计算机组成原理教学大纲

《操作系统原理》教学大纲

课程类别：专业必修课课程代码：ZBB061020-20140008

总学时：68（理论学时：32，实践学时32）学分：3

适用专业：计算机科学与技术、软件工程

先修课程：高级程序设计语言、数据结构、电路与电子技术、数字电子技术。

一、课程说明

《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业本科生的一门专业主干课程，同时也是进一步研究计算机体系结构与实现方法的前导课程。

课程的重点是讲授单处理机系统的一般组成原理与内部运行机理。通过本课程的学习，使学生理解单处理机系统的组成结构以及各功能部件的组成和工作原理，帮助学生建立计算机的整机概念，使学生初步具备设计简单计算机系统的能力，并对一些新技术、新产品以及计算机硬件的发展方向有一定的了解，从而为进一步学习计算机本专业后继课程和进行与硬件有关的技术工作打下基础。

二、课程教学要求

本课程以教育部1999年批准的“面向21世纪课程教材”中的《计算机组成原理》教学大纲为要求，结合运城学院计算机科学与技术系学生的特点，将相应的体系结构分为四大部分：计算机系统概述、计算机系统硬件结构、中央处理器（CPU）、控制单元（CU）。

教学难点：进程的同步与互斥；死锁；进程调度算法；地址转换；页式管理。

教学方法：启发式教学和上机实践相结合

三、教学内容与学时分配

理论教学内容与学时分配

第一章计算机系统概论

本章是学习计算机工作原理的基础。目的是让学生对计算机的组成有一个全面的概括的了解。

了解：硬件和软件的概念、计算机组成和计算机体系结构的不同。

熟练掌握：计算机系统的层次结构；准确画出计算机的硬件框图，并能解释其工作的过程；能深刻理解硬件的主要技术指标，并用这些技术指标描述常见硬件的性能。

重点：计算机的基本硬件组成、计算机的工作过程、硬件的主要技术指标

第二章计算机的发展及应用

本章的目的在于培养学生学习计算机组成原理的兴趣。要求学生能独立举出各应用领域的例子。了解：计算机在科学计算机和数据处理方面的应用、在工业控制方面的应用、在网络方面的应用、在办公自动化方面的应用、CAD/CAM/CIMS、人工智能方面的应用。

重点：计算机功能的展望

第三章系统总线

本章主要讲述总线的基本概念、发展过程、常见总线的方式及其控制过程。目的在于使学生理解计算机功能部件的连接组织形式。

理解：总线的发展史、常见的总线结构、当前流行的总线标准。

熟练掌握：总线的基本概念、总线的分类、总线的特性及性能指标。能准确理解总线的判优机制、总线的通信机制。

重点：总结的概念、性能指标、总线判优、总线通信控制

难点：判优控制、通信控制

第四章存储器

本章讲述了计算机系统中几乎所有存储器的基本原理。目的在于使学生能对存储器的层次结构有一个较为深刻的认识，对常见的存储器的工作原理有一个初步的认识，并能基于各种存储颗粒进行存储体的设计。

理解：磁记录设计的工作原理、光存储介质的工作原理、提高存储体访问速度的一般措施。

熟练掌握：存储器的概念、存储器的主要性能指标、存储器的分类、存储器层次结构的概念、RAM/ROM 芯片的外部逻辑特性；海明码/CRC码的编码、解码与检错的工作过程。能进行简单的CACHE的地址映象方法设计。能针对不同型号的CPU与存储颗粒进行存储体的设计。能针对不同存储器的工作原理的各工作环节，说出可能的故障现象。

重点：主存储体设计、海明码、CRC码

难点：主存储体设计、CACHE的地址映象方法

第五章输入输出系统

本章主要讲述了输入输出系统的基本概念、接口的功能、常见的三种接口控制方式。目的在于使学生在建立接口概念的基础上，能进行端口的功能设计，并能设计简单的输入输出接口电路。

理解：IO系统的发展概况、常见IO设备的工作原理。

熟练掌握：IO设备与主机的联系方式、信息传送控制方式；接口的功能设计；程序查询方式、程序中断方式、DMA方式的基本概念、基本工作原理及其适用场合。

重点：IO接口的功能设计、程序查询方式、程序中断方式。

难点：IO接口的功能设计、中断电路设计。

第六章计算机的运算方法

本章主要讲述了数的表示、定点/浮点数的基本运算方法、ALU电路的设计。目的在于使学生了解计算机的基本运算过程。具体的教学中应注意引导学生如何用简单的运算步骤实现复杂的运算，培养学生分解复杂运算的能力。

理解：数的符号表示、数的定点与浮点表示

熟练掌握：定点的加减法运算、定点的乘法运算、浮点的加减运算、ALU电路中的快速进位链设计。重点：定点的加减运算、定点的乘法运算、快速进位链设计

难点：定点乘法运算、快速进位链设计

第七章指令系统

本章主要讲述了指令、数据的概念与分类，详细介绍了各种常见的寻址方式。最后对RISC、CISC 技术进行了概念性的讲解。目的在于使学生理解各种寻址方式的基本原理，不失一般性地掌握低级语言系统的学习方法，并初步了解指令系统设计中应考虑的各种因素。

理解：指令的一般格式、操作数的类型、操作的类型、RISC/CISC的概念

熟练掌握：操作的常见的指令寻址方式、常见的数据寻址方式、堆栈的生成方式及工作原理、操作数的分类及特点、操作的分类及特点。能进行指令的格式设计。能从理论的角度分析操作数类型的不同对程序效率的影响。

重点：指令寻址方式、数据寻址方式、操作数类型对程序效率的影响、指令的格式设计。

难点：数据寻址方式、栈的生成方式、指令的格式设计。

第八章 CPU的结构和功能

本章主要讲述CPU的功能结构、指令周期与指令流水、CPU中断系统的工作机理。目的在于使学生了解CPU的基本功能结构，为将来的深造打基础。教学中应注意中断系统的工作机理为以后实践中从事底层开发提供了良好的理论支持，教学中可以适当加入一些底层开发中的中断应用实例。

理解：CPU的功能结构、指令流水。

熟练掌握：指令周期的基本概念、中断系统的工作原理、现代微机中的中断系统设置。

重点：中断系统的工作原理

难点：中断的应用

第九章控制单元的功能

本章主要讲述了控制单元的一般功能，详细分析了微操作执行的一般过程。目的在于使学生能对控制单元有一个初步了解，为以后的深造打下较为坚实的基础，同时也培养学生控制逻辑设计的能力。理解：控制单元的外部特性、控制方式