一、课程描述及目标

《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业的一门重要学科基础课。它在先导课和后续课之间起着承上启下的和继往开来的作用。该课程全面地介绍了计算机单机系统的组成原理及内部工作机制，包括计算机各大部件的结构、工作原理、逻辑实现、设计方法及其互连构成计算机整机的相关技术。

该课程以需求分析引导学生构建单机系统，根据构建好的系统进行部件选择、互连、测试等操作，最终可以实现目标系统功能。本门课程在理论教学的基础之上，增加实验教学环节，使学生在掌握基本原理的同时，可以通过具体的硬件实验箱进行操作，最后通过相关模拟软件构件自己的理想系统。培养学生自主分析、理解问题、举一反三、融会贯通、团队协作、创新精神的能力。

二、课程内容

(一)第1次课计算机系统概述

主要知识点:

1.1计算机系统基本概念

1.2计算机硬件框图

1.3计算机工作过程

1.4计算机硬件的主要技术指标

教学要求:通过本次课程的学习，使学生熟悉计算机系统的构成，计算机硬件的主要技术指标，掌握计算机的工作过程。

重点:计算机的硬件框图，计算机的工作过程。

难点:计算机如何区分同样以0、1代码的形式存储在存储器中的指令和数据。

采用的教学方法:知识点讲解、实例演示。

参考案例:单机系统

讲授学时:3学时

(二)第2次课系统总线

主要知识点:

2.1总线的基本概念

2.2总线结构

2.3总线控制

教学要求:通过本次课程的学习，使学生熟悉计算机系统中的总线的作用及类别，掌握总线结构对系统性能的影响，熟练掌握总线在控制过程中如何判优和通信。

重点:总线结构，总线控制。

难点:总线结构对性能的影响，总线判优方法和通信控制。

采用的教学方法:知识点讲解、实例演示。

参考案例:单机系统

讲授学时:3学时

(三)第3次课主存储器1

主要知识点:

3.1存储器的分类

3.2存储器的层次结构

3.3主存储器芯片介绍

教学要求:通过本次课程的学习，使学生存储器的基本类别，不同存储器的功能和层次，掌握常用的主存储器芯片特性和功能。

重点:存储器的分类，存储器的层次结构，RAM、ROM，芯片刷新。

难点:不同寻址方式寻址范围的确定，RAM的刷新。

采用的教学方法:知识点讲解、实例演示、习题巩固。

参考案例:2114、4116、2716芯片

讲授学时:2学时

习题讲解:1学时

(四)第4次课主存储器2

主要知识点:

4.1存储器与CPU的连接

4.2主存储器的校验

教学要求:通过本次课程的学习，使学生熟练掌握不同类型存储器与CPU连接时需要注意的事项，以及主存储器在存储数据时如何确保数据的正确性。

重点:CPU与存储器的连接，主存储器的校验。

难点:RAM和ROM芯片与CPU连接时有何区别，汉明码形成及纠错。

采用的教学方法:知识点讲解、实例演示、习题讲解。

参考案例:2114、4116、2716芯片

讲授学时:2学时

习题讲解:1学时

(五)第5次课高速缓冲存储器

主要知识点:

5.1问题的提出

5.2 Cache的工作原理和结构

5.3 Cache-主存地址映射

5.4替换策略

教学要求:通过本次课程的学习，使学生理解在系统中设置高速缓冲存储器的目的，熟悉Cache的工作过程和基本结构，学会并掌握如何实现Cache-主存的地址映射，熟练掌握常用的替换策略。

重点:Cache的工作原理，Cache-主存地址映射。

难点:在系统中设置Cache的原因，如何实现Cache-主存的地址映射。

采用的教学方法:知识点讲解、习题讲解。

讲授学时:2学时

习题讲解:1学时

(六)第6次课辅助存储器

主要知识点:

6.1辅助存储器的类别

6.2磁盘记录方式

6.3磁盘的校验方式

6.4光盘存储器

6.5熟悉实验操作环境

教学要求:通过本次课程的学习，使学生理解在系统中增加辅助存储器的必要性和重要性，不同辅助存储器的功能和基本工作原理，掌握磁盘的几种记录方式，学会如何进行磁盘中的数据校验。熟悉硬件实验箱的基本构成和简单操作，同时让学生提前熟悉后续实验所使用的软件工具。

重点:磁盘的记录方式，磁盘的校验方法，磁盘的基本性能指标，16位机的基本结构。

难点:CRC校验码，磁盘基本性能指标的计算，动手实践。

采用的教学方法:知识点讲解、习题讲解、动手实践。

讲授学时:2学时

习题讲解:1学时

实验学时:2学时

(七)第7次课计算机的运算方法1

主要知识点:

7.1无符号数和有符号数

7.2数的表示

7.3定点数的加减和逻辑运算

7.4 16位机的加减、逻辑运算

教学要求:通过本次课程的学习，使学生掌握数在计算机中的表示方法，学会并掌握定点数的加减运算和逻辑运算；并用实际的实验箱完成简单的加减运算。

重点:数的不同编码，定点数的逻辑运算，实验箱具体操作。

难点:为什么在运算的过程中要用补码运算，数要用不同的类型表示，动手实践。

采用的教学方法:知识点讲解、实例演示、习题讲解、动手实践。

讲授学时:3学时

实验学时:2学时

(八)第8次课计算机的运算方法2

主要知识点:

