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1、计算机组成原理课程教学大纲课程基本信息课程代码：SE5315课程名称（中/英）：计算机组成原理Principlesofcomputercomposition学分：3总学时：54理论学时：44实践学时：10课程性质：必修开课学期：5适用专业：软件工程先修课程：数字电路、计算机导论与程序设计基础开课单位：信息科学与工程学院大纲版本：XX制定（修订）人：XX审核人：XX批准人：XX制定（修订）时间：XX.5审核时间：XX.6批准时间：XX.6一、课程简介计算机组成原理是高等院校工科计算机类专业的一门重要专业基础课，主要介绍计算机组成的基本概念、基本原理和方法。通过本课程的学习，学生掌握计算组成的基本
2、概念、基本原理、基本方法。计算机组成原理课程以讲授计算机系统结构、逻辑实现以及工作原理的有关知识为目标，来阐述计算机系统的硬件组成，包括硬件系统结构、各组成部件与相关设备等。二、课程目标（一）课程具体目标1 .掌握计算机组成原理的基础理论，并能够用于解决计算机组成相关的工程问题；2 .能够基于计算机组成原理的方法选择研究方法对相关工程问题提出分解方案；3 .能够运用计算机组成原理的专业知识设计实验方案，并能通过实验数据得出有效结论。（二）课程目标与专业毕业要求的关系表1本课程对专业毕业要求及其指标点的支撑课程目标支撑的毕业要求支撑的毕业要求指标点目标1毕业要求1工程知识应用能力：能够将数学、自
3、然科学、电子信息技术的工程基础和专业知识用于解决电子信息技术领域的复杂工程问题。指标点1.3掌握计算机学科基础理论，并能够用于解决复杂工程问题。目标2毕业要求4.研究能力：能够基于计算机学科相关的原理并采用科学方法对软件工程领域的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据，并通过信息综指标点4.1能够基于计算机学科相关原理和方法选择研究路线对复杂工程问题进行分解。合得到合理有效的结论目标3毕业要求4.研究能力：能够基于计算机学科相关的原理并采用科学方法对软件工程领域的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据，并通过信息综合得到合理有效的结论指标点4.3能够对采集到的数据进行整
4、理、分析和解释，并能通过信息综合得出有效结论。(三)课程对解决复杂工程问题能力的培养在课程理论知识讲授环节，注重培养学生对计算机组成原理以及常见芯片的设计方法的深入理解，使学生掌握解决计算机硬件设计领域复杂工程问题所需的基本理论和工程原理，并通过适当的课后作业锻炼和检验学生解决复杂工程问题的能力。在实验教学环节，以培养学生解决复杂工程问题的能力为目标，围绕课程支撑的目标安排实验项目，设计实验内容，明确实验要求，指导实验实施，严格实验成果考核C在课程考核环节，根据课程目标选择合适的考核方式，考题设置应完全覆盖课程目标，考题设计应充分考核学生解决复杂工程问题所需知识和能力的要求，考题的难度和深度应
5、能够体现复杂工程问题的特征。总之，本课程的教学通过在理论讲授、课后作业、课内实验、课程考核等环节充分贯彻培养学生解决复杂工程问题能力的理念和要求，实现本课程目标的达成。三、教学内容及基本要求(一)理论教学第1单元计算机系统概论(4学时)1 .教学内容(1)计算机的分类(2)计算机发展简史(3)计算机的硬件(4)计算机的软件(5)计算机系统的层次结构2 .基本要求(1) 了解计算机功能部件与组织。3 .支撑的课程目标本单元各知识点的讲授和学习，可以支撑“课程目标L掌握计算机组成原理的基础理论，并能够用于解决计算机组成相关的工程问题”、“课程目标2.能基于计算机工程技术的专业知识，对计算机软硬件开
6、发项目作出测试和评价”，使学生掌握计算机组成的相关概念，掌握计算机的硬件系统、计算机的软件系统、计算机系统的层次结构等概念的内涵，以及客观评价计算机对社会、安全以及文化等的影响，同时能让学生开阔视野，了解计算机理论与技术的现状和发展趋势，就当前热点问题，发表自己的见解。本单元教学通过“互动、开放”的课堂形式，采用探究式学习、问题导入的教学方法，激发学生的学习兴趣。通过课堂讨论及课后作业，培养学生依据所学知识，客观评价相关计算机技术对社会的影响，并能够依据当前热点问题发表自己见解的能力，达到课程目标的要求。第2单元数据的表示(4学时)1 .教学内容(1)数制间的转换(2)数据的表示方法2 .基本
