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1、计算机组成原理B教学大纲适用楚困：202X版本科人才培养方案课程代码：08130401课程性质：学科基础必修课学分：35学分学时：56学晡（理论56学时）先修课程：无后续课程：无适用专业：数据科学与大数据技术开课单位：计算机科学与技术学院一、课程说明学计算机组成原理BJ是计算机类专业的学科基础必修i果.本课程的教学目的是使学生了解计算机系统的基本组成原理：掌握计算机系统硬件的基本组成和各功能部件的工作原理:掌握信息、数据我示与指令结构类型及指令执行原理：掌樨程序和数据在计算机中如何存储以及指令在计算机中的解谛和执行过程：掌握计算机与外部设备之间的按口技术与原理：了解汁笄机外部设莅的基本结构与工
2、作原理，二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：邨程目标1：深刻理解冯诺依亚结构计算机的工作原理.掌握运算器、存储概、指令系统、控制潜、存储器、总线、输入/输出系统的结构和工作原理：建立软硬协同的系统观，能利用上述知识和相关模型对计算机功能部件和计算机系统设计方案进行推理和分析,且具备验证解决方案的合理性和时方案优化的能力。课程目标2：学墀CPU性能评估方法、高速缓冲存储器、虚拟存储器的相关性能分析与计算,输入输出系统等基本盘化手段,能运用上述量化方法对计算机红杂工程问题解决过程中的关杨影响因素进行分析并选择合适的方案.课程目标3：掌握满足特定功能要求的运算器、控制器、行储器等硬件功
3、能件及计舞机硬件系统的设计流程和设计方法,在设计过程中培养学生的爱国情怀、科学精神、工匠精神,创新精神，牢固树立关注工程与社会、环境的大工程观忠耀，培养工程师的责任感。三、课程目标与毕业要求计以机组成原理B：，课程教学目标对数据科学与大数据技术考业毕业要求的支撑见表表I课程教学目标与毕业央求关系毕业要求指标点课程目标支撑IHs知识1.3掌提相关自然科学知识、工程基础知识和思雉方法,能够将其用于解决数据科学与大数据技术领域的复杂工程问题,能够招数据科学与大数据技术专业知识用于对复杂工程问题解决方案的分析与优化。课程目标1：深刻理解冯诺依受结构计算机的工作原理，拿握运价器、存储器、指令系统、控制器
4、、存储器、总戏、除人/输出系统的结构和工作原理：旌立软硬协同的系统观，能利用上述知识和相关模型对计算机功能部件和计算机系0E设计方案进行推理和分析,且具备验证解决方案的合理性和时方案优化的能力.H2房题分析2.3能运用数学、自然科学和数据科学与大数据技术工程科学基本原理，分析和验证解决方案的合理性，并能垓掌樨解决方案优化方法，课程目标2：掌握CPU性能评估方法、高速缓冲存储器、虚拟存储器的相关性能分析与计算，输入输出系统等基本量化手段，能运用上述量化方法对计算机更杂工程问题解决过程中的关犍影响因素进行分析并选择合适的方案.M及设计/开发解决方案3.1能峪计对大数据应用系统设计与开发满足特定需求
5、的模块或算法。课程目标3：掌握满足特定功能要求的运算器、控制器、存储器等硬件功能件及计罄机硬件系统的设计流程和设计方法,在设计过程中培笄学生的爱国情怀、科学桁神、工匠耕神、创新精神.牢固树立关注工程与社会、环境的大工程观思维,培养工程师的责任5.H注：表中H（高）、M中）”表示獴程与相关毕业要求的关联度.四、教学内容,基本要求与学时分配I.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学值点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.计算凯系/K述1.1 计算机发展历程1.2 计算机系统组成1.3 计算机系统的层次结构教学要求I使学生了解国
6、际、国内计算机发展的历史：掌握冯诺伊殳计算机的工作俅埋、基本组成及各部分的主要功能：了解计算机软，硬件互动关系：熟悉计算机系统的层次结构，了解不同层次的抽象特点；411.4计算机的性能指标和评价熟怂常见计算机系统的性能评价指标，掌JCPU性能公式及性能评价方法.理解不同性能评价方法的局限性。BAt冯诺伊受计算机的工作原理:计算机系统的层次结构.充点：CPU性能公式及CPU性能评价方法.2.数据信总的表示2.1 数据表示的作用2.2 数据的表示2.3 非数值数兆的表示2.4 数据信息的校龄教学要求：使学生熟练掌握数据的编码表示（原码、反码、补码、移码）;常握定点数与浮点数数据表示及范困的计算方法
