《計算機組成原理》教學(xué)大綱課程英文名PrincipleofComputerOrganization課程代碼03M0173學(xué)分3.5總學(xué)時56理論學(xué)時44實驗/實踐學(xué)時12課程類別學(xué)科基礎(chǔ)課課程性質(zhì)必修先修課程計算機科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論適用專業(yè)計算機科學(xué)與技術(shù)（合作辦學(xué)）開課學(xué)院信息工程學(xué)院注：課程類別是指公共基礎(chǔ)課/學(xué)科基礎(chǔ)課/專業(yè)課；課程性質(zhì)是指必修/限選/任選。一、課程地位與課程目標(biāo)（一）課程地位本課程是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要講授有關(guān)計算機（運算器、控制器、存儲器、I/O接口等）的硬件組成及工作原理，理解計算機的基本組成，了解存儲器、輸入輸出系統(tǒng)以及連接CPU、存儲器和I/O之間的通信總線，CPU的特性、結(jié)構(gòu)和功能，包括計算機的基本運算、指令系統(tǒng)和中斷系統(tǒng)等，學(xué)習(xí)采用組合邏輯和微程序方法設(shè)計控制單元的設(shè)計思路和實現(xiàn)措施。使學(xué)生建立計算機系統(tǒng)的整體概念，并深刻理解計算機各子系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系以及各自在計算機整機中的地位和作用。其任務(wù)是使學(xué)生掌握計算機硬件各子系統(tǒng)的組成原理及實現(xiàn)技術(shù)，掌握計算機各組成部件是怎樣構(gòu)成一個整機系統(tǒng)的，以及如何協(xié)調(diào)一致地完成計算機的各種基本功能。引導(dǎo)學(xué)生在IT產(chǎn)業(yè)鏈中找到適合自己的路，同時為培養(yǎng)具有計算機系統(tǒng)設(shè)計能力的人才，進(jìn)行知識、技術(shù)和創(chuàng)新思維能力的準(zhǔn)備。通過本課程專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，掌握計算機系統(tǒng)的分析和設(shè)計的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計開發(fā)計算機系統(tǒng)的能力，該課程的學(xué)習(xí)使得學(xué)生能夠掌握利用計算機解決實際問題必要的基本技能和方法，能夠從事研究、開發(fā)與測試計算機軟硬件的相關(guān)工作，了解計算機技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)行業(yè)的國際狀況和最新動態(tài)，具備一定的國際視野，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計和從事計算機方面的工作奠定基礎(chǔ)。Thiscourseisafundamentalcourseforcomputerscienceandtechnologymajors,mainlyteachingaboutthehardwarecompositionandworkingprinciplesofcomputers(arithmeticunits,controllers,memory,I/Ointerfaces,etc.),understandingthebasiccompositionofcomputers,learningaboutmemory,input/outputsystems,andcommunicationbusesconnectingCPUs,memory,andI/O,thecharacteristics,structure,andfunctionsofCPUs,includingbasiccomputeroperations,instructionsystems,andinterruptsystems,andlearningthedesignideasandimplementationmeasuresofcontrolunitsusingcombinationallogicandmicroprogrammethods.Enablestudentstoestablishacomprehensiveconceptofcomputersystemsandgainadeepunderstandingoftheinterrelationshipsbetweencomputersubsystems,aswellastheirrespectivepositionsandroleswithintheentirecomputersystem.Itstaskistoenablestudentstomasterthecompositionprinciplesandimplementationtechniquesofvarioussubsystemsofcomputerhardware,understandhowthevariouscomponentsofacomputerconstituteacompletesystem,andhowtocoordinateandcompletevariousbasicfunctionsofthecomputerinaconsistentmanner.GuidestudentstofindtheirownpathintheITindustrychain,whilepreparingthemwithknowledge,technology,andinnovativethinkingskillstocultivatetalentswithcomputersystemdesignabilities.Throughthestudyofprofessionalknowledgeinthiscourse,studentswillmasterthebasicmethodsofanalyzinganddesigningcomputersystems,anddeveloptheabilitytodesignanddevelopcomputersystems.Thestudyofthiscourseenablesstudentstomasterthenecessarybasicskillsandmethodsofusingcomputerstosolvepracticalproblems,engageinresearch,development,andtestingofcomputersoftwareandhardware,understandtheinternationalsituationandlatesttrendsinthefieldofcomputertechnology,andhaveacertaininternationalperspective,layingafoundationfortheirsubsequentgraduationprojectandworkinthecomputerfield.