7、要求(1) 了解计算机中常用的数据表示方法。3 .支撑的课程目标本单元各知识点的讲授和学习，可以支撑“课程目标掌握计算机组成原理的基础理论，并能够用于解决计算机组成相关的工程问题”、“课程目标2.能基于计算机工程技术的专业知识，对计算机软硬件开发项目作出测试和评价”，使学生掌握计算机中各类数据的表示方法,“使学生掌握数据处理的基本理论，能够对计算机相关问题进行理论分析和计算，培养学生解决相关复杂工程问题的能力。本单元教学通过“互动、开放”的课堂形式，采用探究式学习、问题导入的教学方法，激发学生的学习兴趣。通过课堂讨论及课后作业，培养学生依据所学知识，客观评价相关计算机技术对社会的影响，并能够依
8、据当前热点问题发表自己见解的能力，达到课程目标的要求。第3单元指令系统(6学时)1 .教学内容(1)指令的格式与分类(2)指令的编码与类型(3)指令系统举例2 .基本要求(1)掌握指令的寻址方式(2)掌握指令编码的基本方式(3)掌握常见的指令类型3 .支撑的课程目标本单元各知识点的讲授和学习，可以支撑“课程目标3能够对采集到的数据进行整理、分析和解释，并能通过信息综合得出有效结论。”使学生掌握指令系统的基本理论，了解指令系统对整个计算机性能的影响。本单元教学通过“互动、开放”的课堂形式，采用启发式教学、问题导入的教学方法，激发学生的学习兴趣，提高学生依据掌握的计算机类相关基础知识，具备分析问题
9、的能力，达到课程目标的要求。第4单元运算方法与运算器(8学时)1 .教学内容(1)定点加法、减法运算(2)定点乘法运算(3)定点除法运算(4)定点运算器的组成(5)浮点运算与浮点运算器2 .基本要求(1)掌握定点加减法运算(2) 了解加法器与进位的传播(3)掌握定点乘法运算(4) 了解定点除法运算(5)掌握浮点运算(6)熟悉运算器的组成与结构。3 .支撑的课程目标本单元各知识点的讲授和学习，可以支撑“课程目标3能够对采集到的数据进行整理、分析和解释，并能通过信息综合得出有效结论能够使用相关知识设计与运算器相关的实验，解决与运算器相关的工程实践问题。本单元教学通过“互动、开放”的课堂形式，采用启
10、发式、基于问题、基于项目的教学方法，提高学生具备设计实验的问题，并具有提出解决方案的能力，达到课程目标的要求。第5单元控制器(8学时)1 .教学内容(1)控制器的功能与结构(2)控制器的控制方式(3)微程序控制器与微指令的执行方式2 .基本要求(1) 了解控制器工作原理。(2)掌握控制器的基本设计方法。3 .支撑的课程目标本单元各知识点的讲授和学习，可以支撑“课程目标3能够对采集到的数据进行整理、分析和解释，并能通过信息综合得出有效结论。”使学生掌握控制器的相关知识点，并能够利用相关技术对复杂问题提出合适的分解方案，设计合理的实验方法。本单元教学通过“互动、开放”的课堂形式，采用启发式、问题导
11、入的教学方法，提高学生具备分析复杂控制问题，并具有提出解决方案的能力，达到课程目标的要求。第6单元存储器(8学时)1 .教学内容(1)存储器综述(2) SRAM存储器(3) DRAM存储器(4)只读存储器和闪速存储器(5)并行存储器(6) CaChe存储器(7)外存储器2 .基本要求(1)掌握半导体随机存取存储器的基本原理(2)掌握磁表面存储器的基本原理。(3)掌握高速缓冲存储器的基本原理(4)掌握虚拟存储器的基本原理C3 .支撑的课程目标本单元各知识点的讲授和学习，可以支撑“课程目标L掌握计算机组成原理的基础理论，并能够用于解决计算机组成相关的工程问题使学生掌握存储器的相关知识点，并能够利用
