遵義師范學院課程教學大綱《計算機組成原理課程》教學大綱課程編號320176適用專業(yè)計算機科學與技術、網(wǎng)絡工程學時數(shù)48學分數(shù)3.0執(zhí)筆人及編寫日期蘇文莉2017年9月審核人及審核日期王謙2017年9月院別信息工程學院教研室網(wǎng)絡工程編印日期2017年9月一、課程性質(zhì)和教學目標1.課程授課對象：計算機科學與技術、網(wǎng)絡工程專業(yè)學生2.課程性質(zhì)：（專業(yè)基礎課、專業(yè)選修課、公共選修課等）學科基礎必修課3.在人才培養(yǎng)過程中的地位及作用：《計算機組成原理》是計算機科學與技術及網(wǎng)絡工程專業(yè)的學科基礎必修課，在課程體系中處于承上啟下的地位。4.課程教學目標：課程主要討論單機系統(tǒng)范圍內(nèi)計算機各部件和系統(tǒng)的組成以及內(nèi)部工作機制。通過對本門課程學習，要求學生掌握計算機各大部件的工作原理、組成方法以及相互關系，了解計算機系統(tǒng)的層次化結構，建立起一個完整的計算機系統(tǒng)的整機概念，培養(yǎng)學生分析、開發(fā)、使用和設計計算機系統(tǒng)的能力。同時通過課程教學、課后實踐、分組討論等方式培養(yǎng)學生自主學習、獨立思考、融會貫通、綜合分析解決問題的能力以及正確的學習態(tài)度、團隊協(xié)作與創(chuàng)新意識，也使師生人際情感在教學過程中積極交融。二、課程教學內(nèi)容學時分配表講次內(nèi)容學時教學形式第一講概論4講授法等第二講數(shù)據(jù)的機器層次表示6講授法、探究法、翻轉(zhuǎn)課堂、分組討論等第三講指令系統(tǒng)4講授法、探究法、先學后講等第四講數(shù)值的機器運算6講授法、探究法、先學后講、分組討論等第五講存儲系統(tǒng)和結構8講授法、探究法、先學后講等第六講中央處理器9講授法、探究法等第七講總線3講授法、探究法、先學后講等第八講外部設備3講授法、探究法、先學后講等第九講輸入/輸出系統(tǒng)5講授法、探究法等合計48

第一講概論1.學時：4學時2.重難點：重點：存儲程序概念，五大基本部件的功能，計算機系統(tǒng)構成，總線的概念。難點：存儲程序概念，計算機的工作過程。3.教學目標：了解：計算機的發(fā)展歷程、計算機系統(tǒng)的層次結構、計算機的工作過程；理解：存儲程序概念、五大基本部件的功能、總線概念和總線分時共享的特點、計算機系統(tǒng)的含義、計算機中主要性能指標。4.教學內(nèi)容：電子計算機與存儲程序概念：電子計算機的發(fā)展；存儲程序概念。計算機的硬件組成：計算機的主要部件；計算機的總線結構；大、中型計算機的典型結構；不同對象觀察到的計算機硬件系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)：硬件與軟件的關系；系列機和軟件兼容；計算機系統(tǒng)的多層次結構；實際機器和虛擬機器。計算機的工作過程和主要性能指標：計算機的工作過程；計算機的主要性能指標。第二講數(shù)據(jù)的機器層次表示1.學時：6學時2.重難點：重點：原碼、反碼、補碼表示法，定點數(shù)、浮點數(shù)表示法，IEEE754浮點數(shù)標準，字符和漢字的編碼方式。難點：規(guī)格化浮點數(shù)，定點數(shù)和浮點數(shù)的典型值與表示范圍。3.