（二）課程目標(biāo)1.理解計算機的基本組成，了解存儲器、輸入輸出系統(tǒng)以及連接CPU、存儲器和I/O之間的通信總線，了解計算機硬件部件及CPU架構(gòu)方面的前沿知識，達(dá)到具備計算機系統(tǒng)整體分析能力。2.掌握CPU的特性、結(jié)構(gòu)和功能，包括計算機的基本運算、指令系統(tǒng)和中斷系統(tǒng)等，建立計算機系統(tǒng)的整體概念，具備分析計算機硬件各子系統(tǒng)的組成原理及實現(xiàn)技術(shù)能力。3.理解采用組合邏輯和微程序方法設(shè)計控制單元的設(shè)計思路和實現(xiàn)措施，掌握計算機系統(tǒng)的分析和設(shè)計的基本方法，達(dá)到具備設(shè)計開發(fā)計算機系統(tǒng)的能力和自主創(chuàng)新能力，具有不斷學(xué)習(xí)的精神和較強的適應(yīng)發(fā)展能力以及對終身學(xué)習(xí)的正確認(rèn)識。1.Understandthebasiccomponentsofacomputer,includingmemory,input/outputsystems,andcommunicationbusesconnectingtheCPU,memory,andI/O,aswellascutting-edgeknowledgeincomputerhardwarecomponentsandCPUarchitecture,toachievetheabilitytoanalyzecomputersystemsasawhole.2.Masterthecharacteristics,structure,andfunctionsofCPUs,includingbasiccomputeroperations,instructionsystems,andinterruptsystems,establishanoverallconceptofcomputersystems,andhavetheabilitytoanalyzethecompositionprinciplesandimplementationtechniquesofvarioussubsystemsofcomputerhardware.3.Understandthedesignideasandimplementationmeasuresofusingcombinatoriallogicandmicroprogrammethodstodesigncontrolunits,masterthebasicmethodsofcomputersystemanalysisanddesign,achievetheabilitytodesignanddevelopcomputersystemsandindependentinnovation,possessthespiritofcontinuouslearningandstrongadaptabilitytodevelopment,andhaveacorrectunderstandingoflifelonglearning.課程思政目標(biāo)1、引導(dǎo)學(xué)生樹立投身科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新的遠(yuǎn)大理想，激發(fā)學(xué)生強烈的使命感和責(zé)任心，樹立學(xué)生四個自信，激發(fā)愛國主義情懷。2、激發(fā)學(xué)生鉆研專業(yè)技能，培養(yǎng)精益求精的工匠精神，增強學(xué)生的社會責(zé)任感。3、激發(fā)學(xué)生愛國主義情懷，勇攀科學(xué)高峰，引導(dǎo)學(xué)生樹立致力于行業(yè)發(fā)展與突破的求真敬業(yè)精神，為科技強國建設(shè)、中華民族的偉大復(fù)興做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。1.Guidestudentstoestablishloftyidealsofengaginginscientificresearchandtechnologicalinnovation,stimulatetheirstrongsenseofmissionandresponsibility,establishtheirfourconfidences,andinspirepatriotism.2.Inspirestudentstostudyprofessionalskills,cultivateaspiritofcraftsmanshipthatstrivesforexcellence,andenhancestudents'senseofsocialresponsibility.3.Inspirestudents'patriotism,bravelyclimbthepeakofscience,guidethemtoestablishaspiritofseekingtruthanddedicationtoindustrydevelopmentandbreakthroughs,andmakeduecontributionstotheconstructionofastrongtechnologicalcountryandthegreatrejuvenationoftheChinesenation.二、課程目標(biāo)達(dá)成的途徑與方法課程目標(biāo)課程目標(biāo)內(nèi)容支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點目標(biāo)達(dá)成的途經(jīng)與方法教學(xué)內(nèi)容課程目標(biāo)1理解計算機的基本組成，了解存儲器、輸入輸出系統(tǒng)以及連接CPU、存儲器和I/O之間的通信總線，了解計算機硬件部件及CPU架構(gòu)方面的前沿知識，達(dá)到具備計算機系統(tǒng)整體分析能力。指標(biāo)點1.4：能夠?qū)⒐こ讨R和數(shù)學(xué)模型方法用于計算機領(lǐng)域工程問題解決方案的比較與綜合。能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、計算機科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)和專業(yè)知識應(yīng)用于設(shè)計方案的選擇和評估、計算機軟硬件系統(tǒng)的設(shè)計、優(yōu)化和改進(jìn)。