计算机组成原理教学大纲

第一篇：计算机组成原理教学大纲

教 学 大 纲

第一章 计算机系统概论

教学内容

一、计算机的分类与应用

二、计算机的硬件组成

三、计算机的软件

四、计算机的层次结构

第二章 运算方法和运算器

一、学习目的和基本要求

（一）掌握数字数据与非数值数据的表示

（二）掌握定点运算方法

（三）了解定点运算器

（四）了解浮点运算方法及浮点运算器

二、重点难点

计算机中数的四种机器码表示、数据格式（定点与浮点）、字符与汉字的表示方法、奇偶校验、定点加减运算、定点与浮点的溢出检测

三、教学内容

（一）数据格式

（二）四种机器码表示

（三）非数值数据的表示

（四）定点运算和定点运算器

（五）浮点运算方法

（六）浮点运算流水线和浮点运算器

第三章 存储系统一、学习目的和基本要求

（一）了解存储器的基本概念

（二）掌握SRAM与DRAM的组成及工作原理

（三）了解只读存储器的特点

（四）掌握提高存储器速度的方法

（五）掌握cache的工作原理，了解pentium PC机的cache

（六）了解虚拟存储器的原理及分类

二、重点难点

存储器的分级结构、SRAM与DRAM特点、字位扩展、DRAM的刷新、Cache原理、虚拟存储技术

三、教学内容

（一）存储器的分类、分级结构、主要技术指标

（二）SRAM（组成、特点）

（三）DRAM（特点、刷新）

（四）CPU与存储器的连接（字位扩展）

（五）CPU对存储器的读写操作

（六）EDRAM

（七）只读存储器（特点、分类），闪速存储器（特点、应用）

（八）高速存储器（原理）

（九）Cache

（十）虚拟存储技术

第四章 指令系统一、学习目的和基本要求

（一）了解指令系统的基本概念及性能要求

（二）掌握指令格式

（三）掌握指令和数据的寻址方式（包括堆栈寻址方式）

（四）了解指令的分类及基本指令系统，掌握精简指令系统的特点

二、重点难点

指令格式、指令寻址方式、操作数寻址方式

三、教学内容

（一）指令系统的基本概念

（二）指令格式

（三）指令寻址方式

（四）数据寻址方式

（五）堆栈寻址方式

（六）指令的分类

（七）RISC与CISC

第五章 中央处理器

一、学习目的和基本要求

（一）掌握中央处理器的功能和组成

（二）了解指令周期的概念

（三）了解计算机中时序信号的作用和体制，掌握时序控制方式

（四）了解控制器的分类、原理和技术

（五）掌握流水CPU的结构及相关问题，了解奔腾CPU的流水结构

二、重点难点

CPU的功能、CPU的基本组成、CPU中的主要寄存器、指令周期、时序信号的作用、微程序控制器与微程序设计技术

三、教学内容

（一）CPU的功能

（二）CPU的组成（基本组成、主要寄存器）

（三）指令周期

（四）时序产生器的作用和控制方式

（五）微程序控制器（微程序概念、原理、机器指令与微指令的关系）

（六）微程序设计技术（微指令格式）

（七）硬布线控制器（基本思想）

（八）流水CPU

第六章 总线系统一、学习目的和基本要求

（一）了解总线的基本概念及作用

（二）掌握接口的概念及作用

（三）掌握总线的总裁和定时方式

（四）了解多总线结构和PCI的特点

二、重点难点

总线结构对计算机系统性能的影响、总线接口、信息的传送方式、总线的总裁方式

三、教学内容

（一）总线结构对计算机系统性能的影响

（二）总线接口（基本概念、功能）

（三）总线的仲裁、定时方式

第七章 外围设备

一、学习目的和基本要求

（一）了解外围设备的功能和分类

（二）掌握显示设备的分类及有关概念

（三）了解打印设备的分类

（四）掌握硬磁盘存储设备的工作原理、技术指标

二、重点难点

显示设备的分类与有关概念、硬磁盘存储设备

三、教学内容

（一）外设的分类

（二）显示设备

（三）打印设备

（四）硬磁盘存储设备

第八章 输入输出系统一、学习目的和基本要求

（一）了解外围设备的定时方式与信息交换方式

（二）掌握中断的基本概念及工作方式

（三）掌握DMA传送方式

（四）了解通道的功能及分类

二、重点难点 程序中断方式的基本概念、DMA传送方式

三、教学内容

（一）外围设备的定时方式

（二）程序中断方式（中断的概念、中断接口、中断处理过程）

（三）DMA方式（DMA基本概念、传送方式、分类）

（四）通道方式（功能、类型）

第二篇：计算机组成原理课程设计教学大纲

计算机组成原理课程设计教学大纲

实习名称:计算机组成原理课程设计 课程编码:042219 学 分:3 实习周数:3

适用专业：计算机科学与技术

一、实习的目的与任务

通过该课程设计的学习，利用先进的EDA设计手段，总结计算机组成原理课程的学习内容，学会ISPEXPERT SYSTEM的使用、层次化设计方法、多路开关，逻辑运算部件，移位器设计、微程序控制的运算器设计、微程序控制的存储器设计、简单计算机的设计，从而巩固课堂知识、深化学习内容、完成教学大纲要求，学好计算机科学与技术专业的专业基础课。

二、实习教学的基本要求

1、参加课程设计的学生必须服从指导教师的指导，遵守纪律，按时、按指导教师的要求独立完成课程设计的任务。

2、每次设计指导教师必须指导学生，并严格考勤。

三、实习内容

1)实习地点：本课程设计的实习地点为计算机硬件基础实验室。2）实习内容：

1：ISPEXPERT SYSTEM的使用：学会ISPEXPERT SYSTEM软件的使用，然后利用此系统完成：一位全加器设计、并行八位寄存器设计，并形成.JED文件，下载到实验箱上，在实验箱上用开关验证。

