《計(jì)算機(jī)組成原理》課程教學(xué)大綱

2007年制定，2014年第三次修訂

課程代碼：032116

課程名稱：計(jì)算機(jī)組成原理/PrinciplesofComputerComposition

課程類別：專業(yè)基礎(chǔ)課

開設(shè)學(xué)期：第五學(xué)期

開課單位：計(jì)算機(jī)系

開課對(duì)象：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)三年級(jí)

先修課程：匯編語言、數(shù)字邏輯、大學(xué)物理

課時(shí)：54學(xué)時(shí)

參考教材：《計(jì)算機(jī)組成原理》唐朔飛編著，北京，高等教育出版社，2010。

參考書：《計(jì)算機(jī)組成原理》白中英編著，北京，科學(xué)出版社，2009o

《計(jì)算機(jī)組成原理》薛勝軍編著，武漢，華中科技大學(xué)出版社，2(X)7。

課程概述：計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)必修的一門重要學(xué)科基礎(chǔ)課，也是信息

學(xué)科各專業(yè)的基礎(chǔ)課。是“微機(jī)接II技術(shù)”和“體系結(jié)構(gòu)”的前導(dǎo)課。該課程全面地介紹了

計(jì)算機(jī)單機(jī)系統(tǒng)的組成原理及內(nèi)部工作機(jī)制，包括計(jì)算機(jī)各大部件的結(jié)構(gòu)、工作原理、邏輯

實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)方法及其構(gòu)造整機(jī)技術(shù)。設(shè)置該課程的目的是通過該課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，幫助學(xué)

生建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)概念，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)的工作原理，深刻理解程序在計(jì)算機(jī)硬件

，被執(zhí)行的過程，即“算機(jī)硬件系統(tǒng)各組成部件的工作原理、邏根實(shí)現(xiàn)、改”思想以及它們

聯(lián)結(jié)成整機(jī)并協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的方法，為培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)、使用奠定

基礎(chǔ)。

教學(xué)要求：了解計(jì)算機(jī)硬件部件的發(fā)展與演變過程；計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)的發(fā)展演變過程；現(xiàn)

代計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的最新技術(shù)及理論，各組成部件的最新發(fā)展趨勢(shì)。掌握計(jì)算機(jī)系

統(tǒng)的組成和工作原理，熟悉運(yùn)算方法和運(yùn)算器，理解存儲(chǔ)系統(tǒng)、各種存儲(chǔ)器的工作原理和存

儲(chǔ)器擴(kuò)展技術(shù)；掌握計(jì)算機(jī)指令的尋址方式、指令格式和指令分類及功能；掌握微處理器的

結(jié)構(gòu)組成原埋，熟悉控制器的設(shè)計(jì)方法；掌握總線結(jié)構(gòu)和總線控制，熟悉常用的系統(tǒng)總線；

熟悉外圍設(shè)備的功能、種類和作用；掌握輸入輸出技術(shù)。

教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)難點(diǎn)：課程的重點(diǎn)是講授單處理機(jī)系統(tǒng)的一般組成原理與內(nèi)部運(yùn)行機(jī)理。

通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解單處理機(jī)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)以及各功能部件的組成和工作原

理，幫助學(xué)生建立計(jì)算機(jī)的整機(jī)概念，使學(xué)生初步具備設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的能力。主要講

授計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)表示、指令系統(tǒng)、控制器的設(shè)計(jì)。

學(xué)時(shí)分配:

各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)分配備注

田，*

早T主要內(nèi)容

講授實(shí)驗(yàn)討論習(xí)題課外其它小計(jì)

I系統(tǒng)總線44

2存儲(chǔ)器1010

3外圍設(shè)備66

4輸入輸出系統(tǒng)66

5計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法88

6指令系統(tǒng)88

7CPU的結(jié)構(gòu)和功能88

8控制器的功能與女計(jì)44

合計(jì)5454

各章教學(xué)要求及教學(xué)要點(diǎn)

第一章系統(tǒng)總線4學(xué)時(shí)

教學(xué)要求：

總線的基本概念、分類、性能指標(biāo)，及總線標(biāo)準(zhǔn)、總線連接方式、總線仲裁、數(shù)據(jù)傳輸

的模式。

教學(xué)內(nèi)容：

一、總線的基本概念與分類

二、總線的特性及性能指標(biāo)

三、總線設(shè)計(jì)要素

教學(xué)重點(diǎn)：掌握總線的性能指標(biāo)，總線傳送數(shù)據(jù)的模式，連接總線的方式。

教學(xué)難點(diǎn)：總線傳送數(shù)據(jù)的模式，連接總線的方式。

第二章存儲(chǔ)器10學(xué)時(shí)

