計(jì)算機(jī)組成原理-教學(xué)大綱.doc

西南科技大學(xué)本科課程教學(xué)大綱計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)大綱【課程編號】：14314015【英文譯名】：Computer Organization【適用專業(yè)】：計(jì)算機(jī)組成原理【學(xué) 分 數(shù)】：4【總 學(xué) 時(shí)】：64學(xué)時(shí)【實(shí)踐學(xué)時(shí)】：16學(xué)時(shí)一、本課程教學(xué)目的和課程性質(zhì)課程教學(xué)目的：通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)組成部件的工作原理、邏輯實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)方法以及將各部件連接成整機(jī)的方法，強(qiáng)調(diào)建立CPU級和硬件系統(tǒng)級的整機(jī)概念，培養(yǎng)學(xué)生分析、開發(fā)、使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的能力。課程性質(zhì)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)必修課程，可作為其它專業(yè)的選修課程。二、本課程的基本要求本課程要求學(xué)生建立計(jì)算機(jī)CPU級和硬件系統(tǒng)級兩個(gè)層次的整機(jī)概念。了解計(jì)算機(jī)的工作原理及設(shè)計(jì)方法，了解主機(jī)與外圍設(shè)備之間的信息傳輸方法和工作過程。本課程應(yīng)達(dá)到以下基本要求：1、理解原碼、補(bǔ)碼乘法和原碼、補(bǔ)碼除法的運(yùn)算規(guī)則，掌握浮點(diǎn)運(yùn)算規(guī)則。2、了解CPU的邏輯組成，包括寄存器設(shè)置、算術(shù)邏輯運(yùn)算部件設(shè)置、CPU數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)。3、理解CPU的工作機(jī)制，主要理解指令的執(zhí)行過程。4、了解存儲器存儲信息的原理。5、運(yùn)用CPU與存儲器的連接原理，進(jìn)行存儲器的擴(kuò)展。6、了解總線、接口和I/O傳送控制機(jī)制，包括中斷機(jī)制和DMA機(jī)制。7、了解常用I/O設(shè)備原理。三、本課程與其他課程的關(guān)系(前修課程要求，后繼課程等)本課程在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程體系中起承前啟后的作用。數(shù)字電子與數(shù)字邏輯講述基本的數(shù)字電路的分析與實(shí)現(xiàn)，本課程闡述了組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件的工作原理，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度進(jìn)一步介紹計(jì)算機(jī)硬件分析和設(shè)計(jì)的思想和方法。前修課程數(shù)字電子與數(shù)字邏輯后續(xù)課程可能還有：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，嵌入式原理及應(yīng)用四、課程內(nèi)容(內(nèi)容體系、結(jié)構(gòu)、基本知識點(diǎn)和重點(diǎn)、難點(diǎn))（一）概述1、計(jì)算機(jī)的發(fā)展過程2、計(jì)算機(jī)硬件組成與存儲程序概念3、計(jì)算機(jī)的工作過程與性能指標(biāo)4、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)的硬件組成和工作過程難點(diǎn)：計(jì)算機(jī)工作過程（二） 信息的表示 1、數(shù)據(jù)信息的表示：數(shù)制、碼制、定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)的表示2、原碼、補(bǔ)碼、移碼、真值之間的轉(zhuǎn)換3、漢字在機(jī)器中的表示4、數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)與海明校驗(yàn)5、指令格式、尋址方式、指令的功能和類型；重點(diǎn)：原碼、補(bǔ)碼、移碼、真值之間的轉(zhuǎn)換，定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍，數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)難點(diǎn)：數(shù)據(jù)的海明校驗(yàn)（三） CPU系統(tǒng)1、并行加法器原理2、補(bǔ)碼加減運(yùn)算方法，溢出判斷方法3、原碼一位乘法和補(bǔ)碼一位乘法的運(yùn)算規(guī)則4、原碼加減交替除法和補(bǔ)碼加減交替除法的運(yùn)算規(guī)則5、浮點(diǎn)加減運(yùn)算流程6、CPU各組成部分的基本功能7、微程序控制的基本思想8、組合邏輯控制的基本思想9、指令數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)重點(diǎn)：并行加法器原理，補(bǔ)碼加減運(yùn)算方法，原碼一位乘法和補(bǔ)碼一位乘法的運(yùn)算規(guī)則，原碼加減交替除法和補(bǔ)碼加減交替除法的運(yùn)算規(guī)則，CPU的邏輯組成（內(nèi)部數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)），CPU的工作機(jī)制（指令執(zhí)行流程與有關(guān)的微命令序列）難點(diǎn)：四則運(yùn)算方法（補(bǔ)碼加減法、原碼乘法、補(bǔ)碼乘法、原碼除法和補(bǔ)碼除法），CPU的工作機(jī)制（指令執(zhí)行流程與有關(guān)的微命令序列）（四） 存儲子系統(tǒng)1、存儲器的分類與主要性能指標(biāo)2、靜態(tài)存儲器與動(dòng)態(tài)存儲器的存儲3、動(dòng)態(tài)存儲器的刷新方法4、主存儲器的邏輯設(shè)計(jì)5、高速緩沖存儲器重點(diǎn)：存儲信息的原理和存儲器的組織、連接、控制難點(diǎn)： 存儲信息的原理（五） I/O子系統(tǒng)1、總線的特點(diǎn)與總線操作2、中斷方式基本概念3、中斷接口的組成4、DMA方式基本概念5、常用I/O設(shè)備原理重點(diǎn)：中斷、DMA等I/O傳送控制機(jī)制難點(diǎn)：中斷過程（請求、判優(yōu)、響應(yīng)、處理）和中斷屏蔽五、教學(xué)方法建議本課程涉及了計(jì)算機(jī)的基本工作原理。