(2.2)--计算机组成原理教学大纲-工程认证类.doc

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1、计算机组成原理课程教学大纲2020年制订课程编号20032116课程名称计算机组成原理考试/考查考试总学时48实验/上机学时16学分3课程性质专业基础课适用专业计算机科学与技术开课单位数学与计算机应用学院开设学期第五学期先修课程计算机导论、模拟与数字电子技术、操作系统课程概述：该课程全面讲解冯诺依曼科学家提出的计算机五大部件组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成结构、内部工作机制、设计方法，以及各个部件之间的互联关系，让学生对计算机软、硬件系统的整体化理解，建立硬件与软件协同的整机概念，并有效增强学生的计算机系统设计能力。一、课程目标1.通过本课程的学习，使学生全面、系统地掌握冯

2、诺依曼结构计算机各组成部件的基本结构、工作原理、内部运行机制和基本设计方法。2.通过本课程的学习，培养学生实践创新动手能力，进一步理解计算机内部的工作原理及计算机整机系统的基本设计和分析方法，具备一定的专业硬件知识技能。3.通过学习完整计算机内部结构和工作过程，使学生达到分析问题、解决问题的能力和团结、协作的团队精神。4.通过本课程的学习，培养学生软硬功能部件有机结合，掌握硬件结构对软件执行正确性及性能的影响，具备工程训练优化意识的能力。表1 课程目标支撑的毕业要求/指标点课程目标毕业要求指标点关联度课程目标1课程目标42工程知识2.1具有使用数学、自然科学、计算机科学语言和工具，表述计算机应

3、用系统或行业工程问题的能力。M课程目标2课程目标3课程目标44设计/开发解决方案4.2 能够以需求分析为基础，进行计算机应用系统（或单元）的设计，并形成设计文档。H课程目标2课程目标3课程目标45研究5.3 能够结合专业理论与实践对实验结果进行科学的分析和解释，并通过信息综合得出合理有效的结论。H二、课程教学设计表2 课程主要教学内容及教学设计课程目标课程主要教学内容教学（环节）组织课堂教学作业讨论课上机/实验项目设计其他课程目标1（1）计算机发展及应用（2）计算机组成及技术指标（3）总线的结构及设计要素（4）I/O设备与主机信息传输方式*课程目标2（1）存储器内部结构与工作原理（2）存储器与

4、CPU的链接（3）高速缓冲存储器Cache工作原理（4）指令系统的概述及内涵（5）RISC与CISC技术*课程目标3（1）计算机中数据的表示方法（2）计算机的移位运算（3）定点数的加减乘运算（4）浮点数的加减运算（5）算术逻辑单元的结构*课程目标4（1）指令流水概念及主要问题（2）微程序控制器的工作原理*三、课程单元及学时建议（一）课程学时计划建议表3 课程单元学时分配表序号内 容授课时数实验时数对应的课程目标1第一章 计算机系统概述2目标1、目标22第二章 系统总线42目标1、目标23第三章 存储系统62目标2、目标34第四章 输入输出系统22目标2、目标35第五章 计算机的运算方法62目标

5、3、目标46第六章 指令系统42目标1、目标47第七章 CPU的结构与功能64目标3、目标48第八章 控制器的功能与设计22目标3、目标4合计3216（二）课堂教学内容第一章 计算机系统概述1.教学目的和要求：讲解计算机系统基本部件的功能和结构、系统层次结构、发展与应用、硬件的主要技术指标，掌握计算机系统层次结构和硬件技术指标。2.教学内容（1）计算机发展及应用（2）计算机组成概述（3）计算机的主要技术指标3.重点：计算机系统层次结构和技术指标4.难点：技术指标第二章 系统总线1.教学目的和要求：讲解总线的基本概念和基本技术，主要包括总线特性、性能指标、标准化问题、结构模式、仲裁机制、定时模式

6、，掌握总线在计算机硬件结构中的地位和作用。2.教学内容（1）总线的概述（2）总线的结构（3）总线的设计要素（4）总线的数据传输率3.重点：总线仲裁机制和总线传输率问题4.难点：总线仲裁机制第三章 存储系统1.教学目的和要求：讲解存储系统的基本概念、不同类型存储器的工作原理、存储器容量扩展的方法、存储器与CPU连接、提高访存的措施、高速缓冲Cache的工作原理、Cache 主存的地址映射，掌握构建不同需求的大容量存储系统。2.教学内容（1）存储器的概述（2）各种类型存储器结构及其工作原理（3）存储器与CPU的链接（4）提高访存速度的措施（5）高速缓冲存储器Cache工作原理（6）Cache 主存