教學(xué)要求：

存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，絳類存儲(chǔ)器的工作原理和技術(shù)指標(biāo)，高速緩存的工作原理，虛擬存

儲(chǔ)器的工作原理，提高訪存速度的方法。

教學(xué)內(nèi)容：

一、存儲(chǔ)器分級(jí)結(jié)構(gòu)，技術(shù)指標(biāo)

二、高速緩沖存儲(chǔ)器Cache—主存地址映射、替換策略

三、虛擬存儲(chǔ)器的工作原理

四、提高訪存的方法

教學(xué)重點(diǎn)：掌握存儲(chǔ)器的分級(jí)結(jié)構(gòu)，基本原理，高速緩沖存儲(chǔ)器Cache—主存地址映射、

替換策略的具體使用，提高訪存的基本方法。

教學(xué)難點(diǎn)：高速緩沖存儲(chǔ)器Cache—主存地址映射、替換策略的具體使用，提高訪存基

本方法。

第三章外圍設(shè)備6學(xué)時(shí)

教學(xué)要求：

介紹常用的輸入/輸出設(shè)備的邏輯組成與工作原理，然后介紹外存設(shè)備，最后討論I/O

接口與外界之間的連接.

教學(xué)內(nèi)容：

一、外部設(shè)備的功能與組成

二、磁盤存儲(chǔ)器的工作原理、數(shù)據(jù)組織和尋址

三、磁盤冗余陣列

教學(xué)重點(diǎn)：掌握磁盤存儲(chǔ)器的工作原理、數(shù)據(jù)組織和尋址方式，磁盤訪問數(shù)據(jù)的過程。

教學(xué)難點(diǎn)：掌握磁盤存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)組織和尋址方式。

第四章輸入輸出系統(tǒng)6學(xué)時(shí)

教學(xué)要求：

I/O設(shè)備端口，程序中斷查詢，DMA方式及其接口，通道方式及其接口。

教學(xué)內(nèi)容：

一、聯(lián)系方式、控制方式

二、I/O接口功能和組成、類型

三、程序中斷查詢處理及服務(wù)流程

四、DMA方式的特點(diǎn)、接口功能及組成、工作過程、接口類型

教學(xué)重點(diǎn)：掌握I/O設(shè)備信息交換過程，各種不同類型數(shù)據(jù)傳送方式的區(qū)別與聯(lián)系。

教學(xué)難點(diǎn)：各種不同類型數(shù)據(jù)傳送方式的區(qū)別與聯(lián)系。

第五章計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法8學(xué)時(shí)

教學(xué)要求：

使用機(jī)器碼進(jìn)行定點(diǎn)數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算方法，以及與之相對(duì)應(yīng)的運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)，掌握補(bǔ)碼

加法、減法，溢出的概念和檢測(cè)方法；理解原碼除法算法原理，并行除法器的使用。

教學(xué)內(nèi)容：

一、無符號(hào)數(shù)和有符號(hào)數(shù)

二、數(shù)的定點(diǎn)表示和浮點(diǎn)表示，1EEE754標(biāo)準(zhǔn)

三、定點(diǎn)數(shù)移位、加法、減法、乘法、除法運(yùn)算

四、浮點(diǎn)四則運(yùn)算所需硬件

五、算數(shù)邏輯單元，ALU電路、快速進(jìn)位鏈

教學(xué)重點(diǎn)：掌握數(shù)的定點(diǎn)表示和浮點(diǎn)表示，IEEE754標(biāo)準(zhǔn)，浮點(diǎn)四則運(yùn)算所需硬件，算

數(shù)邏輯單元，ALU電路、快速進(jìn)位鏈。

教學(xué)難點(diǎn)：掌握數(shù)的IEEE754標(biāo)準(zhǔn)，浮點(diǎn)四則運(yùn)算所需硬件，算數(shù)邏輯單元，ALU電

路。

第六章指令系統(tǒng)8學(xué)時(shí)

教學(xué)要求：

指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求，機(jī)器指令的設(shè)計(jì)要素，指令與操作數(shù)的尋址方式，精簡(jiǎn)指

令系統(tǒng)與復(fù)雜指令系統(tǒng).

