《计算机组成原理I》课程教学大纲

Foundation of Computer Organization Principle I

课程编号: 130301028

学时: 64（理论:54  实验：10）     学分:4

适用对象：计算机类各专业、数字媒体技术专业、医学信息学专业等

先修课程：大学物理、数字逻辑

一、课程的性质与任务：

《计算机组成原理》是计算机专业一门重要的专业基础课，是计算机科学与技术专业及软件工程专业的必修课程。通过本课程的学习，使学生掌握计算机系统的组成和工作原理，建立起计算机系统的整机概念，为其他专业课的学习奠定基础。

二、教学目的和要求

本课程的教学目的是：从计算机的基本概念、基本组成及基本功能着手，对计算机的各个基本组成部件的工作原理进行讨论，使学生掌握有关硬件的基本知识，尤其是各基本组成部件有机连接构成整机系统的技术，为培养学生对硬件系统的分析、设计和开发能力奠定基础。

掌握数字化信息编码及运算方法，运算器的逻辑构成；熟悉半导体存储器、磁表面存储器基本原理，掌握存储体系构成；掌握寻址和指令系统；熟悉中央处理器组成、时序控制方法，掌握控制器设计技术；熟悉系统总线和I/O系统。

三、教学内容

第一章 计算机系统概述（4学时）

1、基本内容

计算机的发展、分类及其应用；计算机的硬件及软件；计算机系统的主要部件及其层次结构

2、教学基本要求

了解：计算机的发展、分类及其应用；计算机的硬件及软件；

理解：计算机系统的主要部件及其层次结构

3、教学重点难点：计算机系统的基本组成，计算机的工作过程

第二章  计算机的逻辑部件（4学时）

1、基本内容

计算机中常用的组合逻辑电路；时序逻辑电路；阵列逻辑电路；

2、教学基本要求

掌握：三态门、加法器、译码器、数据选择器等组合逻辑电路；触发器、寄存器、计数器等时序逻辑电路；

了解：ROM、GAL、FPGA等阵列逻辑电路

3、教学重点难点：加法电路，译码电路，并行快速进位

第三章  运算方法和运算器 （12学时）

1、基本内容

数据与文字的表示方法；定点加法、减法运算；定点乘法运算；定点除法运算；定点运算器的组成；浮点运算方法和浮点运算器。

2、教学基本要求

熟练掌握：定点乘法运算；定点除法运算；定点运算器的组成；

掌握：定点加法、减法运算；浮点运算方法和浮点运算器；

了解：数据与文字的表示方法；

3、教学重点难点：定点数加、减、乘、除运算方法，数据校验的方法

第四章 存储系统 （10学时）

1、基本内容

存储器概述；随机读写存储器；只读存储器和闪速存储器；半导体存储器的组成与控制；多体交叉存储器；高速缓存（cache）；虚拟存储器。

2、教学基本要求

熟练掌握：半导体存储器的组成与控制；存储容量的扩展；

掌握：半导体随机和只读存储器工作原理；高速缓存（cache）与虚拟存储器的构成和工作原理；

3、教学重点难点：地址译码  存储器容量的扩展 半导体存储元件的存储原理地址译码  存储器容量的扩展

第五章 指令系统 （6学时）

1、基本内容

指令格式；指令及数据的寻址；指令系统；典型指令系统；

2、教学基本要求

熟练掌握：指令的格式及操作码的扩展；指令及数据的寻址；指令系统；

了解：典型指令系统

3、教学重点难点：指令和数据的寻址方式，指令格式设计

第六章 中央处理器 （12学时）

1、基本内容

中央处理器组成及其功能；控制方式及时序控制；熟悉数据通路；控制器组成及CPU控制流程；微程序控制器及微程序设计技术；熟悉组合逻辑控制器和PLA控制器；流水线处理机的基本机理及工作过程