2：层次化设计方法：学会层次化设计方法，利用该方法完成：同步二进制计数器、多位二进制加法器，并形成.JED文件，下载到实验箱上，在实验箱上用开关验证

3：多路开关，逻辑运算部件，移位器设计：完成多路开关、逻辑运算部件，移位器设计为下面的运算器、存储器设计做好准备。

4：微程序控制的运算器设计：按要求设计一个微程序控制的运算器，输入取数及运算指令，单步执行指令，得出结果。

5：微程序控制的存储器设计：按要求设计一个微程序控制的存储器，按要求进行操作，将数据存入指定单元，并将制定单元中的内容读出送寄存器。

6：简单计算机的设计：按要求设计一台由简单指令作为指令集的计算机，并用该简单指令编写一段程序，运行该程序，得出正确结果。3）课程设计时间安排

课程设计的时间历经3周，大致安排如下： 第一周：第一、第二个设计。第二周：第三、第四个设计。第三周：第五、第六个设计。

每完成一个设计，学生应及时提交报告。

四、考核办法

同学们在实验前应该认真准备实验，根据实验讲义和课堂上学到的知识写出实验报告，带到实验现场。

1、ISPEXPERT SYSTEM的使用

在本次实验中，学会ISPEXPERT SYSTEM软件的使用，然后利用此系统完成： 〈１〉 一位全加器设计〈２〉 并行八位寄存器设计

并形成.JED文件，下载到实验箱上，在实验箱上用开关验证。评分细则：参加实验： 0.2分

完成实验报告： 0.2分

完成一位全加器设计： 0.3分

完成八位并行寄存器设计：0.3分

2、层次化设计方法

在本次实验中，学会层次化设计方法，利用该方法完成： 〈１〉同步二进制计数器〈２〉多位二进制加法器

并形成.JED文件，下载到实验箱上，在实验箱上用开关验证 评分细则：参加实验： 0.2分

完成实验报告： 0.2分

完成同步二进制计数器 0.3分

完成多位二进制加法器 0.3分

3、多路开关，逻辑运算部件，移位器设计

在本次实验中，完成多路开关、逻辑运算部件，移位器设计为下面的运算器、存储器设计做好准备。

评分细则：参加实验： 0.2分 完成实验报告： 0.2分

完成多路开关 0.2分

完成逻辑运算部件 0.2分

完成移位器 0.2分

4、微程序控制的运算器设计

按要求设计一个微程序控制的运算器，输入取数及运算指令，单步执行指令，得出结果。

评分细则：参加实验： 0.3分

完成实验报告： 0.3分

完成所要求的运算器设计 0.45分

正确进行操作并回答问题 0.45分

5、微程序控制的存储器设计

按按要求设计一个微程序控制的存储器，按要求进行操作，将数据存入指定单元，并将制定单元中的内容读出送寄存器。

评分细则：参加实验： 0.3分

完成实验报告： 0.3分

完成所要求的存储器设计 0.45分 正确进行操作并回答问题 0.45分

