《计算机组成原理》课程教学大纲一、课程说明1、课程简介《计算机组成原理》是计算机类专业本科生必修的一门专业基础课，也同样适用于教育技术学、应用物理学、电子类和水利水电类及相关专业学生，也可作为信息类专业本科的专业选修课。
本课程分为理论教学(62学时)和实验教学(10学时)两部分。
本课程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。
计算机软件和微电子是国家重点发展的目标之一，计算机软件运行在计算机上，微电子的水平体现在微处理器的设计和制造能力上，这就说明了这些专业的学生都需要学习这门课程，了解计算机硬件。
在本课程中把计算机结构定义为系统程序员所能见得到的计算机硬件特性，计算机组成则是指计算机硬件的具体实现。
目前计算机的硬件设计已深入到微电子领域，作为计算机、电子和物理类专业的学生，今后会有一部分人从事硬件设计工作。
有一些基础知识后，可在工作中进一步自学。
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)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)1、教学目标掌握双极型和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。
2、本章重点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。
3、本章难点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。
4、本章思考题及实训题目(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？5、讲授内容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)1、教学目标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。
2、本章重点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。
3、本章难点数值型数据的表示和运算；计算机运算部件及校验码。
4、本章思考题及实训题目(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。
5、讲授内容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)1、教学目标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。
2、本章重点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。
3、本章难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。
4、本章思考题及实训题目(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？5、讲授内容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)1、教学目标了解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。
2、本章重点指令格式和类型；指令系统和时序；指令的寻址方式。
3、本章难点指令系统和指令时序；计算机指令寻址方式。
4、本章思考题及实训题目(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)。
5、讲授内容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)1、教学目标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。
2、本章重点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。
3、本章难点控制器的控制方式及时序控制；CPU控制流程。
4、本章思考题及实训题目(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？5、讲授内容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五、微程序设计语言第五节硬布线控制的计算机一、时序与节拍二、操作控制信号的产生三、控制器的组成四、硬布线控制逻辑设计中的若干问题五、硬布线控制与微程序控制的比较第六节控制器的控制方式第七节流水线工作原理第八节 CPU举例一、RISC的CPU二、RISC的编译系统三、Pentium微处理器第九节计算机的加电及控制过程第七章存储系统(6学时)1、教学目标熟悉半导体随机和只读存储器工作原理；了解磁表面存储器和光盘存储器；掌握存储体系及高速存储器，虚拟存储器。
2、本章重点半导体存储器的工作原理；高速缓冲存储器与主存的映射。
3、本章难点高速缓冲存储器与主存的映射。