《計(jì)算機(jī)組成原理》教學(xué)大綱

《計(jì)算機(jī)組成原理》教學(xué)大綱課程名稱(中文/英文)：計(jì)算機(jī)組成原理(PrinciplesofComputerOrganization)課程編號(hào)：學(xué)分：3.5學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)64學(xué)時(shí)分配：講授學(xué)時(shí)：48實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：16上機(jī)學(xué)時(shí)：0討論學(xué)時(shí)：0其他學(xué)時(shí)：0課程負(fù)責(zé)人：劉智翔、沈曉晶課程簡(jiǎn)介.課程概述《計(jì)算機(jī)組成原理》是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的專業(yè)核心課程。它主要講授計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，特別是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)知識(shí)。該課程主要介紹單CPU計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和設(shè)計(jì)思想。本課程旨在幫助學(xué)生建立起一個(gè)完整的單CPU計(jì)算機(jī)的整機(jī)概念，提高學(xué)生對(duì)硬件系統(tǒng)的理解、分析與設(shè)計(jì)能力，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)如操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)等后續(xù)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。PrinciplesofComputerOrganizationisoneofcorecoursesinthemajorofcomputerscienceandtechnology.Itprovidesanimportantbasisforaseriesofhardwarecourses.PrincipleofComputerOrganizationaimstohelpstudentstoestablishthecompleteconceptionofsocalled“wholemachine“byintroducingsuchcontentsofasinglecomputerastheinnerstructure,designandanalysismethods,andetc.Italsoaimstodevelopstudents'abilitiesofhardwaresystemanalysis,design,anddevelopment.Besides,itbuildsthesoundbasisforstudentstostudysuchsubsequentcoursesasOperatingSystem,EmbeddedSystem,andetc..課程目標(biāo)《計(jì)算機(jī)組成原理》是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的一門(mén)本科專業(yè)標(biāo)桿課程，重點(diǎn)在培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)組成及體系架構(gòu)能力。通過(guò)課堂講授、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等環(huán)節(jié)相結(jié)合的方式，使學(xué)生熟悉計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和設(shè)計(jì)思想。課程目標(biāo)L學(xué)生能從硬件角度建立起一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)整機(jī)概念，明晰軟硬件之間的界限，并能夠?qū)τ?jì)算機(jī)類的復(fù)雜工程問(wèn)題中涉及硬件問(wèn)題進(jìn)行分析：課程目標(biāo)2.使用計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)各部件的基本分析和設(shè)計(jì)方法，學(xué)生能在計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)認(rèn)知、設(shè)計(jì)中理解硬件系統(tǒng)的成本構(gòu)成，能考慮到惡劣自然環(huán)境等因素導(dǎo)致的成本上升：課程目標(biāo)3.可以從系統(tǒng)的觀點(diǎn)，調(diào)研和分析計(jì)算機(jī)整機(jī)的硬件性能和部件性能提高的各種可行途徑，具備思考和解決工作中遇到的硬件問(wèn)題的能力。課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的關(guān)系矩陣

畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.34.111.2課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3附支撐點(diǎn)內(nèi)容：1.3（推演和分析）理解專業(yè)領(lǐng)域及海洋信息領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題，并能綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)等進(jìn)行問(wèn)題的推演、分析；4.1（調(diào)研）針對(duì)空間信息領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題，能夠基于專業(yè)理論，調(diào)研和分析復(fù)雜工程問(wèn)題的解決方案：11.2（理解）了解空間信息工程項(xiàng)目和產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)全周期、全流程的商業(yè)模式和成本構(gòu)成，對(duì)于如海洋行業(yè)項(xiàng)目，能考慮到因數(shù)據(jù)安全、惡劣自然環(huán)境等因素導(dǎo)致的成本急劇上升。二、教學(xué)內(nèi)容.理論教學(xué)安排完成本課程，學(xué)生將會(huì)：深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次化結(jié)構(gòu)。