《物联网硬件基础》课程教学大纲（本科）.docx

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1、物联网硬件基础(Hardware Fundamentals of Internet of Things)课程代码：06410041学分：4.0学时：64 （其中：课堂教学学时：64实验学时：0上机学时：0课程实践学时：0） 先修课程：离散数学、通信电路基础适用专业：物联网工程教 材：数字设计与计算机体系结构（第二版），David Money Harris, Sarah L.Harris 著，陈俊颖译，机械工业出版社，2016年4月一、课程性质与课程目标（一）课程性质本课程是物联网工程专业的一门专业基础课，主要目的在于让学生学习掌握数字电 路和计算机的工作原理、数字系统分析和设计的方法与技术，从

2、而为学生今后从事物联 网相关领域的研究、设计和开发等相关工作奠定必要的理论和技术基础。该课程是物联 网工程专业的一门必修课程，也可以作为其他相关专业的选修课程。课程内容分为逻辑设计基础和计算机原理两部分。逻辑设计基础部分介绍逻辑电路 和数字系统的原理、分析设计方法和技术。计算机原理部分介绍计算机的工作原理、结 构和设计方法，使学生对硬件的底层工作原理和设计方法有一个系统的、全面的了解； 掌握简单的数字电路和计算机模块的设计方法和技能，了解硬件的逻辑设计的新的研究 和未来的发展趋势。（二）课程目标课程目标1：培养学生掌握数字电路的逻辑分析、设计方法；课程目标2：培养学生理解计算机的工作原理和结构

3、组成；课程目标3：掌握可编程逻辑器件和硬件描述语言等现代设计方法；课程目标4：培养学生理解和掌握数字系统中软件、硬件的功能分解和融合设计； 课程目标5：培养学生综合分析和设计计算机等复杂数字系统的基本能力。（三）、课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求指标点1.3、4.3、6.3、7.1：2、每次课后布置一些作业，主要是书中所附的习题与思考题。3、本大纲是理论课程的教学计划，其对应的32个学时的实践课程与本课程同时开展, 安排与要求见物联网硬件设计与实践教学大纲。4、本课程结束后安排1.5周的课程设计，要求见物联网硬件课程设计大纲。2017年8月29日1 .毕业

4、要求1.3：具备将工程基础知识用于描述、求解物联网领域复杂工程问题的 能力。2 .毕业要求4.3：理解离散结构、计算模型在物联网基础问题求解中的意义与基本运用。3 .毕业要求6.3：理解技术手段的局限性，了解降低复杂工程实践和解决方案负面影 响的手段与方法。4 .毕业要求7.1： 了解物联网领域相关技术方法和手段对环境、社会可持续发展的 影响，并进行评估。,程目标毕业要求指课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4课程目标5毕业要求1. 377毕业要求4. 3VV7V毕业要求6. 3VVVVV毕业要求7. 1VVV课程内容与教学要求第一章数制与编码(一) 课程内容(1)二、八、十六进制数的表示和

5、转换；(2)无符号数和带符号的编码；(3)定点数与浮点数的编码；(4) BCD 编码；(5)非数值型数据的编码；(二)教学要求(1)认识数制与编码；(2)熟练掌握数的不同数制表示及转换方法;(3)熟练掌握整数的补码表示方法；(4)熟练掌握定点数和浮点数的表示；(5) 了解非数值型数据的编码。(三)重点与难点(1)重点掌握数值型数据和非数值型数据的表示方法;(2)难点是数值型数据的编码方法。第二章逻辑门电路和逻辑代数基础(一) 课程内容(1)逻辑代数基础；(2)逻辑函数及表示方法；(3)门电路基础知识；(4)逻辑函数的化简。(-) 教学要求(1)掌握逻辑函数表示方法；掌握基本的逻辑门电路；熟练掌