7、的地址映射3.重点：存储器与CPU连接、Cache 主存的地址映射4.难点：Cache 主存的地址映射第四章 输入输出系统1.教学目的和要求：讲解输入输出系统的概念、各类I/O设备、I/O设备与主机交换信息的方式，掌握输入输出系统与外围设备传输信息的方式，加深整机的理解。2.教学内容（1）输入输出系统的概述（2）I/O设备与主机信息传输方式3.重点：程序查询方式、程序中断方式、DMA方式与主机交换信息的工作过程及特点4.难点：程序中断方式、DMA方式与主机交换信息的工作过程及特点第五章 计算机的运算方法1.教学目的和要求：讲解计算机中数据的表示方法、定点数与浮点数的存储方式、定点数和浮点数的算

8、术运算方法、移位运算、算术逻辑单元的构成，掌握计算机在自动解题过程中数据信息的加工处理流程、CPU中运算器的功能及实现方法。2.教学内容（1）计算机中数据的表示方法（2）计算机的移位运算（3）定点数的加减乘运算（4）浮点数的加减运算（5）算术逻辑单元的结构3.重点：浮点数在计算机中存储、定点数乘法运算、浮点数加减法运算4.难点：定点数乘法运算、浮点数加减法运算第六章 指令系统1.教学目的和要求：讲解机器指令的概念、指令分类、指令格式内涵、设计指令时需要考虑的各种因素，掌握指令系统与机器硬件结构之间的密切关系。2.教学内容（1）指令系统的概述（2）指令格式的内涵（3）RISC与CISC技术3.重

9、点：重点讲解指令设计要素、指令格式具体应用4.难点：指令格式具体应用第七章 CPU的结构与功能1.教学目的和要求： 讲解CPU的结构和功能、指令周期、指令流水工作原理、流水线存在的问题和性能指标，掌握CPU在计算机中的地位和作用。2.教学内容（1）CPU的结构（2）指令周期与指令流水（3）流水线的主要问题及其性能指标3.重点：流水线的工作原理、存在问题、解决办法4.难点：流水线的工作原理第八章 CPU的结构与功能1.教学目的和要求：讲解微操作、微程序、微程序控制器的结构和工作原理，掌握微程序控制器在计算机运行中所起的核心作用，明白微程序控制器的设计思路。2.教学内容（1）微程序的概述（2）微程

10、序控制器的工作原理（3）微程序设计的实例分析3.重点：微程序控制器的工作原理及其内部结构4.难点：微程序控制器的工作原理（三）实验教学内容及要求1目的及要求：培养学生全面理解计算机系统中五大部件的基本原理和工作过程，掌握计算机系统的设计原理和方法，同时在实践过程中培养学生理论联系实际的能力，培养学生实事求是、严谨科学作风，提高学生分析问题、解决问题的能力、动手能力。要求学生单独完成功能部件的组织和连接，演示不同功能部件的功能，并记录结果，写出实验报告。2主要仪器设备：TD-CMA硬件设备、微型计算机、相关软件3承担实验室：微机原理实验室4实验项目与内容提要表4 实验项目一览表序号实验项目名称内

11、容提要学 时对应的课程目标1实验设备介绍认识仪器，了解实验平台，熟练掌握操作方法2目标12基本运算器实验了解运算器的组成结构，掌握运算器的工作原理2目标2、目标33静态随机存储器实验掌握静态随机存储器RAM工作特性，Cache控制器的工作原理2目标2、目标44微程序控制器实验掌握微程序控制器的组成原理，微程序的编写、运行过程2目标3、目标45系统总线与总线接口理解总线的特性，掌握DMA控制信号线的功能与应用2目标1、目标26CPU与简单模型机设计实验掌握一个简单CPU的组成原理，构造一台基本模型计算机2目标3、目标47复杂模型机设计实验运用综合知识，设计并实现较为完整的计算机4目标3、目标4四

12、、课程考核方式1.考核方式：理论考核（笔试）、实验技能考核2.成绩构成：平时成绩（10%）、实验成绩（40%）和期末考试（50%）3.考察内容明细：表5 试卷明细表序号主要考察内容所占分值对应的课程目标1计算机的组成、总线的概念、输入输出系统的概念、存储器的概念、指令系统的概念20%课程目标12总线设计要素、存储器的工作原理、输入输出信息传输控制方式、计算机中信息表示方法、机器指令设计要素30%课程目标23存储器与CPU的链接、Cache地址映射关系、定点数各种运算、浮点数各种运算、流水线的主要问题40%课程目标34微程序控制器的工作原理及其具体应用、指令格式具体应用10%课程目标4五、教材及参考资料1 李继民.计算机组成原理.北京：中国铁道出版社，20032 唐朔飞.计算机组成原理.北京：高等教育出版社，20103 白中英.计算机组成原理.北京：科学出版社，2009执笔人：屈正庚审核人：韩波批准人：王念良修订时间：2020年5月22日