《計(jì)算機(jī)組成原理》教學(xué)大綱

1、計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)大綱課程名稱(chēng)：計(jì)算機(jī)組成原理課程英文名稱(chēng)：Computer Organization講課學(xué)時(shí)：72一、課程性質(zhì)與任務(wù)（課程在專(zhuān)業(yè)教學(xué)計(jì)劃中的地位與課程教學(xué)目標(biāo)）“計(jì)算機(jī)組成原理”屬于專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，必修課。該課程面向應(yīng)用、突出實(shí)踐、偏向硬件和理論。計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)教學(xué)中的一門(mén)核心課程，是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)課程所要必修的主干課。通過(guò)教學(xué)，使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)的各主要部分（運(yùn)算期、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備）的構(gòu)成及工作原理有一個(gè)深刻的、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解，同時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)也有一個(gè)較為深入的了解。主要講解簡(jiǎn)單、單臺(tái)計(jì)算機(jī)的完整組成原理和內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制，包括運(yùn)算器部件、控制器部件、存儲(chǔ)器子

2、系統(tǒng)、輸入/輸出子系統(tǒng)與輸入/輸出系統(tǒng)設(shè)備，圍繞各自的功能、組成、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、使用等知識(shí)進(jìn)行介紹；此外，該課程的工程性、實(shí)踐性、技術(shù)性比較強(qiáng)，還強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手動(dòng)腦能力、開(kāi)創(chuàng)與創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)驗(yàn)技能，這些要求更多的是通過(guò)作業(yè)、教學(xué)實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)完成，要求學(xué)生有意識(shí)地主動(dòng)加強(qiáng)這些方面的練習(xí)與鍛煉。二、課程的基本要求（課程教學(xué)應(yīng)使學(xué)生達(dá)到的基本要求）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述、計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示、運(yùn)算方法和運(yùn)算器、指令系統(tǒng)、隨機(jī)邏輯和微程序控制原理、存儲(chǔ)系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)外設(shè)簡(jiǎn)介，要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)的組成和工作原理。通過(guò)學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解計(jì)算機(jī)的組成原理及工作原理，以建立整機(jī)概念。本課程設(shè)有實(shí)驗(yàn)，以加深對(duì)課程

3、內(nèi)容的理解，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論了解計(jì)算機(jī)的類(lèi)型：模擬和數(shù)字，專(zhuān)用和通用，巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)、單片機(jī)熟悉計(jì)算機(jī)的硬件組成部件及其作用掌握主存有關(guān)概念：存儲(chǔ)器位置、存儲(chǔ)單元和存儲(chǔ)容量；位bit、字節(jié)byte、KB、MB、GB掌握“存儲(chǔ)程序、程序控制”的馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的基本思想?yún)^(qū)別操作碼和位置碼（操作數(shù)）、指令字和數(shù)據(jù)字、指令流和數(shù)據(jù)流理解指令周期（控制器工作周期）：取指、譯碼、執(zhí)行掌握總線(xiàn)、處理器總線(xiàn)和系統(tǒng)總線(xiàn)的概念，熟悉數(shù)據(jù)總線(xiàn)、位置總線(xiàn)和控制總線(xiàn)的功能理解目的程序、匯編程序、編譯程序的作用，區(qū)別機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言（算法語(yǔ)言）掌握計(jì)算機(jī)系

4、統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、軟件與硬件的邏輯等價(jià)性思想第2章 運(yùn)算方法和運(yùn)算器掌握數(shù)據(jù)的定點(diǎn)格式，定點(diǎn)整數(shù)的表達(dá)范圍，有符號(hào)數(shù)和無(wú)符號(hào)數(shù)掌握浮點(diǎn)格式的表達(dá)，熟悉浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化，掌握規(guī)格化單精度浮點(diǎn)數(shù)與實(shí)數(shù)的相互轉(zhuǎn)換理解真值和機(jī)器數(shù)，掌握定點(diǎn)整數(shù)的補(bǔ)碼、反碼、原碼和移碼表示法掌握BCD碼、ASCII碼的編碼規(guī)律，理解小端方式和大端方式的存儲(chǔ)特點(diǎn)區(qū)別漢字輸入編碼、機(jī)內(nèi)碼、字模碼和漢字交換碼理解檢驗(yàn)碼的作用，掌握奇偶校驗(yàn)以及檢錯(cuò)能力理解補(bǔ)碼的加法運(yùn)算和減法運(yùn)算規(guī)律熟悉溢出的概念，理解上溢（正溢）和下溢（負(fù)溢）的概念以及符號(hào)位檢測(cè)方法了解內(nèi)部總線(xiàn)和外部總線(xiàn)、單向總線(xiàn)和雙向總線(xiàn)的概念掌握浮點(diǎn)加減法的操作過(guò)程，了解其中

5、對(duì)階、規(guī)格化、舍入處理的作用熟悉IEEE754標(biāo)準(zhǔn)的4種舍入處理方法第3章 存儲(chǔ)系統(tǒng)熟悉存儲(chǔ)系統(tǒng)的分級(jí)（層次）結(jié)構(gòu)，掌握存儲(chǔ)訪(fǎng)問(wèn)的局部性原理理解存儲(chǔ)容量、存取時(shí)間、存取周期、存儲(chǔ)器帶寬的概念了解SRAM、DRAM和NVRAM的特點(diǎn)掌握SRAM存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與芯片位置引腳和數(shù)據(jù)引腳的關(guān)系理解位擴(kuò)展和字?jǐn)U展的含義和作用，掌握芯片擴(kuò)展與芯片容量的關(guān)系了解DRAM的行位置和列位置，理解DRAM的刷新操作和方法了解ROM芯片的類(lèi)型和各自特點(diǎn)掌握Cache的功能和基本原理，掌握命中率、平均訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間和訪(fǎng)問(wèn)效率的計(jì)算方法理解Cache的位置映射的作用，掌握全相聯(lián)、直接和組相聯(lián)映射的原理和特點(diǎn)，熟悉Cache中標(biāo)記（