課堂教學(xué)建議采用多媒體教學(xué)手段，以一臺模型機(jī)為主線，配以實(shí)例演示，讓學(xué)生了解和掌握與計(jì)算機(jī)組成相關(guān)的基礎(chǔ)知識和技術(shù)。在講清計(jì)算機(jī)各個(gè)組成部分原理的同時(shí)，注重各部件原理圖的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。六、考核方式教師可以根據(jù)需要靈活選擇考核方式，由于本課程的理論與實(shí)踐聯(lián)系較強(qiáng)，建議采用理論考試加實(shí)驗(yàn)考試的方式。建議本課程考核應(yīng)包括平時(shí)成績、實(shí)驗(yàn)成績、期中考試和期末考試四部分。建議平時(shí)成績包括考勤、作業(yè)占10%，實(shí)驗(yàn)占30%，期中成績，占20%，期末成績，占40%。七、其它說明(如習(xí)題或作業(yè)，實(shí)踐環(huán)節(jié)內(nèi)容和要求)要根據(jù)課程的教學(xué)進(jìn)度，布置一定數(shù)量的作業(yè)，加深學(xué)生對基本概念、基本理論的理解和掌握。對一些難點(diǎn)及重點(diǎn)問題，可在課堂教學(xué)中用實(shí)例講解，并安排部分習(xí)題課。八、選用教材及主要參考書(寫明名稱、編著者、出版社、出版時(shí)間)1、教材1 蔣本珊主編.計(jì)算機(jī)組成原理.清華大學(xué)出版社,2004.32、參考書 1 俸遠(yuǎn)禎，閻慧娟編.計(jì)算機(jī)組成原理.電子工業(yè)出版社,1996.4 2 Kai Hwang.Computer Arithmetic Principles，Architecture And Design九、學(xué)時(shí)分配課程內(nèi)容講課實(shí)驗(yàn)大作業(yè)小計(jì)概述33信息的表示方法818CPU子系統(tǒng)16216存儲子系統(tǒng)818輸入/輸出系統(tǒng)818課堂討論，作業(yè)講解55合計(jì)4848計(jì)算機(jī)組成原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃一、本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的和要求（對學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能、創(chuàng)新能力、科研能力及解決實(shí)際問題方面的鍛煉）課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的：通過本實(shí)驗(yàn)課程訓(xùn)練，學(xué)生可熟悉典型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、基本組成和基本功能，掌握計(jì)算機(jī)主要組成部件工作原理的基本分析與設(shè)計(jì)方法，使學(xué)生對典型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)與使用能力得到訓(xùn)練與提高，了解目前比較流行的硬件開發(fā)技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力和對新技術(shù)、新方法的分析應(yīng)用能力。課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求：使學(xué)生對計(jì)算機(jī)各主要組成部件相互間的有機(jī)聯(lián)系有較全面的理解。主要鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、創(chuàng)新能力、科研能力及解決實(shí)際問題方面的能力。二、本課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系和實(shí)驗(yàn)類型（綜合/設(shè)計(jì)/驗(yàn)證/演示/參觀等，比例，必做和選做安排）序號實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)選題實(shí)驗(yàn)類型實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)1系統(tǒng)認(rèn)識實(shí)驗(yàn)一臺基本的模型計(jì)算機(jī)驗(yàn)證必做42常用組件設(shè)計(jì)1運(yùn)算器組成設(shè)計(jì)驗(yàn)證選做43常用組件設(shè)計(jì)2基本存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證選做44常用組件設(shè)計(jì)3基本微程序控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證選做45整體設(shè)計(jì)模型機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)必做8三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容安排（分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目寫出每個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的、要求、內(nèi)容、方法、時(shí)間、參考資料；列出自選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及指南，實(shí)驗(yàn)開放時(shí)間的管理）實(shí)驗(yàn)1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)認(rèn)識實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模航τ?jì)算機(jī)組成及原理的認(rèn)識實(shí)驗(yàn)要求：搭建一個(gè)模型機(jī)系統(tǒng)，仔細(xì)觀察程序在計(jì)算機(jī)中的執(zhí)行過程實(shí)驗(yàn)類項(xiàng)：驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)時(shí)間：4學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、 