《計算機組成原理》課程教學(xué)大綱

《計算機組成原理》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱計算機組成原理PrinciplesofComputerComposition課程編碼CST410211030開課院部計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院課程團隊計算機組成原理教學(xué)團隊學(xué)分3.0課內(nèi)學(xué)時52講授40實驗12上機0實踐0課外學(xué)時52適用專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程授課語言中文先修課程程序設(shè)計（C/C++）、數(shù)字邏輯電路課程簡介（必修）本課程是“計算機科學(xué)與技術(shù)”、“軟件工程”、“物聯(lián)網(wǎng)工程”及“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)學(xué)生的一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課，是全國研究生入學(xué)考試的必考課程，在整個學(xué)科體系中起著承上啟下的作用。課程基于單處理器計算機系統(tǒng)講解硬件系統(tǒng)中各部件的組成結(jié)構(gòu)、工作原理、設(shè)計思路、邏輯實現(xiàn)方法及相互關(guān)系，使學(xué)生掌握計算機系統(tǒng)的層次化結(jié)構(gòu)概念、數(shù)據(jù)通路概念以及數(shù)據(jù)流和控制流兩大信息流在機內(nèi)的有序流動，弄清硬件與軟件之間的接口界面，最終建立一個完整的計算機系統(tǒng)的整機概念，從而培養(yǎng)學(xué)生對計算機硬件系統(tǒng)的分析、設(shè)計能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備必要的底層硬件和計算機系統(tǒng)方面的基礎(chǔ)知識。課程的工程性、實踐性和技術(shù)性比較強，因此，課程強調(diào)通過實踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力。Itisthecoreprofessionalbasiccourseformajorsincomputerscienceandtechnology,softwareengineering,theInternetofthingsengineeringandintelligencescienceandtechnology,andit'sthecourseofthenationalgraduateentranceexamination.Soitplaysanimportantroleinthewholedisciplinesystem.Itfocusesontheorganization,workingprinciple,designidea,logicalimplementationmethodandthecorrelationofthecomputercomponents.Itrequiresthestudentstomasterthehierarchicalstructureofthecomputersystem,theconceptofdatapath,andtheflowofdataflowandcontrolflowwithinthecomputer,tounderstandtheinterfacebetweenhardwareandsoftware,andfinallytoestablishacompletecomputersystemconcept.Itisgoingtocultivatetheabilitytoanalyzeanddesigncomputerhardwaresystem,andtoimprovetheinnovationability.Thiscourseprovidethebasicknowledgeinlowerlayerhardwareandthecomputersystemwhicharerequiredbythefuturestudy.Thecourseshowshighlyengineering,practicalandtechnicalproperties.So,itpaysattentiontothepracticetrainingtocultivatetheengineeringpracticeability.負責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號代號課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：明確該課程在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)中的地位與作用，熟悉計算機各功能部件的基本組成及工作原理，掌握計算機的工作過程及各部分之間的聯(lián)系，能建立起完整清晰的整機概念，具備初步的計算機硬件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)能力，為畢業(yè)要求指標(biāo)點1.3的達成提供支持。