《计算机组成原理》教学大纲

课程名称：	计算机组成原理
课程编号：	408012	420011	436014
适用专业：	计算机科学与技术	网络工程	软件工程
课程类别：	专业必修课	专业必修课	专业必修课
课程学分：	3.5	3.5	3.5
总学时：	64	64	64
其中：理论学时	52	52	52
实验学时	12	12	12
先修课程：	电子技术基础、操作系统

一、课程的性质、目的与任务

《计算机组成原理》是计算机相关各本科专业教学中的一门专业必修课。通过本课程的学习，使学生认识到计算机的工作原理：通过控制信息的处理来达到处理数据信息的目的；帮助学生认

识到计算机组成的冯诺依曼结构是可以实现这种目的的一种结构；进而帮助学生掌握计算机硬

件各子系统的功能、组成及实现。这一目的的实现不仅对设计开发计算机系统有重要作用，而

且也是其后的计算机网络、计算机体系结构、分布与并行处理等课程的基础。学生通过学习本

课程应该达到以下目标：

1.掌握计算机系统的基本组成、计算机系统的层次结构、冯诺依曼机的特点；熟悉衡量计算机性能的评价及主要技术指标（机器字长、存储容量、运算速度）；了解计算机的发展史以及它的应用领域。

2.掌握数值数据的表示方法、运算方法及定点运算的硬件实现，熟悉字符、汉字的表示方法；了解流水浮点运算器的组成与实现。

3.掌握构造高速度、大容量、低成本的存储子系统的各种技术，包括高速缓冲存储器、虚拟存储器、多体交叉存储器；掌握如何用常用芯片构造主存；熟悉双端口存储器、相联存储 器；了解存储保护技术。

4.掌握指令系统的分类、常见的寻址方式、指令格式、指令设计的优化方法，了解RISC技术。深刻领会指令系统与机器主要功能以及与硬件结构之间的关联。

5.掌握总线的概念、总线对计算机系统性能的影响、总线仲裁与定时的方式；了解常用的标准总线。

6.掌握外部设备与主机交换信息的三种控制方式：程序查询、中断、DMA；熟悉显示器、磁盘机的组成与功能；了解常用的外部设备。

7.掌握领会CPU在计算机中的地位和作用。熟悉CPU的功能和内部结构，熟悉机器

完成一条指令的全过程，初步掌握并行性的基本概念以及实现时间重叠的技术途径：流水处理。

领会中断技术在提高整机系统效能方面所起作用。领会指令周期、机器周期、时钟周期（节拍）和控制信号的关系，深刻领会控制单元在机器运行中所起的核心作用，掌握设计控制单元的基本两种基本方法：组合逻辑设计与微程序设计，初步建立设计控制单元的思路，为今后设计计算机打好基础

二、课程教学基本内容与要求

第一章计算机系统概论（5学时，包含1次实验占2课时）

（一）基本教学内容

1．计算机分类与应用

2．计算机的硬件组成与发展

3．计算机的软件组成与发展

4．计算机系统的层次结构

（二）基本要求

教学目的：了解计算机系统的基本概念；掌握计算机系统的基本硬件组成；了解冯诺依曼计算机结构与特点及现代计算机的基本结构与特点；了解单处理机系统及多处理机系统的概念。

