计算机组成原理(含服务器)教学大纲

《计算机组成原理（含服务器）》教学大纲适用对象：计算机网络技术专业学时：78学时课程性质：专业基础课课程编号：071174执笔人：钟伟成审定人：余明辉说明部分一、前言计算机技术系计算机网络技术专业根据2003年6月新修订的教学计划编写了《计算机组成及工作原理》课程教学大纲这一教学文件，在此之前，也有一份旧版本的《计算机组成及工作原理》课程教学大纲，但是根据计算机网络技术专业近两年计算机组成及工作原理课程的教学实践经验，以及网络专业的发展现状，特别是就业市场的反馈情况，我们得到这样一个结论，就是企业需要网管人员具有一定的服务器硬件方面的知识。为了尽量满足就业市场对人才知识的要求，使学生所学的知识尽量能跟上网络行业的发展，并且由于近几年服务器的发展很迅速，已经具有了相当多的技术内容，因此我们决定修改《计算机组成及工作原理》教学大纲，加入服务器硬件方面的内容，减少一些计算机组成原理课程中比较偏深而不影响主干的内容，将计算机组成原理与服务器硬件部分内容进行整合，从而形成了《计算机组成原理（含服务器）》课程教学大纲。它以纲要的形式具体制定了课程的性质、目的和任务、教学基本要求、教学的基本内容、技能训练要求、考核的形式要求等内容，同时指明了教学中应注意的问题、教学方法和手段的建议，是组织该课程教学的指导性教学文件。二、课程的性质、目的和任务《计算机组成原理（含服务器）》是计算机网络技术专业一门核心专业基础课程。从课程地位来说，它是计算机网络技术专业的基石课程之一，起着承上启下的作用。本课程将较全面、系统地介绍计算机组成原理的基础知识与内部运行机理以及服务器的基础知识、服务器的各种技术。通过该课程的教学，使学生对计算机组成原理和服务器技术的认识和应用方面具备一定的知识，能够清楚理解计算机的工作方法与工作原理，特别是具有相当服务器方面的硬件知识。使学生掌握计算机常用的逻辑器件、部件的原理、参数及使用方法，学懂简单、完备的单台计算机的基本组成原理，掌握服务器的架构与服务器技术，具有服务器选型、服务器简单配置的基本技能。为学习本专业后继课程和进行与硬件有关的技术工作打好基础。2学习本课程之前应当具的预备知识5、必要的数学知识：离散数学与数字逻辑的基础知识；2、必要的计算机基础知识：数的进制及转换、编码知识；3、较多的数字电路知识：全加器、触发器、寄存器、时序电路；本课程具体任务：1、使学生对计算机的组成和工作原理有一个较为全面和具体的了解认识。2、使学生掌握计算机部件的工作原理与工作过程。3、使学生掌握计算机以及常用部件的参数和使用方法。4、提高学生对计算机本质的认识。5、掌握服务器的基本概念与基本技术。6、掌握服务器的基本应用。三、教学基本要求1、熟悉计算机硬件的主要技术指标。2、熟悉指令系统和掌握数据的寻址方式。3、掌握CPU的结构和功能。4、掌握存储系统的功能和结构。5、掌握几种主要的总线结构以及熟悉总线结构对计算机系统性能的影响。6、掌握输入输出系统的组成。7、掌握服务器的基本概念。8、掌握服务器的体系结构。9、掌握各种服务器技术。10、了解服务器的选型与测试。11、了解各种网络存储技术。12、掌握一定的服务器应用方面的知识。四、教学中需要注意的问题1、本课程理论和概念比较多，教学中应该注意理论联系实际。2、教学中应该注意与其他相关课程的联系与衔接，避免重复与各自分离的教学。3、教学方法要灵活多样，使课堂气氛活跃，充分调动学生的学习积极性，充分挖掘学生学习的潜能。