是1.32M2目標(biāo)2：在對硬件系統(tǒng)深刻理解的基礎(chǔ)上，掌握計算機整機系統(tǒng)的基本分析和設(shè)計方法，具備運用計算機組成概念對硬件系統(tǒng)進行分析和設(shè)計的能力，為畢業(yè)要求指標(biāo)點1.2的達成提供支持。是1.21.23M3目標(biāo)3：通過課程學(xué)習(xí)和實踐，全面培養(yǎng)學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中計算機系統(tǒng)的認知能力、分析解決復(fù)雜問題的能力和系統(tǒng)設(shè)計與創(chuàng)新能力以及團結(jié)協(xié)作的團隊精神，為畢業(yè)要求指標(biāo)點2.4的達成提供支持。是2.4三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時教學(xué)方式課外學(xué)時課外環(huán)節(jié)1第1章第1章計算機系統(tǒng)概述重點：馮.諾依曼存儲程序原理，計算機硬件的基本組成，計算機的簡單工作過程，計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。難點：計算機的簡單工作過程。////21.11.1馮.諾依曼計算機計算機的發(fā)展歷程，馮.諾依曼結(jié)構(gòu)計算機模型，“存儲程序”工作方式的基本思想。中國計算機技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，近代中國計算機技術(shù)取得的成就，自主可控計算機技術(shù)的重要性。專題討論：華為事件引起的思考。M11講授1資料查閱31.21.2計算機系統(tǒng)的基本組成計算機系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)，指令系統(tǒng)，總線，計算機的簡單工作過程。M11講授1資料查閱41.31.3計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)抽象層的轉(zhuǎn)換，計算機系統(tǒng)的不同用戶，指令集體系結(jié)構(gòu)ISA，ISA與計算機組成（微結(jié)構(gòu)）之間的關(guān)系。M1,M21講授1資料查閱51.41.4計算機系統(tǒng)性能評價機器字長，主存容量，運算速度，CPI，MIPS、MFLOPS等。M11講授、討論1作業(yè)6第2章第2章計算機中數(shù)據(jù)信息的表示重點：機器數(shù)的定點表示和浮點表示、IEEE754浮點數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。難點：IEEE浮點數(shù)的表示范圍，浮點數(shù)的規(guī)格化。////72.12.1數(shù)值數(shù)據(jù)的表示定點數(shù)的表示，浮點數(shù)的表示，浮點數(shù)的規(guī)格化，IEEE754浮點數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，十進制數(shù)的表示。M14講授、討論2自學(xué)82.22.2非數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼表示邏輯數(shù)據(jù)、西文字符及漢字字符的表示。M10講授2自學(xué)92.32.3數(shù)據(jù)校驗碼奇偶校驗碼、海明校驗碼和循環(huán)冗余校驗碼。M1,M21講授1作業(yè)10第3章第3章運算方法和運算器設(shè)計重點：定點數(shù)的移位運算和加/減運算、ALU的功能和實現(xiàn)。難點：定點數(shù)乘法/除法運算、快速進位鏈，運算器設(shè)計。////113.13.1基本運算部件全加器，串行進位加法器，快速進位鏈加法器，帶標(biāo)志的加法器，算術(shù)邏輯部件ALU。M11講授1資料查閱123.23.2定點數(shù)運算及運算部件定點加減法運算及運算部件，定點乘法運算及其運算部件，定點除法運算及其運算部件，定點運算器。M14講授4自學(xué)133.33.3浮點數(shù)運算浮點數(shù)加減運算，浮點數(shù)乘除運算，浮點數(shù)運算部件。M1,M21講授、討論1作業(yè)14第4章第4章指令系統(tǒng)重點：指令格式的設(shè)計，尋址方式，CISC和RISC的特點。難點：指令系統(tǒng)的設(shè)計。////154.14.1指令系統(tǒng)概述機器指令與微指令，指令集體系結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)的發(fā)展。M11講授1自學(xué)164.24.2指令格式設(shè)計操作碼，地址碼，指令字長，指令格式的設(shè)計原則。M1,M21講授1自學(xué)174.34.3尋址方式指令尋址方式，操作數(shù)尋址方式。M11講授1自學(xué)184.44.4CISC和RISC指令的種類，精簡指令集計算機的設(shè)計思想及特點，復(fù)雜指令集計算機的設(shè)計思想及特點，指令系統(tǒng)舉例。M1,M31講授、討論1作業(yè)19第5章第5章存儲器重點：存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體動態(tài)、靜態(tài)存儲器的工作原理，DRAM的刷新，主存儲器與CPU的連接、高速緩沖存儲器、虛擬存儲器。難點：主存儲器與CPU的連接、Cache和主存之間的映射。