《计算机组成基础学习知识原理》教学方案计划大纲

《计算机组成原理》教学大纲

本门课程的教学目标和要求：

《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业的一门核心专业基础课。通过本课程的学习，使学生掌握计算机系统的基本组成、计算机中数据的表示方法、计算机各硬件部件的功能和工作原理等，为学生学习计算机专业课打下坚实的基础。要求学生：

1.从总体上了解计算机硬件、软件、计算机主要部件的基本概念；

2.掌握计算机中各种数据的表示方法；

3.掌握运算器的功能、组成和工作原理；

4.掌握广泛使用的各类半导体存储器的工作原理和特性、主存储器系统的设计、多级存储器层次结构；

5.掌握CPU的组成、CPU各个部件在计算机运行过程中的作用、如何实现各条指令的功能；

6.掌握指令的格式、常见的寻址方式和指令的主要类型；

7.掌握总线的概念、特性和几种常用的总线标准；

8.掌握几种基本的信息交换方式和常用的外围设备的工作原理。

教学重点和难点：

本课程重点是：运算方法和运算器、存储系统、中央处理器。

本课程难点是：存储系统和中央处理器。

教学对象：计算机科学与技术专业本科大学生。

教学方式：采用多媒体教学。

教学时数：60学时。

教学具体内容及学时分配：

第一章概论（2学时）

教学目标和要求：

通过学习本章，使学生了解计算机硬件、软件的概念和计算机的基本组成，从总体上认识计算机。要求学生：

1.了解计算机的分类和应用领域；

2.了解计算机硬件的概念和基本组成；

3.了解计算机层次结构。

教学重点和难点：

本章重点：计算机硬件、软件的概念和计算机的基本组成。

无难点。

教学方式：课堂讲授2学时。

第一节计算机系统简介（0.5学时）

一、计算机系统简介

计算机软件、硬件概念。

二、计算机层次结构

将计算机的层次结构。

第二节计算机的基本组成（1学时）

一、数字计算机的硬件组成

介绍数字计算机的基本组成。

二、计算机的工作步骤

介绍数字计算机的工作步骤。

第三节计算机硬件的主要技术指标（0.5学时）计算机硬件的主要技术指标。

复习与思考题：

1.数字计算机如何分类？

2.数字计算机主要应用有哪些？

3.数字计算机的主要组成部分有哪些？

4.计算机的系统软件包括哪几类？

第二章总线系统（2学时）

教学目标和要求：

通过学习本章，使学生掌握总线的概念和基本技术，掌握当前流行的PCI总线的结构。要求学生：

1.掌握总线的特性和性能指标；

2.掌握单机系统中总线结构的基本类型；

3.掌握总线传送信息的方式；

教学重点和难点：

本章重点：

1.总线的特性和性能指标；

2.总线的仲裁方式和定时方式；

本章难点：总线的仲裁方式和定时方式。

教学方式：课堂讲授2学时。

第一节总线的概念（1学时）

一、总线的基本概念

介绍总线的特性和总线带宽。

二、总线的连接方式

介绍单机系统总线结构的三种类型。

三、总线结构对计算机系统性能的影响

介绍总线结构对计算机的最大存储容量、指令系统和吞吐量的影响。

第二节总线分类（1学时）

介绍片内总线、系统总线、通信总线。

复习与思考题：

1.总线的特性有哪些？如何计算总线带宽？

2.片内总线、系统总线、通信总线区别。

第三章运算方法和运算器（16学时）

教学目标和要求：

通过学习本章，使学生掌握各种数据、字符在计算机中的表示方法，掌握运算器的功能、组成和工作原理。要求学生：

1.掌握定点数、浮点数、字符和汉字的表示方法，数的机器码表示；

2.掌握定点加、减法运算、定点乘除法运算、浮点加、减法运算的实现方法；

3.掌握定点运算器、浮点运算器的基本结构和工作原理。

教学重点和难点：

本章重点：

1.定点数、浮点数的表示方法、数的机器码表示；

2.定点加减法运算、定点乘除法运算、浮点加减法运算；

3.定点运算器。

本章难点：定点乘除法运算、浮点加减法运算。

教学方式：课堂讲授14学时，习题课2学时。

第一节无符号数和有符号数（1学时）

一、无符号数

介绍无符号数表示法

二、有符号数

介绍无符号数表示法

第二节数的定点表示和浮点表示（2学时）

一、数的定点表示

介绍数的定点表示。

二、数的浮点表示

介绍数的浮点表示。

第三节定点运算（8学时）

一、补码加法

介绍补码加法公式。

二、补码减法

介绍补码减法公式。

三、溢出概念与检测方法

介绍溢出的概念、溢出的两种检测方法：双符号位法和单符号位法。

四、基本的二进制加法/减法器

介绍行波进位的补码加法/减法器。

五、原码乘法

介绍原码乘法运算过程。

六、原码除法

介绍原码除法运算过程。

第四节浮点四则运算（2学时）

一、浮点加法、减法运算

介绍浮点加、减法运算的操作过程。

二、浮点乘法、除法运算

介绍浮点乘法、除法运算规则和浮点乘、除法运算步骤。

第五节算术逻辑单元（1学时）

一、逻辑运算

介绍逻辑非运算、逻辑加运算、逻辑乘运算和逻辑异或运算。

二、多功能算术/逻辑运算单元

介绍多功能算术/逻辑运算单元ALU的基本思想、逻辑表达式，还介绍了ALU 芯片74181和先行进位发生器74182的逻辑电路。

复习与思考题：

1.已知一个数的原码，如何求它的补码？

2.试说明乘法器原理。

3.试说明不恢复余数阵列除法器的工作原理。

4.试说明多功能算术/逻辑运算单元的基本思想。

5.试说明浮点加、减法运算的操作过程。

第四章存储系统（10学时）

教学目标和要求：

通过学习本章，使学生掌握各类半导体存储器的工作原理和特性、主存储器容量的扩充方法、多级存储器的层次结构。要求学生：

1.掌握主存储器的主要技术指标；

2.掌握静态MOS存储器、SRAM的结构和工作原理；

3.掌握动态MOS存储器，EPROM的工作原理；

4.掌握SRAM、EPROM与CPU连接的方法；

5.掌握Cache的工作原理、主存与Cache的地址映射方式；

教学重点遇难点：

本章重点：

1.各类半导体存储器的工作原理；

2.主存储器容量的扩充方法；

3.虚拟存储器；