一、课程编号：0601C007
二、课程名称：计算机组成原理
三、学分、学时：3学分(48学时)
四、开课单位：计算机及信息工程学院
五、先修课程：计算机导论;电子技术基础
六、课程性质、作用、教学目标
课程性质：必修课、专业基础课
课程作用：本课程使学生掌握计算机系统的组成和工作原理，建立计算机系统整机概念，为进一步学习有关计算机后续课程打下良好的基础。
教学目标：(1)本课程应由浅入深、由粗到细、从整体到部分、从全局到局部、从概念结构到逻辑结构，使学生逐步掌握计算机系统的组成和工作原理，建立计算机系统整机概念;(2)本课程从教学内容的组织上，应既让学生掌握基本概念、基本原理，又尽量反映新技术、新动向、以适应计算机技术发展和变化快的需要;(3)本课程应注重基本概念清楚，同时应注意典型技术的分析，使学生适应在各类计算机上从事开发和应用的需要;(4)本课程从教学环节上应强调系统性、合理的知识结构、理论教学与实践教学相结合，注重学生的智力开发和能力培养;(5)本课程应作为计算机科学与技术专业的专业基础课，特别是计算机科学与技术专业硬件一条线的基础课程，为后续课程的学习打下良好的基础。
七、教学内容与基本要求
第一章 计算机系统概论
教学内容：
1.1 计算机的分类和应用
1.1.1 计算机的分类
1.1.2 计算机的应用
1.2 计算机的硬件
1.2.1 数字计算机的硬件组成
1.2.2 计算机体系结构的发展
1.3 计算机的软件
1.3.1 软件的组成与分类
1.3.2 计算机编程语言和软件的发展演变
1.4 计算机系统的层次结构
1.4.1 多级组成的计算机系统
1.4.2 软件与硬件的逻辑等价性
基本要求：
(1)较粗的计算机系统整机概念、各个组成部分的作用;
(2)冯.诺依曼计算机的技术特点，特别是存储程序控制方式;
(3)计算机系统的层次结构、虚拟计算机概念;
(4)计算机中指令流、数据流概念。
(5)硬件、软件、固件、软件与硬件逻辑等价性概念。
第二章 运算方法和运算器
教学内容：
2.1 数据与文字的表示方法
2.1.1 数据格式
2.1.2 数的机器码表示
2.1.3 字符与字符串的表示方法
2.1.4 汉字的表示方法
2.1.5 校验码
2.2 定点加法、减法运算
2.2.1 补码加法
2.2.2 补码减法
2.2.3 溢出概念与检测方法
2.2.4 基本的二进制加法器/减法器
2.2.5 十进制加法器
2.3 定点乘法运算
2.3.1 原码并行乘法
2.4 定点运算器的组成
2.4.1 逻辑运算
2.4.2 多功能算术/逻辑运算单元
2.4.3 内部总线
2.4.4 定点运算器的基本结构
2.5 浮点运算方法和浮点运算器
2.5.1 浮点加法、减法运算
2.5.2 浮点运算流水线
2.5.3 浮点运算器
基本要求：
(1)给定机器字长情况下，原码、补码、反码、移码、无符号数的表示范围;
(2)补码的求法、补码的特征值;
(3)补码加法/减法运算，溢出判断与检测方法;
(4)浮点数表示方法及加法/减法运算;
(5)串行加法器和并行加法器的进位方法、进位逻辑表达式;
(6)流水线工作原理、时钟周期、时空图、K个过程段流水线完成N个任务所需要的时间。
第三章 存储系统
教学内容：
3.1 存储器概述
3.1.1 存储器分类
3.1.2 存储器的分级结构
3.1.3 主存储器的技术指标
3.2 随机读写存储器
3.2.1 SRAM存储器
3.2.2 DRAM存储器
3.2.3 主存储器组成实例
3.2.4 高性能的主存储器
3.3 只读存储器和闪速存储器
3.3.1 只读存储器
3.3.2 闪速存储器
3.4 高速存储器
3.4.1 双端口存储器
3.4.2 多模块交叉存储器
3.4.3 相联存储器
3.5 cache存储器
