《计算机系统结构》课程教学大纲
计算机组成原理课程教学大纲
《计算机组成原理》课程教学大纲
一、课程简介
课程编号：09464004
课程名称：[计算机组成原理]（Computer Organization and Principle）
学时64 学分 4
开课学期：6
参考教材：计算机组成原理（第三版），白中英，科学出版社：2000，11
开课对象：计算机类本科
先修课程：数字逻辑
内容提要：本课程以计算机的主要组成部分：运算器、存储器、控制器、输入输出设备和总线为线索，详细系统地讲解了各组成部分的工作原理，在此基础上整个计算机系
统的工作原理。
二、教学目的和要求
通过本课程的学习，使学生了解计算机系统的组织结构，计算机的工作原理，掌握ALU,组合逻辑控制器和微程序控制器等设计原理和方法，了解存储器、外设接口等工作原理，为《计算机系统结构》课程打下基础。
三、教学方法与教学手段
本课程的教学方法主要采用课堂教学，以多媒体教学为主要手段。
根据各章节的内容的特点因章节施教，启发式教学贯穿始终。
四、教学内容安排和教学要求
（教学要求：A——掌握；B——理解；C——了解）
五、建议实验项目及学时分配
1．运算器实验（2学时）
2．存储器实验（2学时）
3．微控制器实验（4学时）
4．基本模型机设计与实现（2学时）
六、教学参考书
1.计算机组成与结构，王爱英主编，清华大学出版社，1993
2.计算机组成原理，俸远帧，电子工业出版社，1989
起草人：刘宏申审核人：日期：。
《计算机系统结构》教学大纲
《计算机系统结构》教学大纲
一、《计算机系统结构》课程介绍
《计算机系统结构》是一门关注计算机系统结构的基础课程，旨在帮
助学生了解计算机系统的基础知识、原理与技术，从而更好地应用计算机
系统。
《计算机系统结构》的教学内容涵盖了计算机的历史发展、组成结构、原理与技术,如有穷结构、流水线、指令集、存储器设计、I/O控制、中央处理器的技术、系统设计、性能分析等等。
通过学习，学生能够掌握
计算机系统结构的基本概念、原理与技术，分析、设计、实现与操作计算
机系统，并能够理解计算机系统历史发展的趋势。
二、教学内容
1、计算机系统结构基础：计算机系统的发展趋势、硬件组成、系统
功能等；
2、计算机系统的组成单元：结构化系统设计、中央处理器、流水线
技术、存储器技术、I/O技术、指令系统等；
3、计算机系统的设计与技术：计算机系统的设计原则、计算机系统
的硬件、软件、通信设计与实施；
4、计算机系统的性能分析与优化：计算机系统的架构设计，性能指
标与评测模型，优化技术，内存优化；。
本科专业认证《计算机体系结构》教学大纲
《计算机体系结构》教学大纲课程名称：计算机体系结构英文名称：Computer Architecture课程编号：0812000485课程性质：选修学分/学时：2/32。
其中，讲授 32学时，实验 0学时，上机 0学时，实训 0学时。
课程负责人：先修课程：模拟电路，数字电路，计算机组成原理，汇编语言，操作系统，算法与程序设计方法一、课程目标通过本课程的教学，使学生先掌握计算机系统结构的基本概念，以及计算机系统结构的形成和发展过程，再以现代计算机系统结构为主线，掌握计算机系统结构的合成、存储系统结构、流水线结构、多处理机系统、RISC结构、分布计算环境结构及数据流计算机结构等现代计算机的系统结构，并了解软件对计算机系统结构的影响，最后了解现代计算机系统结构的最新发展。
本课程帮助学生了解计算机系统结构的基本概念，基本原理、基本结构、基本分析方法以及近年来的重要进展。
通过本课程的学习，达到以下教学目标：1. 工程知识1.1 掌握必要的计算机体系结构基础理论知识。
1.2 能够应用计算机体系结构理论知识解决复杂工程技术问题。
2. 问题分析2.1 能够理解并恰当表述计算机体系结构的实际问题。
2.2 能够找到合适的解决计算机体系结构实际问题的程序与方法。
2.3 在一定的限制条件下能够合理解决计算机体系结构方面的实际问题。
