《计算机组成原理》课程教学大纲 Computer Organization

计算机组成原理 Computer Organization 一、课程基本情况（中英文对照） 课程名称：计算机组成原理 课程编号： 课程总学时：64一（其中，讲课48一，实验16，上机一，实习】 课程学分：3 课程分类：（填必修或选修）必修 开课学期：（填秋或春或夏）春 开课单位：（信息与电气工程学院系 学院计算机系 教研室) 适用专业：计算机科学与技术 所需先修课：数字电子技术、汇编语言程序设计 课程负责人：黄岚，程新荣 General Information: Curricular Name:Computer Organization Curricular Key: Standard Hours: 64 (Lecture 48,Labl6) Credit Points: Curricular Type: Required Available Semesters:Spring In Charge Department:Computer science and technology Dept College:College of Information and Electrical engineering Suitable Specialties:Computer science and technology Pre-Required Courses: Digital Electronic Technology,Assemble Language Programming In Charger:Huang Lan,Cheng Xin-Rong 二、课程内容简介（中英文对照） 《计算机组成原理》是一门核心专业基础课，它与其它课程有承上 启下的作用，它的先修课程为《汇编语言》、《数字电子技术》，它又 与《计算机系统结构》以、《操作系统》、《微机接口技术》、《嵌入式系统 及应用》等课程密切相关，是这些课程的先修课之一。其内容主要为： 计算机系统概论、运算方法和运算器、存储系统、指令系统、中央处 理器、总线系统、外围设备、I/O系统。通过本课程的理论和实践学 习，使学生掌握单处理机系统的组成原理和实现方法，清晰建立计

计算机组成原理 Computer Organization 一、课程基本情况（中英文对照） 课程名称：计算机组成原理 课程编号： 课程总学时： 64 (其中，讲课 48 ，实验 16 ，上机 ，实习 ) 课程学分：3 课程分类：（填必修或选修） 必修 开课学期：（填秋或春或夏） 春 开课单位：（信息与电气工程学院系 学院 计算机 系 教研室） 适用专业：计算机科学与技术 所需先修课：数字电子技术、汇编语言程序设计 课程负责人：黄岚,程新荣 General Information: Curricular Name: Computer Organization Curricular Key: Standard Hours: 64（Lecture 48， Lab16） Credit Points: 3 Curricular Type: Required Available Semesters: Spring In Charge Department: Computer science and technology Dept. College: College of Information and Electrical engineering Suitable Specialties: Computer science and technology Pre-Required Courses： Digital Electronic Technology, Assemble Language Programming In Charger : Huang Lan, Cheng Xin-Rong 二、课程内容简介（中英文对照） 《计 算 机组 成 原理 》是一 门 核心 专 业基 础 课，它 与其 它 课程 有 承上 启 下的 作 用 ，它 的 先 修 课程 为 《 汇编 语 言》、《数 字 电 子 技术 》，它 又 与《计 算 机系 统 结 构》、《 操 作系 统》、《微 机 接口 技 术》、《嵌 入 式系 统 及应 用 》等 课 程密 切 相关 ，是 这 些课 程 的先 修 课之 一 。其 内 容主 要 为： 计算 机 系统 概 论 、运算 方 法和 运 算器 、存 储系 统 、指 令系 统 、中央 处 理器 、总 线 系统 、外 围设 备 、I/O 系 统 。通过 本 课程 的 理论 和 实践 学 习 ， 使 学生 掌 握 单处 理 机 系统 的 组 成原 理 和实 现 方 法， 清 晰 建立 计

算机的整机概念，初步具有硬件的设计与调试能力。 Computer Organization is a core course for specialties of Computer science and technology.This course which need Pre-Required Courses (Digital Electronic Technology,Assemble Language Programming)is a broad introduction to all aspects of computer systems architecture and serves as the foundation for subsequent computer systems courses,such as computer architecture,Computer Operating Systems,interface technology and embedded system.In this course,topics to be covered will include:Computer abstractions and technology,arithmetic for computers instruction sets,memory hierarchy,CPU,system bus,Peripheral equipment,1/O. Based on above fundamental concepts and principles,the students will be trained to grasp basic skill to analyze computer organization,so for students in Computer science and technology,with the training of this course,they will possess practice skill and capability of computer system independently 三、各部分教学纲要（无实验、实习的课程，不写以下第2部分；纯实验、实习 课程，不写以下第1部分) 1、课堂讲授部分教学内容与要求(48学时) 各章要点及授课时数 1计算机系统概论(3学时) 计算机的产生与发展，计算机的应用；计算机的系统结构、计算机组成与实现的联系与 区别，计算机组成研究的内容，计算机的层次结构；计算机主要指标。 第1节计算机发展概述 第2节计算机的分类及应用 第3节计算机的基本组成 第4节计算机的层次结构 第5节计算机的性能指标 2运算方法和运算器(9学时)

