计算机组成与结构课程教学大纲

《计算机组成与结构》课程教学大纲

课程编号：00600411

课程名称：计算机组成与结构

英文名称：Principle of Computer Organization A

总学时：64

总学分：4

适用对象：计算机软件工程专业

先修课程：数字逻辑与数字系统设计，汇编语言程序设计

一、课程性质、目的和任务

本课程的学习目的之一是掌握计算机系统各部件的组成，从计算机系统的层次结构观点出发，准确地理解和掌握计算机系统的组成原理与内部运行机理，以及计算机系统软、硬件功能的合理分配。目的之二是从并行处理角度出发，研究流水技术和并行处理技术在计算机系统中的应用和实现方法，以实现计算机系统性能/价格的优化。本课程的任务是立足于系统设计者及逻辑实现者的角度，研究计算机系统的分析和设计方法；掌握并行处理技术在现代计算机系统中的应用和实现方法。

二、教学的基本要求

（1）了解计算机及其技术的重要发展过程；

（2）掌握计算机各部件的功能、组成和设计方法；

（3）在掌握部件原理和设计方法的基础上，分析各主要功能部件之间的联系，从层次结构观点出发理解计算机系统的原理；

（4）掌握研究流水技术和并行处理技术在计算机系统中的应用和实现方法

三、教学的基本内容

（1）计算机系统概论：计算机的分类和应用，计算机的硬件、软件组成及发展，计算机系统的层次结构，计算机系统、组成、实现的概念，计算机系统结构的分类。

（2）运算方法与运算器：数据在计算机里的存储格式、定点浮点的表示方法、汉字与字符串的表示、数据校验码；补码的加减运算、溢出测试及解决办法、基本的二进制加法器、十进制加法器；定点原码乘法、定点补码并行乘法；定点原码除法运算、并行除法器；ALU 原理、内部总线、定点运算器的基本结构；浮点加减法运算、浮点乘除法运算、浮点运算流水线。

（3）存储系统：存储器的分类、分级结构以及存储器的技术指标；SRAM、DRAM存储器组成，高性能的存储器；只读存储器和闪速存储器的原理；高速存储器中的双端口存储器、多模块存储器以及相联存储器；cache的基本原理、主存与cache的地址映射以及cache 的替换策略与写操作；虚拟存储器基本概念，段式、页式以及段页式虚拟存储器的原理；存储保护。

（4）指令系统：指令系统的发展与性能要求；指令的格式、指令和数据的寻址方式、

堆栈寻址方式；典型指令中的基本指令系统与精简指令系统。

（5）中央处理器：CPU的功能、组成、结构以及其中的主要寄存器作用；指令周期的基本概念、典型指令的指令周期；时序信号的作用与体制、时序信号产生器以及控制方式；微命令与微操作、微指令与微程序、微程序控制器、CPU周期与微指令周期的关系、机器指令与微指令的关系；微命令编码、微地址的形成、微指令格式、动态微程序设计；硬布线控制器；CPU中的并行处理技术、流水CPU的结构、流水线中的主要问题；RISC CPU，CPU性能评价。

（6）总线系统：总线的概念和结构、连接方式，总线的接口技术，接口的基本概念，总线的仲裁、总线定时以及总线的数据传送模式，PCI总线与ISA总线的简单介绍。

（7）外围设备：显示设备分类及有关概念、字符图形显示器、图像显示设备，磁记录原理与方式、硬盘驱动器和控制器，磁盘上的信息分布，硬磁盘机的组成、软磁盘的记录格式，磁盘存储的技术指标，光盘存储设备。

（8）输入输出系统：外围设备的定时与信息交换方式、程序中断方式的基本概念、多级中断与单级中断，DMA的基本概念、DMA传送方式、基本的DMA控制器，通道的功能、类型与发展，通用I/O标准接口。

（9）并行组织：并行性的概念、提高并行性的技术途径，单机、多机系统并行性的发展；互连网络的功能和特征，静态、动态互连网络；向量处理的基本概念，向量处理机的结构；阵列处理机的操作模型和特点，阵列处理机的结构；多处理机的特点和分类，多处理机的Cache一致性；机群系统的基本概念与结构。

四、各教学环节学时分配（建议）

五、推荐教材和教学参考书

1．教材：

《计算机组织与结构》（网络版），白中英、邝坚，科学出版社，2003年第1版。

2．教学参考书：

(1)《计算机组织也结构题解、题库与实验》, 白中英、杨春武,科学出版社,2004年第1 版。

(2)《计算机组成与结构》, 王爱英, 清华大学出版社, 2001年第3 版。

(3)《Computer Organization and Architecture Design for Performance》，William Stallings 著，清华大学出版社，1996年第4版。

(4)《计算机系统结构》（第二版），郑伟民、汤志忠，清华大学出版社，1998年第2 版。

大纲执笔者：李东江

大纲校对者：苏林萍

大纲审核者：夏宏

教研室主任：夏宏

制定日期：2009.5.14

《计算机组成与结构》实验教学大纲

课程编号：00600411

课程名称：计算机组成与结构

英文名称：Principle of Computer Organization A

课程类型：必修课、专业基础课

总学时/实验学时：64/16

应开学期：5

总学分：4

适用专业：计算机软件工程专业

先修课程：数字逻辑与数字系统设计、汇编语言程序设计、操作系统。

一、实验教学目的和任务

教学实验是本课程的重要教学环节。在教学实验中，学生将通过对数字计算机各基本组成部分的一个实际的逻辑实现进行现场的分解与综合以及对部分逻辑的设计、组装与调试，以理论联系实际的方式配合课堂教学，强化理论教学效果，提高学生的动手能力，培养学生独立思考精神和创新意识。通过实验学生将在处理实际技术问题方面，培养认真严谨的工程习惯和作风。

二、实验教学的基本要求

要求学生通过实验，深入理解计算机各部件的组成形式、逻辑结构及工作原理，掌握其结构特点、操作控制要领并实际体验基本的设计方法和技巧。熟悉各类仪器仪表的使用方法与技巧。实验数据记录应当完整，实验报告要求格式规范，对实验数据的正确性或实验结果要进行分析与论证。对实验中暴露的问题要进行总结。

三、实验项目的设置与内容提要