3．设计/开发解决方案能够运用计算机系统结构基础知识初步进行计算机系统的规划与设计并体现创新意识。
4. 研究4.1能够采用计算机系统结构理论知识进行研究并合理设计实验方案。
4.2具备采集有效数据的能力。
5. 使用现代工具能够正确运用工具与资源对计算机系统的性能提升等问题进行设计与实现。
6. 终身学习6.1具有自觉搜集阅读与整理资料的能力。
6.2了解计算机系统结构的发展前沿。
6.3具有终身学习的意识与能力。
二、课程内容及学时分配如表1所示。
三、教学方法课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、综合讨论、网络课程等共同实施。
《计算机组成原理》教学大纲
《计算机组成原理》教学大纲一、课程概述《计算机组成原理》是计算机科学与技术、电子信息工程等专业的一门重要基础课。
本课程主要介绍计算机的基本组成和工作原理，使学生全面了解计算机硬件体系结构，包括计算机历史发展、指令系统、CPU设计、存储器层次结构、输入输出系统、总线结构等内容。
二、教学目标1.了解计算机硬件的组成和工作原理。
2.理解计算机的历史发展过程，掌握计算机的分类和体系结构。
3.掌握计算机指令系统的设计原则和常见指令的执行过程。
4.熟悉CPU的基本组成和工作原理，能够设计简单的CPU。
5.理解存储器层次结构的原理，熟悉常见的存储器技术。
6.了解输入输出系统的原理和常见的接口技术。
7.掌握计算机总线的分类和工作原理。
三、课程具体内容及教学安排1.计算机硬件体系结构（2周）-计算机硬件的分类和功能-冯·诺依曼计算机体系结构-CISC和RISC指令集架构2.指令系统设计与实现（3周）-指令系统的基本要求-ISA的设计原则-MIPS指令系统设计与实现3.CPU设计与实现（4周）-CPU的基本结构和功能-数据通路和控制器的设计与实现-单周期CPU与多周期CPU的设计比较4.存储器层次结构（3周）-存储器的分类和特点-存储器的层次结构和映射方式- Cache的设计原理和优化策略5.输入输出系统（2周）-输入输出设备的分类和特点-输入输出接口的工作原理与设计-DMA和中断的处理机制6.总线结构（2周）-总线的分类和特点-总线的时序与仲裁机制-PCI和PCIe总线的基本原理四、教学方法1.理论授课：介绍计算机的基本原理和概念。
2.实践操作：通过实验课程，让学生动手操作实际的计算机硬件和软件，加深对计算机组成原理的理解。
3.讨论与研讨：组织学生进行小组讨论和报告汇报，共同探讨计算机组成原理的相关问题。
4.相关案例分析：通过实际案例分析计算机组成原理在实际应用中的作用和影响。
五、教材和参考书教材：参考书：1. 《计算机组成与设计：硬件/软件接口》（原书第4版）（Patterson和Hennessy编著）2. 《计算机组成与体系结构》（英文版）（David A. Patterson和John L. Hennessy编著）3.《计算机组成原理及其实践》（胡伟编著）六、评分方式1.平时成绩：包括出勤情况、作业完成情况和课堂表现等。
计算机科学与技术专业 本科课程教学大纲
一、课程名称：计算机科学与技术二、课程性质和目的1. 本课程是计算机科学与技术专业的基础课程，旨在为学生提供计算机科学与技术领域的基本理论和实践知识，培养学生的计算机科学与技术分析、设计和应用能力，使其具备扎实的计算机科学与技术基础，为将来的学习和科研打下坚实基础。
2. 通过本课程的学习，学生应该掌握计算机科学与技术领域的基本概念和原理，了解计算机系统的组成和运行原理，掌握常见数据结构和算法的设计和分析方法，熟悉计算机网络和数据库等基本应用技术，具备一定的计算机编程实践能力。