6、简单计算机的设计

按要求设计一台由简单指令作为指令集的计算机，并用该简单指令编写一段程序，运行该程序，得出正确结果。

评分细则：参加实验： 0.4分 完成实验报告： 0.4分

完成所要求的简单计算机设计 0.6分

正确进行操作并回答问题 0.6分 实验结束由实验指导教师根据实验记录，算出成绩。

4.8分～5.5分 及格 5.6分～6.3分 中等 6.4分～7.1分 良好 7.2分以上 优秀

五、主要参考书：计算机组成原理实验指导书

六、实习教学建议：

执笔人：王海瑞 审定人：雷金辉 教学基层组织主任：雷金辉

第三篇：《计算机组成原理》课程设计教学大纲

《计算机组成原理》课程设计教学大纲

课程编号： 学时/学分：1周/1 授课单位：电子与信息工程学院计算机科学系 适用专业：计算机科学与技术 教材及主要参考资料：

《计算机组成与系统结构》王爱英，清华大学出版社 《计算机组成与结构课程辅导》王爱英，清华大学出版社

一、教学目的及基本要求

计算机组成原理课程设计的教学目的是培养学生计算机硬件系统方案综合设计能力和创新精神。在教师的启发和引导下，学生能自主地进行科技文献检索，进行方案设计、硬件设计、芯片选择、功能介绍及使用方法等。

基本要求：

·说明书应包含题目、系统概述（设计的目的和意义）、系统设计的具体说明（含操作过程）、结论、认识体会、参考文献等几部分。要突出设计重点进行论述与说明；

·文中符号、图、表要符合国家统一标准；

·画出A3电路原理图；

·编写程序及设计说明书（不少于1500字）。

设计说明书基本要求： 1．摘要

用500字左右概述你选择设计题目的特点，重点概述你所设计的方案的创新点，采用的分析、设计方法，得出的结论等。2．综述

围绕选定的设计题目在查阅大量文献资料的前提下，写出查阅文献的综述。3．方案设计与分析(1)提出诸多设计方案；

(2)经分析、比较选出最佳的创新设计方案；(3)给出硬件设计方案；

(4)多设计的硬件进行功能分析；(5)画出硬件电路图。4．方案综合评价与结论

综合评价所设计方案的优缺点，在可能的情况下建立评价指标及评价体系。5．体会与展望

谈一谈参加“计算机组成原理课程设计”的体会和收获；所设计方案的发展前景等。6．参考文献

列出参考文献(包括著作、期刊、报告等)。

二、设计内容及安排

设计任务书提供4个设计题目供学生选择。在指导教师同意的情况下，学生也可以自己选择感兴趣的设计题目，以调动学生参加创新设计的积极性和创造性，给学生充分的自主空间。

1．十六位运算器设计

a 使用器件：181、182、244、373、LED、各类开关； b 能实现十六位二进制数的算术运算和逻辑运算； c 能显示参加运算的操作数及其运算结果； d 能实现串行进位和并行进位的转换。2．存储器扩展系统设计