算机的整机概念，初步具有硬件的设计与调试能力。 Computer Organization is a core course for specialties of Computer science and technology. This course which need Pre-Required Courses (Digital Electronic Technology, Assemble Language Programming) is a broad introduction to all aspects of computer systems architecture and serves as the foundation for subsequent computer systems courses, such as computer architecture, Computer Operating Systems, interface technology and embedded system. In this course, topics to be covered will include: Computer abstractions and technology, arithmetic for computers, instruction sets, memory hierarchy, CPU, system bus, Peripheral equipment, I/O. Based on above fundamental concepts and principles, the students will be trained to grasp basic skill to analyze computer organization, so for students in Computer science and technology, with the training of this course, they will possess practice skill and capability of computer system independently. 三、各部分教学纲要(无实验、实习的课程，不写以下第 2 部分；纯实验、实习 课程，不写以下第 1 部分) 1、课堂讲授部分教学内容与要求(48 学时) 各章要点及授课时数 1 计算机系统概论（3 学时） 计算机的产生与发展，计算机的应用；计算机的系统结构、计算机组成与实现的联系与 区别，计算机组成研究的内容，计算机的层次结构；计算机主要指标。 第 1 节 计算机发展概述 第 2 节 计算机的分类及应用 第 3 节计算机的基本组成 第 4 节计算机的层次结构 第 5 节计算机的性能指标 2 运算方法和运算器（9 学时）

数据的表示方法：定点加、减、乘、除运算，定点运算器的组成、结构；浮点运算方法 和典型浮点运算器介绍。 第1节数据表示（数据与文字表示方法) 第2节定点加减运算及实现 第3节定点乘法运算及实现 第4节定点除法运算及实现 第5节定点运算器的组成与结构(ALU与数据通路设计与实现)】 第6节浮点运算方法和浮点运算器 3指令系统(6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 微机指令系统介绍， 第1节指令系统的发展和性能要求 第2节指令格式 第3节指令及数据的寻址方式 第4节堆栈寻址方式 第5节典型指令 4中央处理器(10学时) 中央处理器的功能和组成，组合逻辑控制器、微程序控制器的概念、指令周期的概念 时序概念：微处理器举例（或实例分析b 第1节CPU的功能和组成

数据的表示方法：定点加、减、乘、除运算，定点运算器的组成、结构；浮点运算方法 和典型浮点运算器介绍。 第 1 节 数据表示（数据与文字表示方法） 第 2 节定点加减运算及实现 第 3 节定点乘法运算及实现 第 4 节定点除法运算及实现 第 5 节定点运算器的组成与结构（ALU 与数据通路设计与实现） 第 6 节浮点运算方法和浮点运算器 3 指令系统（6 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 微机指令系统介绍。 第 1 节 指令系统的发展和性能要求 第 2 节 指令格式 第 3 节指令及数据的寻址方式 第 4 节堆栈寻址方式 第 5 节 典型指令 4 中央处理器（10 学时） 中央处理器的功能和组成，组合逻辑控制器、微程序控制器的概念、指令周期的概念， 时序概念；微处理器举例（或实例分析）。 第 1 节 CPU 的功能和组成

第2节指令周期 第3节时序信号和控制方式 第4节一个模型计算机和控制器初步设计 第5节硬布线控制器 第6节微程序控制器及微程序设计 第7节传统CPU介绍（自学） 第8节流水CPU 第9节RISC CPU 本章内容学习后要求学生查阅文献，写课程论文。 5存贮系统(8学时) 存贮器概述、半号体读、写存贮器、半导体只读存贮器、高速缓冲存贮器、虚拟存储的 概念。 第1节存储器概述 第2节RAM 第3节ROM和FLASH ROM 第4节应用系统中的存储器设计 第5节高速存储器 第6节CACHE存储器 *第7节虚拟存储器 6总线(3学时) 总线的概念、特点、约定、分类：单机系统总线结构；总线的驱动、控制和联络；典型