6、握逻辑函数的化简方法。(三)重点与难点(1)重点逻辑函数的化简和逻辑门电路；难点逻辑函数的化简。第三章组合逻辑电路分析与设计(一) 课程内容(1)组合逻辑电路的分析；(2)组合逻辑电路的设计；(3)常用的组合逻辑功能块。(-)教学要求(1)掌握组合逻辑电路的分析方法；(2)掌握组合逻辑电路的设计方法；熟记并能够应用常用的逻辑功能块。(三)重点与难点(1)重点逻辑电路的分析和设计。(2)难点组合逻辑电路的设计方法。第四章时序逻辑电路分析和设计(一) 课程内容(1)锁存器与触发器；(2)同步时序逻辑电路的分析；(3)同步时序逻辑电路的设计；(4)常用的时序逻辑电路模块。(二)教学要求熟记和掌握触发

7、器的逻辑功能和函数；掌握同步时序逻辑电路的分析方法；掌握同步时序逻辑电路的设计方法。(三)重点与难点(1)重点时序逻辑电路的分析和设计；(2)难点时序逻辑电路的设计方法。第五章可编程逻辑器件与硬件描述语言(一)课程内容(1)可编程逻辑器件简介；(2) PLA、PAL和GAL的原理和应用；CPLD与FPGA的基本原理；(4)硬件描述语言。(二)教学要求(1) 了解可编程逻辑器件的原理；(2)掌握可编程逻辑器件的逻辑设计方法；(3)掌握硬件描述语言的电路设计方法。(三)重点与难点(1)重点可编程逻辑器件的原理和设计方法、硬件描述语言;难点使用硬件描述语言进行电路设计。第六章计算机的结构和组成(一)

8、课程内容(1)电子数字计算机与存储程序控制；(2)计算机的硬件组成；(3)计算机系统；(4)计算机的工作过程和主要性能指标；(二)教学要求(1)理解存储程序控制原理；(2)掌握计算机的主要构成部件；(3)理解计算机的工作过程；(4)掌握计算机的主要性能指标。(三)重点与难点(1)重点程序存储控制原理和计算机的工作过程；(2)难点理解计算机的工作过程。第七章算术逻辑单元(一)课程内容(1)基本算术运算的实现；(2)定点加减运算；(3)定点乘、除法运算；(4)规格化浮点运算；(5)逻辑运算与实现；(6)运算器的基本组成。(二)教学要求(1)理解并掌握定点数、浮点数的算术运算方法;(2)理解并掌握运

9、算器的组成和设计。(三)重点与难点(1)重点定点数的运算方法、运算器的组成和设计；难点运算器的组成和设计。第八章指令系统(一)课程内容(1)指令格式；(2)寻址技术；(3)指令类型。(二)教学要求(1)理解和掌握指令的分类、寻址方式；(2)指令系统的设计方法。(三)重点与难点(1)重点理解和掌握指令系统的功能、分类以及寻址方式;(2)难点指令系统的设计。第九章控制单元(一) 课程内容(1)中央处理器的功能和组成；(2)控制器的组成和实现方法；(3)时序系统与控制方式；(4)微程序控制原理；(5)控制单元的设计；(6)流水线技术；(7)精简指令系统计算机。(二)教学要求(1)掌握控制器的组成和实

10、现方法；(2)掌握微程序控制的原理和设计方法；(3)理解流水线技术；(4) 了解RISC技术。(三)重点与难点(1)重点控制器的工作原理和实现方法；(2)难点微程序控制器的原理和设计方法。第十章存储器(一) 课程内容(1)存储系统的组成；(2)主存储器的组织；(3)半导体随机存储器和只读存储器；(4)主存储器的连接与控制；(5)高速缓冲存储器；(6)虚拟存储器。(二)教学要求(1)理解存储系统的层次组织方式；(2)理解半导体存储器的工作原理；(3)掌握主存储器的组织方法；(4)掌握高速缓冲存储器和虚拟存储器技术。(三)重点与难点(1)重点主存储器、高速缓冲存储器以及虚拟存储器的原理和组织;(2