文本部分一、课程教学内容1、计算机系统概论（1）计算机的分类与发展；计算机的分类；计算机的发展；（2）计算机的（硬件）基本组成；3（3）计算机的基本结构冯诺依曼计算机的特点；计算机的硬件框图；计算机的工作过程；非冯·诺依曼计算机结构（4）计算机的软件；软件的组成与分类；软件的发展演变；计算机的硬件和软件及其相互间的关系（5）计算机系统的层次结构；计算机系统的层次结构；软件与硬件的逻辑等价性；（6）计算机硬件的主要技术指标；机器字长；存储容量；运算速度；教学要求：对（3）、（4）、（6）正确理解和认识；2、存储系统（1）存储器的概述存储器的分类；存储器的层次结构；主存储器的技术指标；（2）主存储器随机读写存储器（RAM）；只读存储器（ROM）和闪速存储器；存储器与CPU的连接；存储器的校验；提高访存速度的措施；（3）高速存储器双端口存储器；多模块交叉存储器；相联存储器；（4）高速缓冲存储器cache基本原理；主存与cache的地址映射；替换算法；4cache的写操作策略；（5）辅助存储器磁记录原理和记录方式；硬磁盘存储器；软磁盘存储器；磁带存储器；循环冗余校验码（CRC码）；光盘存储器；教学要求：对（1）、（3）、（4）正确理解和认识；对（2）的熟练掌握。3、指令系统（1）指令系统的发展与性能要求指令系统的发展；对指令系统性能的要求；低级语言与硬件结构的关系；（2）指令格式指令的一般格式；操作码；地址码；指令字长；指令助记符；（3）操作数类型和操作类型操作数类型；数据在存储器中的存放方式；操作类型；（4）指令和数据的寻址方式指令的寻址方式；操作数寻址方式；寻址方式举例；（5）RISC技术RISC的产生和发展；RISC的主要特征；RISC和CISC的比较；教学要求：对（1）、（2）、（3）正确理解认识；对（4）的熟练掌握。4、CPU的结构和功能（1）CPU的结构CPU的功能；5CPU结构框图；CPU的寄存器；控制单元CU；（2）指令周期指令周期的基本概念；指令周期的数据流；用方框图语言表示指令周期；（3）指令流水线指令流水线原理；影响流水线性能的因素；流水线中的多发技术；流水线结构；（4）中断系统概述；中断请求标记和中断判优逻辑；中断服务程序入口地址的寻址；中断响应；保护现场和恢复现场；中断屏蔽技术；教学要求：对（1）、（2）、（3）、（4）正确理解和认识。5、总线系统（1）总线的基本概念和结构形态总线的基本概念；总线的连接方式；总线结构对计算机系统性能的影响；总线的内部结构；总线结构实例；（2）总线的分类片内总线；系统总线；通信总线；（3）总线的特性及性能指标总线特性；总线性能指标；总线标准；（4）总线结构6单总线结构；多总线结构；总线结构举例；（5）总线控制总线判优控制；总线通信控制；总线仲裁；总线数据传送模式；（6）总线的通信总线通信方式；总线同步方式；总线周期操作；教学要求：对（1）、（2）、（3）、（4）、（5）正确理解。6、输入输出系统（1）概述输入输出系统的发展概况；输入输出系统的组成；I/O设备与主机的联系方式；I/O与主机信息传送的控制方式；（2）I/O接口概述；接口的功能和组成；接口类型；（3）程序查询方式程序查询方式的流程；程序查询方式的接口电路；（4）程序中断方式中断的概念；I/O中断的产生；程序中断方式的接口电路；I/O中断的处理过程；中断服务程序的流程；（5）DMA方式DMA方式的特点；DMA接口的功能和组成；DMA的工作过程；7DMA接口的类型；（6）通道方式通道的基本概念；通道的类型；通道的工作过程；教学要求：对（1）、（2）、（3）、（6）正确理解；（4）、（5）熟练掌握。