第 2 节 指令周期 第 3 节 时序信号和控制方式 第 4 节 一个模型计算机和控制器初步设计 第 5 节 硬布线控制器 第 6 节微程序控制器及微程序设计 第 7 节 传统 CPU 介绍(自学) 第 8 节 流水 CPU 第9节 RISC CPU 本章内容学习后要求学生查阅文献，写课程论文。 5 存贮系统（8 学时） 存贮器概述、半导体读、写存贮器、半导体只读存贮器、高速缓冲存贮器、虚拟存储的 概念。 第 1 节存储器概述 第 2 节 RAM 第 3 节 ROM 和 FLASH ROM 第 4 节 应用系统中的存储器设计 第 5 节 高速存储器 第 6 节 CACHE 存储器 *第 7 节 虚拟存储器 6 总线（3 学时） 总线的概念、特点、约定、分类；单机系统总线结构；总线的驱动、控制和联络；典型

总线介绍：微机系统中总线作用。 第1节总线的概念和结构形态 第2节总线接口 第3节总线的仲裁、定时和数据传送模式 7输入/输出管理(5学时) 外设与系统的信息交换概述；程序查询管理方式；中断管理方式；DMA管理方式；通 道方式。 第1节外围设备的定时方式与信息交换方式 第2节程序中新方式 第3节DMA方式 第4节通道方式 8外部设备简介(2学时) 外设的基本概念，软盘、硬盘存贮设备、磁带存储设备等 9课堂专题交流，复习(2学时) 2、实验、实习部分教学内容与要求(16学时) (一)运算器级成实验(4学时)目的： 目的：1)掌握算术逻辑运算加、减、乘、与的工作原理；(2)熟悉简单运算器的数据传送 通路；(3)验证实验台运算器的8位加、减、与、直通功能(4)验证实验台的4位乘 4位功能

总线介绍；微机系统中总线作用。 第 1 节 总线的概念和结构形态 第 2 节 总线接口 第 3 节 总线的仲裁、定时和数据传送模式 7 输入/输出管理（5 学时） 外设与系统的信息交换概述；程序查询管理方式；中断管理方式；DMA 管理方式；通 道方式。 第 1 节 外围设备的定时方式与信息交换方式 第 2 节 程序中断方式 第 3 节 DMA 方式 第 4 节通道方式 8 外部设备简介（2 学时） 外设的基本概念，软盘、硬盘存贮设备、磁带存储设备等。 9 课堂专题\交流，复习（2 学时） 2、实验、实习部分教学内容与要求（16 学时） （一）运算器级成实验（4 学时）目的： 目的：1）掌握算术逻辑运算加、减、乘、与的工作原理；（2）熟悉简单运算器的数据传送 通路；（3）验证实验台运算器的 8 位加、减、与、直通功能； （4）验证实验台的 4 位乘 4 位功能

内容：用TEC-4了解运算器组成原理，熟悉简单运算器的数据通路；输入数据到暂存寄存 器DR1、DR2,根据输入数据完成运算，并写出结果。选做内容为编写程序将IEEE754格式 表示的32位浮点数对应的存储4个字节内容读出来并显示。 要求：学生独立完成实验，教师进行提问并记录本次成绩 (二)控制器原理：微程序控制器实验(4学时) 目的：(1)掌握时序产生器的组成原理；(2)掌握微程序控制器的组成原理；(3)掌握微 指令格式的化简和归并。 实验内容：在模型计算机TEC-4上以单拍(DP)方式跟踪执行控制台指令和机器指令对应 的微程序，观察微指令的取指、执行，微指令的内容，微地址的变化，了解控制器工作原理 了解微程序设计方法。 要求：学生独立完成实验，教师进行提问并记录本次成绩。 （三)半导体存储原理实验(4学时) 目的：(1)了解双端口静态随机存储器DT7132的工作特性及使用方法：(2)了解半导体 存储器怎样存储和读出数据；(3)了解双端口存储器怎样并行读写，产生冲突的情况如何 实验内容：用TEC-4将数据从左端口输入、从右端口读出并送指令奇存器。（1)了解静态 随机存储器的工作特性及实用方法：(2)存贮器怎样存储和读出数据：(3)了解使用存贮 器的定时要求。 要求：学生独立完成实验，教师进行提问并记录本次成绩。 (四)：利用TEC-4了解计算机的数据通路(4学时) 目的：(1)将双端口通用奇存器堆和双端口存储器模块联机：(2)进一步熟悉计算机的数