掌握單CPU計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本組成和工作原理。掌握單CPU計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，深入理解計(jì)算機(jī)各部件在計(jì)算機(jī)中的地位、作用、交互方式。理解計(jì)算機(jī)各功能部件（如存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器等）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能特征、工作原理深入理解和掌握存儲(chǔ)器的組織方式，數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表達(dá)與存儲(chǔ)，定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算方法，以及指令在計(jì)算機(jī)中的執(zhí)行過(guò)程等各項(xiàng)內(nèi)容。深入理解計(jì)算機(jī)功能部件（如存儲(chǔ)器、運(yùn)算器等）的基本設(shè)計(jì)方法。教學(xué)安排（本課程以模塊化方式開(kāi)展教學(xué)）：章節(jié)名稱知識(shí)點(diǎn)學(xué)時(shí)課程目標(biāo)模塊1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述和系統(tǒng)總線計(jì)算機(jī)軟硬件概念計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的基本組成計(jì)算機(jī)的硬件框圖及工作過(guò)程計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算機(jī)發(fā)展及應(yīng)用系統(tǒng)總線分類系統(tǒng)總線的性能指標(biāo)總線控制31,2,3模塊2存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)主存儲(chǔ)器概述半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片簡(jiǎn)介與擴(kuò)容半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片與CPU的連接提高訪存速度的措施存儲(chǔ)器的校驗(yàn)高速緩存概述Cache-主存地址映射替換策略硬磁盤(pán)簡(jiǎn)介硬磁盤(pán)的技術(shù)指標(biāo)52模塊3：運(yùn)算器無(wú)符號(hào)數(shù)和有符號(hào)數(shù)數(shù)的定點(diǎn)表示和浮點(diǎn)表示62,3

浮點(diǎn)數(shù)舉例IEEE754標(biāo)準(zhǔn)及其舉例移位運(yùn)算定點(diǎn)數(shù)加減運(yùn)算定點(diǎn)數(shù)乘法運(yùn)算浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算ALU電路快速進(jìn)位鏈模塊4：指令系統(tǒng)《匯編語(yǔ)言》相關(guān)內(nèi)容：如機(jī)器指令的一般格式，操作數(shù)類型和操作類型，指令的地址格式和尋址方式指令格式舉例RISC技術(shù)概述62,3模塊5：控制單元CPU的結(jié)構(gòu)指令周期指令流水微操作命令分析控制單元的功能62模塊6：多任務(wù)并行編程輸入輸出系統(tǒng)概述程序中斷方式62.實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容概況：用PC機(jī)和計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)箱驗(yàn)證相關(guān)理論知識(shí)，利用FPGA實(shí)驗(yàn)箱設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的主要部件。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：報(bào)告必須闡述實(shí)驗(yàn)步驟或設(shè)計(jì)思路，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)并給出分析結(jié)果。主要儀器設(shè)備：PC機(jī)，計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)箱，F(xiàn)PGA實(shí)驗(yàn)箱，logisim仿真軟件。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一覽表

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)類型實(shí)驗(yàn)要求課程目標(biāo)實(shí)驗(yàn)1：Logisim基礎(chǔ)2驗(yàn)證必修目標(biāo)1實(shí)驗(yàn)2：數(shù)碼管輸出設(shè)計(jì)2設(shè)計(jì)必修目標(biāo)2實(shí)驗(yàn)3：多端口輸入設(shè)計(jì)2設(shè)計(jì)必修目標(biāo)2實(shí)驗(yàn)4：運(yùn)算器設(shè)計(jì)12設(shè)計(jì)必修目標(biāo)2實(shí)驗(yàn)5：運(yùn)算器設(shè)計(jì)22設(shè)計(jì)必修目標(biāo)3實(shí)驗(yàn)6：自動(dòng)執(zhí)行邏輯設(shè)計(jì)2設(shè)計(jì)選修目標(biāo)3實(shí)驗(yàn)7：控制器設(shè)計(jì)2設(shè)計(jì)選修目標(biāo)3實(shí)驗(yàn)8：簡(jiǎn)單8位計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)2設(shè)計(jì)選修目標(biāo)3注：實(shí)驗(yàn)類型：演示、驗(yàn)證、設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)要求：必修、選修三、教學(xué)方法本課程將實(shí)行模塊式教學(xué)，整個(gè)課程劃分為6個(gè)模塊，每個(gè)模塊由理論授課、習(xí)題講解、自學(xué)、測(cè)試和作業(yè)等方式構(gòu)成。泛雅超星平臺(tái)將作為本課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)輔助平臺(tái)發(fā)布各類通知、訪問(wèn)資源和學(xué)習(xí)資料、開(kāi)展在線洞試。補(bǔ)充材料：用于主要模塊中，為學(xué)牛.