《计算机组成原理》课程教学大纲.

中文名称：    计算机组成原理

英文名称：  The computer makes up the principle

适用专业：    计算机各专业，电类、信息类专业

学时数：        56学时

先行课程：    计算机技术导论、计算机实用技术

一．程的地位、任务和作用

    《计算机组成原理》是高等学校计算机基础及应用的专业基础课，以大学本科非计算机专业的学生为对象，站在计算机专业的高度，而从其它非计算机专业（主要是电类）所需计算机组织与结构方面的知识需要出发，设置《计算机组成原理》这一课程。

    本课程主要讨论计算机单机系统的组成及内部工作机制。应强调计算机的基本原理和基本知识。通过课堂教学和实践环节的训练，使学生掌握各大部件的组成原理、逻辑实现及其互连构成单机系统的基本原理；使大学生结合自己的专业及后续课程－《单片机应用系统设计技术》等的学习，为计算机应用系统的分析、设计、开发打下基础。

针对计算机组成原理学习难度大的特点，在讲授理论知识的同时，考虑到该课程讲授的又是实实在在的“物理机”，理论与实际的联系很密切，因此，某些部件的组成还是以某些典型机器为例加以介绍，这就解决了理论联系实际，又不局限于某一台计算机的问题；另一方面，介绍与专业有关的一些实用例子，学以致用；第三方面，多点介绍计算机组成的最新技术，缩短书本与实际的距离。

《微型计算机接口技术》和《单片机应用系统设计技术》课程是《计算机组成原理》的后续课程。

   《计算机组成原理》有关接口部分内容只介绍接口的概念及基本组成，《微型计算机接口技术》的主要任务是讲述接口芯片及应用方法。在《计算机组成原理》已较全面地讨论了单机系统的组成及内部工作机制后，学习《单片机应用系统设计技术》课程的重点可放在单片机的硬件特点、汇编语言（或单片机的C语言）的熟悉、开发系统的使用以及应用系统的分析设计上。

二. 课程的基本内容和要求

    1．通过本课程的学习，达到以下要求：

（1）掌握计算机硬件系统各部分的组成及工作原理；

（2）掌握计算机硬件各部分组成整机的工作原理，单处理器内部的运行机制，从而建立起计算机的整机概念；

（3）初步掌握计算机硬件系统的分析方法。                       

2．课程的基本内容：

    第1章 计算机系统概论  （4学时） 

    本章的主要内容：计算机系统的组成和特点；计算机的工作过程；主要的性能指标；计算机的发展概况及应用领域；计算机系统的层次结构以及软件和硬件在逻辑功能上的等效性；弄清常用的概念和名词术语。

    本章重点：掌握计算机系统的组成及其层次结构，计算机硬件系统组成，初步掌握计算机执行指令的过程，为以后各章的学习打好基础。

    第2章 运算方法和运算器   （12学时）

    本章的主要内容：数据与文字的表示方法；定点补码加减法计算及其溢出的判断；基本的二进制加法/减法器；十进制加法器；定点原码一位、补码一位乘法运算；定点原码、补码加减交替法除法运算；规格化的浮点加减法运算；基本的逻辑运算及其特点；运算器的组成和结构、典型运算器的逻辑结构。

    本章重点：掌握数据与文字的表示方法；定点加减乘除法运算方法及其实现的逻辑结构原理框图；并行加法器及先行进位的工作原理；浮点运算主要讲补码加减法运算；运算器的组成和结构等。其余只作一般介绍。

     第3章  存储系统   （12学时）

    本章的主要内容：存储器的职能、分类和组成；半导体随机存储器；半导体只读存储器；主存储器的组织及其与处理器的连接；存储系统的组织（高速缓存、虚拟存储器）。磁表面存储器和光盘存储器。

    本章重点：弄清主存储器组织及工作过程，内存储器与处理器的连接；高速缓冲存储器的基本组织及其工作原理，硬磁盘存储器和光盘存储器。虚拟存储器只作一般介绍。

    第4章  指令系统   （4学时）

    本章的主要内容：指令和指令系统的含义；指令格式；寻址方式；指令类型和功能；堆栈；典型指令系统举例。

    本章重点：掌握常用的操作数寻址方式，有效地址的形成及其与内存地址空间的关系；堆栈的应用及其实现；指令的类型和功能。

    第5章  处理器   （12学时）

    本章的主要内容：处理器的功能及组成；时序系统及控制方式；指令流程；组合逻辑控制器；微程序控制器及微程序设计技术；典型CPU芯片举例；并行处理技术。

    本章重点为处理器的功能及组成；时序系统；指令流程；实现指令功能的微操作系列如何产生；微操作系列如何转换为硬件的执行逻辑；微程序设计的实现方法；并行处理。

    第6章  系统总线   （4学时）

本章的主要内容：单机系统总线结构的类型及特点；总线接口；总线的控制和通信。

本章重点：单机系统的总线结构，串行数据接口及总线的控制和通信。

    第7章  输入输出系统   （8学时）

    本章的主要内容：外围设备概述；输入设备（键盘、鼠标）；显示设备（CRT字符显示器）；打印设备。外设与主机的信息交换方式：直接程序控制方式及其接口；中断的概念及其处理过程；中断系统，中断传送方式及其接口；DMA方式及其接口；通道传送方式。

本章重点： 以键盘、CRT显示器和打印设备，输入输出系统应将重点放在中断系统及其应解决的主要问题，DMA 方式及其接口。

三、各教学环节学时分配：

四.  说明：

    通过实践环节来加深对计算机各功能部件的理解；掌握数据信息流和控制信息流的流动过程，巩固所学理论，进一步加深对各大部件的组成及工作原理的理解，建议安排如下4个实验：

    实验1：运算器组成实验

    实验2：半导体存储器工作原理实验

    实验3：微程序控制器组成实验

    实验4：CPU组成与指令周期执行实验

五、本课程的教学体系

    １、本课程主要讲述单机系统的组成及内部工作机制。讲清各大部件的组成原理、逻辑实现、设计方法及其互连构成单机系统的技术。由于本课程属于专业基础课，在讲课过程中自始至终均应强调基本原理，基本知识和应用。

    ２、建议以模拟机为教学对象来阐述组成原理的核心内容。可采用运算器、存储器、控制器、Ｉ／Ｏ系统的教学体系。

六.采用的教材及主要参考书：

    1. 黄钦胜 朱娟，计算机组成原理，电子工业出版社，2003年。 

    2. 黄钦胜等，计算机组成原理习题与题解，电子工业出版社，2004年。

    3. 黄钦胜，计算机组成原理实验与课程设计指导书，华南理工大学，1998年。

                    执笔人：黄钦胜