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《计算机组成原理》实验教学大纲一、实验目的1.了解计算机的基本组成结构和工作原理；2.掌握计算机各个部件的功能和作用；3.掌握计算机组成原理的基本概念和理论知识；4.培养学生动手实践、动脑思考的能力；5.提高学生的团队协作和问题解决能力。
二、实验内容1.计算机硬件基本组成实验（1）CPU的功能和性能测试（2）主板的组装和测试（3）内存的安装和测试（4）硬盘的安装和测试2.计算机软件基本组成实验（1）操作系统的安装和配置（2）应用软件的安装和配置（3）网络设置和测试3.计算机接口和通信实验（1）串口和并口的测试（2）USB接口的测试（3）网络通信的测试4.计算机系统性能测试实验（1）性能测试软件的使用（2）性能测试实验数据分析（3）性能测试实验结果报告5.计算机故障排除实验（1）硬件故障排除方法（2）软件故障排除方法（3）系统故障排除方法三、实验设备1.计算机硬件设备：CPU、主板、内存、硬盘、显卡、其他外设2.计算机软件设备：操作系统、应用软件、性能测试软件3.通信设备：串口、并口、USB接口、网络设备四、实验要求1.认真学习计算机组成原理的理论知识；2.熟练掌握计算机硬件和软件的基本操作方法；3.认真执行实验操作步骤，按时完成实验任务；4.认真分析实验数据，撰写实验报告；5.积极参与实验讨论和交流，相互学习，共同进步。
五、实验流程1.实验前准备：查阅相关资料，准备实验材料；2.实验操作：根据实验大纲逐步进行实验操作；3.实验数据：记录实验过程中产生的数据和结果；4.实验分析：根据实验数据和结果分析实验过程；5.实验报告：撰写实验报告，总结实验经验和教训。
六、实验负责人实验负责人1：XXX实验负责人2：XXX七、实验安全注意事项1.操作实验设备时需注意安全，切勿疏忽大意；2.保护实验设备，避免损坏；3.如有不懂之处，及时向实验负责人请教；八、实验成绩评定1.实验操作得分2.实验报告得分3.实验讨论得分4.实验总成绩。
《计算机组成原理》教学大纲一、课程概述《计算机组成原理》是计算机科学与技术、电子信息工程等专业的一门重要基础课。
本课程主要介绍计算机的基本组成和工作原理，使学生全面了解计算机硬件体系结构，包括计算机历史发展、指令系统、CPU设计、存储器层次结构、输入输出系统、总线结构等内容。
二、教学目标1.了解计算机硬件的组成和工作原理。
2.理解计算机的历史发展过程，掌握计算机的分类和体系结构。
3.掌握计算机指令系统的设计原则和常见指令的执行过程。
4.熟悉CPU的基本组成和工作原理，能够设计简单的CPU。
5.理解存储器层次结构的原理，熟悉常见的存储器技术。
6.了解输入输出系统的原理和常见的接口技术。
7.掌握计算机总线的分类和工作原理。
三、课程具体内容及教学安排1.计算机硬件体系结构（2周）-计算机硬件的分类和功能-冯·诺依曼计算机体系结构-CISC和RISC指令集架构2.指令系统设计与实现（3周）-指令系统的基本要求-ISA的设计原则-MIPS指令系统设计与实现3.CPU设计与实现（4周）-CPU的基本结构和功能-数据通路和控制器的设计与实现-单周期CPU与多周期CPU的设计比较4.存储器层次结构（3周）-存储器的分类和特点-存储器的层次结构和映射方式- Cache的设计原理和优化策略5.输入输出系统（2周）-输入输出设备的分类和特点-输入输出接口的工作原理与设计-DMA和中断的处理机制6.总线结构（2周）-总线的分类和特点-总线的时序与仲裁机制-PCI和PCIe总线的基本原理四、教学方法1.理论授课：介绍计算机的基本原理和概念。
2.实践操作：通过实验课程，让学生动手操作实际的计算机硬件和软件，加深对计算机组成原理的理解。
3.讨论与研讨：组织学生进行小组讨论和报告汇报，共同探讨计算机组成原理的相关问题。
4.相关案例分析：通过实际案例分析计算机组成原理在实际应用中的作用和影响。