總結(jié)每個(gè)模塊的重點(diǎn)和難點(diǎn)、推薦相關(guān)讀物、幫助學(xué)生自主學(xué)習(xí)、有關(guān)內(nèi)容詳見(jiàn)泛雅超星平臺(tái)。四、考核與評(píng)價(jià)方式及標(biāo)準(zhǔn)1、考核與評(píng)價(jià)方式考試主要采用閉卷方式，考試范圍應(yīng)涵蓋所有講授及自學(xué)的內(nèi)容，考試內(nèi)容應(yīng)能客觀反映出學(xué)生對(duì)木門(mén)課程主要概念的記憶、掌握程度，對(duì)有關(guān)理論的理解、掌握及綜合運(yùn)用能力?？傇u(píng)成績(jī)采用期末考試加平時(shí)成績(jī)的考核方式，期末考試為閉卷方式，考試范圍應(yīng)涵蓋所有講授及自學(xué)的內(nèi)容，考試內(nèi)容應(yīng)能客觀反映出學(xué)生對(duì)本門(mén)課程主要概念的記憶、掌握程度，對(duì)有關(guān)理論的理解、掌握及綜合運(yùn)用能力。成績(jī)?cè)u(píng)定：總評(píng)=期末考試*50%+平時(shí)成績(jī)*50%。期末考試，占總評(píng)成績(jī)的50%,采用閉卷筆試形式。平時(shí)成績(jī)由課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)和在線測(cè)試成績(jī)組成：課堂表現(xiàn)：占總成績(jī)的15喘實(shí)驗(yàn)：占總成績(jī)的20%。在線測(cè)試：占總成績(jī)的15%,主要模塊結(jié)束后會(huì)進(jìn)行在線測(cè)試，幫助學(xué)生自我檢查對(duì)該模塊知識(shí)的掌握程度。課程目標(biāo)教學(xué)環(huán)節(jié)成績(jī)比例（%）成績(jī)（支撐點(diǎn)）比例（%）平時(shí)成績(jī)課程考試課堂表現(xiàn)實(shí)驗(yàn)在線測(cè)試1543102225129305635431022合計(jì)（成績(jī)構(gòu)成）152015501002、考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)細(xì)則

1)平時(shí)成績(jī)(1)課堂表現(xiàn)課程目標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)秀良好合格不合格1上課回答問(wèn)題正確，按時(shí)交作業(yè)；基本概念正確、論述邏輯清楚:層次分明，語(yǔ)言規(guī)范。上課回答問(wèn)題正確，按時(shí)交作業(yè)：基本概念正確、論述基本清楚：語(yǔ)言較規(guī)范。上課回答問(wèn)題基本正確，按時(shí)交作業(yè)：基本概念基本正確、論述基本清楚：語(yǔ)言較規(guī)范。上課不能正確回答問(wèn)題，不能按時(shí)交作業(yè)：有抄襲現(xiàn)象：或者基本概念不清楚、論述不清楚。2上課同答問(wèn)題正確，按時(shí)交作業(yè)；基本概念正確、論述邏輯清楚：層次分明，語(yǔ)言規(guī)范。上課回答問(wèn)題正確，按時(shí)交作業(yè)；基本概念正確、論述基本清楚；語(yǔ)言較規(guī)范。上課不能正確回答問(wèn)題，按時(shí)交作業(yè)；基本概念基本正確、論述基本清楚：語(yǔ)言較規(guī)范。上課不能正確回答問(wèn)題，不能按時(shí)交作業(yè)；有抄襲現(xiàn)象；或者基本概念不清楚、論述不清楚。3上課回答問(wèn)題正確，按時(shí)交作業(yè)；基本概念正確、論述邏輯清楚:層次分明，語(yǔ)言規(guī)范。上課回答問(wèn)題正確，按時(shí)交作業(yè)；基本概念正確、論述基本清楚：語(yǔ)言較規(guī)范。上課不能正確回答問(wèn)題，按時(shí)交作業(yè)；基本概念基本正確、論述基本清楚；語(yǔ)言較規(guī)范。上課不能正確回答問(wèn)題，不能按時(shí)交作業(yè):有抄襲現(xiàn)象；或者基本概念不清楚、論述不清楚.(2)實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)秀良好合格不合格1實(shí)驗(yàn)課準(zhǔn)備充分，方案有充分的分析論證過(guò)程；調(diào)試和實(shí)驗(yàn)操作非常規(guī)范：實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果正確。實(shí)驗(yàn)方案有分析論證過(guò)程；調(diào)試和實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范；實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果正確。實(shí)驗(yàn)方案有一定的分析論證過(guò)程：調(diào)試和實(shí)驗(yàn)操作較規(guī)范；實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果基本正確。沒(méi)有按照實(shí)驗(yàn)操作要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn);或者實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果有重大錯(cuò)誤。2實(shí)驗(yàn)課準(zhǔn)備充分，方案有充分的分析論證過(guò)程；調(diào)試和實(shí)驗(yàn)操作非常規(guī)范：實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果正確。實(shí)驗(yàn)方案有分析論證過(guò)程；調(diào)試和實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范：實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果正確。實(shí)驗(yàn)方案有一定的分析論證過(guò)程：調(diào)試和實(shí)驗(yàn)操作較規(guī)范；實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果基本正確。沒(méi)有按照實(shí)驗(yàn)操作要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn);或者實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果有重大錯(cuò)誤。3按時(shí)交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析詳實(shí)、正確；圖表清晰，語(yǔ)言規(guī)范，符合實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求。