计算机组成原理课程教学大纲
一、基本概况
课程名称：计算机组成原理(Principle of Computer Organization)
课程代码：
课程类别：专业核心课
学时/学分： 64/3.5（其中理论44学时，实验20学时）
需预修课程：电路分析、模拟电子电路、数字逻辑与数字电路
适用专业： 适用计算机科学与技术、电子科学与技术的本科教学
课程简介
本课程是计算机专业的专业核心课程，在计算机专业的各门课程中起着承上启下的重要作用。学生通过本课程的学习，可以从层次的观点，掌握计算机组成和运行机制方面的基本概念、基本原理、基本设计和分析方法等系统知识，奠定必要的专业知识基础。学生通过本课程的学习，还可以培养学生从形象思维向抽象思维过渡，掌握自顶向下分析和解决问题的能力，提高温故知新、举一反三和自主学习的能力，最终能把在“数字逻辑与数字电路”、“电路分析”等课程中所学的软、硬件知识有机地结合起来，建立计算机整机系统的完整概念。
二、教学目标
学生通过本课程的学习，在知识和能力等方面达到以下要求：
1.理论、知识目标：计算机组成是依据计算机体系结构，在确定并分配了硬件子系统的概念和结构和功能特性的基础上，设计计算机各部件的具体组成及它们之间的连接关系，实现机器指令级的各种功能和特点。即计算机组成是计算机体系结构的逻辑实现。
（一） 教学目的
本课程的教学目的是使学生掌握计算机原理的基本概念、基本原理、基本设计和分析方法，通过实验教学努力提高学生在计算机硬件设计和实现方面的能力，适当了解提高计算机的部件和整机硬件性能的各种可能途径，为下一步学习计算机体系结构奠定基础，并能对当前计算机的最新研究、发展与应用趋势有一般性的了解。
（二） 教学要求
依据本课程的性质、目的及任务，教学基本要求是紧扣多媒体教学、课后答疑、教学计算机实验几个主要环节，要求学生系统地了解、熟悉和掌握以下几部分内容：
（1）计算机系统的基本概念及层次结构
（2）计算机部件的基本概念及组成原理
（3）计算机整机的基本概念及构成原理
（三） 教学方法
以课堂讲授为主，结合实验、例题、习题讲解，加强实验教学。
2.能力目标：培养学生分析和解决有关单元操作的能力及运用基础理论分析和解决工程实际问题的能力。
3.达成目标：本课程对应人才培养方案中毕业要求的专业知识、专业技能、协作能力和创新性思维。
三、教学内容及教学要求
第一章 概论（讲课2学时；实验0学时）
教学内容：
1.电子计算机与存储程序控制；
2.计算机的硬件组成；
3.计算机系统。
4.计算机的工作过程和主要性能指标
教学要求：
依据本课程的性质、目的及任务，教学基本要求是紧扣多媒体教学、课后答疑、教学计算机实验几个主要环节，要求学生系统地了解、熟悉和掌握以下几部分内容：
1.理解计算机系统的含义及层次结构；
2.理解计算机组成的基本概念，以及与体系结构、实现之间的关系；
3.理解计算机的组成结构；
4.了解系列机、兼容机概念；
5.了解计算机系统的发展进步。
本章重点、难点：
重点：计算机的层次结构、计算机组成的基本概念及结构、计算机组成与体系结构及实现之间的关系。
难点：计算机组成的基本概念及结构、计算机的层次结构。
第二章 数据的机器层次表示（讲课4 学时；实验2学时）
教学内容：
1.数值数据的表示；
2.机器数的定点表示与浮点表示；
3.非数值数据的表示；
4.十进制数和数串的表示；
5.不同类型的数据表示举例；
6.数据校验码。
教学要求：
1.理解并掌握各种数据的表示方法；
2.了解汉明码、CRC码的定义及应用；
3.理解并掌握各种运算算法及电路实现。
本章重点、难点：
重点：各种数据的表示方法、各种运算算法及电路实现。
难点：各种运算算法及电路实现。
第三章 指令系统（讲课8学时；实验2学时）
教学内容 ：
1.指令格式
2.寻址技术；
3.堆栈与堆栈操作
4.指令类型
5.指令系统的发展
教学要求：
1.理解指令格式和寻址方式；
2.掌握教学计算机的指令系统及汇编语言程序设计。
本章重点、难点：
重点：指令格式、寻址方式、教学计算机的指令系统及汇编语言程序设计。
重点：寻址方式、教学计算机的指令系统及汇编语言程序设计
第四章 数值的机器运算（讲课6学时；实验4学时）
教学内容：
1.基本算术运算的 实现
2.定点加减运算
3.带符号数的移位和舍入操作
4.定点乘法运算
5.规格化浮点运算
6.十进制整数的加法运算
7.逻辑运算与实现
8.运算器的基本组成与实例
教学要求：
1.理解定点运算器部件的基本功能、基本组成原理；
2.掌握定点运算器部件基本设计和实现方法；
3.理解并掌握片位结构的运算器芯片原理及应用；
4.掌握脱机和联机的运算器实验；
5.了解浮点运算与浮点点运算器；
6.了解提高运算器部件处理能力的可行途径。
本章重点、难点：
重点：定点运算器部件的基本功能、基本组成原理、基本设计和实现方法；片位结构的运算器芯片原理及应用；脱机和联机的运算器实验；提高运算器部件处理能力的可行途径。
