课程编号
总学时 72 理论学时 54 实验学时 18 自主学时 学分 4 一、课程的性质和任务
本课程是软件工程、计算机科学与技术专业的核心专业基础课程，在软件工程和计算机科学与技术专业的各门课程中起着承上启下的重要作用。通过本课程的学习，学生可以从层次的观点，掌握计算机组成和运行机制方面的基本概念、基本原理、基本设计和分析方法等系统知识，奠定必要的专业知识基础；可以从系统的观点，理解提高计算机整机的硬软件性能和部件性能的各种可行途径，了解计算机系统中硬件、软件的功能划分和相互配合关系，进而初步了解从计算机系统结构的角度进一步提高系统性能的主体思想，能站在更高层次上思考和解决工作中遇到的问题。通过本课程的学习，还可以使学生建立计算机系统的整机思想，为培养学生对计算机系统的分析、设计、开发和使用能力打下基础。
本课程涵盖的知识单元内容包括：计算机系统概述、运算方法和运算器、存储器、指令系统、CPU的结构和功能、控制单元的功能和设计、输入输出系统和系统总线等。
本课程教学的基本任务是：
（1）使学生掌握计算机组成原理的基本概念、基本原理、基本设计和分析方法。 （2）了解当前计算机的最新研究、发展与应用趋势。
（3）使学生建立计算机系统的整机概念，为学生进一步进行计算机系统的开发和设计打下基础。
（4）为学生进一步学习后续课程打好基础。
二、相关课程的衔接
本课程需要先修计算机科学概论、数字逻辑基础，后继课程是嵌入式开发等课程。
三、教学的基本要求
1、正确认识课程的性质、任务及其研究对象，全面了解课程的体系、结构，掌握计算机原理的基本概念、基本原理、基本设计和分析方法，为后续课程的学习做好充分的准备。
2、本课程应强调理论联系实际，通过实验和设计，使学生掌握计算机的组成结构和工作机制，并初步具备计算机硬件设计和实现方面的能力。
四、教学方法与重点、难点
1、教学方法
以课堂讲授为主，结合实验、例题、习题讲解，加强实验教学。 2、教学重点
计算机的硬件组成以及计算机的层次结构；数据在计算机里的存储格式、定点浮点的表示方法;存储器与CPU的连接以及存储器字扩展、位扩展的方法，cache的基本原理、地址映射、替换策略，指令系统设计原理、数据寻址的基本方法，指令周期的基本概念、典型指令的指令周期微命令与微操作、微指令与微程序， 总线的基本概念、连接方式，总线的仲裁\\定时以及总线的数据传送模式。
3、教学难点
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计算机重要组成部件（存储器、控制单元、输入输出系统等）的基本原理、基本分析和设计方法是本课程的教学难点，应尽量理论结合实际，以取得较好的教学效果。
4、实施建议
（1）本课程教学内容并不是围绕某一或某几个基本理论为主线展开的，而是围绕分析理解和设计构建一个能自动执行程序的计算机设备这一主题展开的。教学内容看起来显得分散，理论知识难聚焦，需要掌握的技术性、工程性问题也较多，并且由于计算机部件的独立性、各部件工作原理的差异性、部件间连接关系的复杂性，往往使学生把握不住教学内容的主脉络，若教学过程中，不同部件的例子来自不同的计算机系统，难以合成为一个能运行的、可实际操作的系统，这样势必加大学生理解的难度。因此，把一个规模适度、有一定完整性的模型计算机贯穿于课程教学，对提高教学效果具有实质性的意义。
（2）本课程强调理论联系实际，学生必须通过适当的实验环节才能验证、理解所学教学内容，并提高学生的动手能力。因此，加强实验中综合性、设计性实验的比重，对于本课程实施有着重大的意义。
（3）重视教学资源建设，如教学案例设计、教学辅助视频、题库建设等，推进教学管理信息。
五、建议学时分配
模块 教学内容 讲课学时 2 6 10 6 8 10 6 4 2 合 计 54 实验学时 2 2 2 0 4 8 0 0 0 18 要求 了解 了解、掌握 掌握（重点、难点） 掌握（重点、难点） 掌握（重点、难点） 掌握（重点、难点） 了解、掌握 了解、掌握 模块1 计算机系统概述 模块2 运算方法和运算器 模块3 存储器 模块4 指令系统 模块5 CPU的结构和功能 模块6 控制单元的功能和设计 模块7 输入输出系统 模块8 系统总线 复习 六、课程考核
