計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)教學(xué)大綱-東南大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院

#計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)教學(xué)大綱（課程編號(hào)：09023學(xué)0分2-學(xué)時(shí)-上機(jī)：4-64）-16東南大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院一、課程的性質(zhì)與目的本課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)必修的一門主要的專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程系統(tǒng)地介紹計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及各組成部分的工作原理，其內(nèi)容著重于基本概念、基本原理的學(xué)習(xí)，同時(shí)也體現(xiàn)最新的成果。通過(guò)學(xué)習(xí)本課程，培養(yǎng)學(xué)生初步建立計(jì)算機(jī)的整機(jī)概念，掌握計(jì)算機(jī)的五個(gè)功能部件的組成原理，邏輯實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)方法及其互連結(jié)構(gòu)，并奠定良好的計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)，為今后參加計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。二、課程內(nèi)容的教學(xué)要求第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論1.計(jì)1算機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介：理解計(jì)算機(jī)軟硬件在系統(tǒng)中的作用與關(guān)系，理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成、實(shí)現(xiàn)三者之間的關(guān)系。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本組成：重點(diǎn)掌握馮?諾依曼計(jì)算機(jī)模型原理，掌握計(jì)算機(jī)硬件的基本組成，重點(diǎn)掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作過(guò)程。1.計(jì)3算機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)：掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)及與軟硬件的關(guān)系，了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能瓶頸及性能設(shè)計(jì)方法。1.計(jì)4算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展歷程：了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及微型計(jì)算機(jī)軟硬件發(fā)展歷史及分類。第2章 數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算2數(shù).據(jù)1的編碼：理解數(shù)制及相互轉(zhuǎn)換方法，熟練掌握機(jī)器數(shù)及其原碼、補(bǔ)碼、反碼編碼方法及十進(jìn)制編碼方法，了解字符及字符串編碼方法，掌握奇偶校驗(yàn)碼、海明校驗(yàn)碼及循環(huán)冗余校驗(yàn)碼編碼方法及校驗(yàn)原理，了解校驗(yàn)碼原理。2數(shù).據(jù)2的表示：重點(diǎn)掌握數(shù)值數(shù)據(jù)的表示方法，以及定點(diǎn)表示、浮點(diǎn)表示的格式及特征，理解非數(shù)值數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表示方法及格式。2定.點(diǎn)3數(shù)的運(yùn)算：熟練掌握定點(diǎn)數(shù)的移位運(yùn)算、加減運(yùn)算方法，掌握運(yùn)算溢出的處理方法及所需硬件配置，掌握定點(diǎn)數(shù)的乘法運(yùn)算方法及所需硬件配置。2浮.點(diǎn)4數(shù)的運(yùn)算：掌握浮點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算過(guò)程，理解規(guī)格化數(shù)的概念。算術(shù)邏輯單元 ：理解加法的串行及并行進(jìn)位實(shí)現(xiàn)原理，了解 的功能與組成，掌握運(yùn)算器的基本結(jié)構(gòu)。第3章存儲(chǔ)系統(tǒng)3.存1儲(chǔ)系統(tǒng)概述：了解存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)，理解程序訪問(wèn)局部性對(duì)提高存儲(chǔ)器性能/價(jià)格的作用，掌握層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)的組成及工作原理。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器基礎(chǔ)：掌握 、 芯片的結(jié)構(gòu)與組成、讀寫周期，理解芯片的刷新方法，了解 結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)原理。主存儲(chǔ)器：理解主存儲(chǔ)器的組成及的相關(guān)信號(hào)線，熟練掌握利用芯片組成主存儲(chǔ)器的方法容量擴(kuò)展方法）掌握主存儲(chǔ)器與的連接方法，了解提高訪問(wèn)存儲(chǔ)器性能的硬件組織方法（多體/高性能/雙端口存儲(chǔ)器）。高速緩沖存儲(chǔ)器：掌握 的結(jié)構(gòu)與組成原理，理解 的工作流程，掌握組成的地址映像及變換方法、替換算法、寫策略的原理與性能，了解提高 性能的相關(guān)技術(shù)。3.虛5擬存儲(chǔ)器：理解虛擬存儲(chǔ)器的工作原理，掌握段式、頁(yè)式、段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)管理方法，了解虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)原理及工作全過(guò)程。第4章指令系統(tǒng)指令4系.統(tǒng)1組成：深入理解指令系統(tǒng)與軟硬件的關(guān)系，掌握指令功能相關(guān)參數(shù)與指令格式的組成，理解軟硬件對(duì)指令字的要求及指令字的種類。數(shù)據(jù)存放與尋址方式：理解不同長(zhǎng)度數(shù)據(jù)在、中的存放方式及地址表示，掌握堆棧存取方式及堆棧的實(shí)現(xiàn)及操作方法，熟練掌握指令及數(shù)據(jù)尋址方式的尋址過(guò)程及形式地址組成。指令格式舉例：了解指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過(guò)分析 及指令系統(tǒng)，理解指令系統(tǒng)的組成及優(yōu)化手段。