教學(xué)內(nèi)容：

一、指令系統(tǒng)的性能要求，與硬件關(guān)系

二、操作碼設(shè)計(jì)、地址碼設(shè)計(jì)、指令集設(shè)計(jì)

三、指令和操作數(shù)的尋址方式

四、精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)的主要特征

教學(xué)重點(diǎn)：掌握指令系統(tǒng)與硬件的關(guān)系，操作碼設(shè)計(jì)、地址碼設(shè)計(jì)、指令集設(shè)計(jì)，精簡(jiǎn)

指令系統(tǒng)的主要特征。

教學(xué)難點(diǎn)：掌握指令集設(shè)計(jì)，精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)的主要畤征。

第七章CPU的機(jī)構(gòu)和功能8學(xué)時(shí)

教學(xué)要求：

CPU結(jié)構(gòu)，掌握指令周期基本概念，理解典型指令周期，了解時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生器：理解

控制方式。

教學(xué)內(nèi)容：

一、CPU的結(jié)構(gòu)、功能、框圖、寄存器、控制單元和中斷系統(tǒng)

二、指令周期基本概念、指令周期數(shù)據(jù)流

三、指令流水原理、影響因素、性能、多發(fā)技術(shù)、結(jié)構(gòu)

教學(xué)重點(diǎn)：掌握CPU的功能結(jié)構(gòu)，控制單元，指令流水的原理、影響因素。

教學(xué)難點(diǎn)：掌握CPU的功能結(jié)構(gòu)，控制單元。

第八章控制器的功能與設(shè)計(jì)4學(xué)時(shí)

教學(xué)要求：

介紹控制器的功能，分析控制單元為完成不同指令所產(chǎn)生的各種操作命令，通過控制器

的設(shè)計(jì)，弄清楚控制單元的設(shè)計(jì)思路。

教學(xué)內(nèi)容：

一、微指令系統(tǒng)的使用

二、指令周期分析

三、硬布線控制器

教學(xué)重點(diǎn)：掌握微指令系統(tǒng)的具體使用，指令周期的過程與原理，硬件控制器的設(shè)計(jì)原

理。

教學(xué)難點(diǎn)：指令周期的過程與原理，硬件控制器的設(shè)計(jì)原理。

課程考核方式

1.考核方式：理論考核（筆試）

2.成績(jī)構(gòu)成：平時(shí)成績(jī)20%,理論成績(jī)80%

修訂部門：計(jì)算機(jī)系

執(zhí)筆：屈正庚2014年7月

審閱；韓波2014年7月

審批：張林2014年7月

《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)大綱

一、本課程實(shí)驗(yàn)及教學(xué)目的與要求

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模骸队?jì)算機(jī)組成原理》是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，它

要求同學(xué)們通過學(xué)習(xí)與實(shí)踐，理解和掌握一臺(tái)計(jì)算機(jī)整機(jī)系統(tǒng)中軟硬件的組成及相互之間的配合，

該實(shí)驗(yàn)課就是為這一目的而設(shè)。木實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生全面理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各大部件

的基本原理及工作過程，掌握設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的原理和方法，同時(shí)在實(shí)踐過程中培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)

系實(shí)際的能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，提高學(xué)生分析問題，解決問題的能力和動(dòng)

手能力。

實(shí)驗(yàn)要求：要求學(xué)生完成功能部件的組織和連接，并通過不同的控制、操作方式實(shí)現(xiàn)不同功

能部件的功能。并記錄結(jié)果，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與主要內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)每組

序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)主要內(nèi)容

類型人數(shù)

認(rèn)識(shí)儀器，了解實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，熟練掌握操作方基礎(chǔ)

1實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹2全班

法實(shí)驗(yàn)

了解運(yùn)算器的組成結(jié)構(gòu)，掌握運(yùn)算器的工作基礎(chǔ)

2基本運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)2全班

原理設(shè)計(jì)

靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器掌握靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM工作特性,Cache基礎(chǔ)

32全班

試驗(yàn)控制器的工作原理設(shè)計(jì)

微程序控制器實(shí)掌握微程序控制器的組成原理，微程序的編基礎(chǔ)

42全班

驗(yàn)寫、運(yùn)行過程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總線與總線理角吊總線的特性，掌握DMA控制信號(hào)線的基礎(chǔ)

52全班

接口功能與應(yīng)用設(shè)計(jì)

CPU與簡(jiǎn)單模型掌握一個(gè)簡(jiǎn)單CPU的組成原理，構(gòu)造一臺(tái)基礎(chǔ)

64全班

機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)基本模型計(jì)算機(jī),編寫相應(yīng)微程序調(diào)試運(yùn)行設(shè)計(jì)

帶中斷處理能力

74掌握中斷技術(shù)在處理器中的應(yīng)用綜合全班

的模型機(jī)設(shè)計(jì)

備注：實(shí)驗(yàn)類型指：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新演示性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)險(xiǎn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

三、基本設(shè)備與器材配置

序號(hào)儀器名稱現(xiàn)有數(shù)量