a 系统使用的器件：SRAM6264、373、244、LED、各类开关；

b 能实现八位数的读和写操作。包括从开关给数存入存储器，将存储器某个单元内容送入另一个单元；

c 能显示地址、显示读出或写入的具体数据。3．计算机信息通路系统设计

a 系统使用的芯片：373、244、181、LED、6264及各种开关； b 实现寄存器和存储器之间的信息传输； c 实现寄存器和运算器之间的信息传输； d 实现存储器和运算器之间的信息传输； e 显示各种信息。4．八位运算器的设计

a 系统使用的芯片：与门、或门、异或门、非门、D触发器、驱动器、发光二极管、各种开关、三态锁存器；

b 能实现8位二进制数的加法运算； c 能显示参加运算的数据、能显示运算结果；

d 能对运算结果实现直接传输、左移、右移、半字交换等操作。

计算机组成原理课程设计要求1周内完成。第l天布置任务、查资料，熟悉题目阶段；第2天方案分析、比较阶段；第3～4完成电路图设计；第5～6天整理设计说明书及准备答辩阶段；第7天答辩阶段。

三、考核方法及成绩评定

课程设计考核的原则是鼓励创新、独立完成。对于能够按时保质保量的完成课程设计任务书内容要求工作量的，有创新点的设计给予好成绩，鼓励同学把设计方案作为课程的实验环节综合选作项目加以验证，以此来培养学生的综合创新设计能力。

成绩评定采用两级分制，即合格和不合格。

合格：设计方案比较新颖，设计说明书及设计电路原理图比较规范、内容比较丰富。在设计过程中勤奋好学、有创新思想；

不合格：设计方案有严重错误，设计说明书及电路原理图不规范、内容浅薄。在设计过程中勤奋好学精神不够。

四、其他要求

1．要求学生在“计算机组成原理课程设计”阶段，全力以赴完成课程设计任务，不能做与本设计无关的事，有事需向指导老师请假。按时完成设计任务书要求的设计任务。

2．按照学校规定，设计资料交系统一存档。

3．课程设计说明书一律在设计任务上手写完成，书写格式参照学校毕业设计（论文）格式要求执行。

撰写人：王红 系主任：彭晏飞

教学院长(主任)：沈学利

电子与信息工程学院计算机科学系

第四篇：《计算机组成原理课程设计》教学大纲

《计算机组成原理课程设计》教学大纲

设计周数：3周 学分：3 学分 适用专业：计算机科学与技术

预修课程：数字逻辑，数字逻辑课程设计，计算机组成原理

一、设计的目的及要求：

本课程设计是计算机科学与技术专业重要的实践性教学环节之一，是在学生学习完《计算机组成原理》课程后进行的一次全面的综合设计。目的是通过一个完整的8位指令系统结构（ISA）的设计和实现，加深对计算机组成原理课程内容的理解，建立起整机系统的概念，掌握计算机设计的基本方法，培养学生科学的工作作风和分析、解决实际问题的工作能力。

要求学生综合运用计算机组成原理、数字逻辑和汇编语言等相关课程的知识，理解和熟悉计算机系统的组成原理，掌握计算机主要功能部件的工作原理和设计方法，掌握指令系统结构设计的一般方法，掌握并运用微程序设计（Microprogramming）思想，在设计过程中能够发现、分析和解决各种问题，自行设计自己的指令系统结构（ISA）。