难点：定点运算器部件的基本功能、基本组成原理、基本设计和实现方法；片位结构的运算器芯片原理及应用；脱机和联机的运算器实验。
第五章 存储系统和结构（讲课8学时；实验2学时）
教学内容：
1.存储系统的组成
2.主存储器的组织
3.半导体随机存储器和只读存储器
4.主存储器的连接与控制
5.提高主存读写速度的技术
6.高速缓冲存储器
7.虚拟存储器
教学要求：
1.了解存储器分类、技术指标、存储子系统的分级结构；
2.掌握SRAM的组成与功能、DRAM的组成与功能、存储器的扩展；
3.了解ROM的分类、主存的构造方法；
4.熟悉CACHE的基本原理、地址映射及替换策略。
本章重点、难点：
重点：存储器的扩展、CACHE的基本原理、主存与CACHE的地址映射。
难点：存储器的扩展、主存与CACHE的地址映射。
第六章 中央处理器（讲课8学时；实验4学时）
教学内容：
1.中央处理器的功能和组成
2.控制器的组成和实现方法
3.时序系统与控制方式
4.微程序控制原理
5．控制单元的设计
6.流水线技术
7.精简指令系统计算机
8.微处理器中的新技术
教学要求：
1.理解控制器的功能、组成原理；
2.理解微程序控制器部件的组成原理，掌握微程序控制器的设计方法；
3.了解硬布线控制器部件的组成原理及设计方法；
4.了解硬布线控制器部件的组成与设计；
5.了解提高指令执行速度的可能性途径。
6.掌握指令周期极其表示；
7.了解时序产生器组成与功能、控制器的控制方式；
8.了解微控制器的组成与功能、微程序设计技术、硬布线控制器的设计思想。
本章重点、难点：
重点：CPU的功能及组成、指令周期及其表示、时序产生器及微控制器的组成和功能。
控制器的组成原理、微程序控制器部件的组成原理及设计方法。
难点：指令周期及其表示。微程序控制器部件的组成原理及设计方法。
第七章 总线（讲课2学时；实验2学时）
教学内容：
1.总线概述
2.总线仲裁
3.总线定时控制
4.总线标准
教学要求：
1.了解总线的基本概念；
2.掌握总线接口技术级总线仲裁；
3.熟悉总线的定时和总线数据传送模式。
本章重点、难点：
重点：总线的内部接哦股、信息的传送方式、总线仲裁、总线定时、总线上数据传送模式。
难点：总线定时、总线仲裁。
第八章 外部设备（讲课3学时；实验2学时）
教学内容：
1.外部设备概述
2.磁介质存储器的性能和原理
3.磁介质存储设备
4.磁盘阵列
5.光盘存储器
6.新型辅助在存储器
7.键盘输入设备
8.其他输入设备
9.打印输出设备
10.显示设备
教学要求：
了解外围设备分类；磁盘存储设备；光盘存储设备。
本章重点、难点：磁存储设备的原理。
第九章 输入输出系统（讲课3学时；实验2学时）
教学内容：
1.主机与外设的连接
2.程序查询方式及其接口
3.中断系统和程序中断方式
4.DMA方式及其接口
5.通道控制方式
教学要求：
1.了解输入输出系统及常用输入输出设备；
2.理解计算机总线的构成原理；
3.了解输入输出接口的基本功能和一般组成；
4.掌握常用的输入输出方法；
5.了解提高数据输入输出能力和可靠性的可行途径。
6.掌握程序查询方式、程序中断方式、DMA方式、通道方式。
本章重点、难点：
重点：计算机总线的构成原理、输入输出接口的基本功能和一般组成、常用的输入输出方法、提高数据输入输出能力和可靠性的可行途径。程序查询方式、程序中断方式、DMA方式、通道方式。
难点：程序查询方式、程序中断方式、DMA方式、通道方式。
四、考核方式及成绩评定
本课程的成绩将由平时成绩（考勤、作业及课堂提问）、实验成绩（实验完成情况+实验提问+实验报告）和期末考试成绩三部分组成，其中平时成绩占20%、实验成绩占20%、考试成绩占60%；期末考试采用闭卷笔试。
五、教材及参考书目
教材：《计算机组成原理》第三版，蒋本珊编著，清华大学出版社，2013 年，标准书号：ISBN 978-7-302-32843-8。
参考书目：
1. 《计算机组成与设计》，黄颖编著，清华大学出版社，2013年，标准书号：ISBN：978-7-302-32107-1
2. 《计算机组成原理》（第二版），唐朔飞编著，高等教育出版社，2008年，标准书号：ISBN: 978-7-040-22390-3
3. 《计算机组成原理》（第五版）白中英编著，科学出版社，2015年，标准书号：ISBN：978-7-030-36964-2
4.《计算机组成与体系结构》，Linda Null, Julia Lobur，2004年，机械工业出版社，标准书号：ISBN:978-7-111-15311-5
5. 《计算机组成原理》（第三版）,张钧良编著， 2010年，电子工业出版社，标准书号：978-7-121-11352-9
大纲撰写人：胡春华 撰写日期：2017.7.28
审核人：
计算机与信息工程学院