三、教学内容1. 计算机科学与技术概论1.1 计算机科学与技术的发展历程1.2 计算机科学与技术的基本概念和基本原理2. 计算机体系结构2.1 计算机硬件系统组成和功能2.2 计算机指令系统和执行过程3. 数据结构与算法分析3.1 基本数据结构：数组、链表、栈、队列、树、图等3.2 基本算法设计和分析方法4. 操作系统原理4.1 操作系统的基本概念和功能4.2 进程管理、文件管理、内存管理、设备管理等5. 计算机网络与通信5.1 计算机网络的基本概念和体系结构5.2 网络通信协议和技术6. 数据库原理与应用5.1 数据库的基本概念和组成5.2 数据库设计、查询语言和应用四、教学目标1. 掌握计算机科学与技术领域的基本理论和知识，具备扎实的计算机科学与技术基础；2. 具备较强的计算机编程和问题分析解决能力；3. 了解计算机网络和数据库等基本应用技术，具备一定的实践能力。
五、教学方式和方法1. 采用理论与实践相结合的教学方式，注重理论知识与实际应用相结合；2. 采用多种教学方法，如讲授、实验、案例分析、课程设计等；3. 强调实际操作和项目实践，培养学生的实际动手能力。
六、教材和参考书目1. 主教材：《计算机科学与技术导论》；2. 辅助教材：2.1 《计算机体系结构教程》；2.2 《数据结构与算法分析》；2.3 《操作系统原理与实践》；2.4 《计算机网络与通信》；2.5 《数据库原理与应用》。
《计算机系统结构》课程教学大纲
《计算机系统结构》课程教学大纲英文课程名称： Computer Architecture 课程编号：授课语言：中文学分：3课内学时：51 课程性质：专业课先修课程：计算机组成原理考试/考查：考试是否全英/双语课程：否一、课程定位和基本要求1.课程定位本课程是计算机专业和软件工程专业的一门重要专业课。
其目的是提高学生从总体结构、系统分析这一层次来研究和分析计算机系统的能力，帮助学生建立整机的概念；使学生掌握计算机系统结构的概念、原理、结构以及设计和分析方法，并对计算机系统结构的发展历史和现状有所了解。
2.课程教学目标课程教学目标1：掌握计算机系统结构相关的基本概念和计算机系统的设计方法，掌握定量分析的基本方法以及计算机系统的性能评测技术。
掌握计算机系统结构中并行性的发展。
课程教学目标2：理解指令集结构的分类及指令系统设计中应考虑的各种因素，掌握计算机指令系统的设计方法，掌握指令操作码的优化编码。
课程教学目标3：掌握流水线的基本概念、分类以及性能分析，掌握基本MIPS流水线的实现，掌握流水线中的各种冲突及其解决方法。
课程教学目标4：掌握向量处理机的基本概念、结构和性能评价方法。
课程教学目标5：掌握指令级并行的概念及其硬件开发方法，掌握Tomasulo算法以及动态分支预测技术。
课程教学目标6：掌握指令级并行开发的软件方法，包括基本指令调度、循环展开、全局指令调度（踪迹调度和超块调度）、静态多指令流出、显式并行指令计算；掌握开发循环级并行的方法，如软流水。
课程教学目标7：掌握多级存储层次，掌握Cache的组成及性能分析，掌握改进Cache 性能的方法；课程教学目标8：掌握磁盘冗余阵列RAID以及通道的工作原理和性能分析；课程教学目标9：掌握互连函数、互连网络的参数和性能指标，掌握静态互连网络和动态互连网络。
课程教学目标10：掌握多处理机系统的两种存储结构模型, 掌握实现多Cache一致性的监听法和目录法。
计算机教学大纲
计算机教学大纲一、引言在当今数字化时代，计算机教学已成为教育领域的重要组成部分。
为了提供更好的计算机教学，制定一份全面的教学大纲显得尤为重要。
本文将从课程目标、教学内容、教学方法和评估方式等方面，编写一份完整的计算机教学大纲。
二、课程目标1. 增强学生对计算机科学基本概念和原理的理解。
2. 培养学生的计算思维和问题解决能力。
3. 培养学生的信息素养和网络安全意识。
4. 提高学生的计算机操作和应用能力。
5. 培养学生的协作与沟通能力。
三、教学内容1. 计算机科学基础知识- 计算机体系结构- 操作系统原理- 数据结构和算法- 编程语言和软件开发基础2. 计算机应用技术- 办公软件的使用- 图像处理与设计- 多媒体技术与应用- 数据库管理与应用3. 信息安全与网络素养- 网络基础知识与应用- 网络安全风险与防范- 个人隐私保护与数字著作权意识4. 计算思维与问题解决能力- 算法设计与分析- 逻辑思维与思维导图- 程序设计思维与问题求解四、教学方法1. 讲授与示范：通过教师的讲解和演示，向学生介绍计算机原理、操作方法和应用技术。