2、教学基本要求

熟练掌握：中央处理器组成及其功能；控制方式及时序控制；控制器组成及CPU控制流程；微程序控制器及微程序设计技术；组合逻辑控制器和PLA控制器；

掌握：数据通路；流水线处理机的基本机理及工作过程

3、教学重点难点：CPU功能和组成  基本结构处理器的指令执行过程，微程序控制器设计技术  流水处理器

第七章 I/O 系统 （6学时）

1、基本内容

   I/O编址；I/O设备数据传送控制方式：程序直接控制方式、中断控制方式、DMA方式；总线。

2、教学基本要求

熟练掌握：I/O编址；中断控制方式、DMA方式；

理解：总线。

3、教学重点难点：中断概念，中断方式，中断处理过程

 

四、教学环节与学时分配

序号	教学内容	总学时	其    中				课外辅导/ 课外实践	备  注
			讲课	实验	上机	其他
1	计算机系统概述	4		2
2	计算机的逻辑部分	4
3	运算方法和运算器	12		2
4	存储系统	10		2
5	寻址方式和指令系统	6		2
6	中央处理器	12		2
7	I/O系统	6

五、教学中应注意的问题：无

六、实验/实践内容：详细内容见计算机组成原理实验大纲

七、考核方式：考试

八、教材及主要参考书：

［1］王爱英《计算机组成与结构》清华大学出版社　　   2007年７月　

［2］唐朔飞《计算机组成原理》  哈尔滨工业大学出版社2005年9月

[3] 潘雪增《计算机组成与设计》浙江大学出版社，     2004年1月

九、教改说明及其他：注重培养学生的综合应用能力和创新精神

 

《计算机组成原理I》课程实践教学大纲

Foundation of Computer Organization Principle I

课程编号: 130301028

课程类别：非独立开设实验课程

学时: 64（理论:54  实验：10）     学分:4

适用对象：计算机类各专业、数字媒体技术专业、医学信息学专业等

先修课程：大学物理、数字逻辑

一、课程的性质与任务

《计算机组成原理》实验主要配合《计算机组成原理》课程的课堂教学，使学生对计算机各部件的工作原理、逻辑实现，设计方法以及相互联接构成整机技术有较清晰的概念。通过本实验课程的学习，要求学生掌握上述内容并具有一定的动手能力，以便给后续课程打下基础。为正确利用计算机从事科学研究、工程设计、数据处理及自动控制等方面的工作积累技术基础知识。

二、教学的目的与要求

通过本实验课程的学习，要求学生掌握计算机各部件的工作原理、逻辑实现，设计方法以及相互联接构成整机技术有较清晰的概念，并具有一定的动手能力，以便给后续课程打下基础。

本实验课程要求学生对每个实验做好预习工作并写好预习实验报告以备实验前检查，在实验中认真操作并记录好实验数据。对于综合性实验，应认真设计并组装、调试，并通过教师的检查验收。对每个项目必须写一份规范的实验报告。

三、考核方式及办法：

考勤：20％    实验报告：80％

计算机组成原理实验箱(TEC-8)

 

四、实验项目名称与学时分配：

《计算机组成原理》实验安排一览表

序号	实验项目名称	学时分配	必开或 选开	实验类型	分组人数
1	运算器实验	2	必开	验证	2
2	存储器实验	2	必开	验证	2
3	数据通路实验	2	必开	综合	2
4	微程序控制器实验	2	必开	设计	2
5	CPU组成实验	2	必开	综合	2

 

五、实验项目的具体内容：

实验一   运算器实验

1. 本次实验的目的和要求 

熟悉计算机组成原理实验平台TEC-8的运算器，理解其工作原理。

1. 实践内容或原理

了解运算器芯片的内部组成和工作原理，掌握运算器计算的方法和过程。

1. 需用的仪器、试剂或材料等

计算机组成原理实验平台TEC-8。

1. 实践步骤或环节

1）认识运算器芯片；2)了解其工作原理；3)使用其来设计并实现加法运算。

1. 教学方式

互动教学，老师先演示讲解，学生动手操作，老师指导答疑。

1. 考核要求

了解运算器芯片的内部组成和工作原理，掌握运算器计算的方法和过程。

1. 实践教学报告要求

       本实验要求学生对每个实验做好预习工作并写好预习实验报告以备实验前检查，在实验中认真操作并记录好实验数据，并通过教师的检查验收，对每个项目必须写一份规范的实验报告。