11、)难点存储器的组织、映射方法。第十一章外部设备(-)课程内容(1)外部设备概述；(2)磁介质存储器的性能和原理；(3)光盘存储器;(4)键盘输入设备；(5)显示设备。(二)教学要求(1) 了解外部设备的工作原理；(2)理解磁盘存储器的结构和主要技术指标。(三)重点与难点(1)重点理解不同外设的工作原理；(2)难点理解磁盘存储器的结构。第十二章输入输出系统(一)课程内容(1)主机与外设的连接；(2)程序查询方式及其接口；(3)中断系统和程序中断方式；(4) DMA方式及其接口；(5)通道控制方式；(6)总线技术。(二)教学要求了解输入输出系统的功能和用途；(2)理解和掌握程序控制下的数据输入和输

12、出方法；(3)掌握中断系统的概念、原理。(三)重点与难点(1)重点理解和掌握不同输入和输出方式的原理;(2)难点中断系统的原理和数据输入输出方法。三、本课程开设的实验项目本课程仅包含理论教学内容，实验环节由课程物联网硬件设计与实践承担, 参见物联网硬件设计与实践课程教学大纲。四、学时分配及教学方法五、课程考核章教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂讲课实验上机课程实践小计第一章66讲授、案例课程目标2弟一早44讲授、案例、自学课程目标1第三章55讲授、案例、演示课程目标1,5第四章77讲授、自学课程目标1,5第五章77讲授、案例、演示课程目标1,3, 5第六章22讲授、自学课程目标2

13、, 4第七章77讲授、自学课程目标2, 4,5第八章66讲授、案例课程目标2, 4, 5第九章88讲授、案例、演示课程目标2, 4,5第十章66讲授、案例、演示课程目标2, 4, 5第十一章22讲授、案例课程目标2, 4第十二章44讲授、演示课程目标2, 4,5合计6464(一)考核方式1 .课程考核方式包括期末考试、平时作业情况、课堂点名和提问考核。期末考试采用闭卷笔试。2 .课程成绩=平时考核成绩x30%+期末考试成绩x70%。具体构成如下：考核形式考核要求考核权重备注平时成绩平时作业：课后完成30-40个习题，主 要考核学生对每节课知识点的复习、理 解和掌握程度，计算全部作业的平均成 绩

14、再按20%计入总成绩。20%点名及课堂提问：以随机的形式，在每 章内容进行中或结束后，会随机提问， 根据回答的正确度给分,结合平时的点 名（缺一次扣一分），最后按10%计入 课程总成绩。10%期末考试试卷题型包括判断题、选择题、填空题、 简答题和综合分析应用题等，以卷面成 绩的70%计入课程总成绩。70%注：1 .考核方式或途径主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作业、小论文、项目设计和作品等。3 .考核要求包括作业次数、考试方式（开卷、闭卷）、项目设计要求等。4 .实验项目考核要求需说明对预习报告、实验操作、实验报告等考核要求。5 .考核权重指该考核方式或途径在总成绩

15、中所占比重。六 参考书目及学习资料kDigital Design and Computer Architecture,英文第 1 版影E3版，David Money Harris 和Sarah L. Harris著，机械工业出版社,2008年。2、Logic and Computer Design Fundamentals，英文第 4 版影印版，M.Morris Mano 和Charles R.Kime著，机械工业出版社，2010年。3、计算机结构与逻辑设计，黄正谨编著，高等教育出版社，2001年。4、数字逻辑电路设计，第二版，鲍可进、赵念强、赵不贿编著，清华大学出版社, 2010o5、计算机组成原理，肖铁军主编，清华大学出版社，2010年。6、计算机组成原理，蒋本珊编著，清华大学出版社，2008年9月第二版。七 大纲说明1、采用多媒体教学。