2. 实践与操作：提供计算机实践环境，让学生亲自操作和实践，巩固所学知识。
3. 项目与实训：组织学生开展计算机应用项目和实训活动，培养学生的协作与实际应用能力。
4. 讨论与互动：通过讨论和互动，激发学生的思维，提高问题解决能力。
五、评估方式1. 课堂表现评估：包括出勤率、课堂参与度和学习态度等方面的评价。
2. 作业与实验成绩：根据学生完成的作业和实验报告进行评分，考察学生对知识的理解和实际应用能力。
3. 项目评估：对学生完成的实际应用项目进行评估，考察学生的团队协作能力和项目管理能力。
4. 考试评估：通过理论知识考试，测试学生对计算机科学基础知识的掌握程度。
六、总结本教学大纲旨在为计算机教学提供一个全面、系统的指导框架。
通过合理的课程目标、教学内容、教学方法和评估方式的设定，可以有效地提高学生的计算机科学素养和实际应用能力。
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《计算机系统结构》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码:课程名称：计算机系统结构英文名称：Computer Architecture课程类别: 专业课学时：72(其中实验18学时)学分: 3.5适用对象: 计算机科学与技术、网络工程专业考核方式：考试（其中平时成绩占30%，期末考试成绩占70%）先修课程：计算机组成原理、操作系统二、课程简介本课程是计算机专业一门重要的专业基础课，对于培养学生的抽象思维能力和自顶向下、系统地分析和解决问题的能力有非常重要的作用。
其目标是使学生掌握计算机系统结构的基本概念、基本原理、基本结构、基本设计和分析方法，并对计算机系统结构的发展历史和现状有所了解。
通过学习本课程，能把在“计算机组成原理”等课程中所学的软、硬件知识有机地结合起来，从而建立起计算机系统的完整概念。
This course is a computer professional important foundation for the professional class, for training students in abstract thinking, and top-down, System analysis and the ability to solve problems is a very important role. The goal is to enable students to master computer system structure the basic concepts, basic principles and basic structure, basic design and analysis methods and computer system architecture and the history of the development of an understanding of the status quo. Through the study of this course, can in "Principles of Computer Organization", y the school curriculum of the software and hardware knowledge combined organic, Computer systems in order to establish the integrity of the concept.三、课程性质与教学目的《计算机系统结构》的教学对象为计算机相关专业的高年级本科生专业技术基础课程，目的是介绍计算机体系结构的概念、技术和最新动态，着重介绍软，硬件功能分配以及如何最佳、最合理地实现软、硬件功能分配。