7、、规格化浮点数的概念及规格化方法：了解非数值信息的筑码表示,尤其是汉字维码：掌维奇偶校验、海明校验、CRC校骗的方法、特点。点；祚码及其性鲂；校!度码的原理与特点。难点，浮点数表示范围：校验电路设计方法.8K23.运算方法与运算ft3.1 计算机中的运算3.2 定点加减法运算3.3 定点乘法运算3.4 定点除法运算3.5 浮点运我3.6 运算SS假学要我使学生掌握定点数的加取运算方法、溢出检测及实现：掌握定点数乘法、除法方法及实现：掌握定点运羽器结构及设计方法;掌握浮点数加、减运算及溢出月断方法：了解浮点数乘、除运总,点定点数加、运及其运算器设计：定点数乘、除运算及其运算涔设计.难点：溢出检测
8、：并行进位电路谀计.IO1、2、34.存储系姚4.1 存储器概述4.2 半导体存砧器43主存的纲织及与CPU的连接4.4 并行主存系统4.5 高连缓冲存储器4.6 虚拟存储器教学要求I使学生常握存储体系的工作原理、构成及各层次的作用：掌握SRAM、DRAM的工作原理：了解ROM的工作原理与分类:掌握主存的如成、扩展与控制方法：熟悉相联存储器的工作原理：掌握Cache的工作原理、常见地址映射方式、件换算法：掌握页式虚拟存谛渊的工作原理：熟悉岫助存储器的种类与技术指标：了解破盘阵列技术与容错支持.点；存储扩展与地址计算：Caehe的工作原理：页式虚拟存储港的工作原理。窿点t包含T1.B、CaChC
9、和主存的存储体系的工作原理与地址转换:Cache的设计.1()1、2、3S指令系统5.1 指令系统概述5.2 指令格式5.3 寻址方式5.4 指令类型5.5 指令格式设计5.6 CISC和RISC教学要求I使学生掌握指令格式及各部分的作用：掌握指令和数据的寻址方式:深刻理解指令寻址方式的特点及实现机制：深刻理解不同数据寻址方式的特点：掌握指令格式及其优化设计的她本方法：了就CISC与R1.SC的概念及特点；掌握MIPS指令格式及特点.点，操作数寻址方式：指令格式设计.选点：操作码扩展：指令格式的优化设计.81、2.36.中央处理叁6.1中央处理器概述教学要求，使学生熟悉中央处理器的基本功能及其
10、基本结构：掌握指令周期的概念.82、36.2指令周期63数据通路及指令操作流程6.4 时序与捽制6.5 硬布线控制器6.6 微程序控制器6.7 异常与中断处理理解指令周期不同阶段的任务：掌握指令执行全过程的分析与数据通路分析与设计方法：掌榴我程序控制器的工作原卉及做程序拄制器的设计方法：掌握硬布线控制的工作原理及现布处控制器的设计方法：能熟练使用CPU设计的常用工具；理解多周期与单周期的概念、熟悉单烦期与多周期CPU的特点;掌握单周期.多周期MIPSCPU的设计方法.点：指令执行全过程的分析与数据通路分析与设计：微程序控制、硬布线控制器的工作原理，点,单周期、多周期MIPSCPU的设计.7.总
11、线系铳7.1 总线概述7.2 总线传输机制7.3 总税结构7.4 常用总戏教学要求：使学生了解总线的特性、总线分类：熟悉总践性能指标及计算方法：掌握总统的常见连接方式及其特点：熟悉总线的仲战方式及特点：熟悉总线的定时与数兆传输方式：了解总线的标准.BA总践连接与仲裁方式。难点:总设性能指标及其计算。41、38.入出茶姚8.1 输入输出设备与特性8.2 VOg118.3 数据传输控制方式8.4 程序控制方式8.5 程序中断控制方式8.6 DMA方式8.7 通道方式教学要求t使学生了解接口的功能、场本结构、接口编址I熟悉查询输入输出方式的工作原理:常梅中断的基本概念、中断请求与响应的原理与过程:掌