内容：用 TEC-4 了解运算器组成原理，熟悉简单运算器的数据通路；输入数据到暂存寄存 器 DR1、DR2,根据输入数据完成运算，并写出结果。选做内容为编写程序将 IEEE754 格式 表示的 32 位浮点数对应的存储 4 个字节内容读出来并显示。 要求：学生独立完成实验，教师进行提问并记录本次成绩。 （二）控制器原理：微程序控制器实验（4 学时） 目的：（1）掌握时序产生器的组成原理；（2）掌握微程序控制器的组成原理；（3）掌握微 指令格式的化简和归并。 实验内容：在模型计算机 TEC-4 上以单拍（DP）方式跟踪执行控制台指令和机器指令对应 的微程序，观察微指令的取指、执行，微指令的内容，微地址的变化，了解控制器工作原理， 了解微程序设计方法。 要求：学生独立完成实验，教师进行提问并记录本次成绩。 （三）半导体存储原理实验（4 学时） 目的：（1）了解双端口静态随机存储器 IDT7132 的工作特性及使用方法；（2）了解半导体 存储器怎样存储和读出数据；（3）了解双端口存储器怎样并行读写，产生冲突的情况如何。 实验内容：用 TEC-4 将数据从左端口输入、从右端口读出并送指令寄存器。（１）了解静态 随机存储器的工作特性及实用方法；（２）存贮器怎样存储和读出数据；（３）了解使用存贮 器的定时要求。 要求：学生独立完成实验，教师进行提问并记录本次成绩。 （四）：利用 TEC-4 了解 计算机的数据通路（4 学时） 目的：（1）将双端口通用寄存器堆和双端口存储器模块联机；（2）进一步熟悉计算机的数

据通路；(3)掌握数字逻辑电路中故障的一股规律，以及排除故障的一般原则和方法；(4) 锻炼分析问题与解决问题的能力，在出现故障的情况下，独立分析故障现象，并排除故障。 实验内容：向通用寄存器中的四个通用寄存器分别置入数据并通过A,B端口读出；将RAM 中的数据送入通用寄存器并读出。 要求：学生独立完成实验，教师进行提问，记录完成情况：学生写实验报告。 CPU组成与机器指令执行实验（结合课程设计完成） 3、习题作业安排 教材格章均有若干个习题，要求学生都要及时完成，并校教师批改。教师对学生 作业中出现的普遍性问题及时给予辅导、解答。 四、使用教材的名称、主编人、出版社、出版时间及版次及主要参考书名 称。 ·教材：《计算机组成原理》（第三版·网络版）白中英主编，科学出版社，2004 年 ···主要参考书： [JL Hennessy,.DA Patterson.Computer Organization&Design(影印版).机械工业 出版社。2002 [2]郑纬民，汤志忠.《计算机系统结构》，清华大学出版社(2版)，1998 [3]William Stallings,Computer organization and architecture.Prentice HALL,1996 [4]Kai Hwang.Advanced Computer architecture.McGraw Hill.1993 五、教学大纲说明········· 1、教学目的与课程性质、任务 《计算机组成原理》是计算机专业的一门专业基础课。该课为本专业学生进 一步学习计算机系列课打下必要的基础。通过课堂学习，使学生在掌握一般计算 机组成的原理前提下，能够掌握分析一般计算机系统的能力，并对计算机系统的

据通路；（3）掌握数字逻辑电路中故障的一般规律，以及排除故障的一般原则和方法；（4） 锻炼分析问题与解决问题的能力，在出现故障的情况下，独立分析故障现象，并排除故障。 实验内容：向通用寄存器中的四个通用寄存器分别置入数据并通过 A,B 端口读出；将 RAM 中的数据送入通用寄存器并读出。 要求： 学生独立完成实验，教师进行提问，记录完成情况；学生写实验报告。 CPU 组成与机器指令执行实验(结合课程设计完成) 3、习题作业安排 教材各章均有若干个习题，要求学生都要及时完成，并交教师批改。教师对学生 作业中出现的普遍性问题及时给予辅导、解答。 四、使用教材的名 称 、主 编 人、出 版社 、出 版时 间 及版 次及主要参考书名 称。 • 教材：《计算机组成原理》（第三版·网络版）白中英主编，科学出版社，2004 年 ••• 主要参考书： [1]JL Hennessy,DA Patterson. Computer Organization & Design(影印版).机械工业 出版社。2002 [2]郑纬民，汤志忠.《计算机系统结构》，清华大学出版社（2 版），1998 [3]William .Stallings, Computer organization and architecture. Prentice HALL,1996 [4]Kai Hwang. Advanced Computer architecture. McGraw Hill.1993 五、教学大纲说明•••••••••••• 1、教学目的与课程性质、任务 《计算机组成原理》是计算机专业的一门专业基础课。该课为本专业学生进 一步学习计算机系列课打下必要的基础。通过课堂学习，使学生在掌握一般计算 机组成的原理前提下，能够掌握分析一般计算机系统的能力，并对计算机系统的

