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《计算机组成原理（A）》课程设计方案—、课程概况1．课程的主要任务本课程是计算机科学与技术专业（专科起点本科）的一门统设必修的专业基础课程。通过学习本课程，能使学生理解计算机基本组成与运行原理，为学习本专业后续课程和进行与硬件有关的技术工作打下基础。学习本课程前要求学生具有数字逻辑电路的基础知识，后续课程有操作系统、计算机网络、计算机系统结构等。本课程共72学时，4学分。2．课程的主要内容本课程主要讲解简单、单台计算机的完整组成原理和内部运行机制，包括运算器部件、控制器部件、存储器系统、输入/输出系统（总线与接口等）及常用的输入/输出设备，围绕各自的功能、组成、设计、实现、使用等知识进行介绍。3．课程特点本课程教学内容的工程性和技术性较强，而且随着应用技术的发展，课程中涉及到的新技术应用的教学内容随时都在发生日新月异的变化。所以，学习本课程对专科层次所学的计算机硬件基础知识要求较高，对新技术的跟踪和课外文献资料阅读能力也要求较高。为了学好本课程，要求学生必须认真阅读教材，听课，独立完成作业，参加小组讨论课等各种教学活动，有条件的教学点还应利用教学实验设备或本课程的虚拟仿真软件，达到加强领会教学要求的目的。二、教学内容及要求（一）计算机组成概述（6学时）1．教学内容（1）计算机系统构成的层次结构，硬件子系统和软件子系统；（2）计算机硬件的5个功能部件各自的功能和相互间的连接关系；（3）计算机系统的性能与技术指标；（4）计算机系统的体系结构、组成、实现所涉及的主要内容；（5）计算机发展历程和应用领域。2．教学要求（1）了解计算机系统硬软件的组成和它们的层次关系；（2）理解计算机硬件系统的5大功能部件和各自的功能；（3）理解计算机各部件的连接关系和整机运行过程的入门性知识；（4）了解3个级别的计算机语言；（5）理解计算机系统的主要性能与技术指标；（6）理解计算机“体系结构”、“组成”和“实现”各自面对的主要问题；（7）了解计算机发展历程和应用领域；（8）了解计算机系统分类。1（二）数据表示和运算方法（10学时）1．教学内容（1）数字化编码的概念，二进制码与不同进制数之间的转换；（2）定点数在计算机内的表示与编码；（3）浮点数在计算机内的表示；（4）文字和多媒体信息的表示与编码；（5）检错纠错编码的概念及其基本实现原理；（6）二进制数值数据的运算算法。2．教学要求（1）掌握数制及数制转换的基本概念，熟练运用各种进制数间的转换规则进行手工转换运算；（2）掌握原码、反码和补码的基本概念和定义，并能熟练完成定点数的原码、反码和补码之间的转换；（3）理解常用二-十进制数编码的特点，能够说明各种不同编码的实用意义；（4）理解浮点数在计算机内的表示方法，能够说明阶码和尾数的位数与数值范围和数值精度的关系；（5）了解浮点数的规格化和隐藏位的含义，会判断浮点数的溢出；（6）掌握十进制数与浮点数间的转换运算；（7）了解文字和多媒体信息的表示的基本概念；（8）理解检错纠错编码的用途，能够区分几种常见的校验码，能够说明奇偶校验码的实现方法，能够说明海明码及循环码实现检错和纠错的道理；（9）掌握运用定点数的补码加减法运算规则进行基本的运算和溢出检查的方法；（9）了解定点数的原码一位乘、除法的可行算法。（三）运算器部件（8学时）1．教学内容（1）定点运算器中ALU的功能和实现原理；（2）计算机的定点运算器；（3）浮点运算和浮点运算器。2．教学要求（1）掌握定点运算器中ALU的功能；（2）了解定点运算器中ALU的实现原理；（3）掌握定点运算器的功能与组成，了解运算器在整机系统中的地位；（4）理解MIPS计算机的运算器实例的组成特点；（5）了解定点运算器Am2901芯片的内部结构框图，以及用该芯片构建运算器部件的方法；（6）理解浮点数的表示方式，会运用浮点数的运算规则作简单算术运算；（7）了解浮点运算器的功能与组成；（8）了解CPU芯片内的运算器部件的一般组成。