3.5.1 cache基本原理
3.5.2 主存与cache的地址映射
3.5.3 替换策略
3.5.4 cache的写操作策略
3.5.5 奔腾PC机的cache
3.6 虚拟存储器
3.6.1 虚拟存储器的基本概念
3.6.2 页式虚拟存储器
3.6.3 段式虚拟存储器
3.6.4 段页式虚拟存储器
3.6.5 替换算法
3.6.6 虚拟存储器实例
3.7 存储保护
3.7.1 存储区域保护
3.7.2 访问方式保护
基本要求：
(1)存储器分类及多级存储体系;
(2)SRAM、DRAM、EDRAM的基本工作机制和区别;
(3)PROM、EPROM、闪存的基本工作机制和区别;
(4)双端口存储器、多模块交叉存储器、相联存储器的基本设计思想。
(5)主存储器的逻辑设计(地址译码、片选逻辑表达式、逻辑电路图);
(6)cache存储器技术、虚拟存储器技术的基本设计思想和目的;
(7)页式虚拟存储器的构成、页表、地址变换过程。
第四章 指令系统
教学内容：
4.1 指令系统的发展与性能要求
4.1.1 指令系统的发展
4.1.2 对指令系统性能的要求
4.1.3 低级语言与硬件结构的关系
4.2 指令格式
4.2.1 操作码
4.2.2 地址码
4.2.3 指令字长度
4.2.4 指令助记符
4.2.5 指令格式举例
4.3 指令和数据的寻址方式
4.3.1 指令的寻址方式
4.3.2 操作数寻址方式
4.3.3 寻址方式举例
4.4 堆栈寻址方式
4.4.1 串联堆栈
4.4.2 存储器堆栈
4.5 典型指令系统
4.5.1 指令的分类
4.5.2 基本指令系统
4.5.3 精简指令系统
基本要求：
(1)指令系统、寻址方式、存储器堆栈概念;
(2)指令基本格式、指令格式辨析;
(3)基本的寻址方式、寻址方式辨析;
(4)CISC、RISC的特点及区别。
第五章 中央处理器
教学内容：
5.1 CPU的功能和组成
5.1.1 CPU的功能
5.1.2 CPU的基本组成
5.1.3 CPU中的主要寄存器
5.1.4 操作控制器与时序产生器
5.2 指令周期
5.2.1 指令周期的基本概念
5.2.2 指令周期举例
5.2.3 指令周期流程图
5.3 时序产生器和控制方式
5.3.1 时序信号的作用和体制
5.3.2 时序信号产生器
5.3.3 时序控制方式
5.4 微程序控制器
5.4.1 微命令和微操作
5.4.2 微指令和微程序
5.4.3 微程序控制器原理框图
5.4.4 微程序举例
5.4.5 CPU周期与微周期的关系
5.4.6 机器指令与微指令的关系
5.5 微程序设计技术
5.5.1 微命令编码
5.5.2 微地址的形成方法
5.5.3 微指令格式
5.5.4 动态微程序设计
5.6 硬布线控制器
5.6.1 硬布线控制器的基本构成
5.6.2 硬布线控制器的设计方法
5.7 典型CPU
5.7.1 传统CPU
5.7.2 流水CPU
5.7.3 RISC CPU
5.7.4 多媒体CPU
基本要求：
(1)CPU的功能;
(2)CPU内部逻辑结构、主要部件作用、指令流数据流的流动过程;
(3)根据模型机提供的数据通路结构、指令功能，画出指令周期流程图;
(4)多级时序体系，特别是指令周期、机器周期(CPU周期)、时钟周期等概念;
(5)微程序控制器和硬布线控制器的基本原理、逻辑结构、区别;
(6)流水CPU的基本原理;
(7)流水线中的资源相关、数据相关、控制相关概念;
(8)指令流水线、算术流水线、处理机流水线概念。
第六章 总线系统
教学内容：
6.1 总线的概念和结构形态
6.1.1 总线的基本概念
6.1.2 总线的连接方式
6.1.3 总线结构对计算机系统性能的影响
6.1.4 总线的内部结构
