一、課程描述及目標(biāo)

（一）課程描述

《計(jì)算機(jī)組成原理與實(shí)驗(yàn)》是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè),、軟件工程專業(yè)的一門重要學(xué)科基礎(chǔ)課,。它在先導(dǎo)課和后續(xù)課之間起著承上啟下的和繼往開來的作用。該課程全面地介紹了計(jì)算機(jī)單機(jī)系統(tǒng)的組成原理及內(nèi)部工作機(jī)制,，包括計(jì)算機(jī)各大部件的結(jié)構(gòu),、工作原理、邏輯實(shí)現(xiàn),、設(shè)計(jì)方法及其互連構(gòu)成計(jì)算機(jī)整機(jī)的相關(guān)技術(shù),。

該課程以需求分析引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建單機(jī)系統(tǒng)，根據(jù)構(gòu)建好的系統(tǒng)進(jìn)行部件選擇,、互連,、測(cè)試等操作，最終可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)系統(tǒng)功能,。本門課程在理論教學(xué)的基礎(chǔ)之上,，增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生在掌握基本原理的同時(shí),，可以通過具體的硬件實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行操作,，最后通過相關(guān)模擬軟件構(gòu)件自己的理想系統(tǒng)。培養(yǎng)學(xué)生自主分析,、理解問題,、舉一反三、融會(huì)貫通,、團(tuán)隊(duì)協(xié)作,、創(chuàng)新精神的能力。

（二）課程目標(biāo)

作為計(jì)算機(jī)類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程,，學(xué)完該門課程后,，要求學(xué)生能夠達(dá)到以下學(xué)習(xí)目標(biāo):

1.掌握計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本構(gòu)成,，各構(gòu)成部件的工作原理及實(shí)現(xiàn)的基本技術(shù)和方法，核心能力1.1,、2.1,。

2.具有使用仿真軟件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力，核心能力2.2,。

3.通過分組合作形式鍛煉團(tuán)隊(duì)合作能力,，核心能力4.1.

4.及時(shí)了解國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀以及最新關(guān)鍵技術(shù)，養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣和能力,。核心能力6.1,、6.2,。

5.通過課程的學(xué)習(xí),，培養(yǎng)較好的學(xué)習(xí)習(xí)慣、職業(yè)規(guī)范,。核心能力7.1,。

二、課程內(nèi)容

（一）第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

主要知識(shí)點(diǎn):

1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.2 計(jì)算機(jī)的基本組成

1.3 計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)

教學(xué)要求:通過課程的學(xué)習(xí),，使學(xué)生熟悉計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成,，計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)，掌握計(jì)算機(jī)的工作過程,。

重點(diǎn):計(jì)算機(jī)的硬件框圖,，計(jì)算機(jī)的工作過程。

難點(diǎn):計(jì)算機(jī)如何區(qū)分同樣以0,、1代碼的形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的指令和數(shù)據(jù),。

采用的教學(xué)方法:知識(shí)點(diǎn)講解、實(shí)例演示,。

參考案例:單機(jī)系統(tǒng)

講授學(xué)時(shí):3學(xué)時(shí)

課后習(xí)題:1.2,、1.5

（二）第3章 系統(tǒng)總線

主要知識(shí)點(diǎn):

3.1 總線的基本概念

3.2 總線的分布

3.3 總線特性及性能指標(biāo)

3.4 總線結(jié)構(gòu)

3.5 總線控制

教學(xué)要求:通過課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟悉計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的總線的作用及類別,，掌握總線結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)性能的影響,，熟練掌握總線在控制過程中如何判優(yōu)和通信。

重點(diǎn):總線結(jié)構(gòu),，總線控制,。

難點(diǎn):總線結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響，總線判優(yōu)方法和通信控制,。

采用的教學(xué)方法:知識(shí)點(diǎn)講解,、實(shí)例演示。

參考案例:例3.1,、3.2,、3.3

講授學(xué)時(shí):3學(xué)時(shí)

課后習(xí)題:3.4,、3.14、3.15,、3.16

（三）第4章 存儲(chǔ)器

主要知識(shí)點(diǎn):

4.1.1 存儲(chǔ)器的分類

4.1.2 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)

4.2 主存儲(chǔ)器（芯片介紹,、刷新、動(dòng)態(tài)RAM與靜態(tài)RAM比較）

4.2.5 存儲(chǔ)器與CPU的連接

4.2.6 主存儲(chǔ)器的校驗(yàn)