组成有明确的认识。通过实验训练，使学生初步掌握计算机系统中各部分设计基 本原则，培养他们开发硬、软件的能力。通过学习应达到以下要求： (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：并掌握一定的实验和调试技能。 ····2、课程主要内容、重点及深度 ··课程主要介绍简单、完整、单处理器计算机的基本组成原理和内部运行机 制，并探索硬、软件之间相互作用的关系，以及如何有效利用硬件提高系统性能。 教学内容包括算术逻辑部件(ALU)、指令系统、控制器设计、高速缓冲存储器 和虚拟存储器、总线和外部设备等，尽力体现设计计算机时在成本、性能和复杂 性之间的权衡。 本课程属专业基础课程。从课程的地位来讲，它在先导课和后续课之间起着承上 启下的作用。重点介绍运算器、存储器、CPU及I/O系统的工作原理及其基本设 计思路方法，强调单处理器计算机的基本组成原理和内部运行机制，其中，控制 器的原理及设计方法是本课程的重中之重。本课程的难点在于如何使学生能把所 学知识融会贯通，建立起计算机系统的整体概念，并能灵活运用于简单系统的设 计之中。··· ·3、教学要求与主要环节，· 本课程应体现理论与实践教学自结合。课堂讲授是本课程的主要教学环节。讲 授方式上，力求深入浅出、形象生动，贯穿分析、综合的方法，尽可能采用幻灯 和图表以达到简明扼要、直观明了、易于理解的目的。在每章后有习题以便学生 巩固所学知识：实验课前，要求学生写预习实验报告，课后提问，以便促进实验 操作课的质量提高：着重培养学生对实验用计算机的分析、设计、调测的能力。 4、与其它课程的关系 本课程的先导课为数字电子技术、汇编语言程序设计，后继课为操作系统、计算 机系统结构、微机接口、计算机网络、嵌入式系统及应用。本课程在先导课与后 继课之间起着承上启下与继往开来的作用。 5、考试考核办法： 本课程综合成绩由三部分组成： (1)期末考试闭卷，期末考试占（笔试）65% (2)平时成绩占15% (3)实验成绩占20% 执笔人：

组成有明确的认识。通过实验训练，使学生初步掌握计算机系统中各部分设计基 本原则，培养他们开发硬、软件的能力。通过学习应达到以下要求： （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；并掌握一定的实验和调试技能。 ••••2、课程主要内容、重点及深度 • • 课程主要介绍简单、完整、单处理器计算机的基本组成原理和内部运行机 制，并探索硬、软件之间相互作用的关系，以及如何有效利用硬件提高系统性能。 教学内容包括算术逻辑部件（ALU）、指令系统、控制器设计、高速缓冲存储器 和虚拟存储器、总线和外部设备等，尽力体现设计计算机时在成本、性能和复杂 性之间的权衡。 本课程属专业基础课程。从课程的地位来讲，它在先导课和后续课之间起着承上 启下的作用。重点介绍运算器、存储器、CPU 及 I/O 系统的工作原理及其基本设 计思路方法，强调单处理器计算机的基本组成原理和内部运行机制，其中，控制 器的原理及设计方法是本课程的重中之重。本课程的难点在于如何使学生能把所 学知识融会贯通，建立起计算机系统的整体概念，并能灵活运用于简单系统的设 计之中。••• • 3、教学要求与主要环节•• 本课程应体现理论与实践教学自结合。课堂讲授是本课程的主要教学环节。讲 授方式上，力求深入浅出、形象生动，贯穿分析、综合的方法，尽可能采用幻灯 和图表以达到简明扼要、直观明了、易于理解的目的。在每章后有习题以便学生 巩固所学知识；实验课前，要求学生写预习实验报告，课后提问，以便促进实验 操作课的质量提高；着重培养学生对实验用计算机的分析、设计、调测的能力。 4、与其它课程的关系 本课程的先导课为数字电子技术、汇编语言程序设计，后继课为操作系统、计算 机系统结构、微机接口、计算机网络、嵌入式系统及应用。本课程在先导课与后 继课之间起着承上启下与继往开来的作用。 5、考试考核办法： 本课程综合成绩由三部分组成： (1) 期末考试闭卷，期末考试占（笔试）65% (2)平时成绩占 15% (3)实验成绩占 20% 执笔人：

审定人： 年月日制定（修订）

审定人： 年 月 日制定（修订）