12、相关技术对复杂问题提出合适的分解方案。本单元教学通过“互动、开放”的课堂形式，采用启发式、问题导入的教学方法，提高学生具备分析设计数据存储的问题，并具有提出解决方案的能力，达到课程目标的要求。第7单元输入输出系统(6学时)1 .教学内容(1) 0系统(2)总线与程序查询方式(3)中断的基本原理(4) DMA控制器2 .基本要求(1) 了解计算机的外部设备(2) 了解总线、程序查询方式、程序中断输入输出方式、DMA方式。3 .支撑的课程目标本单元各知识点的讲授和学习，可以支撑“课程目标1掌握计算机组成原理的基础理论，并能够用于解决计算机组成相关的工程问题”、“课程目标2.能基于计算机工程技术的专
13、业知识，对计算机软硬件开发项目作出测试和评价”。使学生掌握I/O系统的相关知识点，并能够利用相关技术对复杂问题提出合适的分解方案，对相关设备作出合理的评价。本单元教学通过“互动、开放”的课堂形式，采用启发式、问题导入的教学方法，提高学生具备分析设计I/O系统的问题，并具有提出解决方案、评测方案的能力，达到课程目标的要求。(二)实验教学实验项目1:计算机运算器组成实验(2学时)1实验内容(1)熟练掌握算术逻辑运算单元的工作原理；(2)熟悉运算器的组成原理；(3)按要求完成算术逻辑运算C2实验要求(1)按电路图连线，(2)组织控制信号和数据信号，完成指定的操作。3支撑的课程目标本实验教学环节可以支
14、撑课程目标中“课程目标3能够运用计算机学组成原理的专业知识设计实验方案，并能通过实验数据得出有效结论J使学生深入了解运算器的组成。本实验通过启发式方式引导学生依据所掌握的相关知识点，根据实验要求，设置连线，完成指定操作，从而达到课程目标的要求。实验项目2:双端口存储器原理实验(2学时)1实验内容(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么存储和读出数据。2实验要求(1)按电路图连线，(2)组织控制信号和数据信号，完成指定的操作。3支撑的课程目标本实验教学环节可以支撑课程目标中“课程目标3能够运用计算机学组成原理的专业知识设计实验方案，并能通过
15、实验数据得出有效结论。”使学生深入了解运算器的组成。本实验通过启发式方式引导学生依据所掌握的相关知识点，根据实验要求，设置连线，完成指定操作，从而达到课程目标的要求。实验项目3:数据通路组成实验(2学时)1实验内容(1)将多端口通用寄存器堆和双端口存储器模块联机。2实验要求(1)按电路图连线，(2)组织控制信号和数据信号，完成指定的操作。3支撑的课程目标本实验教学环节可以支撑课程目标中“课程目标3能够运用计算机学组成原理的专业知识设计实验方案，并能通过实验数据得出有效结论。”使学生深入了解运算器的组成。本实验通过启发式方式引导学生依据所掌握的相关知识点，根据实验要求，设置连线，完成指定操作，从
16、而达到课程目标的要求。实验项目4:微程序控制器组成实验(2学时)1实验内容(1)掌握微程序控制器的组成原理，掌握微指令格式的化简和归并。2实验要求(1)按电路图连线，(2)组织控制信号和数据信号，完成指定的操作。3支撑的课程目标本实验教学环节可以支撑课程目标中“课程目标3能够运用计算机学组成原理的专业知识设计实验方案，并能通过实验数据得出有效结论。”使学生深入了解运算器的组成。本实验通过启发式方式引导学生依据所掌握的相关知识点，根据实验要求，设置连线，完成指定操作，从而达到课程目标的要求。实验项目5:CPU组成与机器指令执行实验(2学时)1实验内容(1)将微程序控制器同执行部件联机，组成一台模
17、拟计算机；(2)通过CPU运行简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，牢固建立计算机的整机概念。2实验要求(1)按电路图连线，(2)组织控制信号和数据信号，完成指定的操作。3支撑的课程目标本实验教学环节可以支撑课程目标中“课程目标3能够运用计算机学组成原理的专业知识设计实验方案，并能通过实验数据得出有效结论。使学生深入了解运算器的组成。本实验通过启发式方式引导学生依据所掌握的相关知识点，根据实验要求，设置连线，完成指定操作，从而达到课程目标的要求。四、教学方式、教学方法及课时安排（一）教学方式表2课程目标与教学环节序号课程目标教学环节讲授作业实验1掌握计算机组成原理的基础理论，并能够用于解决计算