4.2.7 提高訪存速度的措施

4.3 高速緩存的提出（Cache的工作原理和結(jié)構(gòu)）

4.3.2 Cache-主存地址映射

4.3.3 替換策略

4.4 輔助存儲(chǔ)器的類別

4.4.3 磁盤記錄方式

4.4.6 循環(huán)冗余校驗(yàn)碼

4.4.7 光盤存儲(chǔ)器（2.光盤的存取原理）

教學(xué)要求:通過課程的學(xué)習(xí),，使學(xué)生熟悉存儲(chǔ)器的基本類別,，不同存儲(chǔ)器的功能和層次，掌握常用的主存儲(chǔ)器芯片特性和功能,；熟練掌握不同類型存儲(chǔ)器與CPU連接時(shí)需要注意的事項(xiàng),，以及主存儲(chǔ)器在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)如何確保數(shù)據(jù)的正確性；理解在系統(tǒng)中設(shè)置高速緩沖存儲(chǔ)器的目的,，熟悉Cache的工作過程和基本結(jié)構(gòu),，學(xué)會(huì)并掌握如何實(shí)現(xiàn)Cache-主存的地址映射，熟練掌握常用的替換策略,；理解在系統(tǒng)中增加輔助存儲(chǔ)器的必要性和重要性,，不同輔助存儲(chǔ)器的功能和基本工作原理，掌握磁盤的幾種記錄方式,，學(xué)會(huì)如何進(jìn)行磁盤中的數(shù)據(jù)校驗(yàn),。

重點(diǎn):存儲(chǔ)器的分類，存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu),，RAM,、ROM，芯片刷新,；CPU與存儲(chǔ)器的連接,，主存儲(chǔ)器的校驗(yàn)；Cache的工作原理,，Cache-主存地址映射,；磁盤的記錄方式，磁盤的校驗(yàn)方法,，磁盤的基本性能指標(biāo),。

難點(diǎn):不同尋址方式尋址范圍的確定，RAM的刷新,；RAM和ROM芯片與CPU連接時(shí)有何區(qū)別,，漢明碼形成及糾錯(cuò)；在系統(tǒng)中設(shè)置Cache的原因,，如何實(shí)現(xiàn)Cache-主存的地址映射,；CRC校驗(yàn)碼，磁盤基本性能指標(biāo)的計(jì)算,。

采用的教學(xué)方法:知識(shí)點(diǎn)講解,、實(shí)例演示,、習(xí)題講解與鞏固練習(xí)。

參考案例:2114,、4116,、2716芯片，例4.1,、4.2,、4.4、4.7,、4.8,、4.15

講授學(xué)時(shí):8學(xué)時(shí)

習(xí)題講解:4學(xué)時(shí)

課后習(xí)題:4.6、4.11,、4.16,、4.17、4.18,、4.28,、4.42

（四）第5章 輸入輸出系統(tǒng)

主要知識(shí)點(diǎn):

5.1.1 輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展概況

5.1.2 I/O系統(tǒng)的基本組成

5.1.3 I/O 與主機(jī)的聯(lián)系方式

5.3和 5.4和 5.5和5.6 I/O 接口（簡(jiǎn)要介紹I/O與主機(jī)交換信息的三種控制方式）

教學(xué)要求:通過課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟悉I/O系統(tǒng)的基本組成,，理解并掌握I/O與主機(jī)的聯(lián)系方式，掌握I/O接口的基本組成,，建立“段”的概念并學(xué)會(huì)運(yùn)用,，建立“奇偶”概念并領(lǐng)會(huì)字尋址中對(duì)字節(jié)操作的動(dòng)態(tài)定義；理解I/O與主機(jī)交換信息的三種控制方式的特點(diǎn)及區(qū)別,，掌握CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求和DMA請(qǐng)求的時(shí)間,；掌握存儲(chǔ)部件在計(jì)算機(jī)中的運(yùn)用,。

重點(diǎn):I/O與主機(jī)的聯(lián)系方式,，I/O控制方式,。

難點(diǎn):處理I/O終端的各類軟、硬件技術(shù)的運(yùn)用,，DMA與主存交換數(shù)據(jù)的三種方法各自的特點(diǎn),，周期挪用的含義,，CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求和DMA請(qǐng)求的時(shí)間,。

采用的教學(xué)方法:知識(shí)點(diǎn)講解,、習(xí)題講解。

講授學(xué)時(shí):3學(xué)時(shí)