要求了解基本概念、基本原理、基本结构和基本分析方法。
使学生对计算机系统结构、组成和实现有一个整体掌握。
四、教学内容及要求第一单元计算机系统结构的基本概念（一）目的与要求1、掌握计算机系统的多级层次结构，掌握计算机体系结构、计算机组成与计算机实现的定义及三者之间的关系。
理解透明性、虚拟机的概念。
了解语言实现的两种基本技术。
2、理解系列机和软件兼容的基本思想。
3、了解计算机的分代和分型；了解应用需求和计算机实现技术的发展对体系结构的影响。
4、掌握存储程序计算机在体系结构上的主要特点。
了解对这种体系结构所作的改进。
5、掌握同构型多处理机、异构型多处理机和分布处理系统的定义和异同点。
6、了解计算机性能的若干定义。
知道估评计算机性能的测试程序。
7、掌握计算机体系结构设计的三个基本原则，并能熟练应用Amdahl定律和CPU性能公式求解问题。
（二）教学内容1．主要内容计算机系统结构（计算机系统结构层次、计算机系统结构定义、计算机组成与实现、计算机系统结构的分类）计算机系统设计技术（计算机系统设计的定量原理、计算机系统设计者的主要任务，计算机系统设计的主要方法）计算机系统结构的评价标准（性能、成本）2．基本概念和知识点计算机系统层次结构，系统结构、组成和实现三者之间关系，透明性，Amdahl定律，CPU性能公式，局部性原理，MIPS定义，MFLOPS定义，系统结构分类，冯.诺依曼计算机特征，计算机系统结构的发展，价格、应用、VLSI和算法对系统结构的影响。
3．问题与应用（能力要求）要求学生掌握计算机系统层次结构、系统结构、组成与实现的定义、系统结构、组成与实现的三者关系、计算机系统结构的分类、计算机系统设计的定量原理、计算机系统结构的评价标准，为进一步深入学习后继各章打下基础。
（三）实践环节与课后练习实践环节：实验一：Linux基本命令练习；实验二：Linux基本命令及C语言编程环境练习；实验三：CPU性能测试实验；实验四：编译器对系统性能的影响实验。
课后练习：布置一些关于计算机系统设计的定量原理和评价cpu性能的课后习题。
（四）教学方法与手段理论讲授、实验与课堂讨论相结合第二单元指令与寻址（一）目的与要求1、了解数据类型和数据表示。
2、掌握指令集结构的各种分类方法。
了解堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构和通用寄存器型指令集结构的优缺点以及三种通用寄存器型指令集结构的优缺点。
3、了解当前指令集结构中所使用的一些操作数寻址方式。
通过对基准程序进行测试统计，了解各种寻址方式的使用情况。
4、掌握指令集结构功能设计上的两种不同方向。
掌握CISC计算机指令集功能设计的目标、CISC结构存在的缺点。
掌握RISC计算机指令集结构的功能设计的目标与原则。
5、了解各种控制指令的定义、四种改变控制流程的操作及三种表示分支条件的技术。
6、掌握操作数类型与操作数表示的定义及表示方法，了解各种操作数类型、操作数类型大小。
7、掌握指令中两种表示寻址方式的方法。
8、了解DLX中的寄存器、数据类型、寻址方式和数据传送、指令格式及DLX中的操作。
（二）教学内容1．主要内容数据表示（数据表示与数据类型、浮点数据表示、自定义数据表示）寻址技术（编址方式、编织单位、零地址空间个数、输入输出设备的非线性编址、并行存储器的编址技术）定位方式（逻辑地址与物理地址、直接定位方式、静态定位方式、动态定位方式）指令格式的优化设计（指令的组成、操作码的优化表示、地址码的优化表示、指令格式设计举例）指令系统的功能设计（基本指令系统、复杂指令系统、精简指令系统）2．基本概念和知识点关于系统指令系统层的基本知识，包括数据表示、寻址技术、指令格式的优化设计、CISC指令系统和RISC指令系统等。
RISC的定义与特点,减少指令平均执行周期数方法。