教学重点：计算机的基本硬件组成与工作原理。

教学难点：计算机系统的层次结构。

第二章运算方法与运算器（12学时，包括1次习题课占2个学时，1次实验占2课时）

（一）基本教学内容

1．数据与文字的表示方法

2．定点加减法运算

3．定点乘除运算（可选）

4．浮点四则运算

5．算术逻辑单元

（二）基本要求

教学目的：

（1）掌握数的编码表示（原码、补码、反码、移码）；

（2）掌握定点数与浮点数的表示与运算；

（3）掌握运算器的电路组成与工作原理。

教学重点：计算机定点数、浮点数的表示与运算；算术逻辑单元ALU的基本硬件组成与工作原理。

教学难点：算术逻辑单元ALU的基本硬件组成与工作原理。

第三章存储器（12学时，包括1次本单元内容总结及习题课占2个学时，1次实验占2课时）

（一）基本教学内容

1、存储器概述

2、随机读写存储器

3、只读存储器和闪速存储器

4、高速存储器

5、高速缓冲存储器（Cache）

6、虚拟存储器

7、存储保护

（二）基本要求

教学目的：了解存储器分类及特点，掌握存储器基本工作原理；掌握存储器与系统总线的连接方法和存储器扩展方法。

教学重点：高速缓冲存储器基本工作原理；内存储器与系统总线的连接及内存储器的扩展方法。

教学难点：内存储器与系统总线的连接及内存储器的扩展方法。

第四章指令系统（2学时）

（一）基本教学内容

1.指令系统的发展与性能要求

2.指令格式

3.指令与数据的寻址方式

4.堆栈寻址方式

5.典型指令系统

（二）基本要求

教学目的：能分析计算机指令系统的特点，掌握计算机指令的设计方法。

教学重点：指令寻址方式的表示

教学难点：指令的设计

第五章中央处理器（14学时，包括1次习题课占2个学时，1次实验占2课时）

（一）基本教学内容

1．CPU的功能与组成

2．指令周期

3．时序产生器与控制方式

4．微程序控制器

5．微程序设计技术

6．硬布线控制器

7．典型CPU

（二）基本要求

教学目的：掌握CPU基本组成及其工作原理；掌握计算机指令的执行过程。

教学重点：CPU结构组成及工作原理。

教学难点：微程序控制器

第六章系统总线（6学时，1次实验占2课时）

（一）基本教学内容

1．总线的基本概念和结构形态

2．总线接口

3．总线的促裁、定时和数据传送模式

4．典型总线

（二）基本要求

教学目的：了解总线功能、分类及特点，掌握不同总线结构、工作原理及特点，了解总线控制方法。

教学重点：总线结构、原理、特点。

教学难点：总线控制方法

第七章外围设备（4学时）

（一）基本教学内容

1.外设概述

2.显示设备

3.输入设备与打印设备

4.硬磁盘存储设备

5.软磁盘存储设备

6.磁带存储设备

7.光盘存储设备

（二）基本要求

教学目的：帮助学生认识到I/O设备的功能是完成信息形式的转换，使得计算机系统能够与环境交流；而外存储设备的功能则是信息的仓库；帮助学生认识到外设通过接口与主机相连，外设及接口构成了计算机系统的输入输出系统。

教学重点：输入设备和打印设备、软磁盘存储器、磁带存储器。

教学难点：在硬磁盘存储器一节，包括：磁记录原理与记录方式、硬盘机的组成与分类、磁盘信息分布、磁盘存储器的技术指标及其计算。

第八章输入输出系统（9学时，1次实验占2课时）

（一）基本教学内容

1．外设的定时方式与

2．程序中断方式

3．DMA方式

4．通道方式

5．典型通用I/O接口标准

（二）基本要求

教学目的：了解接口概念，掌握外设I/O的控制方式。

教学重点：外设与主机的信息交换方式。

教学难点：外设输入/输出控制方式。

三、课程各章节学时分配

四、本课程课外学习与修学指导

由于该课程涉及计算机系统中各种软硬件资源的管理，内容复杂，难度较大，且具有很强的实践性，所以要学好本课程，必须做到理论与实践紧密结合，才能达到较好的学习效果。要求学生多参阅相关书籍，多做练习，认真准备实验，掌握计算机的基本原理、主要功能及其实现过程。

五、本课程考核方式及成绩评定标准

考核方式：考试，闭卷

成绩评定方法：本课程的考核是平时成绩和期终考试成绩相结合，理论成绩与实验成绩相结合。具体比例为：上课出勤占10%，作业占10%，实验占20%，期末考试成绩占60%。

其中期未考试总分100分，基础题占50%，中等难度题占40%，较难题占10%。考试题型主要有：选择题、填空题、简答题、计算题、分析题、综合应用题等。

六、教材及参考书

1.教材：白中英，计算机组成原理（第四版），科学出版社。

2.教学参考书：

【1】唐朔飞，计算机组成原理，高等教育出版社，2000年

【2】William Stallings, Computer Organization and Architecture(第五版)，2001

【3】王爱英，计算机组成与结构（第三版），清华大学出版社，2001年．

大纲撰写人：龙海

大纲审阅人：刘伟群

教学副主任：易叶青

编写日期：2012.6.28