1、平时学习考核，包括平时作业情况、实验情况和考勤情况考核。
2、期末考试：闭卷考试。
3、总成绩组成结构：课程成绩=平时成绩×20%+考试成绩×80%。
七、教材及主要参考书
[1] 唐朔飞.《计算机组成原理第2版》，2008.1. 高等教育出版社。 [2] 白中英.《计算机组成原理第4版》，2008.1. 科学出版社。
八、教学内容
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模块1：计算机系统概述
1、教学内容
计算机系统的层次结构，计算机（单机）硬件系统的基本组成与性能指标，指令执行过程简述，计算机系统发展简史。
2、教学基本要求
了解计算机系统的基本概念；掌握计算机系统的基本硬件组成；了解冯诺依曼计算机结构与特点及现代计算机的基本结构与特点；了解计算机系统主要技术指标。
3、重点与难点 重点：冯诺依曼计算机结构、计算机系统的层次结构和计算机的工作过程及主要技术指标。
难点：计算机系统的层次结构。
模块2：运算方法和运算器
1、教学内容
定点数和浮点数的表示；符号数和无符号数的表示；机器数与真值；字符与字符串的表示；汉字的编码；校验码；定点数加减乘除法算法及其电路实现；运算器的组成与工作原理；浮点运算器组成概貌和浮点数的运算方法。
2、教学基本要求
掌握数的编码表示（原码、补码、反码、移码）；掌握定点数与浮点数的表示与运算；掌握运算器的电路组成与工作原理。
3、重点与难点
重点：定点数、浮点数的表示与运算；算术逻辑单元ALU的基本硬件组成与工作原理。 难点：算术逻辑单元ALU的基本硬件组成与工作原理。
模块3：存储器
1、教学内容
存储系统的层次结构；存储器分类；存储单元电路的原理和性能指标；动态存储器的刷新；主存储器的组织、扩展与访问；多体交叉存储技术；高速缓冲存储器的结构与工作原理、映射方式、替换策略与性能指标；磁介质、光介质等外部存储器的原理及性能指标；虚拟存储系统的基本概念和基本工作原理。
2、教学基本要求
了解存储器分类及特点，掌握存储器基本工作原理；掌握存储器与系统总线的连接方法和存储器扩展方法；了解多体交叉存储技术；掌握高速缓冲存储器的结构与工作原理、映射方式、替换策略。
3、重点与难点
重点：高速缓冲存储器基本工作原理,内存储器与系统总线的连接及内存储器的扩展方法,高速缓冲存储器的结构与工作原理、映射方式、替换策略。
难点：内存储器与系统总线的连接及内存储器的扩展方法；高速缓冲存储器的结构与工作原理、映射方式、替换策略。
模块4：指令系统
1、教学内容
指令格式、指令类型、寻址方式，指令系统设计，RISC 技术概述。 2、教学基本要求
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掌握指令格式、寻址方式；掌握指令系统的设计方法；了解RISC技术概况。 3、重点与难点
重点：指令格式，寻址方式，指令设计方法。 难点：寻址方法，指令设计方法。
模块5：CPU的结构和功能
1、教学内容
CPU功能、结构组成、基本工作原理；指令周期；指令流水、中断系统等。 2、教学基本要求
掌握CPU基本组成及其工作原理，掌握指令周期，掌握指令流水技术，掌握计算机中断系统的组成及中断处理过程。
3、重点与难点
重点：CPU的基本组成，指令周期，指令流水，中断系统。 难点：指令流水，中断系统。
模块6：控制单元的功能和设计
1、教学内容
多级时序系统，控制方式，组合逻辑控制单元原理和设计方法，微程序控制单元原理和设计方法。
2、教学基本要求
掌握控制单元基本功能，了解组合逻辑控制单元原理和设计方法，掌握微程序控制单元原理和设计方法。
3、重点与难点
重点：控制单元基本功能，微程序控制单元原理和设计方法。 难点：微程序控制单元原理和设计方法。
模块7：输入输出系统
1、教学内容
输入输出接口组成与功能，设备编址方法，输入输出的基本过程，程序查询方式、程序中断方式、DMA 方式，基本外部设备。
2、教学基本要求
了解输入输出接口的组成与功能；掌握输入输出的控制方式；了解基本外部设备的原理和参数。
3、重点与难点