教學目標：了解：無符號數(shù)與帶符號數(shù)的區(qū)別，真值與機器數(shù)的概念；理解：定點數(shù)、浮點數(shù)表示法，規(guī)格化浮點數(shù)的概念，字符和字符串的表示，BCD碼的概念，漢字的表示；掌握：進位計數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換，原碼、反碼、補碼表示法和3種機器數(shù)之間的區(qū)別，定點數(shù)和浮點數(shù)的表示范圍，IEEE754浮點數(shù)標準，校驗碼的原理及形成方法。4.教學內(nèi)容：數(shù)制：重點掌握一些計算技巧。數(shù)值數(shù)據(jù)的表示：計算機中的數(shù)值數(shù)據(jù)；無符號數(shù)和帶符號數(shù)；原碼表示法；補碼表示法；反碼表示法；3種機器數(shù)的比較與轉(zhuǎn)換。機器數(shù)的定點表示與浮點表示：定點表示法；浮點表示法；浮點數(shù)階碼的移碼表示法；IEEE754標準浮點數(shù)；定點、浮點計算機。非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示：字符和字符串的表示；漢字的表示。十進制數(shù)的編碼表示。數(shù)據(jù)校驗碼：奇偶校驗碼；海明校驗碼；循環(huán)冗余校驗碼。第三講指令系統(tǒng)1.學時：4學時2.重難點：重點：指令格式分析與設計，常見尋址方式的特點及有效地址的計算。難點：指令格式分析與設計。3.教學目標：了解：指令的基本格式，計算機的指令系統(tǒng)，CISC和RISC的基本概念。理解：不同地址碼雙操作數(shù)指令的區(qū)別，定長操作碼和擴展操作碼指令格式特點，指令尋址和數(shù)據(jù)尋址的概念，存儲器堆棧的概念。掌握：指令格式分析與設計，常見尋址方式的特點及有效地址的計算。4.教學內(nèi)容：指令格式：機器指令的基本格式；地址碼結構；指令的操作碼。尋址技術：編址方式；指令尋址和數(shù)據(jù)尋址；基本的數(shù)據(jù)尋址方式。堆棧與堆棧操作：堆棧結構；堆棧操作。指令類型：數(shù)據(jù)傳送類指令；運算類指令；程序控制類指令；輸入輸出類指令。指令系統(tǒng)的發(fā)展：從復雜指令系統(tǒng)到精簡指令系統(tǒng)。第四講數(shù)值的機器運算1.學時：6學時2.重難點：重點：并行加法器不同進位方式的特點與區(qū)別，定點補碼加減運算，溢出檢測方法，浮點數(shù)加減運算。難點：行加法器不同進位方式的特點與區(qū)別，運算器的硬件實現(xiàn)。3.教學目標：了解：串行加法器與并行加法器的區(qū)別，定點原碼加減運算，運算器的基本結構。理解：進位產(chǎn)生和進位傳遞的概念，溢出的產(chǎn)生原因，定點數(shù)乘除運算，邏輯運算的特點。掌握：并行加法器不同進位方式的特點與區(qū)別，定點補碼加減運算，溢出檢測方法，帶符號數(shù)的移位操作，常見的舍入方法，浮點數(shù)加減運算，算術邏輯運算單元ALU的功能與結構。4.教學內(nèi)容：基本算術運算的實現(xiàn)：加法器；進位的產(chǎn)生和傳遞；并行加法器的快速進位。定點加減運算：原碼加減運算；補碼加減運算；補碼的溢出判斷與檢測方法；補碼定點加減運算的實現(xiàn)。帶符號數(shù)的移位和舍入操作：帶符號數(shù)的移位操作；帶符號數(shù)的舍入操作。