五、教材和参考书教材：参考书：1. 《计算机组成与设计：硬件/软件接口》（原书第4版）（Patterson和Hennessy编著）2. 《计算机组成与体系结构》（英文版）（David A. Patterson和John L. Hennessy编著）3.《计算机组成原理及其实践》（胡伟编著）六、评分方式1.平时成绩：包括出勤情况、作业完成情况和课堂表现等。
计算机组成原理课程大纲一、课程简介计算机组成原理课程是计算机科学与技术专业的重要基础课程之一，旨在让学生全面了解计算机组成及其内部运行原理。
本课程内容涵盖计算机硬件组成、指令系统结构、处理器设计与实现、存储器层次结构、I/O系统等方面的知识，通过理论讲解与实践操作相结合的方式，培养学生的计算机系统分析、设计与优化能力。
二、课程目标1. 理解计算机系统的层次结构与组成部件，掌握计算机系统的发展历程；2. 掌握指令系统设计与硬件描述语言的基本原理与方法；3. 理解处理器的主要功能与运行原理，能够进行处理器的设计与实现；4. 理解计算机存储器层次结构、高速缓存、虚拟存储器等相关概念与技术；5. 了解计算机的I/O系统、总线结构及工作原理。
三、课程大纲与内容安排1. 第一章：引言1.1 计算机的发展历程1.2 计算机系统的层次结构1.3 计算机性能指标与评价方法2. 第二章：计算机硬件组成2.1 冯·诺依曼体系结构2.2 中央处理器（CPU）的组成与功能 2.3 存储器的层次结构与分类2.4 输入输出设备与接口控制器2.5 总线与主板3. 第三章：指令系统结构3.1 指令的格式与编码方式3.2 寻址方式与寻址模式3.3 指令的执行过程与流水线技术4. 第四章：处理器设计与实现4.1 单周期与多周期处理器设计4.2 流水线处理器设计与优化4.3 异常处理与中断机制5. 第五章：存储器层次结构5.1 存储器的分类与特性5.2 高速缓存的工作原理与替换策略5.3 虚拟存储器的概念与实现6. 第六章：I/O系统6.1 输入输出系统的基本概念与功能6.2 I/O接口与设备控制器6.3 DMA技术与中断处理四、教学方法与评估方式本课程以理论授课、实践操作、课堂讨论等形式相结合，培养学生的综合分析与解决问题的能力。
通过课堂作业、实验报告以及期末考试等方式进行综合评估，考核学生对计算机组成原理的理解与应用能力。
408计组大纲2024408计算机组成原理大纲（2024）一、课程目标计算机组成原理是计算机科学与技术专业的核心课程之一，旨在通过对计算机硬件组成和工作原理的学习，培养学生对计算机系统的整体了解和深入理解。
本课程将通过教授计算机系统硬件、指令系统、中央处理器、存储器、输入输出系统等相关内容，使学生能够掌握计算机系统的基本知识和原理，并能够对计算机硬件进行合理选择和优化。
二、教学内容1.计算机系统基本概念1.1计算机系统组成1.2计算机系统的层次结构1.3计算机系统性能指标2.计算机硬件2.1计算机硬件概述2.2中央处理器（CPU）2.3存储器（内存）2.4输入输出设备3.指令系统3.1指令系统的概念3.2指令格式与寻址方式3.3指令的执行过程4.中央处理器4.1中央处理器的功能与架构4.2数据通路和控制器4.3指令的执行和流水线技术5.存储器5.1存储器的类型与层次结构5.2随机访问存储器（RAM）5.3只读存储器（ROM）5.4高速缓存存储器（Cache）6.输入输出系统6.1输入输出设备的分类和特性6.2输入输出接口与控制6.3外设与总线7.计算机系统性能评价与优化7.1性能指标7.2提升计算机系统性能的方法7.3计算机系统设计的优化技术三、教学方法与要求本课程采用理论教学与实践相结合的教学方法。
理论教学部分主要通过课堂讲授、文献阅读与讨论等方式进行，实践部分将引导学生进行计算机硬件的实际操作和设计。
学生需要在掌握基本理论知识的基础上，参与实验操作，完成相关实践任务。
学生通过实践能够更深入地理解计算机组成原理，并掌握计算机系统的基本分析和设计能力。