重点：输入输出接口组成与功能；输入输出的控制方式；基本外部设备。 难点：输入输出的控制方式。
模块8：系统总线
1、教学内容
总线功能与分类，总线结构，总线周期，总线的仲裁和定时，总线性能指标，常用总线介绍。
2、教学基本要求 了解总线功能、分类及特点，了解不同总线结构、工作原理及特点，了解总线控制方法。 3、重点与难点
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重点：总线控制方法。 难点：总线控制方法。
九、其它
1、本大纲适用于软件工程专业、计算机科学与技术专业。 2、本大纲的解释权在软件工程系和计算机科学与技术系。
系 (部)
计算机科学与技术 执 笔 人 审 核 人 审 定 人 蒋永辉 第 5 页 共 7 页
《计算机组成原理》实验教学大纲
课程编号
总学时 72 理论学时 54 实验学时 18 自主学时 学分 4 一、本实验课的性质、任务与目的
《计算机组成原理》课程实验是本课程中重要的实践环节。通过系统的学习计算机硬件基础知识，掌握计算机工作的基本原理，理解计算机各部件的工作过程及相互联系，经过一定的实验操作，可掌握基本的计算机设计方法，加深对课堂教学的理解。培养学生的实验技能、动手能力和分析问题、解决问题的能力。
实验教学内容和基本要求如下。
1、寄存器实验
了解模型机中各种寄存器基本结构、工作原理和控制方法；能对各类寄存器进行读/写操作。
2、运算器实验
能理解运算器电路基本结构和工作原理；能掌握模型机运算器各种算术/逻辑运算的控制操作；能掌握模型机移位操作的实现原理和控制方法。
3、存储器实验
能理解模型机中存储器实现原理；能理解模型机中存储器的数据通路；能掌握对模型机存储器的读/写控制方法和过程。
4、PC实验
能理解模型机中程序计数器PC的工作原理和控制方法；能理解程序中顺序指令和转移指令的实现方法。
5、中断实验
能理解模型机中断系统的实现原理；能掌握中断申请、相应、处理、返回各阶段时序。 6、微程序控制实验
能理解模型机控制模块基本结构和数据通路；能掌握模型机指令系统和寻址方式 ；能掌握微程序控制器基本原理和实现方法；能在模型机上验证微程序控制过程；能在模型机利用微程序控制器实现新的指令；能理解模型机的指令流水‘能理解模型机中RISC指令集实现原理。
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二、实验方式与基本要求
1、根据教学内容和教学目标，实验内容有基础型、设计型和综合性实验，学生应按照实验要求，完成指定的实验内容，并按时提交实验报告。
2、由主讲教师或实验指导教师对实验内容加以辅导。
3、实验每组3～4人，每个实验的学时为2学时，由学生独立完成或在老师的辅导下完成操作。
4、采用硬件电路进行实验，每项实验结果，需经教师认可后，方可拆除线路。
5、要求学生课前预习，严格遵守实验课守则，认真实验，按时完成每堂课的实验内容。
四、实验项目的设置与内容提要
序号 1 2 3 4 5 模块 计算机系统概论 运算方法和运算器 存储器 指令系统 CPU结构和功能 实验课时 2 2 2 0 4 实验项目 实验1.1 寄存器实验 实验2.1运算器实验 实验3.1存储器实验 实验5.1 PC实验 实验5.2中断实验 实验6.1 微程序控制实验 控制单元功能和设计 8 实验6.2 微程序设计实验 实验6.3 指令流水实验 实验6.4 RISC指令集实验 7 8 输入输出系统 系统总线 合 计 0 0 18 9个实验 6 五、考核方式与评分办法
1、每次实验必须由指导教师点名，不得无故缺席或迟到； 2、实验结束后，指导教师对每份实验报告进行批改、评分； 3、平时考核、实验作业、作品等占课程总分数的20%。
六、本实验课配套教材或实验指导书
[1] 江苏启东计算机总厂.《DICE-CP226实验指导书》，2008.1。 [2] 唐朔飞.《计算机组成原理》，2008.1.高等教育出版社。 系 (部) 第 7 页 共 7 页
计算机科学与技术 执 笔 人 蒋永辉 审 核 人 审 定 人
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