6.1.5 总线结构实例
6.2 总线接口
6.2.1 信息的传送方式
6.2.2 接口的基本概念
6.3 总线的仲裁、定时和数据传输模式
6.3.1 总线的仲裁
6.3.2 总线的定时
6.3.3 总线数据传送模式
6.4 PCI总线
6.4.1 多总线结构
6.4.2 PCI总线信号
6.4.3 总线周期类型
6.4.4 总线周期操作
6.4.5 总线仲裁
基本要求：
(1)总线概念、总线的特性;
(2)总线仲裁、定时、接口概念;
(3)总线周期、总线带宽计算;
(4)总线的内部结构;
(5)PCI总线辨析。
第七章 输入输出系统
教学内容：
7.1 外围设备的定时方式和信息交换方式
7.1.1 外围设备的定时方式
7.1.2 信息交换方式
7.2 程序中断方式
7.2.1 中断的基本概念
7.2.2 程序中断方式基本接口
7.2.3 单级中断
7.2.4 多级中断
7.2.5 中断控制器
7.2.6 Pentium中断机制
7.3 DMA方式
7.3.1 DMA的基本概念
7.3.2 DMA传送方式
7.3.3 基本的DMA控制器
7.4 通道方式
7.4.1 通道的功能
7.4.2 通道结构的发展
7.5 通用I/O接口
7.5.1 并行I/O标准接口
7.5.2 串行I/O接口USB
基本要求：
(1)信息交换方式有哪些?哪些是硬件实现?那些是软件实现?
(2)程序中断方式基本接口及主要部件的作用;
(3)多级中断处理过程;
(4)DMA方式下的周期挪用、数据传送过程;
(5)DMA控制器的逻辑结构及主要部件的作用;
(6)通道概念、通道基本功能;
(7)Pentium的中断源、中断类型、中断向量表、中断服务子程序入口地址的形成过程。
八、教材及参考书
教材：
(1)白中英，《计算机组成原理》(第三版.网络版)，科学出版社，2000.11 (ISBN 7-03-010370-X)
参考书：
(1)唐朔飞，《计算机组成原理》，高等教育出版社，2001.08 (ISBN 7-04-007927-5)
(2)王爱英，《计算机组织与体系结构》，清华大学出版社，2001.02(ISBN 7-302-04095-8)
(3)计算机系统体系结构(第三版)(英文影印版)，Computer Systems Architecture 3rd Ed，M.Morris Mano，清华大学出版社，199806，(ISBN 7-302-02831-1)
(4)计算机系统组成与体系结构，John D.Carpinelli，Computer Systems Organization & Architecture，人民邮电出版社，2003.08，(ISBN 7-115-11243-6)
九、考核方式
考试(笔试、闭卷考试)
十、教学大纲说明
(1)应安排计算机组成原理实验课，实验内容应体现本课程的教学目标和要求;
(2)应体现本门课程的教学地位：计算机科学与技术专业的专业基础课、硬件一条线的重要基础课程;
(3)后续应安排《计算机体系结构》、《计算机接口技术》、《单片机应用》等硬件类课程，体现出硬件一条线课程的完整体系。
十一、本课程的教学环节(课堂讲授的内容及学时分配)
| 讲授内容 | 讲授学时 | 自学学时 | 平时作业习题数 |
| 计算机系统概论 | 4 | 8 | 1 |
| 运算方法和运算器 | 8 | 18 | 8 |
| 存储系统 | 8 | 18 | 9 |
| 指令系统 | 4 | 8 | 5 |
| 中央处理器 | 10 | 24 | 7 |
| 总线系统 | 6 | 10 | 4 |
| 输入输出系统 | 8 | 18 | 4 |
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