定點乘法運算：原碼一位乘法；補碼一位乘法。定點除法運算：原碼除法運算；補碼除法運算。規(guī)格化浮點運算：浮點加減運算。邏輯運算與實現(xiàn)。運算器的基本組成與實例：運算器結構；ALU舉例。第五講存儲系統(tǒng)和結構1.學時：8學時2.重難點：重點：存儲系統(tǒng)層次結構，主存儲器的組成與結構，RAM的刷新，Cache的結構、特點及工作原理，主存儲器與CPU的連接，多體交叉存儲技術。難點：主存儲器與CPU的連接，Cache的結構、特點及工作原理，多體交叉存儲技術。3.教學目標：了解：存儲器分類，主存儲器的基本結構，半導體隨機存儲器的基本存儲原理。理解：存儲系統(tǒng)層次結構，主存儲器的主要技術指標，RAM芯片的基本結構，ROM芯片的特點，主存儲器與CPU的連接，多體交叉存儲技術，虛擬存儲器的概念及幾種虛擬存儲器的實現(xiàn)原理。掌握：動態(tài)RAM的3種不同刷新方式的特點，主存儲器容量的擴展，Cache的結構、特點及工作原理。4.教學內(nèi)容：存儲系統(tǒng)的組成：存儲器分類；存儲系統(tǒng)層次結構。主存儲器的組織：主存儲器的基本結構；主存儲器的存儲單元；主存儲器的主要技術指標；數(shù)據(jù)在主存中的存放。半導體隨機存儲器和只讀存儲器：RAM記憶單元電路；動態(tài)RAM的刷新；RAM芯片分析；半導體只讀存儲器；半導體存儲器的封裝。主存儲器的連接與控制：主存容量的擴展；存儲芯片的地址分配和片選；主存儲器和CPU的連接。多體交叉存儲技術：并行訪問存儲器；交叉訪問存儲器。高速緩沖存儲器：高速緩存工作原理；Cache的讀寫操作；地址映像；替換算法；更新策略。虛擬存儲器：虛擬存儲器的基本概念；頁式虛擬存儲器；段式虛擬存儲器；段頁式虛擬存儲器；快表與慢表。

第六講中央處理器1.學時：9學時2.重難點：重點：CPU的組成和功能，控制器的功能和工作原理，指令執(zhí)行的基本過程，指令的微操作序列，微程序控制原理。難點：微程序控制單元的設計，流水線技術的工作原理，指令的微操作序列，微程序控制原理。3.教學目標：了解：組合邏輯控制單元的設計，RISC的特點和基本技術，多核處理器的基本概念。理解：CPU的功能、結構以及主要技術參數(shù)，CPU中主要的寄存器，控制器的功能和工作原理，微信號操作發(fā)生器輸出信號的產(chǎn)生，時序系統(tǒng)的基本概念，微程序控制單元的設計，流水線技術的工作原理，超標量和超流水線技術，微程序控制的有關術語（微命令、微操作、微指令、微程序等）。掌握：組合邏輯控制器和微程序控制器的區(qū)別，指令執(zhí)行的基本過程，指令的微操作序列，各種微指令編碼法的特點以及微指令操作控制字段的設計，微程序入口地址的形成方法。4.教學內(nèi)容：中央處理器的功能和組成：CPU的功能；CPU中的主要寄存器；CPU的組成；CPU的主要技術參數(shù)?？刂破鞯慕M成和實現(xiàn)方法：控制器的基本組成；控制器的硬件實現(xiàn)方法。時序系統(tǒng)與控制方式：時序系統(tǒng)；控制方式；指令運行的基本過程；指令的微操作序列。微程序控制原理：微程序控制的基本概念；微指令編碼法；微程序控制器的組成和工作過程；微程序入口地址的形成；后繼微地址的形成；微程序設計?？刂茊卧脑O計：簡單的CPU模型；組合邏輯控制單元設計；微程序控制單元設計。流水線技術：重疊控制；先行控制原理；流水工作原理。精簡指令系統(tǒng)計算機：RISC的特點和優(yōu)勢。