《计算机组成原理》课程教学大纲ComputerOrganization信息技术系课程类别

《计算机组织原理》课程大纲 计算机组织 信息技术系 课程类别 必修课 修订时间 2010年12月 学分 3 总学时 54 理论 42 实验/计算机工作 12 课程介绍 《计算机组织原理》是本专业主要的重要基础课计算机科学系。主要描述独立计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构和相互连接，包括数字的表示和运算、指令系统的一般组成、数据通路和指令控制程序，以及对数字的控制。控制器。设计、微程序设计原理、内存层次结构、总线互连、中断和输入输出组织等，为后面课程的学习准备了必要的硬件基础知识。在此前提下，既要保证教学内容的先进性，又要在教学内容中涉及当前计算机作文的最新成果。课程大纲一、 课程性质与任务：《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业的核心专业基础课，在众多课程中占有举足轻重的地位。这是一门技术性、工程性和实践性很强的课程。通过学习本课程，您可以了解计算机的一般组成原理和内部运行机制，为学习本专业后续课程和开展硬件相关技术工作打下坚实的基础。本课程的任务是使学生掌握常用计算机逻辑器件、元器件的原理、参数和使用方法，学习简单完整的单机基本组成原理，学习计算机设计的入门知识，掌握维护和使用 基本的计算机技能。

二、 课程目的及基本要求：《计算机组织原理》课程要求学生掌握以下几个方面： 1. 精通：逻辑器件的原理、参数和参数及计算机常用组件的使用方法；计算机中数据信息和控制信息的基本表示形式；计算机中数据的四种运算方法和逻辑实现；计算机硬件系统中主要功能部件的工作原理和组成原理。2. 掌握单台计算机的内部运行机制和维护和使用计算机的基本技巧。3. 掌握现代计算机的一些核心技术：流水线、缓存、并行等。硬件设计与调试。4. 了解计算机系统的最新发展，培养学生分析和解决问题的能力，最终达到独立设计完整计算机的水平。作业：每章安排3-5个习题，巩固学生的学习效果，促进思维，培养学生的设计能力。将进行期中测验，以检查学生对所学知识的掌握情况。考试：《计算机组织原理》期末考试的目的是考核学生对计算机构成原理的基本理论、基本知识和基本技能的掌握情况，以及运用所学知识解决实际问题的能力。学会。试题应反映课程的主要内容和要求，试题内容可以涵盖教材的所有章节。正常成绩（作业和实验）占30%，期末考试占70%。三、先修课程：高等数学、大学物理、模拟电子技术、数字逻辑、汇编语言等。四、专业：计算机科学与技术五、本课程与其他课程的链接： 《计算机组成原理》是计算机专业本科生必修的硬件基础专业课。其先修课程包括数字逻辑、汇编语言程序设计等，后续课程包括计算机系统结构、微机系统与设计、微机接口技术、

六、教学内容安排、要求、课时分配及作业：第一章计算机系统概论（2学时）1.计算机分类与应用2.计算机硬件与软件3.计算机系统的层次结构教学要求：理解：计算机系统的层次结构。了解：计算机的分类与应用，计算机软硬件的组成与发展。作业：1.数字计算机是如何分类的，依据是什么？2. 术语解释：存储容量、单元地址、数据字、指令字。3. 包括哪些类型的计算机系统软件，并说明其用途。第二章，运算方法与计算单元（1课时）1、数据表示法2、定点加减法3.定点乘法4.定点除法5.定点Point Calculator6. 浮点运算方法与浮点运算教学要求：掌握：数据表示、定点与浮点运算。理解：运算器的功能和组成，运算器的工作原理，校验码。理解：算术单元的设计。赋值：1. 将十进制数 27/64 表示为 IEEE754 标准中的 32 位浮点归一化数。2. 知道x=0.11011，y=-0.11111，用变形补计算xy，并指出运算结果是否溢出。3.已知x=0.11011, y=-0.11111 分别使用原码数组乘数和补数组乘数计算x×y。4. 已知 x=2-011×0.100101, y=2-010×(-0.011110), 设置命令代码为 3 位，尾数 6数字，根据浮点计算方法，完成计算[x+y]，[xy]。

第三章存储系统（1课时）1.内存概述2.随机读写内存3.只读内存4.闪存5.高-高速内存6.缓存；7.虚拟存储8. 存储保护教学要求： 硕士：主要存储组成与设计。Cache内存的工作原理。理解：随机读写内存、只读内存、闪存、高速内存和虚拟内存的工作原理。理解：存储的分类、分类和技术指标。作业： 1. 有一个24位地址和8位字长的存储器。问题：①内存可以存储多少字节的信息？②如果内存为4M×1bit RAM芯片，需要多少芯片？③片选需要多少位？2. 某个SRAM芯片有17位地址线和4位数据线。该芯片作为32位字长处理器组成1M×32位存储器，采用模块化板卡结构。问：①如果每块模块板是256K×32bit，需要多少块板？②每块板需要多少这样的芯片？③构成的内存需要多少这样的芯片？④需要多少地址线，分别完成什么功能？3、某个DRAM芯片内部的存储单元是128×128的结构。芯片必须至少每 2ms 刷新一次，刷新是通过对所有 128 行存储单元依次进行内部读写操作来实现的。设内存周期为 500ns。刷新成本是多少（即刷新操作所花费的时间百分比）。

