《计算机组织与体系结构》教学大纲(亲自整理).doc

《计算机组织与体系结构》教学大纲
整理：刘文东 时间：2013-2-3 20:37:53
v 基本信息：
课程编号：CS3121007 课程名称：计算机组织与体系结构（Computer Organization and Architecture）
学时：76+20 学分：5.5 课程类型：必修 课程性质：学科基础课 适用专业：计算机科学与技术
先修课程：数字电路与逻辑设计、计算机导论 开设学院：计算机学院
v 课程的教学目标和任务：
Ø 本课程为计算机科学与技术专业、网络工程专业的专业基础课。根据专业培养计划，将计算机组成原理、计算机系统结构等课程内容综合而成，知识面较宽，难度较大。
Ø 本课程主要讲述计算机基本组成、各大组成部件的结构及工作原理、指令执行过程及CPU 微体系结构、流水线技术、并行计算机体系结构、提高计算机部件和整机性能的途径等内容，课程注重基础知识与新技术的融合、理论到实践的转化，目标是培养具有创新和实际动手能力、真正理解和掌握计算机基本组成与结构、掌握计算机系统软硬件综合设计技术的人才。
v 本课程与其他课程的联系和分工
本课程的先修课程为《计算机导论》、《数字电路与逻辑设计》等，后继课程为《嵌入式系统》、《微机系统》、《操 作系统》等。
v 课程内容和基本安排
(一)绪论（2 学时）
Ø 主要内容：（1）计算机的发展史（过去、现在、未来）
（2）计算机的基本组成
（3）计算机的分层组织结构与分类
(二)数值与编码（6 学时）
Ø 主要内容：（1）数值数据的编码表示
（2）定点数与浮点
（3）非数值信息的编码表示
（4）校验码：奇偶校验码、海明码、循环码
Ø 基本要求：（1）熟练掌握数的编码表示(原码、补码，变形补码、反码、移码)。
（2）掌握定点数与浮点数、规格化浮点数的概念
（3）了解非数值信息的编码表示
（4）掌握奇偶校验码、海明码、循环码编码方法和用途
Ø 重点、难点：
ü 重点：补码及其性质；补码加减运算；定点数与浮点数的表示范围；奇偶校验码、海明码、循环码 编码方法
ü 难点：补码及其性质；规格化浮点数的表示范围
（三）指令系统（6 学时）
Ø 主要内容：（1）指令格式及含义
（2）操作码的编码原理及与地址字段的关系
Ø 基本要求：（1）了解计算机的指令格式，掌握指令扩展操作码技术
（2）掌握指令和数据的寻址方式
（3）掌握常用的指令类型，了解汇编语言程序设计的基本方法。
（4）了解 CISC 与 RISC 的概念，了解理解精简指令系统计算机 RISC 的特点
Ø 重点、难点
ü 重点：指令格式；指令的寻址方式；指令系统
ü 难点：指令扩展操作码技术；指令的寻址方式
（四）存储系统（12 学时+4 学时）
Ø 主要内容：（1）常用半导体存储器的存储原理、存储芯片的结构，计算机主存储器组成与控制方法；
（2）辅助存储器的种类与技术指标，硬盘存储器和光盘存储器的结构和工作原理，磁盘阵列 技术；
（3）Cache 存储器的工作原理，由 Cache—主存—虚存组成的三级存储体系。
（4）虚拟存储器的工作原理
Ø 基本要求：（1）了解半导体存储器的分类、主要技术指标和基本操作
（2）掌握读写存储器 SRAM、DRAM 的存储原理和存储芯片的结构；掌握只读存储器 EPROM、EEPROM、FLASH MEMORY 的存储原理和存储芯片的结构
（3）掌握主存储器的组成与控制方法
（4）掌握辅助存储器的种类与技术指标；掌握磁记录原理与记录方式，了解硬盘存储器的基 本结构；了解光盘存储器的种类、组成和工作原理
（5）了解磁盘阵列技术与容错支持
（6）了解存储系统的层次结构的概念，掌握 Cache存储器的工作原理，掌握 Cache 存储器 的三种地址映射方式，Cache 存储器的替换算法，Cache 与主存的一致性问题
（7）了解虚拟存储器的工作原理
（8）了解相联存储器的工作原理
（9）了解存储保护的基本方式
Ø 重点、难点：
ü 重点：基本存储单元的存储原理；存储芯片的结构；半导体存储器的组成与控制；
磁记录原理与记录方式；Cache 存储器的工作原理
ü 难点：半导体存储器的组成与控制、Cache 存储器的三种地址映射方式
(五) 运算方法及运算器（12 学时+8 学时）
Ø 主要内容：（1）定点数的加减运算与加法器，定点数的乘法、除法运算与实现
（2）定点运算器的组成与结构；浮点数四则运算与实现
Ø 基本要求：（1）掌握定点数的加减运算与加法器的实现
（2）了解定点数的乘法运算方法与实现
（3）了解定点数的除法运算方法与实现
（4）掌握定点运算器的组成与结构
（5）了解浮点数的四则运算方法与实现，掌握浮点数的加减运算
Ø 重点、难点：
ü 重点：定点数的加减运算；并行加法器的实现；定点运算器的组成与结构
ü 难点：并行加法器的实现；浮点数的运算
（六）中央处理器（10 学时+8 学时）
Ø 主要内容：（1）中央处理器的微体系结构
（2）指令流程、指令执行的全过程
（3）组合逻辑控制器及其设计思想，微程序控制器及其设计思想。
Ø 基本要求：（1）了解中央处理器的微体系结构、CPU 性能参数（CPU 时间、CPI、MIPS、FLOPS）
（2）掌握指令流程、指令执行的全过程的分析与设计
（3）掌握微程序控制器的基本工作原理，理解微程序设计技术
（4）了解组合逻辑控制器及其设计思想
Ø 重点、难点：
ü 重点：指令流程、指令执行的全过程的分析与设计；微程序控制器和微程序设计技术；CPU 性能参数计算
ü 难点：指令微操作流程的分析与设计
（七）流水线技术（8 学时）
Ø 主要内容：（1）流水线的概念与性能指标
（2）流水线计算机实现的技术问题
Ø 基本要求：（1）了解流水线的概念与分类
（2）掌握流水线的性能分析与技术指标
（3）了解流水线的相关问题及其处理方法
Ø 重点、难点：
ü 重点：流水线的性能指标；流水线的相关
ü 难点：流水线的相关问题及其处理方法
（八）总线与输入/输出系统（10 学时）
Ø 主要内容：（1）总线的概念与结构
（2）接口的组成及功能
（3）常用的输入/输出控制方式：查询、中断、DMA、通道
Ø 基本要求：（1）了解总线的概念
（2）掌握总线类型、总线组成与控制
（3）了解输入/输出系统的基本概念；接口的组成及功能
（4）了解常用的输入/输出控制方式的特点
Ø 重点、难点：
ü 重点：总线结构、总线组成与控制
（九）并行计算机体系结构（8 学时）
Ø 主要内容：（1）计算机体系结构概述
（2）并行计算机系统的基本概念和设计问题
Ø 基本要求：（1）掌握计算机体系结构的基本概念
（2）掌握并行计算机系统的分类和结构
（3）了解并行计算机系统的设计问题
（4）了解几种典型的并行计算机系统结构
Ø 重点、难点：
ü 重点：计算机体系结构的基本概念；并行计算机系统的分类和结构
ü 难点：并行计算机系统的设计问题
（十）计算机系统设计概述（2 学时）
Ø 主要内容：（1）计算机系统设计基本概念
（2）计算机系统设计基本方法（自学）

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