第七講總線1.學時：3學時2.重難點：重點：總線仲裁的方式。難點：總線仲裁的方式，總線操作和定時方法。3.教學目標：了解：總線的標準。理解：總線的基本概念，總線的分類，總線的組成和性能指標。掌握：總線仲裁的方式，總線操作和定時方法。4.教學內(nèi)容：總線概述：總線的基本概念；總線的分類；總線的組成和性能指標?？偩€仲裁：集中仲裁方式；分布仲裁方式?？偩€定時控制：同步定時方式；異步定時方式?？偩€標準：系統(tǒng)總線標準；外部總線標準。第八講外部設備1.學時：3學時2.重難點：重點：磁介質(zhì)存儲器的主要技術指標，硬盤存儲器的技術參數(shù)及計算。難點：硬盤存儲器的技術參數(shù)及計算，磁盤陣列。3.教學目標：了解：外部設備的分類及作用，磁介質(zhì)存儲器的讀寫，磁盤陣列，光盤存儲器的類型及工作原理，鍵盤的類型和工作原理，不同鼠標器的工作原理，印字輸出設備的特點和分類，顯示器的特點和分類，字符顯示和圖形顯示的區(qū)別。理解：磁介質(zhì)存儲器的主要技術指標，字符顯示器的顯示緩存VRAM和字庫中存放信息的特點。掌握：硬盤存儲器的技術參數(shù)及計算。4.教學內(nèi)容：外部設備概述：外部設備的分類；外部設備的地位和作用。磁介質(zhì)存儲器的性能和原理：磁介質(zhì)存儲器的讀寫；磁介質(zhì)存儲器的技術指標。磁介質(zhì)存儲設備：硬盤存儲器的基本結構與分類；硬盤驅(qū)動器；硬盤的信息分布和磁盤地址；硬盤存儲器的技術參數(shù)；硬盤的分區(qū)域記錄。磁盤陣列：RAID簡介；RAID的分級。光盤存儲器：光盤存儲器的類型；光盤存儲器的組成及工作原理；光盤驅(qū)動器；DVD。鍵盤輸入設備：鍵開關與鍵盤類型；鍵盤掃描；微型計算機鍵盤。其他輸入設備：鼠標器。打印輸出設備：打印機概述；打印機的主要性能指標；針式打印機工作原理；噴墨打印機工作原理；激光打印機工作原理。顯示設備：顯示器概述；CRT顯示器；字符顯示器的工作原理；圖形顯示器的工作原理；LCD顯示器。

第九講輸入/輸出系統(tǒng)1.學時：5學時2.重難點：重點：I/O方式的基本概念和工作原理。難點：I/O方式的基本概念和工作原理。3.教學目標：了解：外設的識別和端口尋址，程序查詢方式的特點和工作流程，程序中斷的基本類型。理解：接口的功能及基本組成，程序中斷的基本概念，DMA方式和程序中斷方式的區(qū)別。掌握：程序中斷方式、DMA方式的特點，DMA接口的組成，DMA傳送方式和DMA傳送過程。4.教學內(nèi)容：主機與外設的連接：輸入輸出接口；接口的功能和基本組成；外設的識別與端口尋址；輸入輸出信息傳送控制方式。程序查詢方式及其接口：程序查詢方式；程序查詢方式接口。中斷系統(tǒng)和程序中斷方式：中斷的基本概念；中斷請求和中斷判優(yōu)；中斷響應和中斷處理；多重中斷與中斷屏蔽；中斷全過程；程序中斷接口結構。DMA方式及其接口：DMA方式的基本概念；DMA接口；DMA傳送方法與傳送過程。

三、教學基本要求1.備課：教學課件，課后輔導教案。2.教學方法、教學手段：主要采用講授法、探究法以及先學后講法、翻轉(zhuǎn)課堂、分組討論法等。3.教學輔助資料：輔助例題、網(wǎng)上教學視頻。4.課后研修：根據(jù)實際情況，本課程擬布置1~3次課后研修任務，包括了解計算機的發(fā)展歷程以及各個階段的主要事件與重要人物，分組調(diào)研近年微處理器中的新技術等。5.考核：考核方式：百分制閉卷考試；成績構