《计算机组成原理》教学大纲

《计算机组成原理》课程教学大纲

一、课程说明

1、课程简介

《计算机组成原理》是计算机类专业本科生必修的一门专业基础课，也同样适用于教育技术学、应用物理学、电子类和水利水电类及相关专业学生，也可作为信息类专业本科的专业选修课。本课程分为理论教学(62学时)和实验教学(10学时)两部分。本课程从计算机基本原理讲起，密切注意与当前计算机发展水平相结合。计算机软件和微电子是国家重点发展的目标之一，计算机软件运行在计算机上，微电子的水平体现在微处理器的设计和制造能力上，这就说明了这些专业的学生都需要学习这门课程，了解计算机硬件。在本课程中把计算机结构定义为系统程序员所能见得到的计算机硬件特性，计算机组成则是指计算机硬件的具体实现。

目前计算机的硬件设计已深入到微电子领域，作为计算机、电子和物理类专业的学生，今后会有一部分人从事硬件设计工作。有一些基础知识后，可在工作中进一步自学。

2、教学目的要求

通过本课程的学习，让学生深入了解计算机系统的组成，从系统结构的角度理解计算机系统各部分的工作原理，掌握CPU、内存储器子系统、I/O接口子系统的设计方法，了解计算机常用运算方法及典型电路，了解存储系统基本原理和基本I/O方式。最终具备简单CPU及其计算机系统设计、分析能力，并了解现代计算机系统设计与发展现状。

3、教学重点难点

重点：讨论了组成计算机的基本硬件部件，包括存储器、运算器、控制器、输入输出系统和连接它们之间的系统总线的构成、组织方式和工作原理，以及部件和单元的设计思想。

难点：如何以控制流和数据流为主线，将计算机的各大部件联系起来，建立整机概念。如CPU和存储器，CPU和I/O、存储器与I/O之间的逻辑关系，控制器如何控制每一条指令的执行过程，控制单元的设计思想和实现方案等。

4、教学手段及教学方法建议

本课程的教学方法主要采用课堂教学，其次是实验课教学。课堂教学以多媒体教学为主要手段，实验课的教学方法以实际动手演示、验证和设计操作。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。

5、考核方式

期末考试成绩=理论成绩(考试卷面成绩)*70%+平时成绩(平时作业和考勤)*30%

6、选用教材

王爱英主编.计算机组成与结构(第4版).清华大学出版社.2007年7月。

本书从计算机基本原理讲起，密切注意与当前计算机发展水平相结合，内容广泛，但仍力图贯彻少而精的原则。本书先后获得电子部和教育部的若干奖励，第3版被评定为精品教材。

7、教学参考书

[1] 王爱英主编.计算机组成与结构习题(第4版).清华大学出版社.2007年11月；

[2] 白中英主编.计算机组成原理(第4版).科学出版社.2008年1月；

[3] 白中英主编.计算机组成原理解题指南(第4版).科学出版社.2008年8月；

[4] 白中英主编.计算机组成与体系结构(第3版).科学出版社.2006年1月；

[5] 唐朔飞主编.计算机组成原理(第2版).高等教育出版社.2008年1月。

8、教学环节及学时安排(根据本课程实际情况填写)

二、教学内容

第一章计算机系统概述(2学时)

1、教学目标

了解计算机层次结构及语言间的转换；理解冯诺依曼提出的存储程序的概念；掌握计算机硬件的功能和软件的作用。

2、本章重点

计算机系统简介；计算机的基本组成；计算机的性能指标。

3、本章难点

计算机的组成与计算机的层次结构；计算机中三大语言之间的转换情况。

4、本章思考题及实训题目

(1)计算机硬件由哪几部分组成？各自的作用是什么？各部分之间是怎样联系的？

(2)计算机系统可分为哪几个层次？说明各层之间的特点及其联系？

5、讲授内容

第一节计算机的语言

第二节计算机的硬件

第三节计算机系统的层次结构

第四节电子计算机的发展简史

第五节计算机的应用

第六节计算机网络

一、计算机网络基础知识

二、局域网

三、广域网和网路协议(ISO/OSI基本参考模型、TCP/IP协议)

四、网络互连设备

*第二章计算机的逻辑部件(4学时)

1、教学目标

掌握双极型和MOS型三极管的伏安特性。三种基本逻辑电路以及它们的原理；力求做到线路的逻辑设计与计算机结合。

2、本章重点

布尔代数和基本的逻辑门电路；组合逻辑电路和时序逻辑电路。

3、本章难点

布尔代数和基本的逻辑门电路；组合逻辑电路和时序逻辑电路。

4、本章思考题及实训题目

(1)用两片74181构成8位带符号整数的加法器，设采用控制端M，S3—S0和Cn实现输入A=A7A6…A0与B=B7B6…B0之间的加减运算，结果为F=F7F6…F0，试写出判断溢出的逻辑表达式 (提示：假设按双符号位运算，当结构的两符号为不相同则为溢出) 。

(2)把4个寄存器的输出送到某一组输出线上，可使用四选一多路选择器，也可使用三态门。试问用四选一实现和三态门实现，对开门信号的要求有什么差别？

5、讲授内容

第一节计算机中常用的组合逻辑电路

一、三态门

二、异或门及其应用

三、加法器

四、算术逻辑单元

五、译码器

六、数据选择器

第二节时序逻辑电路

一、触发器

二、寄存器和移位寄存器

三、计数器

第三节阵列逻辑电路

一、只读存储器

二、可编程逻辑阵列(PLA)

三、可编程阵列逻辑(PAL)

四、通用阵列逻辑

五、门阵列、宏单元阵列和标准单元阵列

六、可编程门阵列

第三章运算方法和运算部件(6学时)

1、教学目标

掌握计算机中常见的信息编码和转换。二进制数的算术运算和逻辑运算。定点与浮点数的定义及表示范围。数据校验码的生成以及校验方法。

2、本章重点

计算机中信息的编码及转换；数值数据的表示情况和运算；十进制数的有权码和无权码；计算机运算部件及数据校验。

3、本章难点

数值型数据的表示和运算；计算机运算部件及校验码。

4、本章思考题及实训题目

(1)X=0.1101， Y=-0.1011 ，用原码一位乘法计算X*Y的积。

(2)X=-0.10110，Y=0.11111，用原码一位除法计算X/Y的商。

5、讲授内容

第一节数据的表示方法和转换

一、数值型数据的表示和转换

二、十进制数的编码与运算

第二节带符号的二进制数据在计算机中的表示方法及加减运算