全部课程 >计算机组成原理    Principles of Computer Organization

课程基本信息

课程编码:05B20060

课程类别:未设置

先修课程:数字逻辑

适用专业:计算机类

开课院部:计算机科学与工程学院

课程负责人:陈艳
课程教学团队:

课程展示


课程简介

计算机组成原理是计算机学科各专业本科教学中必修的一门学科基础课,在计算机科学与技术专业的教学计划中占有重要地位。本课程介绍计算机系统的组成及内部工作机制,包括计算机中各部件的内部结构、工作原理、逻辑实现、设计方法及其互连构成计算机整机的技术。旨在使学生掌握计算机硬件各子系统的组成原理及实现技术,深刻理解程序在计算机硬件上被执行的过程,建立计算机系统的整体概念,对培养学生设计开发计算机系统的能力有重要作用。为今后计算机网络、操作系统、计算机体系结构及专业方向课程的学习打好基础。

Principles of Computer Organization is one of the required courses in the undergraduate course of computer science. It plays an important role in the teaching plan of computer related major. This course introduces the composition and working mechanism of the computer system, including the internal structure, working principle, logic realization, design method and the technology of the computer. This course aims to enable students to master computer hardware subsystem composition principle and realization technology, understand of how program is executed on the computer hardware, establish the overall concept of the computer system, has an important role to cultivate the ability of students to design and development of computer system. To lay a good foundation for the future study of computer network, operating system, computer architecture and other professional courses.

课程教学要求

序号

专业毕业要求

课程教学要求

关联程度

1

工程知识

掌握存储器、CPU、总线、IO设备工作原理,计算机的组成

H

2

问题分析

怎样设计符合需求的计算机,怎样提高计算机性能

M

3

设计/开发解决方案

设计符合要求的数据通路、计算机子系统。

H

4

研究

 

 

5

使用现代工具

使用模拟器和实验设备设计计算机。

L

6

工程与社会

 

 

7

环境和可持续发展

 

 

8

职业规范

遵守编码规范和职业道德,具有良好的职业操守。

M

9

个人和团队

具有良好的协作能力,在团队开发中发挥作用。

L

10

沟通

通过小组实验和讨论锻炼沟通能力。

L

11

项目管理

 

 

12

终身学习

持续关注计算机组成发展的新技术、新架构,不断更新知识

M

课程教学内容

章节

名称

主要内容

重难点关键词

学时

类型

计算机系统概论

1.计算机的分类

2.计算机发展简史

3.计算机的硬件

4.计算机的软件

5.计算机系统的层次结构

1. 衡量计算机性能的指标(CPI,MIPS,FLOPS)及相关计算;

2. 计算机系统的组成及工作原理;

3. 计算机系统的层次结构

2

理论讲授

运算方法和运算器

1.数据与文字的表示

2.定点加法、减法运算

3.定点乘法运算

4.定点除法运算

5.定点运算器的组成

6.浮点运算与浮点运算器

1.数据在计算机中的表示方法

2.定点数和浮点数的加减运算

3.运算器的组成

4.754标准,各种浮点数的表数范围

10

理论讲授

多层次的存储器

1.存储器概述

2.SRAM存储器

3.DRAM存储器

4.只读存储器和闪速存储器

5.并行存储器

6.Cache存储器

7.虚拟存储器

8.奔腾系列机的虚存组织

1.存储系统的组成,Cache和虚存的作用;

2.SRAM和DRAM的区别;

3.存储器和CPU的连接;

4.并行存储器及存储器性能指标的计算;

Cache-主存映射、替换算法、Cache写策略

10

理论讲授

指令系统

1.指令系统的发展与性能要求

2.指令格式

3.操作数类型

4.指令和数据的寻址方式

5.典型指令

6.ARM汇编语言

1.指令格式的设计和分析;

2.指令寻址和操作数寻址;

3.RISC和CISC指令系统的区别。

4

理论讲授

中央处理器

1.CPU功能和组成

2.指令周期

3.时序产生器和控制方式

4.微程序控制器

5.硬连线控制器

6.流水CPU

7.RISC的CPU

1.CPU的基本组成

2.典型指令的指令周期

3.指令、微指令和微命令

4.微程序控制和组合逻辑控制

5.流水线技术

12

理论讲授

总线系统

1.总线的概念和结构形态

2.总线接口

3.总线的仲裁

4.总线的定时和数据传送模式

5.HOST总线和PCI总线

6.InfiniBand标准

1.总线基本概念

2.总线的分类

3.总线仲裁方法

4.总线标准

4

理论讲授

外存与I/O设备

1.外围设备概述

2.磁盘存储设备

3.磁盘存储设备的技术发展

4.磁带存储设备

5.光盘和磁光盘存储设备

6.显示设备

7.输入设备和打印设备

1.外围设备的概念及分类

2.磁盘的工作原理及技术指标

3.显示器的性能指标

4.磁盘和显示器相关计算问题

4

理论讲授

输入输出系统

1.外围设备的速度分级与信息交换方式

2.程序查询方式

3.程序中断方式

4.DMA方式

5.通道方式

6.通用I/O标准接口

1.CPU和外围设备交换信息的方式;