建模型計(jì)算機(jī)2、 編寫一段程序3、 在模型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行程序?qū)嶒?yàn)2、運(yùn)算器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1、 握用硬件描述語言設(shè)計(jì)邏輯部件的方法2、 了解運(yùn)算器的設(shè)計(jì)過程3、 掌握組內(nèi)和組間并行進(jìn)位技術(shù)4、 驗(yàn)證運(yùn)算器的功能實(shí)驗(yàn)要求： 1、 ALU結(jié)構(gòu)及各端口正確2、 完成系統(tǒng)級仿真3、 編寫詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)類項(xiàng)：驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)時(shí)間：4學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)8bit的運(yùn)算器 ；要求該運(yùn)算器具有加、減算術(shù)運(yùn)算功能和基本邏輯（與、或、非、異或、求補(bǔ)）運(yùn)算功能。實(shí)驗(yàn)3、存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1、 掌握用硬件描述語言設(shè)計(jì)邏輯部件的方法 2、 了解半導(dǎo)體存儲器的設(shè)計(jì)過程3、 掌握存儲器容量的字?jǐn)U展和位擴(kuò)展技術(shù)4、 掌握存儲芯片片選邏輯的設(shè)計(jì)方法實(shí)驗(yàn)要求： 1、 設(shè)計(jì)一個(gè)256X8 bit的RAM2、 用兩個(gè)256X8 bit的RAM組成一個(gè)256X16 bit的RAM3、 仿真并驗(yàn)證4、 編寫詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)類項(xiàng)：驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)時(shí)間：4學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)256X16 bit的RAM ；要求能隨機(jī)寫入和讀出數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)4、控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1、 掌握組合邏輯控制器的設(shè)計(jì)過程2、 了解指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法3、 了解數(shù)據(jù)通路的設(shè)計(jì)方法4、 掌握擬定指令流程和微命令序列的方法實(shí)驗(yàn)要求： 1、 畫出模塊框圖2、 功能仿真編程驗(yàn)證，將后仿真確認(rèn)的配置文件經(jīng)編程電纜配置到可編程邏輯器件中，進(jìn)行測試，檢查是否完成預(yù)定功能3、 寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)類項(xiàng)：驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)時(shí)間：4學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：設(shè)計(jì)模型機(jī)中的組合邏輯控制器，驗(yàn)證其邏輯功能并下載到PLD芯片中實(shí)驗(yàn)5、用CPLD實(shí)現(xiàn)模型機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1、 掌握組合邏輯控制器的設(shè)計(jì)方法2、 掌握DMA控制器的設(shè)計(jì)方法3、 掌握接口的設(shè)計(jì)方法4、 掌握存儲器的設(shè)計(jì)方法5、 掌握運(yùn)算器的設(shè)計(jì)方法6、 掌握系統(tǒng)總線的設(shè)計(jì)方法實(shí)驗(yàn)要求：將仿真確認(rèn)的配置文件經(jīng)編程電纜配置到可編程邏輯器件中，進(jìn)行測試，檢查是否完成預(yù)定功能；寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)類項(xiàng)：綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)時(shí)間：8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)采用組合邏輯控制器的模型機(jī)系統(tǒng)，驗(yàn)證其邏輯功能并下載到PLD芯片中參考資料：1 楊小龍.計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教程.西安電子科技大學(xué)出版社2 TDN-CM教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)用戶手冊.西安唐都四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及成績評定 （包括整個(gè)課程中理論與實(shí)