指令流调整技术,延时转移技术指令取消技术, 重叠寄存器窗口技术。
3.问题与应用（能力要求）掌握指令集设计的原则，了解指令的分类、选择原则、指令的结构、操作数的寻址方式、指令长度对计算机系统的影响，掌握RISC计算机的设计思想。
（三）实践环节与课后练习实践环节：实验一：熟悉WinDLX的使用；课后练习：布置一些关于计算定点和浮点数表示范围、设计浮点数格式、Huffman扩展编码法、分析和设计指令格式的课后习题。
（五）教学方法与手段以理论讲授为主结合实验及习题课。
第三单元存储系统（一）目的与要求1、理解多级存储层次的思想及其作用；掌握存储层次的三个性能参数的定义及计算方法。
2、掌握“Cache－主存”层次、“主存－辅存”层次及其区别；理解存储层次的四个问题。
3、掌握全相联映象、直接映象以及组相联映象的思想和特点；理解路数和组数的概念及其关系。
4、掌握在各种映象规则的情况下Cache的查找方法。
掌握随机法、先进先出、LRU 等替换算法。
5、理解Cache对“写”操作的处理方法。
6、掌握CPU时间的计算方法，并能灵活运用于实例进行分析计算。
7、理解改进Cache性能的三个方面。
8、掌握减少命中时间的三种方法及其基本思想。
9、掌握提高主存性能的四种方法（增加存储器宽度、多体交叉存储器技术、独立存储体技术、避免存储体冲突）。
10、理解虚拟存储器的特点及有关虚拟存储器的４个问题；掌握快表的概念；了解页面大小的选择。
（二）教学内容1．主要内容存储系统（存储系统的定义、存储器的层次结构、频带平衡、并行存储器）虚拟存储器（虚拟存储器工作原理、地址的映象与变换、加快内部地址变换的方法、页面替换算法及其实现、提高命中率的方法）高速缓冲存储器（基本工作原理、地址映象与变换方法、Cache替换算法及其实现、Cache的性能分析）三级存储系统（虚拟地址Cache、全Cache技术）2．基本概念和知识点存储子系统的定义、原理和性能参数分析和设计，并行存储器原理和性能分析，高速缓冲存储器工作原理、地址映像和地址变换方法原理及其实现、数据块替换算法及其实现、数据一致性保持及其实现，虚拟存储器工作原理、地址映像和地址变换原理及其实现、页面替换算法及其实现，虚拟存储器和Cache存储器性能分析和设计方法，页面或数据块替换的进程足迹，三级存储系统工作原理。
3.问题与应用（能力要求）掌握存储器的层次结构，学会分析如何利用局部性原理提高Cache/主存储器、主存/虚拟存储器的性能。
不但掌握虚拟存储器和高速缓冲存储器的硬件原理，而且要掌握其分析方法和设计方法。
（三）实践环节与课后练习实践环节：实验一：基于Cache的矩阵乘积算法性能改善实验；课后练习：布置一些关于计算存储系统的性能参数（容量、速度和价格）、并行存储器的分析和设计以及和页式、虚拟存储器相关的课后习题。
（四）教学方法与手段以理论讲授为主结合分组讨论、实验及习题课。
第四单元输入输出系统（一）目的与要求1、掌握输入/输出系统的基本概念；了解与I/O有关的问题、设计I/O的三个标准。
2、了解磁盘的基本结构与性能公式；了解半导体盘、盘阵列RAID、磁带、光盘等各种存储设备。
3、掌握总线的基本工作原理及其分类。
了解总线的三个常用的参数、总线标准和实例。
4、掌握通道处理机的定义。
掌握通道的作用和功能、通道的工作过程、通道的种类以及通道的流量计算。
5、了解I/O与计算机的连接方式以及由此引起的数据的一致性问题。
6、了解设计I/O系统的步骤以及I/O对计算机性能的影响。
（二）教学内容1．主要内容输入输出原理（输入输出系统的特点、输入输出系统的组织方式、基本输入输出方式）中断系统（中断源的组织、中断系统的软硬件功能分配、中断屏蔽）通道处理机（通道的作用和功能、通道的工作过程、通道种类、通道中的数据传送过程、通道的流量分析）输入输出处理机（输入输出处理机的作用、输入输出处理机的种类、输入输出处理机的特点）2．基本概念和知识点输入输出原理、输入输出系统的组织方式、中断系统、通道处理机、输入输出处理机。