计算机组成原理

计算机组成原理

Computer organization principle

一．基本信息

课程代码：【B0121103】

课程学分：【4】

面向专业：本课程教学大纲适用于计算机科学与技术专业

课程性质：本课程是计算机科学与技术专业的一门重要专业基础课程，属于必修课程。在计算机硬件系列课中起着承上启下的重要作用，是核心的一环。

开课院系：【信息技术学院计算机科学与技术系】

使用教材：主教材【计算机组成基础，孙德文编著，机械工业出版社，2009年1月第1版】辅助教材【计算机组成原理，蒋本珊，清华大学出版社，2007年9月】

参考教材【计算机组成原理唐朔飞，高等教育出版社，2009年6月】

【计算机组成原理应用教材，王万生，清华大学出版社，2006年11月】先修课程：【计算机导论】、【数字逻辑电路】

并修课程：无

后续课程：【计算机接口技术】、【嵌入式系统】等

二．课程简介

《计算机组成原理》是计算机专业的一门核心专业基础课，在计算机专业各门课程中起着承上启下的作用，并占有重要地位和作用。学习本课程旨在使学生掌握计算机硬件各组成部件的原理及实现技术，建立计算机系统的整体概念和培养学生设计、开发计算机系统的能力。该课程为今后学习计算机接口技术、计算机体系结构、计算机网络、计算机并行处理、计算机分布式处理技术等后续专业课程课程打好基础。

《计算机组成原理》课程具有知识面广、内容多、难度大、更新快的特点。针对应用型本科生的已有基础知识和学习能力，在教学中着重计算机的基本原理、基本知识点的讲授，通过课堂教学和实践环节的训练，使学生掌握计算机各大部件的组成原理、逻辑实现、设计方法及其互连构成单机系统的技术，以达到教学目标。

本课程以冯．诺依曼机基本结构为主线，介绍计算机的基本组成和内部工作机制，主要讲授计算机系统概论、运算基础、数值的机器运算、存储系统和结构、指令系统、中央处理器、外围设备和输入输出系统和总线等内容。

三. 选课建议

本课程适用于信息技术系的计算机科学的4个专业方向。其前导课程《计算机导论》和《数字逻辑电路》为本课程打下必要的基础。

四．课程基本要求

通过本课程学习达到的教学目标是，使学生了解：计算机系统的逻辑实现，包括硬件部件的结构

及如何连接这些组件使它们成为一个计算机系统，最终掌握冯．诺依曼计算机系统的基本工作原理－存储程序控制思想。建立起计算机在CPU级和硬件系统级的整机概念。

本课程是实践性很强的课程，采用配套的计算机组成原理实验装置（DVCC实验机）开设相关章节的实验课程和课程设计的环节，使学生掌握计算机组成原理的基本知识点内容，培养学生综合运用所学计算机组成原理知识，分析和解决工程技术问题的能力。

五．课程内容

第一章计算机系统概论（3学时）

本章主要内容：

①计算机硬件的主要组成部分

②计算机的软硬件概念

③主要的性能技术指标

④计算机系统的层次结构

⑤计算机的发展概况及应用领域

⑥常用的概念和名词术语

本章重点：计算机硬件的组成、计算机系统层次结构；冯.诺依曼机“存储程序”的基本思想。

第二章运算基础—数值的机器级表示（8学时）

本章主要内容：

①数制

②机器数与真值

③定点表示法与浮点表示法

④字符与字符串的表示

⑤汉字编码

⑥校验码

本章重点：计算机中的常用数制及其之间的转换；带符号数的机器数的表示；机器数和真值之间的转换、浮点数的一般格式、IEEE754格式浮点数、数据校验码。

本章难点：补码的概念及其表示；机器数和真值之间的转换；IEEE754格式浮点数的表示。

了解：汉字编码其它信息的表示。

第三章数值的机器运算（11学时）

本章主要内容：

①定点数的加、减法运算和加、减法电路的实现

②定点数的乘、除法运算和乘、除法电路的实现

③逻辑运算

④定点运算器的基本结构与工作原理

⑤浮点数运算和浮点数运算器的实现

本章重点：定点数加法、减法的运算（包括运算规则、溢出判断）及其实现电路；定点数乘法、除法的运算（包括原码1位乘除法荷补码1位乘除法）及其实现电路；浮点数运算方法和浮点数加减运算器的实现。

本章难点：补码减法；硬件ALU的基本原理；乘除法运算的算法；先进并行加法器原理。

第四章存储系统和结构（9学时）

本章主要内容：

①存储系统的组成

②主存的组织与操作

③存储系统的层次结构

④高速缓冲存储器

⑤虚拟存储器

本章重点：半导体存储器的基本结构；主存的连接和控制；存储器的三级体系结构；Cache的工作原理、地址映象和替换策略；虚拟存储器的存储管理方式。

本章难点：计算机的主存储器的扩展和硬件接线；Cache的3种地址映象的访存过程；虚拟存储器的3种存储管理方式。

第五章指令系统（7学时）

本章主要内容：

①指令与指令系统

②介绍两类指令系统

③指令流程

本章重点：指令的寻址方式；指令操作码的编码；典型CPU的机器指令组成；单总线结构CPU和专用数据通路结构CPU的组成；基本指令的执行的流程。

本章难点：指令寻址方式的分析；80X86CPU指令的编码格式；单结构CPU中的指令流程。

第六章中央处理器（8学时）

本章主要内容：

①中央处理器的功能与组成

②硬连线控制器

③微程序控制器

④中断与异常处理

⑤中央处理器中流水线技术的基本概念

本章重点：中央处理器的功能及组成；硬连线控制器的结构和设计技术；微程序控制的基本思想、基本结构；微程序设计技术；中断和中断处理；流水线技术

本章难点：微程序控制的组成和工作原理；微程序的设计；中断响应和中断处理过程；流水线概念。

第七章I/O接口与外围设备（8学时）

本章主要内容：

① 常用输入设备和输出设备

② 外存储器

③ 外围设备与主机的定时方式和信息交换方式

④ 图形用户界面

本章重点：键盘、CRT显示器的工作原理；磁介质存储器的原理；外围设备和主机的信息交换送方式

本章难点：程序查询、中断、DMA和通道传送方式的接口电路和工作过程

第八章总线（4学时）

本章主要内容：