4. 计算机系统的内部存储器由高速缓存和主存储器组成。缓存的访问周期为45ns，主存的访问周期为200ns。众所周知，在给定的时间内，CPU访问内存4500次，其中340次访问主存。Q：缓存命中率是多少？②CPU访问内存的平均时间是多少？③Cache-主存系统的效率如何？第四章指令系统（2课时）1.指令系统开发，指令格式2.寻址方式，堆栈寻址方式，典型指令教学要求： 硕士：指令格式和寻址方式。理解：指挥系统的设计。了解：指令的分类，指令系统的开发，CISC和RISC的概念和特点。赋值：1.指令格式结构如下图，试分析指令格式和寻址方式特点。1510 974 30OP-Source register 变址寄存器位移（16）2. 某台机器的16位单字长访问指令格式如下： 42118OPM1XA 其中A为正式地址，并表示补码（盲符号位）； I 表示直接/间接寻址方式：I=1 表示间接寻址，I=0 表示直接寻址方式； M 表示寻址方式：0 表示绝对寻址，1 表示基址寻址，2相对寻址，3为立即寻址；X为变址寻址，分别设置PC，Rz，Rb，指令计数器，变址寄存器，基地址寄存器，E为有效地址，试回答以下问题： ①这个指令格式可以定义多少种不同的操作？立即数的寻址范围是多少？②在非间接寻址的情况下，写出计算有效地址的表达式。

③设置基地址寄存器的14位，确定非索引直接基地址寻址时可寻址内存的地址范围。④间接寻址的寻址范围是多少？3. 机器的指令格式如下： 1510 98 70 Opcode XDD：位移X：寻址特征位 X=00：直接寻址；X=01：用变址寄存器X1变址；X=10：使用索引寄存器X2进行索引；X=11：相对寻址；set (PC)=1234H, (X1）=0037H, (X2）=1122H (H代表16进制)，请确认以下指令的有效地址。4420H②2244H③1322H④3521H⑤6723H第五章中央处理器1学时）1.CPU功能及组成2.指令周期3.时序生成4. 微程序控制器与设计技术5.Hard-wired Controller6.Flow CPU, RISC CPU 7. 多媒体CPU 教学要求：硕士：指令周期。CPU 组成和功能的基础知识。微程序控制器的工作原理。理解：时序信号的作用。微程序控制器的设计原理。理解：硬接线控制器。传统CPU、流水线CPU、RISC CPU和多媒体CPU。作业：1.已知某台机器采用微程序控制方式，其控制内存容量为512×48（位）。微程序可以在整个控制存储器中传输。有 4 个传输控制条件。微指令采用横向格式。后续的微指令地址采用谓词方式计算机原理教案下载，

微指令字段区分测试字段下的地址字段微指令的三个字段应该是多少位？2、一台32位计算机共有52个微操作控制信号，构成5个互斥的微指令组，每组分别包含4、5、15、20条微指令。已知可以确定的外部条件有CY和ZF两种，微指令的字长为29位。①给出采用谓词法的横向微指令格式。②求控制存储器的容量第六章总线系统（课时）1.总线概念与结构2.总线接口3.总线仲裁、时序和数据传输方式4. PCI总线教学要求： 掌握：总线的基本概念和连接方法。总线接口。理解：总线的仲裁、时序和数据传输方式。了解：PCI总线、ISA总线和Futurebus+总线。作业：1. 同步通信比异步通信传输频率高的原因是因为同步通信A.不需要响应信号。B. 总线长度较短。C. 使用公共时钟信号进行同步。D.各个组件访问时间更接近2.地址线在系统总线中的作用是A.选择主存单元地址B.选择信息传输的设备C.选择外存地址D .指定主存和I/O设备接口电路地址3.系统总线中控制线的作用是A。

理解：外围设备概述。作业：1.计算机外围设备是指A.输入/输出设备B.外部存储设备C.输入/输出设备和外部存储D.除CPU和内存之外的其他设备2.打印机根据打印方法可以分为两类，在打印机中，只有型号打印机可以打印汉字。请从下面的答案中选择并填空。A. 针式打印机 B. 移动式打印机 C. 敲击式 D. 非冲击式 第 8 章，输入/输出系统（课时）1.CPU 的外设管理方法2. 程序中断模式 < @3.DMA模式4.通道模式5.通用I/O标准接口教学要求：master：程序中断模式，DMA模式和通道模式。了解：外围设备的时序。通用 I/O 标准接口。Job: 1. 中断向量地址为 A. 子程序入口地址 B. 中断服务程序入口地址 C. 中断服务程序入口地址指示符 D. 程序入口地址 2. 数据由DMA传输 传输时一个数据，需要一次。A. 指令周期 B. 机器周期 C. 存储周期 D. 总线周期 通道和通道三种。七、实验内容和要求：序号实验名称课时实验类别1算术单元组成实验2验证类型2存储器实验2验证类型4微控制器实验2验证类型基本模型机设计和实现4种综合类型注：