按時(shí)交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析正確：圖表清楚，語(yǔ)言規(guī)范，符合實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求。按時(shí)交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析基本正確；圖表較清楚，語(yǔ)言較規(guī)范，基本符合實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求。沒(méi)有按時(shí)交實(shí)驗(yàn)報(bào)告；或者實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析不正確;或者實(shí)驗(yàn)報(bào)告不符合要求。(3)在線測(cè)試主要考核計(jì)算機(jī)組成原理基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度，機(jī)考形式。課程目標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2）期末考試成績(jī)優(yōu)秀(0.9-1)良好(0.7-0.89)合格(0.6-0.69)不合格(0-0.59)1計(jì)算機(jī)組成原理的基礎(chǔ)知識(shí)掌握扎實(shí)。具備解決實(shí)際復(fù)雜工程問(wèn)題的理論基礎(chǔ)；并能應(yīng)用于相關(guān)工程領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)組成原理的基礎(chǔ)知識(shí)掌握扎實(shí)?；揪邆浣鉀Q實(shí)際復(fù)雜工程問(wèn)題的理論基礎(chǔ)?；菊莆沼?jì)算機(jī)組成原理的基礎(chǔ)知識(shí)。有解決復(fù)雜工程問(wèn)題的初步思路。對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理基礎(chǔ)知識(shí)掌握不牢。面對(duì)復(fù)雜工程系統(tǒng)無(wú)思路。2深入理解計(jì)算機(jī)組成的基本原理和一般方法。能夠正確進(jìn)行計(jì)算機(jī)組成和分析，解決方案正確并有新意?；纠斫庥?jì)算機(jī)組成的基本原理和一般方法。能夠正確進(jìn)行計(jì)算機(jī)組成和分析，解決方案正確?；纠斫庥?jì)算機(jī)組成的基本原理和一般方法。能夠進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，解決方案正確，但有欠缺。對(duì)計(jì)算機(jī)組成的基木原理和一般方法缺乏理解。不能正確進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，解決方案不正確。3針對(duì)特定需求，能很好地完成計(jì)算機(jī)組成與調(diào)試。設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化策略正確，思路清晰。能夠針對(duì)特定需求，完成計(jì)算機(jī)組成與調(diào)試。設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化策略正確，思路清晰。能夠針對(duì)特定需求，完成計(jì)算機(jī)組成與調(diào)試。設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化策略正確，思路清晰,但稍有欠缺。針對(duì)特定需求，不能很好地完成計(jì)算機(jī)組成與調(diào)試。設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化策略正確均有欠缺。（1）期末考試成績(jī)：主要考核編譯原理基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度，采用閉卷筆試形式，主要題型為：判斷題、計(jì)算題、分析題和綜合設(shè)計(jì)題等。課程考試考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)注：該表格中比例為期末考試試卷成績(jī)比例課程目標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)秀(0.9-1)良好(0.7-0.89)合格(0.6-0.69)不合格(0-0.59)1計(jì)算機(jī)組成原理的基礎(chǔ)知識(shí)掌握扎實(shí)。具備解決實(shí)際復(fù)雜工程問(wèn)題的理論基礎(chǔ)：并能應(yīng)用于相關(guān)工程領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)組成原理的基礎(chǔ)知識(shí)掌握扎實(shí)?；揪邆浣鉀Q實(shí)際復(fù)雜工程問(wèn)題的理論基礎(chǔ)?；菊莆沼?jì)算機(jī)組成原理的基礎(chǔ)知識(shí)。有解決復(fù)雜工程問(wèn)題的初步思路。對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理基礎(chǔ)知識(shí)掌握不牢。面對(duì)復(fù)雜工程系統(tǒng)無(wú)思路。2深入理解計(jì)算機(jī)組成的基本原理和一般方法。能夠正確進(jìn)行計(jì)算機(jī)組成和分析，解決方案正確并有新意。甚本理解計(jì)算機(jī)組成的基本原理和一般方法。能夠正確進(jìn)行計(jì)算機(jī)組成和分析，解決方案正確?；纠斫庥?jì)算機(jī)組成的基本原理和一般方法。能夠進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，解決方案正確，但有欠缺。對(duì)計(jì)算機(jī)組成的塞本原理和?般方法缺乏理解。不能正確進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，解決方案不正確。3針對(duì)特定需求，能很好地完成計(jì)算機(jī)組成與調(diào)試。設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化策略正確，思路清晰。能夠針對(duì)特定需求，完成計(jì)算機(jī)組成與調(diào)試。設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化策略正確，思路清晰。能夠針對(duì)特定需求，完成計(jì)算機(jī)組成與調(diào)試.設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化策略正確，思路清晰，但稍有欠缺。針對(duì)特定需求，不能很好地完成計(jì)算機(jī)組成與調(diào)試。設(shè)