2（四）指令系统和汇编语言程序设计（9学时）1．教学内容（1）指令、计算机指令系统概述；（2）指令格式与寻址方式；（3）指令系统举例，PentiumⅡ、MIPS32和教学示例计算机的指令系统；（4）汇编语言程序设计简介。2．教学要求（1）理解指令的功能、构成格式、操作码和操作数地址两个字段的内容和组织方式；（2）了解指令分类的方案和分类结果；（3）了解指令周期对计算机性能和硬件结构的影响；（4）理解并记忆指令中的形式地址和物理地址的概念；（5）理解并叙述几种常用的寻址方式的用法及其编码表示；（6）了解几种常用指令系统的组成概貌；（7）理解3个级别的计算机语言之间的关键区别和各自的应用场合；（8）了解程序中常用到的几种流程结构及其相应的指令或语句；（9）初步学会设计简单的汇编语言程序及其调试方法。（五）控制器部件（9学时）1．教学内容（1）控制器的功能与组成概述；（2）硬连线控制器的组成与运行原理；（3）微程序控制器组成与运行原理；（4）指令流水线的概念和实现技术。2．教学要求（1）理解并记忆计算机控制器的功能与基本组成，体会控制器在计算机整机中的地位；（2）理解并记忆硬连线控制器部件的实际组成及其各子部件的功能；（3）了解MIPS32计算机系统及其控制器部件的运行原理；（4）了解控制器部件的设计过程和基础技术；（5）理解并记忆微程序控制器的一般组成和基本运行原理；（6）理解并叙述微指令中的下地地址字段、微命令字段的内容及其控制功能；（7）了解微程序控制器与硬连线控制器在组成与性能方面的异同之处；（8）理解并记忆指令流水线的概念，关键技术指标；（9）了解指令流水线的实现思路，3类相关问题及其解决方案；（9）了解指令级并行技术的概念。3（六）存储器系统（12学时）1．教学内容（1）多级结构的存储器系统综述；（2）半导体存储器芯片的内部结构和记忆信息的原理；（3）主存储器的技术指标、基本组成及运行原理；（4）辅助存储器的种类及指标要求，硬盘存储器和磁盘阵列的组成和工作原理；（5）光盘机的组成与运行原理简介；（6）Cache存储器的功能、运行原理及基本结构，Cache的地址映像方式；（7）虚拟存储器的概念与实现；（8）Pentium计算机中的存储器系统。2．教学要求（1）了解存储器的分类及各类存储器的特点；（2）理解并记忆存储器系统的分层结构及原则；（3）了解半导体存储器芯片的内部结构和实现记忆的原理；（4）掌握主存储器的组成、技术指标和运行原理；（5）理解并记忆硬盘存储的基本组成和读写过程；（6）了解磁盘阵列技术的相关概念；（7）了解光盘存储器的组成和运行原理；（8）掌握并描述Cache的功能及工作原理；（9）理解Cache的3种地址映像方式；（9）了解Cache的基本结构；（11）了解虚拟存储器的基本概念与实现方法。（七）计算机输入/输出系统（12学时）1．教学内容（1）输入/输出设备综述；（2）常用设备的功能和基本工作原理简介；（3）输入/输出接口综述、端口的编址方式、几种标准接口的特点；（4）常用输入/输出方式的控制原理；（5）中断的基本类型、优先级别、完整的中断过程；（6）DMA的基本概念及传送过程；（7）总线的功能、组成，总线仲裁和数据传送控制；（8）总线标准简介（9）Pentium计算机中的总线系统简介。2．教学要求（1）了解几种常用输入/输出设备的功能和基本工作原理，区分它们的不同种类；（2）理解接口的含义、信息交换的过程、具有的功能和类型；4（3）了解接口电路的两种端口编址方式的特点；（4）理解并区别几种标准接口的不同特点；（5）理解并区别几种输入/输出方式的不同特点；（6）理解与中断和DMA相关的一些重要的基本概念；（7）理解并能解释中断全过程中涉及到的一些重要名词和结论；（8）掌握DMA控制器的功能、组成、数据传送方法和过程；（9）理解与总线相关的一些重要的基本概念；（9）掌握总线仲裁和数据传送控制等基本的工作原理；（11）了解几种常用的总线标准和Pentium计算机的总线系统。