7、服务器的基本概念（1）什么是服务器服务器与PC机的区别；什么是服务器；（2）服务器的分类（3）服务器的性能指标（4）刀片式服务器8、服务器的体系结构（1）高性能计算机的分类法Flynn分类法；按照内存共享模式来分类；（2）服务器的体系结构SMP（对称多处理）；MPP；NUMA；SMP、MPP与NUMA体系结构的比较；（3）服务器体系结构的组成服务器体系结构组成的模型；服务器的硬件构成；9、各种服务器技术（1）服务器的子系统处理子系统——处理器；芯片组；内存子系统；I/O子系统（I/O总线）；存储子系统和接口；网络子系统；（2）小型计算机系统接口（SCSI）（3）RAID技术（4）双机容错8（5）光纤通道FC（6）磁带机（7）服务器集群（8）服务器机箱技术（9）服务器电源技术10、服务器的选型与测试（1）影响服务器选型的内部和外部因素（2）区分五种不同的应用对服务器选型的影响（3）典型服务器应用的选型（4）服务器基准测试11、网络存储技术（1）DAS（2）NAS（3）SAN（4）DAS、NAS和SAN存储方案的比较（5）统一网络存储FAS（6）网络存储方案介绍二、技能训练要求《计算机组成原理（含服务器）》课程是一门理论性较强的课程，但是也必须有一定的实践操作课时来消化、巩固和提高课堂教学的效果，并在实验中加深对计算机的工作原理的认识。原则上实践教学时数不应少于课堂教学时数的1/5。实验内容：实验1：CPU的结构和功能（4学时）要求：通过软件的方法，了解CPU中各个寄存器的工作过程，从而了解CPU的结构和功能，加深对CPU的结构以及工作过程的理解。实验2：扩展存储器（4学时）要求：掌握CPU与存储器之间的连接方法，掌握扩展存储器的方法。实验3：服务器的RAID的配置（6学时）要求：掌握使用软件的方法进行RAID的配置方法；能够安装使用SCSI卡，能够使用SCSI卡配置各个级别的RAID。熟悉各级别RAID的优缺点，能够根据需要自己确定RAID的级别。试验4：Win2000服务器版双机热备的实现（2学时）要求：能够使用Win2000服务器版实现双机热备的功能，并进行性能的测试。实验5：服务器的性能测试（4学时）要求：掌握服务器性能的判断方法，能简单对服务器进行性能测试。9实验设备：TEC教学实验计算机、CPU结构仿真软件、服务器、SCSI卡、RAID卡。三、教学方法和手段提示及建议《计算机组成原理（含服务器）》课程是一门理论性较强的课程，教学中应当注意理论联系实际，教学方式要灵活多样，采用多种媒体加深学生的印象，要注意计算机各种子系统和部件的最新发展，尽量进行一些实物教学。教学中组织学生利用课余时间进行上网查询，了解计算机各种硬件的最新发展，并写出报告。课堂教学中安排了4个试验，用来消化、巩固和提高课堂教学的效果，并在实验中加深对计算机工作原理的认识。四、考核考核性质：考试考核方式：闭卷在总成绩中，期末考核笔试成绩占总成绩的60%，实验成绩占总成绩的20%，平时成绩占总成绩的20%。五、教材及教学参考书所选教材应满足教学大纲指定内容的绝大部分，并由教师向教学对象指定教学主要参考书目。教材：《计算机组成原理》高等教育出版社面向21世纪课程教材唐朔飞编著参考书：《计算机组成原理》（第二版）清华大学出版社王诚主编《计算机组成原理》（第四版）科学出版社白中英主编《计算机组成原理与系统结构》清华大学出版社侯炳辉主编《计算机组成原理》中央广播电视大学出版社李明慧主编《计算机组成与结构》清华大学出版社王爱英主编《计算机组成原理与汇编语言程序设计》中央广播电视大学出版社俸远祯《32位微型计算机原理与接口技术》清华大学出版社仇玉章主编《80X86/Pentium微型计算机原理及应用》电子工业出版社吴宁主编《计算机系统结构》（第二版）清华大学出版社郑纬民、汤志忠编著六、学时分配表序号教学内容题目学时分配小计讲课实操习题1计算机系统概述222存储系统10643指令系统224CPU的结构和功能8445总线系统66106输入输出系统667服务器的基本概念668服务器的体系结构669各种服务器技术2012810服务器的选型与测试84411网络存储技术44合计785820