1、計算機組織和結構教學大綱（課程編號：0902302 學分-學時-上機：4-64-16）東南高校計算機學院一、課程的性質和目的本課程是計算機專業必修的一門主要的專業基礎課。本課程系統地介紹計算機的組成結構及各組成部分的工作原理，其內容著重于基本概念、基本原理的學習，同時也體現最新的成果。通過學習本課程，培育學生初步建立計算機的整機概念，駕馭計算機的五個功能部件的組成原理，邏輯實現、設計方法及其互連結構，并奠定良好的計算機硬件基礎，為今后參與計算機系統的分析、設計、開發工作打下一個良好的基礎。二、課程內容的教學要求第1章  計算機系統概論 1.1計算機系統簡介：理解計算機軟硬件在系統中的

2、作用和關系，理解計算機系統的層次結構，理解計算機系統的結構、組成、實現三者之間的關系。1.2計算機系統基本組成：重點駕馭馮·諾依曼計算機模型原理，駕馭計算機硬件的基本組成，重點駕馭計算機系統的工作過程。1.3計算機系統的性能指標：駕馭計算機系統的性能指標及和軟硬件的關系，了解計算機系統的性能瓶頸及性能設計方法。1.4計算機系統發展歷程：了解計算機系統及微型計算機軟硬件發展歷史及分類。第2章  數據的表示和運算 2.1數據的編碼：理解數制及相互轉換方法，嫻熟駕馭機器數及其原碼、補碼、反碼編碼方法及十進制編碼方法，了解字符及字符串編碼方法，駕馭奇偶校驗碼、海明校驗碼及

3、循環冗余校驗碼編碼方法及校驗原理，了解CRC校驗碼原理。 2.2數據的表示：重點駕馭數值數據的表示方法，以及定點表示、浮點表示的格式及特征，理解非數值數據的數據表示方法及格式。 2.3定點數的運算：嫻熟駕馭定點數的移位運算、加減運算方法，駕馭運算溢出的處理方法及所需硬件配置，駕馭定點數的乘法運算方法及所需硬件配置。 2.4浮點數的運算：駕馭浮點數的加減運算過程，理解規格化數的概念。 2.5算術邏輯單元ALU：理解加法的串行及并行進位實現原理，了解ALU的功能和組成，駕馭運算器的基本結構。第3章  存儲系統3.1存儲系統概述：了解存儲器的性能指標，理解程序訪問局部性對提高存儲

4、器性能/價格的作用，駕馭層次結構存儲系統的組成及工作原理。3.2半導體存儲器基礎：駕馭SRAM、DRAM芯片的結構和組成、讀寫周期，理解DRAM芯片的刷新方法，了解ROM結構和存儲原理。3.3主存儲器：理解主存儲器的組成及CPU的相關信號線，嫻熟駕馭利用MEM芯片組成主存儲器的方法(容量擴展方法)，駕馭主存儲器和CPU 的連接方法，了解提高訪問存儲器性能的硬件組織方法（多體/高性能/雙端口存儲器）。3.4高速緩沖存儲器：駕馭Cache的結構和組成原理，理解Cache的工作流程，駕馭Cache組成的地址映像及變換方法、替換算法、寫策略的原理和性能，了解提高Cache性能的相關技術。3.5虛擬存儲

5、器：理解虛擬存儲器的工作原理，駕馭段式、頁式、段頁式虛擬存儲器的存儲管理方法，了解虛擬存儲器的實現原理及工作全過程。第4章  指令系統 4.1指令系統組成：深化理解指令系統和軟硬件的關系，駕馭指令功能相關參數和指令格式的組成，理解軟硬件對指令字的要求及指令字的種類。 4.2數據存放和尋址方式：理解不同長度數據在REG、MEM中的存放方式及地址表示，駕馭堆棧存取方式及堆棧的實現及操作方法，嫻熟駕馭指令及數據尋址方式的尋址過程及形式地址組成。 4.3指令格式舉例：了解指令系統的設計目標，通過分析Pentium及PowerPC指令系統，理解指令系統的組成及優化手段。 4.4指令系

6、統發展：了解CISC及RISC產生緣由，駕馭RISC的設計目標及實現手段。第5章 中心處理器5.1 CPU的功能和結構：理解CPU的功能及基本結構，了解指令周期和CPU工作流程的組成，駕馭指令執行過程、CPU基本操作及微操作的相互關系，了解CPU內部數據通路的組織方法，嫻熟駕馭單總線通路的各種指令執行過程的微操作步序列組成。5.2限制器的組成和工作原理：理解CPU功能實現需求和限制器的功能，理解限制器的基本結構和分類，駕馭時序系統組成原理及和CPU工作流程的關系，了解信號時序的三種限制方式原理，理解微操作實現和微操作吩咐的關系，駕馭微操作限制信號形成原理、及和微操作吩咐有效條件的關系。5.3硬