②扩展内容：验证74LS181算术运算和逻辑运算功能。实验要求 ①准备实验，掌握算术单元的工作原理 ②完成算术运算实验和逻辑运算实验，不带进位和带进位 ③写实验报告 实验2记忆实验 实验目的 ①掌握实验设备的组成和使用方法。②掌握静态存储器的工作原理和使用方法。③了解内存和总线组成的硬件电路。实验内容 将实验系统的工作模式切换到手动状态后，完成以下操作： ①将内部总线数据写入内存写入数据1A、1B、1C、1D，1E分别放入内存01-05H的五个地址单元。②将内存中的数据读到总线上，依次读取01-05H这5个单元的内容，检查每个单元的内容是否与自己写的内容一致。实验要求 ①做好实验准备，掌握存储原理 ②按照实验步骤完成实验项目， ③编写实验报告 实验数据路径构成实验目的 ①实验内容 ①基本内容：手工设计实现 ②扩展内容：验证实验要求 ①做好实验预览，掌握存储原理 ②按照实验步骤完成实验项目，掌握微程序的工作原理和时序发生器②根据实验任务中的题目要求，列出实验前的所有表格、数据和理论分析值③撰写实验报告 实验基本模型的设计与实现machine 模块的工作原理和相互关系的理解，从而明确计算机的概念。③培养独立工作能力，获得工程设计和装配调试的实践和经验。实验内容 ①在掌握计算机各部件单元电路实验的基础上，进一步组合成一个系统，构成一台基本型计算机。数据和理论分析值③撰写实验报告 实验基本模型机的设计与实现 模块的工作原理及相互关系的理解，从而明确计算机的概念。③培养独立工作能力计算机原理教案下载，获得工程设计和装配调试的实践和经验。实验内容 ①在掌握计算机各部件单元电路实验的基础上，进一步组合成一个系统，构成一台基本型计算机。数据和理论分析值③撰写实验报告 实验基本模型机的设计与实现 模块的工作原理及相互关系的理解，从而明确计算机的概念。③培养独立工作能力，获得工程设计和装配调试的实践和经验。实验内容 ①在掌握计算机各部件单元电路实验的基础上，进一步组合成一个系统，构成一台基本型计算机。③培养独立工作能力，获得工程设计和装配调试的实践和经验。实验内容 ①在掌握计算机各部件单元电路实验的基础上，进一步组合成一个系统，构成一台基本型计算机。③培养独立工作能力，获得工程设计和装配调试的实践和经验。实验内容 ①在掌握计算机各部件单元电路实验的基础上，进一步组合成一个系统，构成一台基本型计算机。

②定义5条机器指令，编写相应的微程序，调试并掌握整机概念。实验要求 ①准备实验，掌握整机工作原理 ②在组装调试成功的基础上，整理设计图纸并提交如下内容： 总框图（数据路径图） 微程序流程图 微指令格式 微程序代码表 调试总结 ③写实验报告九、 教材及参考书： 本课程教材：白仲英《计算机组成原理》第三版科学出版社 ISBN 7-03-010370-X 本课程推荐参考书: 白仲英计算机组织原理题解、题库、实验》第三版科学出版社 ISBN 7-03-008980-4 十、 本课程理论与实验课程评价方式：1. 本课程评价结果以学期末考试成绩为准平时成绩由两部分组成，总分=期末考试成绩×70%+平时成绩×30%。2. 期末考核方式：理论课考试方式：试卷。实验班考试方式：笔试。3.平时成绩为作业、实验等综合成绩。 4.试卷由班主任老师制作，统一组织考试。作者：2010-11-19 审核：通过：本课程的评价结果​​为期末考试成绩和平时成绩两部分，总分=期末考试成绩×70%+平时成绩×30%。2. 期末考核方式：理论课考试方式：试卷。实验班考试方式：笔试。3.平时成绩为作业、实验等综合成绩。 4.试卷由班主任老师制作，统一组织考试。作者：2010-11-19 审核：通过：本课程的评价结果​​为期末考试成绩和平时成绩两部分，总分=期末考试成绩×70%+平时成绩×30%。2. 期末考核方式：理论课考试方式：试卷。实验班考试方式：笔试。3.平时成绩为作业、实验等综合成绩。 4.试卷由班主任老师制作，统一组织考试。作者：2010-11-19 审核：通过：平时成绩为作业、实验等综合成绩。 4、试卷由班主任老师制作，统一组织考试。作者：2010-11-19 审核：通过：平时成绩为作业、实验等综合成绩。 4、试卷由班主任老师制作，统一组织考试。作者：2010-11-19 审核：通过：