二、设计内容：

基于TDN-CM++计算机组成原理实验教学系统，设计和实现一个8位指令系统结构（ISA），通过调试和运行，使设计的计算机系统能够完成指定的功能。

设计过程中要求考虑到以下各方面的问题：

1、指令系统风格（寄存器-寄存器，寄存器-存储器，存储器-存储器）；

2、数据类型（无符号数，有符号数，整型，浮点型）；

3、存储器划分（指令，数据）；

4、寻址方式（立即数寻址，寄存器寻址，直接寻址等）；

5、指令格式（单字节，双字节，多字节）；

6、指令功能类别（算术／逻辑运算，存储器访问，寄存器操作，程序流控制，输入／输出）；

7、依据CPI值对指令系统进行性能分析。

三、设计的方法和步骤：

课程设计的过程按照软件工程的指导思想进行，依次为可行性分析，概要设计，详细设计，编码实现，测试，重复修改，直至设计完成。方法和步骤如下：

1、在《计算机组成原理》课内已完成的算术逻辑运算实验、存储器实验、总线基本实验、数据通路组成实验、微程序控制器实验和基本模型机实验的基础上，深入理解具备五条基本指令、应用微程序设计技术实现的控制器的简单模型机的组成结构、运行机制和工作原理；

2、认真剖析TDN-CM++计算机组成原理实验教学系统的时序功能部件、指令译码电路、寄存器组控制、微指令格式、微指令流程、微地址形成部件的功能结构和工作机制，列出相应逻辑方程，找出指令操作码字段与微程序入口地址形成、寄存器组控制的对应关系，确定每个时钟节拍所对应的微操作；

3、根据TDN-CM++计算机组成原理实验教学系统的功能最大化引脚图和完整数据通路图，设计自己的微指令流程框架、控制台流程，完整的指令系统，微程序流程总图，微指令代码表；

4、将微指令代码输入控制存储器并进行校对，利用所设计的指令系统编写测试程序，输入主存并加以运行，查看运行结果正确与否，提交指导教师确认设计结果；

5、编写课程设计报告。

四、成绩考核办法：

考核方法：要求学生独立完成课程设计，并写出课程设计报告，根据课程设计完成情况现场考核，并结合课程设计过程中的表现及课程设计报告对学生进行等级评定。

成绩评定：课程设计成绩分两部分，设计过程及结果占60％，设计报告占40％。

教研室主任（签名）：

学院（系）领导（签名）：

第五篇：计算机组成原理课程教学大纲20100902

《计算机组成原理》课程教学大纲

Computer Organization and Architecture

课程代码：24100747

课程性质：专业基础理论课，必修 适用专业：计算机科学与技术

软件工程、网络工程

总学时数：72

执

笔：陈平华

开课学期：4

总学分数：4.5 编写年月：2006年7月

修订年月：2007年7月

一、课程的性质和目的

本课程主要讲授计算机的组成原理和内部运行机制，包括运算器部件、控制器部件、存储器子系统、输入/输出子系统（总线与接口等）与输入/输出系统设备的功能、组成、设计、实现、使用。

本课程以阐述计算机个部件工作原理和组成结构为主，同时讲述各部件间相互连接的方法，使学生掌握计算机硬件系统的组成、运行原理和设计方法。

通过本课程的学习，使学生了解计算机一般组成原理与内部运行机理，为学习本专业后继课程打好基础。

计算机技术发展迅速，组织课程内容要有较高的起点，反映较为成熟和先进的技术；应注重硬件基础知识和整机概念的教学，培养学生硬件分析、设计和调试的能力，为学习和从事计算机硬件研究和设计打好基础。

本课程实践性较强，为加强学生对教学内容的理解和掌握，培养动手能力，设一门计算机组成原理实验课于本课程配合。

二、课程教学内容及学时分配

第一章计算机系统概论（3学时）

计算机的分类和应用、计算机的硬件、计算机的软件、计算机系统的层次结构。本章知识点为：存储程序的概念、硬件的组成、计算机系统的层次结构。第二章运算方法和运算器（12学时）