6、標(biāo)簽）的作用理解替換策略的作用，熟悉LRU、LFU和隨機(jī)法理解Cache的寫(xiě)操作策略，熟悉直寫(xiě)法（全寫(xiě)法）和回寫(xiě)法（寫(xiě)回法）第4章 指令系統(tǒng)了解指令、指令系統(tǒng)、指令格式、操作碼、位置碼、指令助記符的概念理解尋址方式的含義，區(qū)別指令尋址和數(shù)據(jù)尋址掌握指令的順序?qū)ぶ泛吞S尋址掌握數(shù)據(jù)的隱含尋址、立即尋址、寄存器尋址、直接尋址、寄存器間接尋址、寄存器相對(duì)（基址）尋址熟悉堆棧的訪(fǎng)問(wèn)原理，理解進(jìn)棧PUSH和出棧POP操作熟悉指令系統(tǒng)包含的基本指令類(lèi)型掌握CISC和RISC的含義，掌握RISC的主要特點(diǎn)第5章 中央處理器熟悉CPU的基本模型和主要寄存器的作用理解指令周期、CPU周期（機(jī)器周期、總線(xiàn)周期）和

7、時(shí)鐘周期（T周期）的概念和區(qū)別了解CLA、ADD、STA和JMP指令在CPU基本模型的執(zhí)行過(guò)程理解微程序控制器和硬布線(xiàn)控制器的實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)，了解微命令、微操作、微指令和微程序的概念熟悉并行性的概念和提高并行性的技術(shù)途徑掌握指令流水線(xiàn)的思想，理解流水CPU的時(shí)空?qǐng)D掌握資源相關(guān)、數(shù)據(jù)相關(guān)和控制相關(guān)的概念了解SISD、SIMD、MIMD的分類(lèi)概念，理解多媒體指令的并行處理特點(diǎn)第6章 總線(xiàn)系統(tǒng)理解內(nèi)部總線(xiàn)、系統(tǒng)總線(xiàn)和I/O總線(xiàn)（芯片總線(xiàn)、內(nèi)總線(xiàn)和外總線(xiàn)）的分類(lèi)理解總線(xiàn)的4個(gè)方面特性，掌握總線(xiàn)帶寬以及計(jì)算熟悉單總線(xiàn)、雙總線(xiàn)和三總線(xiàn)結(jié)構(gòu)理解串行傳送和并行傳送的概念，掌握起止式異步通信字符格式理解總線(xiàn)仲裁的作用

8、，了解集中仲裁和分布仲裁思想掌握總線(xiàn)同步定時(shí)和異步定時(shí)（時(shí)序）的特點(diǎn)了解各種總線(xiàn)數(shù)據(jù)傳送模式了解PCI總線(xiàn)、ISA總線(xiàn)、SCSI總線(xiàn)和IEEE1394總線(xiàn)的特點(diǎn)第7章 外圍設(shè)備掌握像素、點(diǎn)距、分辨率、灰度級(jí)（彩色深度）、刷新、掃描的概念，以及對(duì)顯示效果的影響掌握磁盤(pán)存儲(chǔ)器重要的技術(shù)指標(biāo)及計(jì)算方法了解NRZ、PM、FM、MFM各記錄方式的特點(diǎn)了解磁面、磁道、磁柱、扇區(qū)的概念，以及磁盤(pán)信息的分布特點(diǎn)第8章 輸入輸出系統(tǒng)理解I/O接口的作用，熟悉I/O端口的編址方式掌握各種外設(shè)管理方式的概念和特點(diǎn)熟悉查詢(xún)傳送方式的過(guò)程理解中斷源、內(nèi)部中斷（異常）和外部中斷的概念區(qū)別可屏蔽中斷和非屏蔽中斷掌握可屏蔽中

9、斷傳送方式的過(guò)程及其相關(guān)概念熟悉單級(jí)中斷、多級(jí)中斷的概念了解IA-32微處理器主要中斷類(lèi)型，理解向量位置、中斷優(yōu)先權(quán)、中斷嵌套的含義理解中斷控制器的作用了解Pentium處理器的中斷機(jī)制理解DMA傳送方式的特點(diǎn)，掌握DMA傳送的工作過(guò)程了解CPU暫停、周期挪用、交替訪(fǎng)問(wèn)的區(qū)別了解通道的組成結(jié)構(gòu)和類(lèi)型第9章 操作系統(tǒng)支持掌握操作系統(tǒng)的概念、功能、特點(diǎn)以及需要解決的問(wèn)題理解操作系統(tǒng)的調(diào)度掌握進(jìn)程的概念、調(diào)度的層次理解處理機(jī)調(diào)度的實(shí)現(xiàn)理解存儲(chǔ)管理掌握虛擬存儲(chǔ)器的功能、物理位置和虛擬（邏輯）位置的概念熟悉頁(yè)式和段式虛擬存儲(chǔ)器的管理和位置轉(zhuǎn)換理解存儲(chǔ)保護(hù)，熟悉存儲(chǔ)區(qū)域和訪(fǎng)問(wèn)方式保護(hù)的思想考試形式閉卷筆試，120分鐘考試題型填空題：1×2020分單選題：2×0510分判斷題：1×1010分簡(jiǎn)答題（基本概念、基本原理等）：5