历程和应用领域。（二）教学要求1了解计算机系统硬软件的组成和它们的层次关系；2理解计算机硬件系统的5 大功能部件和各自的功能；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 9 页 -3理解计算机部件的连接关系和整机运行过程的入门性知识；4了解 3 个级别的计算机语言；5理解计算机系统的主要性能与技术指标；6理解计算机“体系结构”、“组成”和“实现”各自面对的主要问题；7了解计算机发展历程和应用领域；8了解计算机系统分类。二、数据表示和运算方法（10 学时）（一）教学内容1数字化编码的概念，二进制码与不同进制数之间的转换；2定点数在计算机内的表示与编码；3浮点数在计算机内的表示；4文字和多媒体信息的表示与编码；5检错纠错编码的概念及其基本实现原理；6二进制数值数据的运算算法。（二）教学要求1掌握数制及数制转换的基本概念，熟练运用各种进制数间的转换规则进行手工转换运算；2掌握原码、反码和补码的基本概念和定义，并能熟练完成定点数的原码、反码和补码之间的转换；3理解常用二-十进制数编码的特点，能够说明各种不同编码的实用意义；4理解浮点数在计算机内的表示方法，能够说明阶码和尾数的位数与数值范围和数值精度的关系；5了解浮点数的规格化和隐藏位的含义，会判断浮点数的溢出；6掌握十进制数与浮点数间的转换运算；7了解文字和多媒体信息的表示的基本概念；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 9 页 -8理解检错纠错编码的用途，能够区分几种常见的校验码，能够说明奇偶校验码的实现方法，能够说明海明码及循环码实现检错和纠错的道理；9掌握运用定点数的补码加减法运算规则进行基本的运算和溢出检查的方法；10了解定点数的原码一位乘、除法的可行算法。三、运算器部件（8 学时）（一）教学内容1定点运算器中ALU 的功能和实现原理；2计算机的定点运算器；3浮点运算和浮点运算器。（二）教学要求1掌握定点运算器中ALU 的功能；2了解定点运算器中ALU 的线路和实现原理；3掌握定点运算器的功能与组成，了解运算器在整机系统中的地位；4理解 MIPS 计算机的运算器实例的组成特点；5了解定点运算器Am2901 芯片的内部结构框图，以及用该芯片构建运算器部件的方法；6理解浮点数的表示方式，会运用浮点数的运算规则作简单计算；7了解浮点运算器的功能与组成；8了解 CPU 芯片内的运算器部件的一般组成。四、指令系统和汇编语言程序设计（9 学时）（一）教学内容1指令、计算机指令系统概述；2指令格式与寻址方式；3指令系统举例，Pentium、MIPS32 和教学示例计算机的指令系统；4汇编语言程序设计简介。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 9 页 -（二）教学要求1理解指令的功能、构成格式、操作码和操作数地址两个字段的内容和组织方式；2了解指令分类的方案和分类结果；3了解指令周期对计算机性能和硬件结构的影响；4理解并记忆指令中的形式地址和物理地址的概念；5理解并叙述几种常用的寻址方式的用法及其编码表示；6了解几种常用指令系统的组成概貌；7理解 3 个级别的计算机语言之间的关键区别和各自的应用场合；8了解程序中常用到的几种流程结构及其相应的指令或语句；9初步学会设计简单的汇编语言程序及其调试方法。五、控制器部件（9 学时）（一）教学内容1控制器的功能与组成概述；2硬连线控制器的组成与运行原理；3微程序控制器组成与运行原理；4指令流水线的概念和实现技术。（二）教学要求1理解并记忆计算机控制器的功能与基本组成，体会控制器在计算机整机中的地位；2理解并记忆硬连线控制器部件的实际组成及其各子部件的功能；3了解 MIPS32 计算机系统及其控制器部件的运行原理；4了解控制器部件的设计过程和基础技术；5理解并记忆微程序控制器的一般组成和基本运行原理；6理解并叙述微指令中的下地地址字段、微命令字段的内容及其控制功能；7了解微程序控制器与硬连线控制器在组成与性能方面的异同之处；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 9 页 -8理解并记忆指令流水线的概念，关键技术指标；9了解指令流水线的实现思路，3 类相关问题及其解决方案；10了解指令级并行技术的概念。六、存储器系统（12 学时）（一）教学内容1多级结构的存储器系统综述；2半导体存储器芯片的内部结构和记忆信息的原理；3主存储器的技术指标、基本组成及运行原理；4辅助存储器的种类及指标要求，硬盘存储器和磁盘阵列的组成和工作原理；5光盘机的组成与运行原理简介；6Cache存储器的功能、运行原理及基本结构，Cache的地址映像方式；7虚拟存储器的概念与实现；8Pentium 计算机中的存储器系统。（二）教学要求1了解存储器的分类及各类存储器的特点；2理解并记忆存储器系统的分层结构及原则；3了解半导体存储器芯片的内部结构和实现记忆的原理；4掌握主存储器的组成、技术指标和运行原理；5理解并记忆硬盘存储器的基本组成和读写过程；6了解磁盘阵列技术的相关概念；7了解光盘存储器的组成和运行原理；8掌握并描述Cache 的功能及工作原理；9理解 Cache的 3 种地址映像方式；10了解 Cache 的基本结构；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 9 页 -11了解虚拟存储器的基本概念与实现方法。七、计算机输入/输出系统（12 学时）（一）教学内容1输入/输出设备综述；2常用设备的功能和基本工作原理简介；3输入/输出接口综述、端口的编址方式、几种标准接口的特点；4常用输入/输出方式的控制原理；5中断的基本类型、优先级别、完整的中断过程；6DMA 的基本概念及传送过程；7总线的功能、组成，总线仲裁和数据传送控制；8总线标准简介9Pentium 计算机中的总线系统简介。（二）教学要求1.了解几种常用输入/输出设备的功能和基本工作原理，区分它们的不同种类；2理解接口的含义、信息交换的过程、具有的功能和类型；3了解接口电路的两种端口编址方式的特点；4理解并区别几种标准接口的不同特点；5理解并区别几种输入/输出方式的不同特点；6理解与中断和DMA 相关的一些重要的基本概念；7理解并能解释中断全过程中涉及到的一些重要名词和结论；8掌握 DMA 控制器的功能、组成、数据传送方法和过程；9理解与总线相关的一些重要的基本概念；10掌握总线仲裁和数据传送控制等基本的工作原理；11了解几种常用的总线标准和Pentium 计算机的总线系统。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 9 页 -八、并行计算机体系结构（6 学时）（一）教学内容1并行处理的概念，需要解决的问题和实现途径；2向量处理机的构成；3多处理机系统；4多计算机系统。（二）教学要求1了解并行处理的概念，需要解决的问题和实现途径；2了解向量处理机的一般组成和工作原理；3了解多处理机系统可行的构建方式和运行原理；4了解多计算机系统可行的构建方式和运行原理。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 9 页 -