2.中断的基本概念,中断屏蔽、中断判优、中断响应;

3.中断优先级的判别,中断向量和中断服务程序入口

4

理论讲授

习题课

复习和练习

 

2

习题

系统认识及运算器

  1. 熟悉实验环境,了解计算机组成
  2. 掌握运算器的工作过程,验证运算功能发生器及进位控制的组合功能。

1.ALU

2.PSW

3.数据通路

2

上机实验

十一

寄存器和I/O实验

1.熟悉通用寄存器的数据通路;了解通用寄存器的构成和运用

2.熟悉准双向I/O口的构成原理。

3.综合应用运算器和寄存器完成16位加减法运算

1.通用寄存器

2.累加器

3.BCD加法,二进制加法

2

上机实验

十二

存储器实验

1.熟悉CMX08+系统中存储器、寄存器、I/O、总线组成的数据通路;

2.掌握存储器读写操作流程;

3.理解CMX08+系统中数据段、代码段的设计思路。

1.AR PC IR

2数据段  代码段

2

上机实验

十三

微控制器实验

1.熟悉微控制器的的控制原理。掌握微控制器的实现方法。

2.熟悉和了解时序发生器及启停电路的工作原理,掌握三级时序系统的实现机制及运用规则。

1.uAR  uIR

2.微控制器

3.OC  SC

2

上机实验

十四

基本模型机设计与实现

1.理解CMX08系统中模型机的设计方法;

2.掌握模型机的基本组成,熟悉数据通路的设计;

3.掌握指令系统的设计思想,能够根据系统需求设计指令系统;

4.理解微控制器的设计方法, 掌握微控制器的组成,掌握微程序、微指令、微命令间的关系。

1.虚函数和纯虚函数

2.标准流和文件流

3.异常处理

4.面向对象的程序设计思想和方法

4

上机实验(综合型)

考核要求及成绩评定

序号

成绩类别

考核方式

考核要求

权重(%)

备注

1

期末成绩

期末考试

笔试闭卷

100%

百分制,60分及格

2

平时成绩

平时表现

上课上机出勤

 

缺勤3次则无法获得学分

3

作业

5次

 

检查重点内容的掌握情况:函数和函数模板、类和构造函数、继承、虚函数、文件流

4

实验报告

5次

 

检查五个实验项目的完成及相关知识的掌握情况

5

期中考试

笔试闭卷

 

考试题型与期末考试相同

学生学习建议

一、学习方法建议

1.计算机组成原理是一门理偏原理类的课程,内容比较抽象。学习时,应注重抽象——具体的结合的方法,通过具体计算机的实例去对照、理解原理。

2.注意计算机组成原理课程和其它课程之间的联系。比如,学到754标准时,可以写C程序对float,double类型数据在计算机中的表示进行验证;学操作系统中的虚拟存储时,可以和计算机组成原理中的Cache-主存映射进行对照;学习指令系统时,可以顺便学一下汇编语言程序设计等等。计算机组成原理的考研试题也常常和其它课程知识相融合。

3.注意归纳计算机组成原理课程学习的一般方法。

 

二、学生课外阅读参考资料

  1. 白中英,戴志涛.计算机组成原理(第五版).科学出版社 , 2013.3
  2. 蒋本珊.计算机组成原理(第3版).清华大学出版社, 2013.8
  3. 王道考研系列:2015年计算机组成原理联考复习指导
  4. 王道考研论坛:http://www.cskaoyan.com/

课程改革与建设

计算机组成原理是面向计算机学院所有专业方向的硬件基础课程,经过几年的踏实工作,细化了课程知识点分布,注重计算机组成各部分之间逻辑关联及公共的分析、设计思想,推行了项目式教学方法、系统培养模式在课堂、实践环节的应用。注重培养学生对课程的兴趣,获得了很好的反馈,也形成了一个比较成熟稳定的教学团队。

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