四、考核方式与评分标准本课程的考核方式主要包括以下几个方面：1.平时表现：包括课堂参与、实验报告等。
（占总评成绩的30%）2.实验：完成相关的实验操作和设计任务。
（占总评成绩的30%）3.期末考试：对学生对所学内容的理解和应用能力进行考核。
（占总评成绩的40%）评分标准将根据学生的表现和成绩进行评定，具体细则将在教学过程中公布。
计算机组成原理教学大纲计算机组成原理教学大纲引言：计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门重要课程，它涉及到计算机硬件的各个方面，包括计算机的基本组成、运算器、控制器、存储器、输入输出系统等。
本文将从计算机组成原理的教学大纲出发，探讨该课程的内容和教学方法。
一、课程概述1.1 课程名称：计算机组成原理1.2 课程性质：必修课1.3 学时安排：理论课2学时/周，实验课2学时/周1.4 前置课程：计算机基础、数字电路1.5 后续课程：计算机体系结构、操作系统二、课程目标2.1 理论目标：- 理解计算机的基本组成和工作原理- 掌握计算机硬件的各个组成部分的功能和特点- 理解计算机的运算器、控制器和存储器的工作原理- 掌握计算机的输入输出系统的原理和技术2.2 实践目标：- 能够使用硬件描述语言进行计算机硬件的设计和实现- 能够进行计算机系统的组装和调试- 能够使用计算机硬件开发工具进行硬件设计和仿真三、教学内容3.1 计算机的基本组成- 计算机的五大组成部分：运算器、控制器、存储器、输入输出设备、总线- 计算机的层次结构：硬件层次、体系结构层次、指令集架构层次3.2 运算器- 运算器的功能和特点- 运算器的设计原理和实现方法- 运算器的运算方式：定点运算、浮点运算3.3 控制器- 控制器的功能和特点- 控制器的设计原理和实现方法- 控制器的指令执行过程：取指令、译码、执行、访存、写回3.4 存储器- 存储器的功能和特点- 存储器的分类：主存储器、辅助存储器- 存储器的组织结构：存储单元、存储地址、存储器的访问方式3.5 输入输出系统- 输入输出设备的分类和特点- 输入输出接口的功能和设计- 输入输出的数据传输方式：程序控制方式、中断方式、DMA方式四、教学方法4.1 理论教学- 通过讲授基本概念和原理，引导学生理解计算机组成原理的基本知识- 结合案例分析和实际应用，加深学生对计算机组成原理的理解和应用能力- 引导学生进行课堂讨论和小组讨论，培养学生的分析和解决问题的能力4.2 实验教学- 设计并实现一些简单的计算机硬件模块，加深学生对计算机组成原理的理解和实践能力- 进行计算机系统的组装和调试，培养学生的动手能力和团队合作精神- 使用计算机硬件开发工具进行硬件设计和仿真，提高学生的实践能力和创新能力五、教学评价5.1 理论考核- 闭卷考试：考察学生对计算机组成原理的理论知识的掌握程度和应用能力- 开卷考试：考察学生对计算机组成原理的综合分析和解决问题的能力5.2 实验考核- 实验报告：考察学生对计算机硬件设计和实现的理解和实践能力- 实验成果展示：考察学生对计算机系统组装和调试的能力和团队合作精神结语：计算机组成原理是计算机科学与技术专业的重要课程，通过对计算机硬件的各个方面的学习和实践，可以帮助学生全面理解计算机的工作原理和设计方法。
《计算机组成原理实验》课程大纲一、 课程基本情况二、 教学目标《计算机组成原理实验》是配合《计算机组成原理》的理论教学中计算机硬件系统的组成、各部件的结构和工作原理而设置的教学内容，是相应教学内容的配套课程，是计算机组成原理的重要环节。
通过本课程的各项实验，使同学进一步掌握计算机各部件的基本原理和结构，掌握计算机各部件的基本设计方法和实验方法，帮助同学建立计算机时间-空间的整体概念，巩固课堂知识，初步培养学生的实验操作能力和分析解决问题能力。
三、 课程简介配合理论教学，提供了不同类型（如验证型、设计型、综合型）的共七个实验单元。