数据与文字的表示方法、定点加法、减法运算、定点乘法运算、定点除法运算、定点运算器的组成、浮点运算方法和浮点运算器。

本章知识点为：定点运算方法、定点运算器的组成、浮点运算方法和浮点运算器的组成。第三章存储系统（14学时）

存储器概述、随机读写存储器、只读存储器和闪速存储器、高速存储器、cache存储器、虚拟存储器、存储器保护。

本章知识点为：存储体系的基本原理、主存储器容量扩充的方法。第四章指令系统（10学时）

指令系统的发展与性能要求、指令格式、指令和数据的寻址方式、堆栈寻址方式、典型指令。

本章知识点为：指令的一般格式、寻址方式。第五章中央处理器（14学时）

CPU的功能和组成、指令周期、时序产生器和控制方式、微程序控制器、微程序设计技术、硬布线控制器、传统CPU、流水CPU、RISC CPU、多媒体CPU。频CPU的功能和组成、指令周期、时序产生器和控制方式、微程序控制器、微程序设计技术、硬布线控制器、传统CPU、流水CPU、RISC CPU、多媒体CPU。

本章知识点为：CPU的功能和基本组成，指令周期的概念，时序产生器的组成，微程序控制器及其设计技术，硬布线控制器的结构。

第六章总线系统（5学时）

总线的概念和结构形态、总线接口、总线的仲裁、定时和数据传送模式、PCI总线、ISA总线和Futurebus+总线。

本章知识点为：总线接口、总线的仲裁、定时和数据传送模式。第七章外围设备（6学时）

外围设备概述、显示设备、输入设备和打印设备、硬磁盘存储设备、软磁盘存储设备、磁带存储设备、光盘存储设备。

本章知识点为：显示设备、硬磁盘存储设备、软磁盘存储设备的基本原理。第八章外围设备（6学时）

外围设备的定时方式与信息交换方式、程序中断方式、DMA方式、通道方式、通用I/O标准接口。

本章知识点为：程序中断方式、DMA方式的基本工作原理。

三、课程教学的基本要求

本课程是计算机专业的专业基础课程，理论性较强，是本专业的理论基础课程。在教学方法上，采用课前预习，课堂讲授，课后自学，课堂讨论等教学形式。

(一)课前预习

本课程是学生较早进入的专业课程，为使学生尽快适应专业课程的特点和学习方法，应指导学生做好充分的预习，避免学生面对大量的课程内容和对基础知识的应用无法适应。

(二)课堂讲授

本课程属专业基础理论课程，在教学中要求同学重点掌握基本概念、基本方法和基本规律，要着重培养学生理解理论的能力，在课程内容方面既要保持理论的系统性，又要注意联系实际，并且重视技术科学的一般方法学的培养。

（三）课后自学

为了培养学生整理归纳，综合分析和处理问题的能力，每章都安排一部分内容，课上教师只给出自学提纲，不作详细讲解，课后学生自学。

（四）课堂讨论 课堂讨论的目的是活跃学习气氛，开拓思路。教师应认真组织，安排重点发言，充分调动每一名同学的学习积极性，做好总结。

（五）习题课

习题课以典型例题分析为主，并适当安排开阔思路及综合性的练习及讨论。

（六）课外作业

课外作业的内容选择基于对基本理论的理解和巩固，培养综合计算和分析、判断能力。

（七）平时测验

为及时了解教学情况，教师可适当安排平时课堂测验，每次测验不超过30分钟。

（八）考试

考试采用闭卷方式，考试范围应涵盖所有讲授及自学的内容，考试内容应能客观反映出学生对本门课程主要概念的记忆、掌握程度，对有关理论的理解、掌握及综合运用能力。试题包括基本概念，基本理论，分析计算，题型可采用填空，判断，计算，画图，简答，分析等方式。

总评成绩：一般情况下，课外作业、平时测验占20%，期末闭卷考试占80%；特殊情况下，课外作业、平时测验可提高到30%。

四、本课程与其它课程的联系与分工

先修课程：电路与电子技术、数字逻辑

后续课程：汇编语言、计算机系统结构、接口与通讯、单片机原理

五、建议教材及教学参考书

［1］白中英主编，《计算机组成原理》，科学出版社，2001年出版 ［2］王爱英主编，《计算机组成与结构》，清华大学出版社，2004年出版