计算机组成原理教学大纲.docx

《计算机组成原理》是计算机科学与技术、网络工程、信息安全等相关专业的核心必修课程，旨在培养学生对计算机硬件和软件系统的整体理解，以及强化系统设计能力。该课程在计算机学科体系中起到承上启下的作用，为后续的系统结构、并行编程、嵌入式系统、接口技术等课程奠定基础。 课程内容主要分为以下几个部分： 1. 计算机系统概论：讲解冯·诺依曼结构的工作原理，分析计算机的层次结构，以及性能评价指标和评价方法。通过Logisim仿真软件的初步使用，让学生熟悉计算机设计的基础工具。 2. 数据表示：介绍机器数的不同类型，包括定点和浮点数，以及IEEE 754标准。此外，还教授数据校验技术，如奇偶校验、CRC校验和海明校验，以确保数据传输的准确性。 3. 运算器：讲述基本算术和逻辑运算部件的工作原理，为后续的运算部件设计打下基础。 4. 存储器：探讨存储器层次结构，解释其如何影响程序执行效率，涵盖主存、高速缓存等不同级别的存储设备。 5. 指令系统：讲解指令集设计的基本原理，分析不同寻址方式对指令执行性能的影响。 6. 数据通路与控制器：涵盖单周期、多周期和流水线数据通路，以及硬布线控制器和微程序控制器的实现方法，深入理解数据通路和控制信号的生成。 7. 实验环节：通过一系列实验，从逻辑门开始，逐步设计运算部件、存储器、数据通路、控制器，直至构建MIPS流水CPU，强化学生对计算机软硬件系统的实际操作和理解。 8. 技术发展与趋势：关注计算机系统的最新技术动态，培养学生对行业发展的敏锐洞察力。 通过《计算机组成原理》的学习，学生将能够： 1. 形成计算机系统的层次化观念，理解不同层次的抽象。 2. 掌握定点数和浮点数的表示，了解其对系统设计的影响。 3. 熟练设计基本算术逻辑单元和存储器。 4. 理解存储器层次结构及其性能影响。 5. 了解指令系统设计，理解寻址方式对性能的影响。 6. 掌握数据通路和控制器设计，包括流水线技术。 7. 使用Logisim进行简单计算机系统设计。 8. 关注并理解计算机系统的技术前沿。 9. 增强软硬件协同的系统观，提升硬件素养和程序设计能力。 10. 提高整体的计算机系统设计能力，为未来的学习和职业发展做好准备。 《计算机组成原理》是一门综合理论与实践的课程，旨在培养具备系统思维和技术实施能力的IT专业人才。通过学习，学生不仅能够掌握计算机硬件的基础知识，还能深入理解软件与硬件之间的交互，为未来在计算机领域的发展奠定坚实的基础。