（八）并行计算机体系结构（6学时）1．教学内容（1）并行处理的概念，需要解决的问题和实现途径；（2）向量处理机的构成；（3）多处理机系统；（4）多计算机系统。2．教学要求（1）了解并行处理的概念，需要解决的问题和实现途径；（2）了解向量处理机的一般组成和工作原理；（3）了解多处理机系统可行的构建方式和运行原理；（4）了解多计算机系统可行的构建方式和运行原理。三、课程教学媒体选择（一）教学媒体1．文字教材《计算机组成原理（本科）》王诚主编中央广播电视大学出版社出版2．录像教材4讲王诚主讲中央广播电视大学音像出版社出版3．流媒体（IP）课件王诚主讲中央电大电大在线课程学习平台4．网上辅导中央电大电大在线课程学习平台和莱钢电大在线课程学习平台5．形考作业《计算机组成原理形成性考核作业册》中央电大电大在线课程学习平台6．复习资料《计算机组成原理期末复习指导》中央电大电大在线课程学习平台7．网络课程电大在线网站主页“网络课程”栏目（二）各种媒体之间的关系本课程文字教材作为学习的主要媒体，系统和完整地反映了课程教学内容，是教师授课和学生自学的首选必读的课本。录像课较文字教材的起点较高，是学科专家站在本课程学科高度为电大系统教师和学生提供的专题讲座，属于本课程学习内容和学习目标的提高和拓展。流媒体（IP）课件是以本5课程的教学大纲和考核说明为依据，以系统讲授的方式为学生自学本课程提供较完整的辅导课录像。网上辅导以文本方式按章节为学生提供重点和难点内容的辅导，并作为文字教材的补充为学生提供一定量的例题。网络课程为学生提供了交互式的学习体验与虚拟实验。四、教学安排建议（一）教学进度安排本课程应以一学期18周安排教学进度，考虑在职成人学习的特点和因素，教学形式可采用面授辅导+自主学习+网上集中答疑+网上个别指导等多种方式相结合，平均每周教学时数不应少于4学时。教学进度具体建议见下表。周次章教学内容形考建议1~2第1章第2章1．计算机系统构成的6层次结构，硬件子系统和软件子系统；2．计算机硬件的5个功能部件各自的功能和相互间的连接关系；3．计算机系统的性能与技术指标；4．计算机系统的体系结构、组成、实现所涉及的主要内容；5．计算机发展历程和应用领域；6．数字化编码的概念，二进制码与不同进制数之间的转换。3~4第2章1．定点数在计算机内的表示与编码；2．浮点数在计算机内的表示；3．文字和多媒体信息的表示与编码；4．检错纠错编码的概念及其基本实现原理；5．二进制数值数据的运算方法。布置形考作业一中的第2章部分的练习题5~6第3章1．定点运算器中ALU的功能和线路实现原理；2．计算机的定点运算器；3．浮点运算和浮点运算器。布置形考作业一中的第3章部分的练习题7~8第4章1．指令、计算机指令系统概述；2．指令格式与寻址方式；3．指令系统举例，PentiumⅡ、MIPS32和教学示例计算机的指令系统。收形考作业一并点评；布置形考作业二中的第4章部分的练习题9~10第4章第5章1．汇编语言程序设计简介；2．控制器的功能与组成概述；3．硬连线控制器的组成与运行原理；公布形考第一次小组讨论主题和讨论要求；64．微程序控制器组成与运行原理；5．指令流水线的概念和实现技术。布置形考作业二中的第5章部分的练习题11~12第6章1．多级结构的存储器系统综述；2．半导体存储器芯片的内部结构和记忆信息的原理；3．主存储器的技术指标、基本组成及运行原理；4．第一次小组讨论活动。收形考作业二并点评13~14第6章1．辅助存储器的种类及指标要求，硬盘存储器和磁盘阵列的组成和工作原理；2．光盘机的组成与运行原理简介；3．Cache存储器的功能、运行原理及基本结构，Cache的地址映像方式；4．虚拟存储器的概念与实现；5．Pentium计算机中的存储器系统。布置形考作业三中的第6章部分的练习题15~16第7章1．输入/输出设备综述；2．常用设备的功能和基本工作原理简介；3．输入/输出接口综述、端口的编址方式、几种标准接口的特点；4．常用输入/输出方式的控制原理