实验二   存储器实验

1. 本次实验的目的和要求 

熟悉计算机组成原理实验平台TEC-8的存储器。

1. 实践内容或原理

了解实验平台存储器芯片的构成和工作原理，掌握其进行存储读写操作的具体过程和方法。

1. 需用的仪器、试剂或材料等

计算机组成原理实验平台TEC-8。

1. 实践步骤或环节

1）认识实验平台存储器芯片的构成；2)理解其工作原理；3)实现数据的存入和读出操作。

1. 教学方式

互动教学，老师先演示讲解，学生动手操作，老师指导答疑。

1. 考核要求

熟悉计算机组成原理实验平台TEC-8的存储器，掌握其进行存储读写操作的具体过程和方法，并实现对存储容量的扩展。

1. 实践教学报告要求

       本实验要求学生对每个实验做好预习工作并写好预习实验报告以备实验前检查，在实验中认真操作并记录好实验数据，并通过教师的检查验收，对每个项目必须写一份规范的实验报告。

实验三   数据通路实验

1. 本次实验的目的和要求 

在前两次实验基础上，将运算器、寄存器和存储器组成数据通路，实现寄存器与存储器之间数据的读写。 

1. 实践内容或原理

了解数据通路各部分的的硬件组成、功能特性、操作方法及使用注意事项，寄存器与存储器之间数据的读写。

1. 需用的仪器、试剂或材料等

计算机组成原理实验平台TEC-8。

1. 实践步骤或环节

1）认识数据通路的硬件；2)操作相应开关按钮，连接线路；3)开机实验，记录实验结果。

1. 教学方式

互动教学，老师先演示讲解，学生动手操作，老师指导答疑。

1. 考核要求

熟悉计算机组成原理实验平台TEC-8。

1. 实践教学报告要求

       本实验要求学生对每个实验做好预习工作并写好预习实验报告以备实验前检查，在实验中认真操作并记录好实验数据，并通过教师的检查验收，对每个项目必须写一份规范的实验报告。

实验四   微程序控制器实验

1. 本次实验的目的和要求 

熟悉计算机组成原理实验平台TEC-8控制器的内部构成和工作原理。

1. 实践内容或原理

熟悉计算机组成原理实验平台TEC-8控制器的内部构成和工作原理，掌握控制器控制计算机其他各部件工作的过程和方法。

1. 需用的仪器、试剂或材料等

计算机组成原理实验平台TEC-8。

1. 实践步骤或环节

1）认识实验平台控制器芯片的内部结构；2)理解其工作原理；3)记录控制器给出的微指令的全部控制信号。

1. 教学方式

互动教学，老师先演示讲解，学生动手操作，老师指导答疑。

1. 考核要求

熟悉计算机组成原理实验平台TEC-8控制器的内部构成和工作原理，掌握控制器控制计算机其他各部件工作的过程和方法。

1. 实践教学报告要求

       本实验要求学生对每个实验做好预习工作并写好预习实验报告以备实验前检查，在实验中认真操作并记录好实验数据，并通过教师的检查验收，对每个项目必须写一份规范的实验报告。

实验五  CPU组成实验

1. 本次实验的目的和要求 

熟悉计算机组成原理实验平台TEC-8的指令系统，将模型机组成一台完整计算机，并运行汇编语言编写的简单应用程序。

1. 实践内容或原理

了解实验平台的指令系统，学会使用其汇编语言编写简单程序。

1. 需用的仪器、试剂或材料等

计算机组成原理实验平台TEC-8。

1. 实践步骤或环节

1）熟悉实验平台的指令系统；2)了解其汇编语言；3)编写简单应用程序。

1. 教学方式

互动教学，老师先演示讲解，学生动手操作，老师指导答疑。

1. 考核要求

熟悉计算机组成原理实验平台TEC-8的指令系统和汇编语言。

1. 实践教学报告要求

       本实验要求学生对每个实验做好预习工作并写好预习实验报告以备实验前检查，在实验中认真操作并记录好实验数据，并通过教师的检查验收，对每个项目必须写一份规范的实验报告。

 

六、实践教学中应注意的问题

1．组织管理的要求：

因实验设备数量有限，要求各班级学生分组分批做实验。

2．对教师的要求：认真做好实验前的准备，并对实验内容步骤详细讲解演示。

3．对学生的要求：要求学生对每个实验做好预习工作并写好预习实验报告以备实验前检查，在实验中认真操作并记录好实验数据，并通过教师的检查验收，对每个项目必须写一份规范的实验报告。

4．对教学基地、实验室和实验员的要求：保证实验设备的正常运行。

七、教材及主要参考书

选用教材：

《计算机硬件综合实验系统实验指导书》，杨春武、张改革等，清华大学科教仪器厂，2016.08

八、教改说明及其他

增加实验设备数量，改善实验设备质量，以能够开出更多自选实验和扩展实验，实现学生综合应用能力和创新能力的培养.