8.1浮点数的基本表示

8.2浮点数的加减运算

8.3算术逻辑单元

8.4 16位机的移位运算、标志控制

教学要求:通过本次课程的学习，使学生掌握浮点数在计算机中的表示方法，浮点数的加减运算过程，数的移位运算和标志控制。

重点:浮点数的表示和运算，算术逻辑单元，动手实践数的移位运算和标志控制。

难点:浮点数运算中的溢出判断，算术逻辑单元的构成，动手实践。

采用的教学方法:知识点讲解、实例演示、动手实践。

讲授学时:2学时

习题讲解:1学时

实验学时:2学时

(九)第9次课计算机的运算方法3

主要知识点:

9.1定点数的乘除运算

9.2第6章习题讲解

9.3软件仿真实现运算器

教学要求:通过本次课程的学习，使学生学会定点数的一位乘除法运算，通过习题讲解巩固计算机中不同类型数的基本运算；学会使用一种软件仿真工具实现简单的运算器。

重点:定点数乘除运算，软件仿真。

难点:定点数乘除运算过程中的移位操作，仿真软件的使用。

采用的教学方法:知识点讲解、实例演示、习题讲解、动手实践。

讲授学时:1学时

习题讲解:2学时

实验学时:2学时

(十)第10次课期中小考

主要知识点:

10.1计算机系统概述

10.2系统总线

10.3存储器

10.4计算机的运算方法

10.5准双向I/O口实验

教学要求:通过本次课程熟悉学生对已学知识点的掌握情况，为后续教学安排提供依据；掌握准双向I/O的输入/输出特性。

重点:已学各章知识点，I/O特性操作实践。

难点:动手实践。

采用的教学方法:随堂考核、动手实践。

考核学时:3学时

实验学时:2学时

(十一)第11次课输入输出系统

主要知识点:

11.1 I/O系统的基本组成

11.2 I/O与主机的联系方式

11.3 I/O接口

11.4地址、数据总线实验

教学要求:通过本次课程的学习，使学生I/O系统的基本组成，理解并掌握I/O与主机的联系方式，掌握I/O接口的基本组成，建立“段”的概念并学会运用，建立“奇偶”概念并领会字寻址中对字节操作的动态定义。

重点:I/O与主机的联系方式，地址、数据总线实验。

难点:处理I/O终端的各类软、硬件技术的运用，DMA与主存交换数据的三种方法各自的特点，动手实践。

采用的教学方法:知识点讲解、动手实践。

讲授学时:3学时

实验学时:2学时

(十二)第12次课I/O控制方式

主要知识点:

12.1I/O与主机交换信息的三种控制方式

12.2习题讲解

12.3存储器读写实验

教学要求:通过本次课程的学习，使学生理解I/O与主机交换信息的三种控制方式的特点及区别，掌握CPU响应中断请求和DMA请求的时间；掌握存储部件在计算机中的运用。

重点:I/O控制方式，存储器运用实验。

难点:周期挪用的含义，CPU响应中断请求和DMA请求的时间，动手实践。

采用的教学方法:知识点讲解、实例演示。

讲授学时:3学时

习题讲解:1学时

实验学时:2学时

(十三)第13次课指令系统1

主要知识点:

13.1指令格式

13.2数据存储方法

13.3寻址方式

13.4指令总线运用实验

教学要求:通过本次课程的学习，使学生掌握指令的基本格式以及各字段的作用，理解不同的地址格式对访存次数、寻址范围的影响，理解并掌握不同的寻址方式对操作数的寻址范围、所需的硬件支持、信息加工流程以及编程的影响。建立“指令暂存”概念，领会“操作码段”和“操作数段”的用途。

重点:指令格式，寻址方式，指令总线运用实验。

难点:设计指令格式的方法，扩展操作码技术的运用，动手实践。

采用的教学方法:知识点讲解、实例演示。

讲授学时:3学时

实验学时:2学时

(十四)第14次课指令系统2

主要知识点:

14.1RISC技术

14.2指令格式举例

14.3讲解第7章习题

14.4综合实验

教学要求:通过本次课程的学习，使学生熟悉RISC技术，掌握设计指令格式应考虑的各种因素。通过简单模型机的基本操作，让学生学会模型机的设计过程和基本方法。

重点:RISC技术，设计指令要考虑的因素，模型机设计的过程和方法。

难点:动手实践。

采用的教学方法:知识点讲解、实例演示、习题讲解。

讲授学时:1学时

习题讲解:2学时

实验学时:2学时

(十五)第15次课CPU的结构和功能

主要知识点:

15.1CPU结构

15.2指令周期

15.3综合实验

教学要求:通过本次课程的学习，使学生掌握机器完成一条指令的全过程，以及如何提高数据的处理能力、开发系统的并行性所采取的基本技术。

重点:CPU的功能和硬件组成，CPU工作周期和指令周期的概念，一个完整的指令周期中的信息流程，指令流水技术，中断系统需要解决的问题和实施方案。

难点:各种中断技术，动手实践。

采用的教学方法:知识点讲解、实例演示。

讲授学时:3学时

实验学时:2学时

(十六)第16次课期末复习、答疑

教学内容:随堂复习各章知识点，针对学生疑问答疑，实验课上对学生的综合实验情况进行检查。

讲授学时:1学时

答疑学时:2学时

综合实验:2学时

布置时间:根据教学进度，可在讲解第10次课时布置综合实验，指导学生课下实践，在第16次课验收综合实验。