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附件A

計算機組成原理課程教學大綱

課程名稱

中文：計算機組成原理

英文： the Principle of Computer Organization

課程編號

計算機組成原理

學分/學時

2.5學分/(32+16)

所屬教研室

信息與計算科學

前后課程

在學習本課程前必須先行學習《大學物理》、《離散數學》、《C語言程序設計》等課程，后續課程有《操作系統》、《計算機網絡》等。

課程類型

限制性選修課

考核方式

考查

授課對象

信息與計算科學專業大三學生

教學目的

列出本課程的教學基本要求(含知識、能力及素質發展)，如了解、理解、掌握及應用等。

《計算機組成原理》是信息與計算科學專業本科教學中的一門重要硬件基礎課。在信息與計算科學專業的教學計劃中占有重要地位和作用。學習本課程旨在使學生掌握計算機硬件各子系統的組成原理及實現技術，建立計算機系統的整體概念，對培養學生設計開發計算機系統的能力有重要作用。該課程為今后學習計算機操作系統、計算機網絡等課程打好基礎。

計算機組成原理課程內容結構：

計算機系統概論：2學時

重點：馮?諾依曼機結構、計算機的層次結構

序號

重點

講解思路

1

計算機的分類

從多個角度對計算機進行分類。

2

計算機的發展簡史

從第一臺計算機開始，講述計算機的五代變化。

3

計算機的硬件

說明5大部件的主要功能，與其他部件的關系；闡明計算機的工作過程。

4

計算機的軟件

說明軟件的組成與分類，軟件的發展演變。

5

計算機系統的層次結構

從計算機系統構建的角度和使用計算機解題兩個角度來分析，最后明確《計算機組成原理》課程主要研究的層次。

補充章節：數字電路基礎：2學時

授課對象未修過前導課《數字電路》，需要講授該章內容。

重點：邏輯運算與門電路的基礎知識，常用的組合邏輯電路和時序邏輯電路。

授課對象已修過前導課《數字電路》，可以選講該章部分內容。

第2章 運算方法和運算器：6學時

主線：各種運算器的基礎就是二進制加法器。

序號

重點

講解思路

1

數據格式

對比：計算機中正負號和小數點的表示？機器數和真值？有符號和無符號數的區別與區分？定點數和浮點數的異同？

2

定點機器數的表示方法

對比：原碼、反碼、補碼、譯碼的表示方法、表示范圍和真值0的表示；與高級語言的數據類型對應

3

浮點機器數的表示方法

規格化的數學定義與硬件電路判斷是否規格化的差異；IEEE754浮點數標準的格式特點

4

補碼的加減運算和判溢

強調采用補碼實現加減運算的優勢：符號位和數值位一樣參加運算，減法可以轉化為加法來實現。

5

定點數的加、減運算

從手工算法入手，引導學生思索如何用硬件實現，再對不適合的地方改進，變成機器算法，最后硬件實現。

6

浮點數的加減運算

從科學計數法表示的實數的加減乘除運算方法入手，推導出浮點數的加減乘除運算方法。

7

定點運算器的結構

對單總線、雙總線、三總線結構的運算器進行數據通路分析，對比完成運算所需的機器周期數，在此開始建立數據通路和總線分時享用的概念。

第3章 多層次的存儲器：6學時

主線：存儲體系的核心問題就是解決容量、速度與價格的矛盾。

序號

重點

講解思路

1

存儲器概述

搭建多層次的存儲體系的目的？通過層次結構來引出后面所要講述的各種存儲器

2

SRAM和DRAM

從如何存儲1位0/1代碼，到如何擴展成存儲器；從存儲位元的結構和原理出發，引出SRAM和DRAM性能上的差異。

3

主存與CPU的連接

通過1個具體例子，由簡到繁，逐步完成擴展和連接。

4

Cache

從Cache-主存的工作原理，引出一系列問題：程序訪問的局部性原理、命中率、地址映射、替換策略與寫策略；強調Cache完全由硬件實現。

5

虛擬存儲器

結合80386CPU的虛擬存儲器來講述三種實現方式

第4章 指令系統：4學時

主線：指令系統是軟、硬件的交界面。

序號

重點

講解思路

1

指令格式與操作碼擴展

從機器指令、指令系統的概念來引出指令格式，明確操作碼和地址碼的作用，舉例說明操作碼擴展技術

2

尋址方式

對比講解：直接尋址與間接尋址，寄存器直接尋址與寄存器間接尋址，變址尋址、基址尋址與相對尋址

3

機器指令的編碼與譯碼

通過例子讓學生直觀的了解機器指令的編碼，能夠解讀機器指令

4

指令類型

著重講解指令的實現，尤其轉移指令、子程序的調用與返回指令、堆棧指令的實現，為控制器做準備

第5章 中央處理器：6學時

主線：CPU中控制器是控制實現取指令、分析指令、執行指令功能的部件。

序號

重點

講解思路

1

控制器的組成

根據控制器的功能來講解控制器的部件，注意區分程序員可見與不可見的寄存器。

2

指令的執行過程

首先試著搭建整機系統構架，再接著細化和簡化，在此基礎上分析數據通路，最后以兩條典型指令為例，詳細描述指令的執行過程(取指令、分析

總結

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