计算机组成原理 教学大纲

“计算机组成原理”教学大纲1.课程概要
2.课程教学内容及建议学时
第1章计算机系统概论
本章的主要知识点包括冯诺伊曼计算机的组成与工作原理；计算机软/硬件互动关系;计算机不同层次的抽象与表示；CPU性能公式及性能评价方法。

本章课堂教学学时3学时，建议学生课后学习3学时。

第2章数据表示
本章的主要知识点包括计算机内部数据的机器级表示及其不同数据表示的特点；浮点数据表示(包括表示形式、规格化、数据表示范围和IEEE754标准)及其应用；常见的数据校验方式(奇偶校验、海明校验和CRC校验)及其特点。

本章课堂教学学时5学时，建议学生课后学习5学时。

第3章运算器方法与运算器
本章的主要知识点包括整数和浮点数的运算方法；算术/逻辑运算单元ALU的设计；溢出检测及其实现。

本章课堂教学学时8学时，建议学生课后学习5学时。

第4章存储器层次结构
本章的主要知识点包括存储技术(SRAM、DRAM、ROM)及存储系统层次结构；存储期组织及其与CPU的链接；高速缓冲存储器及其在程序性能优化中的应用；虚拟存储器(重点掌握页式虚拟存储器和TLB的工作原理)；辅助存储器(RAID)。

本章课堂教学学时12学时，建议学生课后学习20学时。

第5章指令系统
本章的主要知识点包括指令格式及其设计；寻址方式；指令系统实例(以MIPS机为例) 本章课堂教学学时4学时，建议学生课后学习8学时。

第6章中央处理器
本章的主要知识点包括CPU的组成与功能；数据通路的概念；数据通路设计(单周期和多周期)；微程序控制器设计；硬布线控制器设计；流水线技术。

本章课堂教学学时10学时，建议学生课后学习20学时。

第7章系统总线
本章的主要知识点包括总线特性；总线事务的概念；总线结构；总线仲裁；总线操作；总线举例(PCI,USB);总线标准等。

本章课堂教学学时4学时，建议学生课后学习4学时。

第8章输入/输出系统
本章的主要知识点包括接口功能；常见I/O数据传送方式(程序查询、程序中断和DMA 方式)工作原理及其特点。

本章课堂教学学时4学时，建议学生课后学习4学时。

3.课程实验
实验一运算器组成实验
1、实验内容
使用74LS181运算器芯片和其他相关逻辑芯片，设计并实现支持有符号数和无符号数算术和逻辑运算、支持有符号数和无符号数的溢出检测等功能的运算器。

2、实验类型
3、实验的目的和要求
(1)理解有符号数和无符号数运算的区别；
(2)掌握溢出检测的原理和实现方法；
(3)理解基于补码的加/减运算实现原理；
(4)熟悉运算器的数据传输通路；
4、实验形式
(1) 2人一组。

(2)课内4学时,其余为课外学时,采用开放预约的方式。

5、实验考核
(1)现场验收并对实验内容进行提问。

(2)根据设计方案、实验结果、附加功能、操作熟练程度、现场检查和回答情况及实验报告质量等内容综合评定成绩。

实验二半导体存储器实验
1、实验内容
利用6116存储芯片和其它相关逻辑部件,设计并实现一个带奇/偶校验功能和满足容量要求的存储器，当出现奇/偶校验差错后数据冲突时，产生报警信号。

2、实验类型
综合性、设计型实验
3、实验的目的和要求
(1)掌握半导体随机读写存储器RAM的工作原理特性及其使用方法；
(2)掌握半导体存储器进行读写的过程及读写周期、时序等；
(3)掌握半导体存储器扩充的方法；
(4)掌握对存储数据进行奇偶效验的原理和方法；
(5)掌握总线操作的一些知识。

4、实验形式
(1) 2人一组。

(2)课内4学时,其余为课外学时,采用开放预约的方式。

5、实验考核
(1)现场验收并对实验内容进行提问。

(2)根据设计方案、实验结果、附加功能、操作熟练程度、现场检查和回答情况及实验报告质量等内容综合评定成绩。

实验三高速缓冲器实验
1、实验内容
在了解高速缓冲器（cache）的理论和技术的基础上，使用FPGA设计Cache控制器，并通过Cache读操作理解Cache控制器的工作原理
2、实验类型
3、实验的目的和要求
(1)熟悉相联存储器的工作原理和实现方法；
(2)掌握Cache的工作原理与实现方法；
(3)掌握FIFO替换算法的基本原理和实现方法；
(4)熟悉CPLD 应用设计及EDA 软件的使用。

4、实验形式
本实验为课外实验，采用开放预约的方式。

5、实验考核
(1)现场验收并对实验内容进行提问。

(2)根据设计方案、实验结果、附加功能、操作熟练程度、现场检查和回答情况及实验报告质量等内容综合评定成绩。

实验四微程序控制器实验
1.实验内容
在前两个实验的基础上，设计一个结合时序电路手动操作的控制器电路，与运算器和存储器一起实现指令的执行。

当初步设计好一个这样的简单系统后，先列出各种微命令，再规划一个简单的指令系统，最后形成一个完整的微指令表。

可以设计程序状态字的溢出标志位，从而可以支持溢出转移指令。

可以初步实现的指令有：算术加、算术减、或运算、异或运算、装数、空操作等指令。

然后在增加其他的指令，包括存数指令。

2、实验类型
综合性、设计型实验
3、实验的目的和要求
(1)掌握微程序控制器基本原理；
(2)巩固微程序、微指令、微命令等概念；
(3)掌握微指令、微程序、微程序控制器的设计及调试方法；
(4)通过单步方式执行若干条微指令；
(5)建立整机的概念。

4、实验形式
(1) 2人一组。

(2)课内4学时,其余为课外学时,采用开放预约的方式。

5、实验考核
(1)现场验收并对实验内容进行提问。

(2)根据设计方案、实验结果、附加功能、操作熟练程度、现场检查和回答情况及实验报告质量等内容综合评定成绩。