12、握DMA方式的工作原理.点：中断的基本概念、中断请求与响应的原理与过程；常见输入输出方式的性能计算.球点，中断机制的实现.41、3合计56五教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例.觇频资源共享等教学手段完成课程教学任务和相为能力的培养，通过相关教学活动，帮助学生理解冯诺依笠结构计算机的工作原理，掌据计算机基本组成部件的结构、工作原理、内部运行机制及硬件功能部件和硬件系统的设计方法”建立硬/软件协同的整机概念，提升学生计算机系统的分析与设计能力.六、课程资源1 .推荐教材（I）课志虎.计算机组成原理（微课版）M.人民郎电出版社.2021.2 .参考书（1）张恭温.计算机组成原理（笫9
13、版）M.北京:清华大学出版社，2021.(2)王万生.彭雅琴.计算机组成原理实用教程M).北京：清华大学出版社,2021.(3)白中英.计算机组成原理(第6版)M,科学出版社,2019.3 .期刊(I)朱惠痂;戴明明;徐谡等.计算机组成原理虚拟仿典实聆的谀计与实现J电子技术与软件工程.202314):38-41.(2)杨皓:杨忠:杜华温境.独立学院“计算机址成原Pr课程教学改革的研究J计舞机时代.2019.1(X022):78-79+82.(3)冯国富.马玉奇,易丛学等.面向数字逻轼与计算机组成原理衔接的实践环节J1.计算机教和2017,02:141-145.(4)刘昆.一种运算器验证实验的设
14、计见电脑知识与技术,2017.13(06):172-173.(5) ShanD.XiongS.1.iH.Exp1.orationofTeachingReformintheCouncofComputerCompositionPrincip1.esBaSedonEngineeringEducationCertification).TeacherEducationandCurricu1.umSIUdieS.2023,8:103.4网络资源(I)中国大学Mooe.计算机组成区理EB,O1.hups:。WWW.icouge1.63.org/COUrSC/HUST-1003159001,2022-01-1
15、/2022-5-12(2)中大学MOOC.i算机组成EB,1.O1.https:/www.icoursc163.orgcourscPKU-1205809805.2022-01-12022-5I2(3)中国大学MoOC计算机埋件系统设iHEB,1.O1.J.hupsWwww.icou11icI63.org/a)ursCzHUST-1205809816.2022-01-1/2022-5-12七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成.具体考核,评价细则及对课程目标的支撑关系见表3.表3课程考犊对望程目标的支撑考核环节占比考核济价锢则他目标123过程性考核课堂表现1
16、5I)根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。2)以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩.753作业20主蹙考核学生时各章节知识点的史习、理解和掌握程度,满分100分：。每次作业垠独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入球程总评成绩.1055阶段测试15（”主要考核学生对阶段所学内容的配习、理解和靠握程度,满分100分：2）每次测试的独评分.取各次成绩的平均值作为此环节的城终成绩.以测试成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。852期末考核501）探面成缄100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩.（2）主要考核计停机体系结构、运算方法和遥算器、存谛器、CPU和指令、总线与外设、输入怆出系统等内容。x9090x8080x7070x60x6030枳极蛰与教学活动，回答准确率大于90%。认真参与教学活动，回答准确率大于80%参与数学活动，回答准确率大于70%,偶尔参与教学活动。上课不认真，不参与教学活动.作业40作业完整,准确率大于90%.作业完整准确率大于80%.作业准确率大于70%.作业准确率大于60%.作业准确率小于60%.阶段窝试30测试成绩优秀.测试成绩优良.测试成绩中等测试成绩及格.测试成绩不及格.