////205.15.1存儲器概述存儲器的分類，國產(chǎn)存儲器技術(shù)發(fā)展概況，主存儲器的主要性能指標(biāo)，存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。M11講授1自學(xué)215.25.2半導(dǎo)體隨機讀寫存儲器靜態(tài)存儲器SRAM，動態(tài)存儲器DRAM，DRAM的刷新，半導(dǎo)體存儲器芯片。M11.5講授1.5自學(xué)225.35.3存儲器芯片與CPU的連接存儲器的構(gòu)成，存儲器的位擴展，存儲器的字擴展，存儲器的字位擴展。M1,M21講授1自學(xué)235.45.4高速存儲器快速讀寫技術(shù)，雙端口存儲器，多體交叉存儲器。M10.5講授0.5自學(xué)245.55.5高速緩沖存儲器Cache程序訪問的局部性原理，Cache的基本工作原理，主存與Cache的地址映射。M11講授1自學(xué)255.65.6虛擬存儲器虛擬存儲器的基本概念，頁式虛擬存儲器，段式虛擬存儲器，段頁式虛擬存儲器。M1,M21講授1作業(yè)26第6章第6章中央處理器重點：控制器的組成和功能，數(shù)據(jù)通路的概念，控制器的控制方式，時序系統(tǒng)，組合邏輯控制器、微程序控制器。難點：指令的執(zhí)行過程，組合邏輯控制器設(shè)計，微程序控制器設(shè)計。////276.16.1控制器的組成和功能控制器的基本組成，控制器的功能，控制器的實現(xiàn)方式。M10.5講授1自學(xué)286.26.2CPU的總體結(jié)構(gòu)CPU中的寄存器設(shè)置，CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)通路，指令的執(zhí)行過程。M1,M32/2自學(xué)296.36.3控制方式和時序系統(tǒng)控制方式，指令的重疊與流水控制，時序系統(tǒng)相關(guān)概念，三級時序系統(tǒng)。M11.5講授1.5自學(xué)306.46.4組合邏輯控制器組合邏輯控制單元框圖，組合邏輯控制器設(shè)計步驟，指令執(zhí)行微操作，微操作的時序安排，組合邏輯控制器設(shè)計舉例。M1,M2,M32講授2自學(xué)316.56.5存儲程序控制器微程序設(shè)計思想，微程序控制器單元框圖及工作原理，微指令的編碼方式，微指令序列地址的形成，微指令格式，微程序控制器設(shè)計舉例。專題討論：國產(chǎn)CPU技術(shù)。M1,M2,M32講授2作業(yè)32第7章第7章總線重點：總線的基本概念，總線結(jié)構(gòu)，總線控制，總線接口，總線標(biāo)準(zhǔn)，常用系統(tǒng)總線。難點：總線結(jié)構(gòu)，總線控制。////337.17.1總線的基本概念總線的基本概念，總線分類、特性和性能指標(biāo)。M10.5講授0.5自學(xué)347.27.2總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu)，雙總線結(jié)構(gòu)，三總線結(jié)構(gòu)，總線結(jié)構(gòu)對計算機系統(tǒng)性能的影響。M11講授1自學(xué)357.37.3總線接口總線接口的基本概念，接口功能，總線和接口的區(qū)別。M10.5講授0.5自學(xué)367.47.4總線控制總線的集中式和分布式仲裁方式，總線通信控制（總線定時）。M10.5講授0.5自學(xué)377.57.5總線標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備總線標(biāo)準(zhǔn)（接口），常用系統(tǒng)總線。M10.5講授0.5作業(yè)38第8章第8章輸入輸出系統(tǒng)重點：I/O系統(tǒng)基本概念，外部設(shè)備及輸入/輸出設(shè)備，外存儲器，I/O接口，主機與外設(shè)交換信息的方式。難點：程序中斷方式，DMA方式。////398.18.1I/O系統(tǒng)基本概念I(lǐng)/O系統(tǒng)的組成及功能，I/O系統(tǒng)的分類及發(fā)展。M2,M30.5講授0.5自學(xué)408.28.2外部存儲設(shè)備磁表面存儲原理，硬盤存儲器，冗余磁盤陣列。M10.5講授0.5自學(xué)418.38.3I/O接口I/O接口的功能，I/O接口的通用結(jié)構(gòu)，I/O端口及其編址。M10.5講授0.5自學(xué)428.48.4主機與外設(shè)交換信息的方式程序查詢方式，程序中斷方式，DMA方式，通道方式和IOP。M2,M32.5講授2.5作業(yè)43實驗1實驗1基本運算器實驗通過搭建運算器電路，設(shè)計運算器運算流程，了解運算器的組成結(jié)構(gòu)，掌握運算器的工作原理，掌握簡單運算器的數(shù)據(jù)傳送通路。M1,M32實驗2實驗報告44實驗2實驗2靜態(tài)隨機存儲器實驗通過設(shè)計存儲器連接線路及RAM讀寫操作流程，掌握靜態(tài)隨機存儲器的工作特性及數(shù)據(jù)的讀寫方法。M1,M33實驗3實驗報告45實驗3實驗3系統(tǒng)總線與總線接口實驗通過搭建數(shù)據(jù)輸入模塊、地址寄存器、存儲器、寄存器、數(shù)碼管顯示模塊之間的總線連接電路及總線傳輸操作流程，理解總線的概念及特性，掌握總線傳輸控制的原理及方法。