課后習(xí)題:5.1,、5.4、5.8,、5.23,、5.35

（五）第6章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法

主要知識(shí)點(diǎn):

6.1 無符號(hào)數(shù)和有符號(hào)數(shù)

6.2 數(shù)的定點(diǎn)和浮點(diǎn)表示

6.3定點(diǎn)數(shù)的加減乘法和邏輯運(yùn)算

6.4浮點(diǎn)數(shù)四則運(yùn)算

6.5.1 ALU電路

教學(xué)要求:通過課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表示方法,，學(xué)會(huì)并掌握定點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算和邏輯運(yùn)算,；掌握浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表示方法，浮點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算過程,，數(shù)的移位運(yùn)算和標(biāo)志控制,；學(xué)會(huì)定點(diǎn)數(shù)的一位乘除法運(yùn)算，通過習(xí)題講解鞏固計(jì)算機(jī)中不同類型數(shù)的基本運(yùn)算,；學(xué)會(huì)使用一種軟件仿真工具實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的運(yùn)算器,。

重點(diǎn):數(shù)的不同編碼，定點(diǎn)數(shù)的邏輯運(yùn)算,，浮點(diǎn)數(shù)的表示和運(yùn)算,，算術(shù)邏輯單元，定點(diǎn)數(shù)乘除運(yùn)算,，軟件仿真,。

難點(diǎn):為什么在運(yùn)算的過程中要用補(bǔ)碼運(yùn)算，數(shù)要用不同的類型表示，浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算中的溢出判斷,，算術(shù)邏輯單元的構(gòu)成,，定點(diǎn)數(shù)乘除運(yùn)算過程中的移位操作，仿真軟件的使用,。

采用的教學(xué)方法:知識(shí)點(diǎn)講解,、實(shí)例演示、習(xí)題講解6.3,、6.17,。

講授學(xué)時(shí):4學(xué)時(shí)

習(xí)題講解:1學(xué)時(shí)

課后習(xí)題:6.2、6.3,、6.4,、6.12、6.20

（六）第7章 指令系統(tǒng)

主要知識(shí)點(diǎn):

7.1 機(jī)器指令

7.2 操作數(shù)類型和操作類型

7.3尋址方式

7.4.3指令格式設(shè)計(jì)舉例

7.5 RISC技術(shù)（簡(jiǎn)要介紹）

教學(xué)要求:通過課程的學(xué)習(xí),，使學(xué)生掌握指令的基本格式以及各字段的作用,，理解不同的地址格式對(duì)訪存次數(shù)、尋址范圍的影響,，理解并掌握不同的尋址方式對(duì)操作數(shù)的尋址范圍,、所需的硬件支持、信息加工流程以及編程的影響,。建立“指令暫存”概念,，領(lǐng)會(huì)“操作碼段”和“操作數(shù)段”的用途；熟悉RISC技術(shù),，掌握設(shè)計(jì)指令格式應(yīng)考慮的各種因素,。

重點(diǎn):指令格式，尋址方式,，RISC技術(shù),，設(shè)計(jì)指令要考慮的因素。

難點(diǎn):設(shè)計(jì)指令格式的方法,，擴(kuò)展操作碼技術(shù)的運(yùn)用,。

采用的教學(xué)方法:知識(shí)點(diǎn)講解、實(shí)例演示,，例7.1、7.4,。

講授學(xué)時(shí):3學(xué)時(shí)

課后習(xí)題:7.6,、7.8、7.16,、7.18

（七）第8章 CPU的結(jié)構(gòu)和功能

主要知識(shí)點(diǎn):

8.1 CPU的結(jié)構(gòu)

8.2 指令周期

8.4 中斷系統(tǒng)

教學(xué)要求:通過課程的學(xué)習(xí),，使學(xué)生掌握指令的CPU結(jié)構(gòu),，理解不同的指令周期,，熟悉中斷系統(tǒng)，掌握中斷屏蔽技術(shù)。

重點(diǎn):掌握中斷屏蔽技術(shù),。

難點(diǎn):中斷屏蔽技術(shù)的運(yùn)用。

采用的教學(xué)方法:知識(shí)點(diǎn)講解,、實(shí)例演示,，例8.2。

講授學(xué)時(shí):3學(xué)時(shí)

課后習(xí)題:8.24,、8.26,、8.28

（八）第10章 控制單元的設(shè)計(jì)

主要知識(shí)點(diǎn):

10.2 微程序設(shè)計(jì)