18、机组成相关的工程问题。2能够基于计算机组成原理的方法选择研究方法对相关工程问题提出分解方案。/3能够运用计算机学组成原理的专业知识设计实验方案，并能通过实验数据得出有效结论。/以课堂讲授为主，结合课堂讲授内容安排课内实验及课后作业，加深对理论教学内容的理解和认识，培养工程实践能力。（二）教学方法本课程贯彻以学生为主体，以教师为主导”的教学思想，采用“互动、开放”的课堂形式，具体以课堂教学为主，结合自学、课后作业和实验教学，采用启发式、问题式的教学方法，基于项目的实际问题，提高学生解决复杂数据库应用问题的能力，达到课程目标的要求。相关课程目标支撑如下：课堂教学主要讲解与计算机组成原理有关的基本概
19、念、基本理论以及基本分析方法，并将日常生活中所遇到的问题、相关案例融入基本理论的讲解，使同学们更好地熟悉或掌握计算机组成的基本原理，提高学生对计算机硬件的兴趣、熟悉计算机组成的理论体系、思维方式和研究方法。课堂教学尽量引入互动环节，通过问题导入教学，引导学生寻找解决方案，提高教学效果，达到“课程目标1，掌握计算机组成原理的基础理论，并能够用于解决计算机组成相关的工程问题：和“课程目标2：能够基于计算机组成原理的方法选择研究方法对相关工程问题提出分解方案。“以及课程目标3能够运用计算机学组成原理的专业知识设计实验方案，并能通过实验数据得出有效结论J的要求。实验教学可以在理解理论知识的基础上，动手
20、寻找答案，以培养学生解决计算机硬件相关问题的能力，达到“课程目标3能够运用计算机学组成原理的专业知识设计实验方案，并能通过实验数据得出有效结论。”的要求。课堂讨论以及课后作业，能培养同学们的综合能力，熟悉运用所学知识的能力，达到“课程目标1：掌握计算机组成原理的基础理论，并能够用于解决计算机组成相关的工程问题：和课程目标2：能够基于计算机组成原理的方法选择研究方法对相关工程问题提出分解方案0”以及课程目标3能够运用计算机学组成原理的专业知识设计实验方案，并能通过实验数据得出有效结论的课程目标要求。（三）课时安排本课程总学时54学时，其中：讲授44学时，实验10学时，具体教学安排如下表。表3学时
21、分配与教学方法序号课程内容学时教学方式1计算机系统概论4讲授2数据的表示4讲授3指令系统4讲授4运算方法与运算器10讲授5控制器6讲授6存储器8讲授7输入输出系统8讲授8实验一：计算机运算器组成实验2实验9实验二：双端口存储器原理实验2实验10实验三：数据通路组成实险2实验11实验四：微程序控制器组成实验2实验12实验五：CPU组成与机器指令执行实验2实验合计54五、考核方式与成绩评定办法（一）考核方式及具体要求最终成绩由平时作业成绩、期末考试成绩和实验成绩等组合而成，各部分所占比例如下：平时作业成绩（占10%）：主要针对每节课的知识点，考核课程知识的理解和掌握程度，以及对课程知识的简单应用能
22、力。上机与实验（占20%）:主要考核学生实验动手操作与理论结合的实际能力。期末考试成绩（70%）：在考核数据库基础知识的掌握程度的基础上，重点考核理论知识的应用能力，以及解决计算机硬件的相关复杂工程问题的能力。期末考试采用书面闭卷形式，主要题型可以是选择题、填空题、分析简答题、设计题等。课程考核能够对学生专业核心知识的掌握情况、运用理论知识解决计算机硬件组成的能力，达到“课程目标1：掌握计算机组成原理的基础理论，并能够用于解决计算机组成相关的工程问题；和“课程目标2:能够基于计算机组成原理的方法选择研究方法对相关工程问题提出分解方案。以及“课程目标3能够运用计算机学组成原理的专业知识设计实验方
23、案，并能通过实验数据得出有效结论。”的课程目标要求。（二）成绩评定办法及依据表4考核方式及成绩评定办法课程目标考核方式/占比考核内容与方法成绩评定指标与依据目标1.掌握计算机组成原理的基础理论，并能够用于解决计算机组成相关的工程问题；考试/70%课程相关知识点掌握程度考试卷面成绩课后作业/10%平时作业作业正确率实验/20%实验报告实验报告完整性及正确率目标2.能够基于计算机组成原理的方法选择研究方法对相关工程问题提出分解方案；考试/70%课程相关知识点掌握程度考试卷面成绩课后作业/10%平时作业作业正确率实验/20%实验报告实验报告完整性及正确率目标3.能够运用计算机学组成原理的专业知识设计实验方案，并能通过实验数据得出有效结论。实验/80%实验报告实验报告完整性及正确率课后作业/20与平时作业作业正确率
