2010版030531007计算机原理教学大纲-.pdf

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1、计算机原理课程教学大纲 课程代码：030531007 课程英文名称：Computer Principle 课程总学时：56 讲课：48 实验：8 上机：适用专业：计算机科学与技术 大纲编写（修订）时间：2011.9 一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标 本课程是计算机专业一门重要的主干课程。课程的教学目标是使学生掌握计算机组成部件的工作原理、逻辑实现、设计方法及将各部件连接成整机的方法，目标是培养学生对计算机硬件系统的分析、开发与设计的能力。该课程是计算机科学与技术专业的必修课，是计算机硬件系列课程的重要先修基础。（二）知识、能力及技能方面的基本要求 通过本课程的学习，学生应掌握计算机系

2、统的组成和工作原理，具备一定的实际动手能力，并掌握以下各部件的原理和设计方法：1掌握数字化信息编码及运算方法，运算器的逻辑构成；2理解存储系统体系构成、各种存储器的工作原理，掌握存储器扩展技术；3掌握计算机指令系统的概念、指令的寻址方式、指令的格式，掌握指令系统的设计技术；4熟悉中央处理器组成、功能、时序控制方法，掌握控制器设计技术；熟悉流水CPU、RISC CPU、多媒体CPU 的组成原理。5掌握总线系统的概念、总线的结构、总线仲裁定时和数据传送方式，了解常用的总线标准；6熟悉外围设备的功能、种类和作用；掌握中断、DMA 控制、通道等输入输出技术。（三）实施说明 1教学方法：课堂讲授中要重点

3、对基本概念、基本方法和解题思路的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性；注意培养学生对新技术资料的查阅能力。讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。计算机组成原理所包含的內容非常丰冨庞杂。由于学时的局限，应集中精力主要讲解基本原理和核心内容，同时对当代流行的计算机硬件结构加以典型介绍。在讲觧过程中，应抓住三个要奌:抓住课程内容的基本概念和基本原理知识奌；抓住各组成部件的设计方法和设计技巧知识点；抓住整机这条主线，强调各部分间联系的整机系统概念。2教学手段：本课程属于专业基础

4、课，在教学中采用电子教案、CAI 课件及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。（四）对先修课的要求 本课程的教学必须在完成先修课程之后进行。本课程主要的先修课程为：电路。（五）对习题课、实验环节的要求 可以适当安排一些课后作业，以加深课堂学习内容的理解和掌握。作业应认真选题,选题的标准是：习题应围绕基本概念、基本公式、基本原理、基本设计方法选题；习题应有典型代表性；习题应使学生举一反三；教师应掌握作业的完成情况，对于有创造性的解题方法和有普遍性的错误进行课堂公开讨论和讲解。在阶段内容学习完之后，可以增加一些总结和习题讲解，可以和学生进行广泛交流，以

5、便准确的掌握每个学生的情况。为使学生能更好理解学习内容，锻炼学生的实际动手能力和实践操作能力，本课程应围绕计算机基本部件的组成原理设置4 个实验，通过本实验课程训练，使学生熟悉典型计算机的基本结构、基本组成和基本功能，掌握计算机主要组成部件的工作原理与设计方法，在对典型计算机系统的分析、设计、开发与使用能力方面，得到有效地训练与提高。在实验内容做完之后，最好开设一个整机的课程设计，以使学生能够更好的掌握计算机组成理论及整机系统理论，提高学生设计计算机的能力和实际动手能力。（六）课程考核方式 1.考核方式：闭卷考试。2.考试目标：成绩及格。3.成绩构成：本课程的总成绩主要由三部分组成：期末考成绩

6、80%、平时考核（包括中期考试、作业、小测验、提问等）10%、实验考核成绩20%的总和。平时成绩由任课教师视具体情况按百分制给出；实验成绩由实验老师参照相关规定按百分制给出，实验无成绩或实验不及格，取消期末考试资格，总成绩直接以不及格计。（七）主要参考书目:1计算机组成原理（第四版）.白中英主编.科学出版社.2007 2计算机组成与结构.王爱英.清华大学出版社社.2004。3计算机组成原理.王 诚，清华大学出版社.2007.4计算机组成原理题解、题库与实验，白中英，科学出版社.2007 二、中文摘要 本课程是计算机科学与技术专业学生必修的一门实践性很强的主干专业基础课程。课程通过对通用计算机各

7、组成部件原理内容的讲授，使学生掌握计算机组成及设计的基本知识、基本原理和基本方法，并具有设计简单实验计算机的能力。课程主要内容包括计算机原理基础知识、各组成部件的逻辑设计及其相互联系、建立整机系统的概念何设计方法。本课程将为后续课程的学习以及相关课程设计、毕业设计等奠定重要的基础。三、课程学时分配表 序号 教学内容 学时 讲课 实验 上机 1 计算机系统概述 2 2 1.1 计算机的分类 1.2 计算机的硬件 1.3 计算机的软件 1.4 计算机系统的层次结构 2 运算方法及运算器 14 12 2 2.1 数据与文字的表示方法 2 2.2 定点加法、减法运算 2 2.3 定点乘法运算 2 2.