10.2.1 微程序設(shè)計(jì)思想的產(chǎn)生

10.2.2 微程序控制單元框圖及工作原理

10.2.3 微指令的編碼方式

10.2.4 微指令序列地址的形成

10.2.5 微指令格式

教學(xué)要求:通過課程的學(xué)習(xí)微程序設(shè)計(jì)思想，使學(xué)生掌握微指令的編碼方式,，理解微指令序列地址的形成,，熟悉微指令格式。

重點(diǎn):微程序設(shè)計(jì)思想,。

難點(diǎn):掌握微指令的編碼方式,，理解微指令序列地址的形成，熟悉微指令格式,。

采用的教學(xué)方法:知識(shí)點(diǎn)講解,、實(shí)例演示，例10.4,、10.5,、10.6。

講授學(xué)時(shí):3學(xué)時(shí)

課后習(xí)題:10.15

（九） 實(shí)驗(yàn)部分

主要知識(shí)點(diǎn):

實(shí)驗(yàn)一 熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)境

實(shí)驗(yàn)二 位機(jī)的加減,、邏輯運(yùn)算

實(shí)驗(yàn)三 位機(jī)的移位運(yùn)算,、標(biāo)志控制

實(shí)驗(yàn)四 仿真實(shí)現(xiàn)基本運(yùn)算器

實(shí)驗(yàn)五 準(zhǔn)雙向I/O口實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)六 地址總線、數(shù)據(jù)總線

實(shí)驗(yàn)七 存儲(chǔ)器讀寫

實(shí)驗(yàn)八 指令總線運(yùn)用

教學(xué)要求:通過課程的學(xué)習(xí),，使學(xué)生熟悉硬件實(shí)驗(yàn)箱的基本構(gòu)成和簡(jiǎn)單操作,，并用實(shí)際的實(shí)驗(yàn)箱完成簡(jiǎn)單的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算、移位運(yùn)算,、標(biāo)志控制等基本操作,，并理解基本模型機(jī)的設(shè)計(jì)原理和構(gòu)成，學(xué)會(huì)使用一種仿真軟件實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)基本部件的設(shè)計(jì),。

重點(diǎn): 16位機(jī)的基本結(jié)構(gòu),，實(shí)驗(yàn)箱具體操作。

難點(diǎn):動(dòng)手實(shí)踐,。

采用的教學(xué)方法:知識(shí)點(diǎn)講解,、現(xiàn)場(chǎng)演示、動(dòng)手實(shí)踐,。

實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):14學(xué)時(shí)

綜合實(shí)驗(yàn):2學(xué)時(shí)

（十）期中考試,、期末復(fù)習(xí),、答疑

教學(xué)內(nèi)容:隨堂復(fù)習(xí)各章知識(shí)點(diǎn)，針對(duì)學(xué)生疑問答疑,，實(shí)驗(yàn)課上對(duì)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行檢查,。

答疑學(xué)時(shí):1學(xué)時(shí) （算作習(xí)題學(xué)時(shí)）

期中考試:2學(xué)時(shí)（算作習(xí)題課時(shí)）

布置時(shí)間:根據(jù)教學(xué)進(jìn)度，可在講解第10次課時(shí)布置綜合實(shí)驗(yàn),，指導(dǎo)學(xué)生課下實(shí)踐,，在第16、17次課驗(yàn)收綜合實(shí)驗(yàn),。

三,、課程的預(yù)期學(xué)習(xí)成果

在本門課程結(jié)束時(shí)，學(xué)生應(yīng)該能夠:

1,、對(duì)計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),、功能部件、功能特征,、性能以及交互方式全面掌握,；

2、從計(jì)算機(jī)的組成原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)角度,，完整說明計(jì)算機(jī)的工作過程,；

3、提高資料查找,、閱讀和辨析能力,；

4、學(xué)會(huì)相關(guān)模擬仿真軟件的操作,；

5,、學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單單機(jī)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)能力；

6,、提高團(tuán)隊(duì)合作能力,。

四、課程要求

（一）出勤與作業(yè)

學(xué)生應(yīng)積極參與課堂教學(xué)并完成相關(guān)的作業(yè),、討論與實(shí)驗(yàn)要求內(nèi)容,。

（二）閱讀資料

學(xué)生應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，閱讀教材和指定參考書及重要的參考文獻(xiàn),。

（三）課堂展示,、課堂實(shí)驗(yàn)報(bào)告

（1）理論課程，可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容及具體時(shí)間安排小組討論,；

（2）實(shí)驗(yàn)課程要求根據(jù)教學(xué)需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程及效果演示,。