M2,M33實驗3實驗報告46實驗4實驗4微程序控制器實驗通過設(shè)計微程序控制操作流程、觀察微程序的運行，熟悉微程序控制器組成與原理，通過執(zhí)行某條機器指令明確微程序入口地址，后續(xù)地址及分支轉(zhuǎn)移地址的設(shè)置與實現(xiàn)，從而加深對微程序控制器的理解。結(jié)合運算器、存儲器、總線與控制器模塊，設(shè)計簡單模型計算機系統(tǒng)，通過上機調(diào)試，掌握整機概念，理解單機計算機系統(tǒng)的M1,M2,M34實驗4實驗報告四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細節(jié)總評占比1平時作業(yè)1.每章布置3~5道題目，平均每次課1道題以上。2.成績采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準(zhǔn)確性、是否按時上交、是否獨立完成評分。3.考核學(xué)生對計算機組成原理基礎(chǔ)知識的掌握能力，學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力。題型主要有計算、分析和設(shè)計題。10%2實驗1.本課程12個學(xué)時實驗，共4次實驗。2.成績采用百分制，根據(jù)實驗原理理解程度、實驗完成過程及實驗報告情況評分。3.考核學(xué)生對計算機各功能部件的基本組成、工作原理及實驗操作流程的掌握程度，能夠理解計算機的工作過程及各部分之間的聯(lián)系，并具備系統(tǒng)設(shè)計和分析能力。25%3課堂互動課堂互動環(huán)節(jié)采用百分制，包含課上師生互動評價，生講師評、小組討論參與度及組卷等，在課堂互動中展現(xiàn)出對計算機系統(tǒng)分析問題、解決問題的能力。15%4期末考試1.閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。2.主要考核學(xué)生對計算機組成原理知識的掌握能力，學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力。題型主要有選擇題、填空題、概念辨析題、問答題、綜合題等。50%五、評分細則序號課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1平時作業(yè)20%A-按時提交作業(yè)，做題準(zhǔn)確，對知識點理解無誤。B-按時提交作業(yè)，做題存在少量錯誤，對知識點理解稍有偏差。C-按時提交作業(yè)，做題錯誤率較高，對知識點理解存在一定量錯誤。D-不按時提交作業(yè)或不交作業(yè)，或?qū)χR點基本不理解。2M1實驗30%A-按時提交實驗報告，實驗原理準(zhǔn)確掌握，實驗過程熟練，實驗結(jié)論無誤，實驗報告規(guī)范。B-按時提交實驗報告，實驗原理基本掌握，實驗過程基本熟練，實驗結(jié)論無誤，實驗報告基本規(guī)范。C-按時提交實驗報告，實驗原理理解存在一定錯誤，實驗過程不太熟練，不能全部完成實驗，實驗報告不太規(guī)范。D-未參與實驗或發(fā)生安全事故，或不能按時提交實驗報告，實驗過程不熟練，不能獨立完成實驗，實驗報告不規(guī)范。3M1期末考試50%（見試卷評分標(biāo)準(zhǔn)）4M2平時作業(yè)20%A-按時提交作業(yè)，針對計算機分析設(shè)計類題目，做題準(zhǔn)確，對知識點理解無誤。B-按時提交作業(yè)，針對計算機分析設(shè)計類題目，做題存在少量錯誤，對知識點理解稍有偏差。C-按時提交作業(yè)，針對計算機分析設(shè)計類題目，做題錯誤率較高，對知識點理解存在一定量錯誤。D-不按時提交作業(yè)或不交作業(yè)，或不具備計算機硬件系統(tǒng)的分析設(shè)計能力。5M2課堂互動10%A-課堂互動環(huán)節(jié)非常積極，表現(xiàn)突出，展現(xiàn)出優(yōu)秀的計算機硬件系統(tǒng)的分析設(shè)計能力。B-課堂互動環(huán)節(jié)比較積極，表現(xiàn)比較突出，展現(xiàn)出一定的計算機硬件系統(tǒng)的分析設(shè)計能力。C-能夠參與課堂互動，但不太積極，計算機硬件系統(tǒng)的分析設(shè)計能力較弱。D-不參加課堂互動，不具備計算機硬件系統(tǒng)的分析設(shè)計能力。6M2實驗30%A-按時提交實驗報告，實驗原理準(zhǔn)確掌握，實驗過程熟練，實驗結(jié)論無誤，實驗報告規(guī)范。B-按時提交實驗報告，實驗原理基本掌握，實驗過程基本熟練，實驗結(jié)論無誤，實驗報告基本規(guī)范。C-按時提交實驗報告，實驗原理理解存在一定錯誤，實驗過程不太熟練，不能全部完成實驗，實驗報告不太規(guī)范。D-未參與實驗或發(fā)生安全事故，或不能按時提交實驗報告，實驗過程不熟練，不能獨立完成實驗，實驗報告不規(guī)范。7M2期末考試40%（見試卷評分標(biāo)準(zhǔn)）8M3課堂互動20%A-課堂互動環(huán)節(jié)非常積極，團隊協(xié)作能力強，展現(xiàn)出優(yōu)秀的計算機系統(tǒng)分析問題解決問題能力。B-課堂互動環(huán)節(jié)比較積極，團隊協(xié)作能力較強，展現(xiàn)出一定的計算機系統(tǒng)分析問題解決問題能力。C-能夠參與課堂互動，但不太積極，計算機系統(tǒng)分析問題解決問題能力較弱。D-不參加課堂互動，不具備計算機系統(tǒng)分析問題解決問題能力。9M3實驗40%A-按時提交實驗報告，實驗原理準(zhǔn)確掌握，實驗過程熟練