《计算机组成原理》教学大纲文档格式.docx
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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）
课程学时分配表
章次
教学内容
讲授课
学时数
实验课学时数
第1章
计算机系统概述
2
第2章
计算机的逻辑部件
4
第3章
运算方法和运算部件
6
第4章
主存储器
第5章
指令系统
第6章
中央处理器
第7章
存储系统
第8章
辅助存储器
第9章
输入输出（I/O）设备
第10章
输入输出（I/O）系统
第11章
计算机系统
第12章
计算机硬件设计和实现导论
总计
62
18
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）
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。
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。
（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？
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）
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。
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。
数值型数据的表示和运算；
计算机运算部件及校验码。
（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。
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
一、原码、反码、补码及其加减运算
二、加减法运算的溢出处理
三、定点数和浮点数
第三节二进制乘法运算
一、定点数一位乘法
二、定点数二位乘法
三、阵列乘法器
第四节二进制除法运算
一、定点除法运算
二、提高除法运算速度速度的方法举例
第五节浮点数的运算方法
一、浮点数的加减法运算
二、浮点数的乘除法运算
第六节运算部件
第七节数据校验码
一、奇偶校验码
二、海明校验码
三、循环冗余校验（CRC）码
第四章主存储器（6学时）
了解存储器的特点以及分类；
掌握存储器的主要技术指标。
存储器的基本操作过程。
半导体存储器的组成与控制。
各类型存储器的性能和特点；
半导体存储器的组成与控制；
各种类型存储器的工作过程。
（1）有一个512K*16位的存储器，由64K*1位的2164RAM芯片（芯片内是4个128*128结构）构成，试问①共需要多少片RAM芯片？
②采用分散式刷新方式，若单元刷新间隔不超过2ms，则刷新信号的周期是多少？
③采用集中式刷新方式，设读/写周期T=0.1us，则存储器刷新一遍最少用多少时间？
（2）现有容量为256M*1位的动态存储器芯片，用它组成的存储器容量为1G*32位且采用4体交叉存储方案，请说明如何安排地址线？
第一节主存储器处于全机中心地位
第二节主存储器分类
第三节主存储器的主要技术指标
第四节主存储器的基本操作
第五节读/写存储器
第六节非易失性半导体存储器
第七节DRAM的研制与发展
第八节半导体存储器的组成与控制
第九节多体交叉存储器
一、编址方式
二、重叠与交叉存取控制
第五章指令系统（6学时）
了解RISC和CISC计算机掌握指令的格式和指令类型；
理解指令操作码的扩展技术；
掌握计算机指令的寻址方式。
指令格式和类型；
指令系统和时序；
指令的寻址方式。
指令系统和指令时序；
计算机指令寻址方式。
（1）某指令系统指令长16位，每个操作数的地址码长6位，指令分为无操作数、单操作数和双操作数三类。
若双操作数指令有K条，无操作数指令有L条，试问单操作数指令最多可能有多少条？
（2）基址寄存器的内容为2000H,变址寄存器的内容为03A0H，指令的地址码部分是3FH，当前正在执行的指令所在地址为2B00H，试求出变址编址（考虑基址）和相对编址两种情况访存的有效地址（实际地址）。
第一节指令系统的发展
第二节指令格式
一、指令格式
二、指令操作吗的扩展技术
三、指令长度与字长的关系
第三节数据表示
第四节寻址方式
第五节指令类型
一、指令的分类及功能
二、双字长运算（子程序举例）
第六节指令系统的兼容性
第七节精简指令系统计算机（RISC）和复杂指令系统计算机（CISC）
一、什么是复杂指令计算机
二、RISC的产生与发展
三、RISC的特点
第八节指令系统举例
一、SPARC的指令系统
二、Pentium微处理器指令系统
三、IBM大型机指令系统
四、向量指令举例
第九节机器语言、汇编语言和高级语言
第六章中央处理器（6学时）
了解组合逻辑控制器和PLA控制器掌握；
掌握中央处理器组成及其功能。
控制器的控制方式及时序控制。
控制器的组成及CPU控制流程。
中央处理器组成及其功能；
控制器组成及CPU控制流程；
组合逻辑控制器和PLA控制器。
控制器的控制方式及时序控制；
CPU控制流程。
（1）分析图6.16中对ready信号有何要求并说明原因。
若不能满足要求则电路如何修改？
（2）在微程序控制计算机中，下一条要执行的微指令地址都有哪些可能的来源？
各发生在什么场合？
第一节计算机的硬件系统
第二节控制器的组成
一、控制器的功能
二、控制器的组成
三、指令执行过程
第三节微程序控制计算机的基本工作原理
一、微程序控制的基本概念
二、实现微程序控制的基本原理
第四节微程序设计技术
一、微指令的编译法
二、微程序流的控制
三、微指令格式
四、微程序控制存储器和动态微程序设计
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