（四）課外實(shí)踐

本課程是理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的課程，安排24課時(shí)的實(shí)驗(yàn)課時(shí),；為配合實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的進(jìn)行,，學(xué)生需要熟悉硬件實(shí)驗(yàn)箱的使用，并學(xué)會(huì)配套軟件和仿真軟件的操作方法,，這些將作為課外實(shí)踐內(nèi)容,。

（五）期中考與期末考

課程中隨機(jī)問答，采用小組討論和演繹的方式來記錄平時(shí)成績(jī),，并集中安排閉卷方式的期中考試,。期末閉卷考試。

（六）學(xué)術(shù)誠(chéng)信

按中山大學(xué)南方學(xué)院相關(guān)規(guī)定執(zhí)行,。

（七）剽竊的定義以及相應(yīng)的懲罰

剽竊是嚴(yán)重違反學(xué)校規(guī)章制度的行為,。一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將上報(bào)相關(guān)部門,，并受到包括開除學(xué)籍在內(nèi)的嚴(yán)厲處罰,。

五、課程資料

（一）教科書-必讀

《計(jì)算機(jī)組成原理》（第二版）,，唐朔飛,，高等教育出版社，2008年1月

《計(jì)算機(jī)組成原理—學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答》（第2版）,，唐朔飛,，高等教育出版社，2012年7月

（二）教科書-強(qiáng)烈推薦

《計(jì)算機(jī)組成原理》,，蔣本珊主編,，清華大學(xué)出版社，2008年9月第二版．

《計(jì)算機(jī)組成原理》,，秦磊華 吳非 莫正坤,，清華大學(xué)出版社，2011年

《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》（美）努爾,，（美）勞伯 著,，黃河 等譯，機(jī)械工業(yè)出版社2006年8月

《計(jì)算機(jī)組成原理》,，羅克露主編,，電子工業(yè)出版社，2010年2月第二版．

（三）文章-必讀

近年《計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)》,、《計(jì)算機(jī)應(yīng)用》,、《計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展》等雜志刊登的文章。

（四）文章-強(qiáng)烈推薦

http://bbs.diannaodian.com/

http://www.xtzj.com/

（五）其他參考資料

《計(jì)算機(jī)組成原理》,，白中英,，科學(xué)出版社，2008年,。

http://www.cskaoyan.com/thread-58479-1-1.html（課程視頻下載地址）

http://zcyl.ayit.edu.cn/kcwz/zxcs.htm（課程學(xué)習(xí)效果測(cè)試地址）

六,、教學(xué)活動(dòng)以及對(duì)于預(yù)期學(xué)習(xí)成果的評(píng)估

（一）教學(xué)活動(dòng):

1,、個(gè)人預(yù)習(xí)

2、課堂講授

3,、課堂問答

4,、習(xí)題講解

5、課堂實(shí)驗(yàn)

6,、課后實(shí)踐

7,、期中考試

8、期末考試和實(shí)驗(yàn)考查

（二）對(duì)預(yù)期學(xué)習(xí)成果的考察

七,、評(píng)估的程序和方法

（一）評(píng)分體系

1,、平時(shí)成績(jī):50%

(1)出勤率課堂參與:10%

(2) 課堂實(shí)驗(yàn)和課后作業(yè)10%

(3):實(shí)驗(yàn)考查20%

(4):期中考試10%

2、考試成績(jī):50%

期末考試:50%

（二）考核內(nèi)容及要求

筆試部分:

（1） 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)基本知識(shí)和實(shí)現(xiàn)硬件部件的基本技術(shù)（核心能力1.1,、2.1）,；

（2） 能夠根據(jù)實(shí)際需求，利用計(jì)算機(jī)基本技術(shù),、方法解決實(shí)際應(yīng)用問題（核心能力2.1）。

實(shí)驗(yàn)部分:

（1） 使用實(shí)驗(yàn)室環(huán)境及仿真軟件設(shè)計(jì),、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（核心能力2.1,、2.2）；

（2） 能夠根據(jù)課程要求,，通過文字,、圖、表的形式撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告,，并進(jìn)行分析與總結(jié)（核心能力6.1,、6.2）；

（3） 能夠按照實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求,，通過團(tuán)隊(duì)合作,，按時(shí)完成，并培養(yǎng)良好的職業(yè)習(xí)慣（核心能力4.1,、7.1）,。

八、教學(xué)進(jìn)度與學(xué)時(shí)分配表