7、布線限制器：了解組合邏輯限制器的設計步驟，能夠依據要求進行詳細設計。5.4微程序限制器：理解微程序限制思想及微程序組成，駕馭微程序限制器的組成及工作原理，了解微指令格式及其編碼方法，理解各種微地址形成方法，了解微程序限制器的設計步驟并能夠依據要求進行詳細設計。5.5 CPU舉例：了解Intel 8086/8088 CPU的參數和CPU結構的相互關系，理解8086/8088 CPU的基本組成和CPU組成原理的對應程度，理解實地址模式存儲管理的實現方法，了解限制器的實現方法。5.6指令流水技術：駕馭流水線的基本原理及實現要求，了解流水線的性能指標，理解流水線的三種相關解決方法，了解提高流水線性能的

8、方法。第6章 總線 6.1總線概述：了解總線的分類方法、特性及總線性能指標。 6.2總線傳輸和限制：理解總線傳輸的基本步驟，駕馭幾種集中式總線仲裁原理、連接及信號線需求，駕馭總線傳輸步驟的定時方法、信號線需求，了解常見的總線標準。 6.3總線互連結構：理解單總線、多總線互連的目標、結構和特點，了解總線互連時接口部件的操作實現方法。第7章 輸入輸出系統 7.1 I/O系統概述：理解I/O系統的基本組成，連接I/O設備和主機的連接方式、編址及尋址方法，理解I/O設備和主機的幾種傳送限制方式的基本思想。 7.2外部設備：理解I/O設備的基本結構，了解幾種輸入、輸出設備的組成及工作原理，駕馭磁盤存儲器

9、組成、信息記錄格式、操作步驟及性能指標，理解光存儲器記錄原理。 7.3 I/O接口：了解I/O接口的功能及I/O端口概念，理解I/O接口的硬件組成及工作原理，了解I/O指令格式組成。 7.4程序查詢方式：駕馭程序查詢方式的傳送限制原理、流程及編程方法，理解對I/O接口相應工作方法的要求，駕馭無條件傳送限制的編程方法。 7.5程序中斷方式：駕馭中斷的基本概念，理解中斷的分類方法，重點駕馭中斷過程各階段的功能、硬件實現方法，理解中斷過程對I/O接口硬件組織的要求、及I/O接口的工作原理，駕馭不同I/O中斷懇求連接方式的相應判優方法，了解中斷限制器及中斷系統的組成，駕馭中斷嵌套及中斷屏蔽的概念。 7

10、.6 DMA方式：駕馭DMA方式的思想及傳送過程，理解DMA的三種傳送方式及工作過程，駕馭DMA接口的基本組成及數據傳送過程，了解不同功能DMA接口的基本組成。 7.7通道方式：理解通道的功能及基本組成，了解通道的工作過程及種類。三、上機實習要求本課程進行3個部件試驗：總線、半導體靜態存儲器試驗；運算器數據通路試驗；數據通路試驗，它們是為課程設計整機試驗而打算的。學生通過這些試驗可積累一些試驗閱歷和技巧，熟識一些中、大規模集成電路的運用方法，提高邏輯設計實力，為整機試驗打下基礎。四、實力培育的要求1. 分析實力的培育：主要是對計算機各功能部件組成原理及技術進行分析的實力的培育，同時關注新技術在

11、現代計算機上運用的意義。2. 計算實力的培育：要求學生通過本課程的學習，具備對計算機中各種常用的算術運算算法的駕馭以及各個部件常用的性能指標的計算。3. 自學實力的培育：通過本課程的教學，要培育和提高學生對所學學問進行整理、概括、消化汲取的實力，以及圍繞課堂教學內容，閱讀參考書籍和資料，自我擴充學問領域的實力。4. 表達實力的培育：主要通過作業，清楚、整齊地表達自己解決問題的思路和步驟的實力。5. 創新實力的培育：培育學生獨立思索、深化鉆研問題的習慣，和對問題提出多種解決方案、選擇不同實現方法，以及對各種技術進行評價和舉一反三的實力。五、建議學時安排課 程 內 容講 課習題課或課堂探討實 驗上 機計算機組織和結構58616計算機系統概論 4數據的表示和運算1114存儲系統 1114指令系統31中心處理器 1224總線 4