8、4 定点除法运算 2 2.5 定点运算器的组成 2 2.6 浮点运算方法和浮点运算器 2 运算器组成原理实验 2 3 存储系统 14 12 2 3.1 存储器概述 2 3.2 SRAM 存储器 2 3.3 DRAM 存储器 2 3.4 只读存储器和闪速存储器 2 3.5 并行存储器 2 3.6 CACHE 存储器 2 3.7 虚拟存储器 存储器组成原理实验 2 4 指令系统 2 2 4.1 指令格式 4.2 指令和数据的寻址方式、典型指令 5 中央处理器 14 12 2 5.1 CPU 的功能和组成 2 5.2 指令周期 2 5.3 时序产生器和控制方式 2 5.4 微程序控制器 2 5.5

9、流水CPU 2 5.6 RISC CPU 2 5.7 多媒体CPU 微程序控制器组成原理和微程序设计实验 2 6 系统总线 6 4 2 6.1 总线的概念、结构，总线接口 2 6.2 总线的仲裁、定时和数据传送模式 2 实验计算机的I/O 实验 2 7 外围设备及输入输出系统 4 4 7.1 外围设备概述和信息交换方式 2 7.2 程序中断方式 7.3 DMA 方式、通道方式 2 8 高性能处理器体系结构（自学）0 0 合计 56 48 8 四、教学内容及基本要求 总学时56 学时，讲课：48 实验：8 第 1 部分 计算机系统概述 总学时2 学时 讲课 2 学时 具体内容：计算机系统概述：了

10、解计算机的发展、分类及其应用；了解计算机的硬件及软件组成；了解计算机的系统层次结构。通过计算机系统结构的学习，建立计算机整机概念。为后序章节的学习打下基础。第 2 部分 运算方法及运算器 总学时14 学时 讲课 12 学时 实验2 学时 具体内容：掌握定点数和浮点数、以及数的机器码表示方法；掌握定点数加、减运算方法和运算器组成；掌握定点数乘、除运算方法和运算器组成；掌握浮点运算方法；掌握定点运算器的组成和设计方法；理解流水线原理。重 点:定点数和浮点数的表示方法、运算器的组成和运算方法 习题内容：1）定点数和浮点数的表示方法；数的机器码表示方法；浮点数的规格化;2）定点数的运算方法和运算器的组

11、成设计；3）浮点数的运算方法；实验一：运算器原理实验；第 3 章部分 存储系统 总学时16 学时 讲课 14 学时 实验2 学时 具体内容：了解存储系统构成，掌握主存储器的主要技术指标；掌握随机读写、只读存储器的工作机理；掌握存储器的扩展设计技术；掌握存储体系及高速存储器，虚拟存储器的组成原理。重 点:存储器的系统结构、SRAM 存储器和高速存储器的组成原理 习题内容：存储系统的概念；存储器的组成原理；存储器的扩展设计方法；高速存储器工作原理。实验二：存储器原理实验。第 4 部分 指令系统 总学时2 学时 讲课 2 学时 具体内容：掌握指令格式；掌握指令及数据的寻址方式；熟悉指令系统及典型指令

12、系统；了解堆栈寻址方式。重 点:指令的格式、指令和数据的寻址方式 习题内容：指令格式的设计;指令和数据的寻址方式特点;堆栈寻址特点；第 5 部分 中央处理器 总学时14 学时 讲课 12 学时 实验2 学时 具体内容：掌握中央处理器组成及其功能；掌握指令周期、CPU 周期、时钟周期的概念，了解时序产生和控制方式；掌握微程序控制器组成和原理，掌握微程序、微指令和微命令之间的关系，掌握机器指令与微指令的关系，掌握微程序和微指令结构设计技术；掌握流水线处理机的基本机理及工作过程；了解RISC CPU 和多媒体CPU。重 点:CPU 的组成和功能、指令周期、微程序控制器原理 习题内容：CPU 的组成和

13、功能；指令周期的概念；微程序控制器的组成原理；微程序及微指令结构的设计;时序产生器组成原理；流水CPU 原理；实验三：微程序控制器组成原理及微程序设计实验。第 6 部分 系统总线 总学时6 学时 讲课 4 学时 实验2 学时 具体内容：掌握总线的概念和总线结构，熟悉总线标准；理解总线接口原理；掌握总线的仲裁、定时和数据传送方式；PCI 总线结构。重 点:总线的仲裁 习题内容：总线的概念和结构；总线的仲裁和数据传送方式；各种总线标准；PCI 总线结构；实验四：实验计算机的I/O 实验。第 7 部分 外围设备及输入输出系统 总学时4 学时 讲课 4 学时 具体内容：1.外围设备：掌握外设功能及分类；熟悉常用输入设备；熟悉常用输出设备；理解外存储器工作原理。2.输入/输出系统：熟悉外围设备的定时方式与信息交换方式；掌握程序查询与中断方式原理和接口功能；掌握DMA 方式、通道方式的原理；了解标准I/O 接口。重 点:程序中断、DMA 方式原理 习题内容：程序中断方式分析 第 8 部分 高性能处理器体系结构（自学）总学时0 学时 讲课 0 学时 具体内容：了解高性能处理器体系结构 编写人：马秀丽 刘念 魏长军 审核人：姜学军 批准人：张焕君