                                                      

《计算机组成原理I》课程考试大纲

课程编号: 130301028

总学时: 64（理论:54  实验：10）     

学分:4

• 考试对象：

修完本课程所规定的各专业学生。

二、考试目的

考核完成《计算机组成原理I》专业基础课的学生，通过本课程的学习，掌握计算机系统的组成和工作原理情况，是否建立起计算机系统的整提概念，为其他专业课的学习奠定基础。

三、考试要求

《计算机组成原理I》是计算机学科本科教学中的一门重要专业基础课。在计算机学科的教学计划中占有重要地位和作用。课程考试要求学生掌握计算机硬件各子系统的组成原理及实现技术，建立计算机系统的整体概念，考察学生设计开发计算机系统的能力。

四、考试内容与要求

第一章 计算机系统概述  

分值：5-10分

1、考核知识点

计算机系统的基本概念及基本结构

2、考核要求

了解计算机系统的基本概念及基本结构

第二章 计算机的逻辑部件

分值：5-10分

1、考核知识点

逻辑门，组合逻辑电路，时序逻辑电路

2、考核要求

熟悉掌握：逻辑运算及逻辑门的实现，P函数，G函数

掌握： 加法器、译码器、寄存器和计数器等逻辑电路的工作原理

第三章 运算方法与运算部件

分值：15-20

1、考核知识点

进位计数制，数字的编码，数字的运算，数据的校验方法

2、考核要求

熟悉掌握：数字的编码和运算，数据的校验方法

第四章 主存储器

分值：10-15分

1、考核知识点

存储器概述，随机可读写存储器和只读存储器的结构及工作原理

2、考核要求

熟练掌握：随机可读写存储器和只读存储器的结构及工作原理

第五章 指令系统

分值：10-15分

1、考核知识点

指令系统概述，指令的编码，寻址方式

2、考核要求

掌握：指令的编码，寻址方式

第六章  中央处理器

分值：15-20分

1、考核知识点

中央处理器组成及其功能，控制器组成及CPU控制流程，微程序控制器及微程序设计技术，组合逻辑控制器

2、考核要求

熟练掌握：控制器组成及CPU控制流程，微程序控制器及微程序设计技术，组合逻辑控制器

第七章 存储系统

分值：5-10分

1、考核知识点

高速缓冲存储器，虚拟存储器

2、考核要求

掌握：高速缓冲存储器和虚拟存储器的工作原理

第八章 输入输出系统

分值：5-10分

1、考核知识点

输入/输出系统概述，数据的传送方式

2、考核要求

掌握：程序查询方式，DMA方式，程序中断方式

• 考试方式及时间

考试方式：“闭卷理论考”，考试时间：110分钟

• 考试题型结构及分值分布

单项选择题：30%      填空题：20%

简答题：30%     计算分析题：20%

• 成绩综合评定办法

（1）考试成绩：

考试成绩占总成绩的70%

（2）平时成绩：

平时成绩占总成绩的30%，以作业、考勤和实验操作为主，其中作业考勤占10%，实验成绩占20%

（3）综合成绩中平时成绩及期末考试成绩所占比例:

总评成绩=平时成绩X 30%+期末考试成绩X 70%

八、教材及主要参考书

1、选用教材：

［1］王爱英《计算机组成与结构》清华大学出版社　　2007年７月　

［2］王诚《计算机组成原理实验指导书》清华大学出版社，2002年02

2、主要参考书：

［1］潘雪增《计算机组成与设计》浙江大学出版社，     2004年1月

［2］唐朔飞《计算机组成原理》  哈尔滨工业大学出版社2005年9月