指令系統(tǒng)發(fā)展：了解 及 產(chǎn)生原因，掌握 的設(shè)計(jì)目標(biāo)及實(shí)現(xiàn)手段。第5章中央處理器的功能與結(jié)構(gòu)：理解的功能及基本結(jié)構(gòu)，了解指令周期與工作流程的組成，掌握指令執(zhí)行過(guò)程、基本操作及微操作的相互關(guān)系，了解內(nèi)部數(shù)據(jù)通路的組織方法，熟練掌握單總線通路的各種指令執(zhí)行過(guò)程的微操作步序列組成?？刂破鞯慕M成與工作原理：理解功能實(shí)現(xiàn)需求與控制器的功能，理解控制器的基本結(jié)構(gòu)與分類，掌握時(shí)序系統(tǒng)組成原理及與工作流程的關(guān)系，了解信號(hào)時(shí)序的三種控制方式原理，理解微操作實(shí)現(xiàn)與微操作命令的關(guān)系，掌握微操作控制信號(hào)形成原理、及與微操作命令有效條件的關(guān)系。5.硬3布線控制器：了解組合邏輯控制器的設(shè)計(jì)步驟，能夠根據(jù)要求進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。5.微4程序控制器：理解微程序控制思想及微程序組成，掌握微程序控制器的組成及工作原理，了解微指令格式及其編碼方法，理解各種微地址形成方法，了解微程序控制器的設(shè)計(jì)步驟并能夠根據(jù)要求進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。舉例：了解 的參數(shù)與 結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系，理解的基本組成與 組成原理的對(duì)應(yīng)程度，理解實(shí)地址模式存儲(chǔ)管理的實(shí)現(xiàn)方法，了解控制器的實(shí)現(xiàn)方法。5.指6令流水技術(shù)：掌握流水線的基本原理及實(shí)現(xiàn)要求，了解流水線的性能指標(biāo)，理解流水線的三種相關(guān)解決方法，了解提高流水線性能的方法。第6章總線6總.線1概述：了解總線的分類方法、特性及總線性能指標(biāo)。6總.線2傳輸與控制：理解總線傳輸?shù)幕静襟E，掌握幾種集中式總線仲裁原理、連接及信號(hào)線需求，掌握總線傳輸步驟的定時(shí)方法、信號(hào)線需求，了解常見的總線標(biāo)準(zhǔn)。6總.線3互連結(jié)構(gòu)：理解單總線、多總線互連的目標(biāo)、結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，了解總線互連時(shí)接口部件的操作實(shí)現(xiàn)方法。第7章輸入輸出系統(tǒng)系統(tǒng)概述：理解 系統(tǒng)的基本組成，連接 設(shè)備與主機(jī)的連接方式、編址及尋址方法，理解 設(shè)備與主機(jī)的幾種傳送控制方式的基本思想。外部設(shè)備：理解 設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)，了解幾種輸入、輸出設(shè)備的組成及工作原理，掌握磁盤存儲(chǔ)器組成、信息記錄格式、操作步驟及性能指標(biāo)，理解光存儲(chǔ)器記錄原理。接口：了解 接口的功能及 端口概念，理解 接口的硬件組成及工作原理，了解 指令格式組成。程序查詢方式：掌握程序查詢方式的傳送控制原理、流程及編程方法，理解對(duì)接口相應(yīng)工作方法的要求，掌握無(wú)條件傳送控制的編程方法。7程.序5中斷方式：掌握中斷的基本概念，理解中斷的分類方法，重點(diǎn)掌握中斷過(guò)程各階段的功能、硬件實(shí)現(xiàn)方法，理解中斷過(guò)程對(duì)接口硬件組織的要求、及接口的工作原理，掌握不同中斷請(qǐng)求連接方式的相應(yīng)判優(yōu)方法，了解中斷控制器及中斷系統(tǒng)的組成，掌握中斷嵌套及中斷屏蔽的概念。方式：掌握 方式的思想及傳送過(guò)程，理解 的三種傳送方式及工作過(guò)程，掌握 接口的基本組成及數(shù)據(jù)傳送過(guò)程，了解不同功能 接口的基本組成。7通.道7方式：理解通道的功能及基本組成，了解通道的工作過(guò)程及種類。三、上機(jī)實(shí)習(xí)要求本課程進(jìn)行3個(gè)部件實(shí)驗(yàn)：總線、半導(dǎo)體靜態(tài)存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)；運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)；數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)，它們是為課程設(shè)計(jì)整機(jī)實(shí)驗(yàn)而準(zhǔn)備的。學(xué)生通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)可積累一些實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和技巧，熟悉一些中、大規(guī)模集成電路的使用方法，提高邏輯設(shè)計(jì)能力，為整機(jī)實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。四、能力培養(yǎng)的要求分析能力的培養(yǎng)：主要是對(duì)計(jì)算機(jī)各功能部件組成原理及技術(shù)進(jìn)行分析的能力的培養(yǎng)，同時(shí)關(guān)注新技術(shù)在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)上運(yùn)用的意義。計(jì)算能力的培養(yǎng)：要求學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，具備對(duì)計(jì)算機(jī)中各種常用的算術(shù)運(yùn)算算法的掌握以及各個(gè)部件常用的性能指標(biāo)的計(jì)算。自學(xué)能力的培養(yǎng)：通過(guò)本課程的教學(xué)，要培養(yǎng)和提高學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整理、概括、消化吸收的能力，以及圍繞課堂教學(xué)內(nèi)容，閱讀參考書籍和資料，自我擴(kuò)充知識(shí)領(lǐng)域的能力。表達(dá)能力的培養(yǎng)：主要通過(guò)作業(yè)，清晰、整潔地表達(dá)自己解決問(wèn)題的思路和步驟的能力。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)：培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、深入鉆研問(wèn)題的習(xí)慣，和對(duì)問(wèn)題提出多種解決方案、選擇不同實(shí)現(xiàn)方法，以及對(duì)各種技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)和舉一反三的能力。五、建議學(xué)時(shí)分配課程內(nèi)容講課習(xí)題課或課堂討論實(shí)驗(yàn)上機(jī)計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)58616計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論4數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算1114存儲(chǔ)系統(tǒng)11