1.課堂教學(xué)2.課堂討論3.實驗4.課外作業(yè)1.Overview6.SystemBuses7.Input/Outputsystems課程目標(biāo)2掌握CPU的特性、結(jié)構(gòu)和功能，包括計算機的基本運算、指令系統(tǒng)和中斷系統(tǒng)等，建立計算機系統(tǒng)的整體概念，具備分析計算機硬件各子系統(tǒng)的組成原理及實現(xiàn)技術(shù)能力。指標(biāo)點2.3：能夠認(rèn)識到解決方案的多樣性，能進(jìn)行文獻(xiàn)研究，尋求可替代的方案，并從可持續(xù)發(fā)展的角度分析工程活動過程的影響因素，獲得有效結(jié)論1.課堂教學(xué)2.課堂討論3.實驗4.課外作業(yè)2.DataRepresentationandArithmetic5.MemoryHierarchy課程目標(biāo)3理解采用組合邏輯和微程序方法設(shè)計控制單元的設(shè)計思路和實現(xiàn)措施，掌握計算機系統(tǒng)的分析和設(shè)計的基本方法，達(dá)到具備設(shè)計開發(fā)計算機系統(tǒng)的能力和自主創(chuàng)新能力，具有不斷學(xué)習(xí)的精神和較強的適應(yīng)發(fā)展能力以及對終身學(xué)習(xí)的正確認(rèn)識。指標(biāo)點3.1：能夠掌握計算機系統(tǒng)的開發(fā)流程和開發(fā)技術(shù)，并了解影響設(shè)計目標(biāo)和技術(shù)方案的各種因素。1.課堂教學(xué)2.課堂討論3.實驗4.課外作業(yè)3.InstructionSetArchitectures4.ProcessorArchitecture三、課程目標(biāo)與相關(guān)畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐程度（H、M、L）畢業(yè)要求1畢業(yè)要求2畢業(yè)要求3課程目標(biāo)1M課程目標(biāo)2L課程目標(biāo)3M注：1.支撐強度分別填寫H、M或L（其中H表示支撐程度高、M為中等、L為低）。四、課程主要內(nèi)容與基本要求第1章Overview理解計算機軟硬件概念、計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)；計算機的基本組成、馮?諾依曼計算機的特點，掌握計算機系統(tǒng)概念，了解計算機的工作過程和主要性能指標(biāo)。這部分是該課程的總體概述，本章概念、名詞較多，這些只是為進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。（中國超級計算機從落后到領(lǐng)先的飛速發(fā)展，樹立學(xué)生四個自信，激發(fā)愛國主義情懷）第2章DataRepresentationandArithmetic掌握數(shù)據(jù)表示方法、機器數(shù)的定點表示與浮點表示、定點運算（算術(shù)移位和邏輯移位、補碼加減、原碼補碼乘法、原碼補碼除法）；浮點四則運算；算術(shù)邏輯單元及進(jìn)位鏈。這部分要使學(xué)生認(rèn)識到計算機內(nèi)部的各種運算與人們習(xí)慣的運算是不同的，不僅運算方法有差異，就是數(shù)的表示也不同。了解不同的運算方法對運算器結(jié)構(gòu)的影響，以及提高運算速度采取的各種措施。（了解我國對世界的貢獻(xiàn)，彰顯我國科技取得的偉大成績，增加學(xué)生自豪感和學(xué)習(xí)勁頭）第3章InstructionSetArchitectures掌握機器指令的格式、操作數(shù)類型和操作類型，尋址方式及指令格式舉例，了解指令類型劃分與應(yīng)用。要求學(xué)生理解機器的指令系統(tǒng)決定了一臺計算機的功能，而一旦計算機的指令系統(tǒng)確定以后，計算機的硬件必須給予支持。（RISC設(shè)計思想，激勵學(xué)生努力學(xué)習(xí)，勇攀科學(xué)高峰）第4章ProcessorArchitecture掌握中央處理器的功能和組成、控制器的組成和實現(xiàn)方法、微程序控制原理；理解時序系統(tǒng)與控制方式、控制單元的設(shè)計；了解流水線技術(shù)、精簡指令系統(tǒng)計算機RISC。本章包含了實現(xiàn)一個處理器所需的原理和技術(shù)知識，一個更實際的流水化MIPS實現(xiàn)，這部分內(nèi)容要安排一個設(shè)計性試驗，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計開發(fā)計算機系統(tǒng)的能力。（引入華為芯片、中國龍芯的研發(fā)，激發(fā)學(xué)生愛國主義情懷，激勵學(xué)生努力學(xué)習(xí)，勇攀科學(xué)高峰）第5章MemoryHierarchy掌握存儲系統(tǒng)的組成、分類和層次結(jié)構(gòu)，掌握高速緩沖存儲器Cache的基本結(jié)構(gòu)及工作原理、Cache--主存地址映像、替換算法；理解半導(dǎo)體隨機存儲器（靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM）和只讀存儲器（ROM）、主存儲器的連接與控制、提高主存讀寫速度的技術(shù)、多體交叉存儲技術(shù)。了解外圍設(shè)備概述、新型輔助存儲器、磁介質(zhì)存儲器的性能和原理、磁介質(zhì)存儲設(shè)備，理解磁盤陣列、光盤存儲器、鍵盤輸入設(shè)備、打印輸出設(shè)備、顯示設(shè)備。學(xué)生必須掌握各類存儲器的工作原理，以及各類存儲器在存儲器的存儲層次結(jié)構(gòu)中各自起的作用。（延伸到用馬克思辯證唯物主義觀點認(rèn)識和看待學(xué)習(xí)中的問題）第6章SystemBuses掌握總線的基本概念；總線的分類；總線特性及性能指標(biāo)；總線結(jié)構(gòu)；總線控制。理解計算機各子系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系。第7章Input/Outputsystems掌握主機與外設(shè)的連接、程序查詢方式及其接口、中斷系統(tǒng)和程序中斷方式，理解DMA方式及其接口、通道控制方式。五、課程學(xué)時安排章節(jié)號教學(xué)內(nèi)容學(xué)時數(shù)學(xué)生任務(wù)對應(yīng)課程目標(biāo)1Overview4完成作業(yè)1課程目標(biāo)12DataRepresentationandArithmetic8完成作業(yè)2課程目標(biāo)23InstructionSetArc