计算机组成基本知识(A)

计算机组成原理A

(Computer Organization)

课程编号：06310970

学分：4.5

学时：75（其中：讲课学时：60 实验学时：15 上机学时：0）

先修课程：数字逻辑A，电工电子学B

适用专业：计算机科学与技术、网络工程

教材：《计算机组成原理（第二版）》，肖铁军等，清华出版社，2015年第2版开课学院：计算机科学与通信工程学院

一、课程目标

《计算机组成原理》是高等学校计算机类专业的一门技术基础必修课。通过本课程的学习，培养学生掌握计算机各大部件的基本组成、基本原理，各部件间的相互联系，以及各部件在整机中的作用；培养学生具有初步的硬件系统分析、设计和使用的能力；并为学习后继课程、从事科学研究和工程技术工作打下基础。课程的具体目标如下：

1. 知识方面

1.1 掌握计算机系统的基本组成，掌握计算机的性能指标。

1.2 掌握计算机中信息的表示方法。

1.3 掌握运算器的基本组成和基本原理。

1.4 掌握存储器的基本组成和基本原理。

1.5 理解指令系统的设计，掌握基本寻址方式，熟悉指令和汇编语言。

1.6 掌握控制器的基本组成和基本原理；掌握计算机主机的工作原理；掌握指令流

水线的基本原理。

1.7理解存储系统的层次和作用，掌握高速缓存和虚拟存储的基本组成和基本原理。

1.8 掌握输入输出和系统总线的基本组成和基本原理。

2. 能力与素质方面

2.1 掌握计算机硬件系统和各组成模块的基本分析与设计方法。

2.2 能够综合运用计算机组成的基本原理和分析方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行求解。

2.3能够运用计算机组成原理的基本理论和知识，对计算机的功能部件进行分析、研究，制定实验方案。

2.4 能够熟练使用开发、调试工具实施实验方案，观察实验现象并记录。

2.5 能够对实验结果进行分析、讨论，通过思考与总结得出结论，并能正确表述。

二、课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系

本课程支持的毕业要求指标点如下：

指标点2.4：具备将计算机专业知识用于计算机领域复杂工程问题进行求解的能力。

指标点3.1：具备对计算机领域复杂工程问题进行识别和有效分解的能力。

指标点6.4:能够基于计算机科学与技术原理并采用科学方法对计算机科学与技术领域复杂工程问题进行研究，制定实验方案。

指标点6.6：能够对实验结果进行分析，并通过信息综合得到有效结论。

三、课程内容及要求

第一章计算机系统概述

本章支持课程目标：1.1 掌握计算机系统的基本组成，掌握计算机的性能指标；2.1 掌握计算机硬件系统和各组成模块的基本分析与设计方法。

（一）教学内容与教学方法

1. 本课程的性质、目的、任务及学习方法（讲授）

2. 数字电子计算机发展简况（讲授）

3. 计算机系统的基本组成（讲授+实验）

4. 计算机的主要性能指标（讲授）

5. 计算机的应用与发展趋向（讲授）

（二）知识、能力与素质等方面的基本要求

1. 了解本课程的性质、目的、任务及学习方法；

2. 了解计算机的发展历史、计算机的应用与发展趋向；

3. 了解计算机系统的层次结构，掌握计算机硬件的基本组成、计算机软件的分类和计算机的基本工作过程；

4. 掌握计算机的主要性能指标及不同指标之间的相互关系。

（三）重点与难点

1. 重点

计算机系统的层次结构。

2. 难点

计算机的主要性能指标及相互关系。

第二章信息表示

本章支持课程目标：1.2 掌握计算机中信息的表示方法。

（一）教学内容与教学方法

1. 数制与编码(讲授+自学)

2. 数值数据的表示（讲授+练习）

3. 非数值数据的表示（讲授）

4. 数据校验码（讲授）

（二）知识、能力与素质等方面的基本要求

1. 掌握进位计数制，能够进行不同数制之间的转换；

2. 了解真值和机器数的概念，能够将真值表示为原码、反码、补码和移码形式

的机器数，或反之；

3. 掌握定点数和浮点数的表示方法；能够理解C语言的数据类型在计算机中的

表示；

4. 了解字符与字符串在计算机中的表示方法。

（三）重点与难点

1. 重点

定点数和浮点数的表示。

2. 难点

C语言的数据类型在计算机中的表示。

第三章运算方法和运算器

本章支持课程目标：1.3 掌握运算器的基本组成和基本原理；2.1 掌握计算机硬件系统和各组成模块的基本分析与设计方法；2.2 能够综合运用计算机组成的基本原理和分析方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行求解。

（一）教学内容与教学方法

1. 定点数的运算方法和运算电路（讲授+练习+实验）

2. 浮点数的运算方法和运算电路（讲授）

3. 运算器的组成与结构（讲授+案例+实验）

（二）知识、能力与素质等方面的基本要求

1. 能够进行定点数的四则运算并分析运算结果是否溢出等特征，理解运算方法

的硬件实现，并根据运算电路的结构，分析数据加工的过程；

2. 能够进行浮点数的四则运算并规格化；了解浮点数的加/减运算的硬件实现；

3. 能够分析运算器数据通路的信息加工过程，具有初步的ALU和运算器数据

通路的设计能力。

（三）重点与难点

1. 重点

运算方法和溢出判断。

2. 难点

运算方法的硬件实现。

第四章存储器

本章支持课程目标：1.4掌握存储器的基本组成和基本原理；2.1 掌握计算机硬件系统和各组成模块的基本分析与设计方法；2.2 能够综合运用计算机组成的基本原理和分析方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行求解。

（一）教学内容与教学方法

1. 存储器的种类与主要性能指标（讲授）

2. 半导体随机存取存储器和芯片（讲授+案例）

3. 非易失性半导体存储器（讲授+自学）

4. 主存储器的组织（讲授+案例+实验）

5. 辅助存储器（讲授+自学）

（二）知识、能力与素质等方面的基本要求

1. 理解存储器在计算机中的作用；了解存储器的性能指标；存储器的分类；

2. 理解SRAM和DRAM存储器的工作原理；掌握存储器芯片的外部特性，能