实验内容分为部件实验和综合实验，由浅入深，循序渐进。
部件实验主要包括存储器，运算单元，微控制器等，综合实验分别为8位CISC CPU设计和32位RISC CPU——MIPS-C设计。
这些实验承接先开的《数字逻辑》实验，并为后续的《计算机接口与通讯技术》实验奠定坚实的基础。
四、 实验教学内容及其基本要求课程实验（一）实验名称：存储器与运算器高级设计（4学时，验证型和设计型）实验目的：了解存储器、运算器的电路结构和工作原理。
掌握FPGA中先进先出存储器LPM_FIFO 的功能、工作特性、测试方法和读写方法；了解FPGA中LPM_FIFO的功能，掌握LPM_FIFO的参数设置和使用方法。
掌握FPGA与外部RAM的硬件接口技术，通过FPGA控制，向外部RAM写入数据，通过FPGA控制，从外部RAM读出数据，并且利用数码管显示读出的数据。
利用Verilog HDL语言编程设计带进位算术逻辑运算单元，移位运算器。
验证带进位控制的算术运算功能发生器的功能，按指定数据完成集中指定的算术运算。
验证移位运算器的组合功能。
实验内容：（1）采用LPM宏单元设计一个先进先出存储电路FIFO，增加“空”、“未满”、“满”设计仿真波形并进行分析和验证。
根据实验电路选择适当的模式，设计相应的引脚锁定方案，并下载到实验台。
观察并记录当LPM_FIFO为“空”、“未满”、“满”是，各种输出信号的变化情况。
（2）用FPGA与外部RAM接口，设计一个实现对外部RAM的读写控制电路，设计仿真波形并进行分析和验证。
根据实验电路选择适当的模式，设计相应的引脚锁定方案，并下载到实验台。
观察并记录写入和读出的数据，并进行比较。
（3）采用Verilog HDL语言设计一个带进位算术逻辑运算单元ALU电路。
设计仿真波形并进行分析和验证。
根据实验电路选择适当的模式，设计相应的引脚锁定方案，并下载到实验台。
观察并记录带进位ALU的功能，通过指定数据完成全部的运算功能，并将结构填入带进位ALU实验数据表中。
（4）采用Verilog HDL语言设计一个移位运算器电路。
设计仿真波形并进行分析和验证。
根据实验电路选择适当的模式，设计相应的引脚锁定方案，并下载到实验台。
观察并记录移位运算器的组合功能，并将理论分析值与实验结果进行比较。
课程实验（二）实验名称：微控制器组成实验（4学时，设计型和验证型）实验目的：掌握微指令控制、微地址寄存器控制、数据寄存器译码控制以及微程序控制器的工作原理和构成原理。
掌握微程序的编写，输入，观察微程序的运行。
实验内容：（1）采用LPM宏单元设计微指令控制电路，设计仿真波形并进行分析和验证。
根据实验电路选择适当的模式，设计相应的引脚锁定方案，并下载到实验台。
根据微程序控制器的内部结构，记录当标志位变化时，微指令的变化对输出微地址控制信号的影响。
（2）采用LPM宏单元设计微地址寄存器控制电路，设计仿真波形并进行分析和验证。
根据实验电路选择适当的模式，设计相应的引脚锁定方案，并下载到实验台。
观察并记录微地址寄存器在正常工作情况下，由输入、输出的微地址实验数据，以及在发生控制/转移情况下，当控制信号有效时，输出的微地址发生变化的情况。
（3）采用LPM宏单元设计数据寄存器译码控制电路，设计仿真波形并进行分析和验证。
根据实验电路选择适当的模式，设计相应的引脚锁定方案，并下载到实验台。
观察并记录微指令信号的变化，控制信号的变化，对输出选通信号的影响。
（4）定制微程序存储器LPM_ROM，并在前面实验电路的基础上构建微控制器电路，设计仿真波形并进行分析和验证。
根据实验电路选择适当的模式，设计相应的引脚锁定方案，并下载到实验台。
观察并记录微程序的运行情况。
课程实验（三）实验名称：8位CISC CPU设计与实现（8学时，设计型）实验目的：深入理解CISC模型机的功能和组成知识，巩固和深化理论课相关的教学内容。
深入学习计算机各类典型指令的执行流程。
在实验（二）的基础上，进一步掌握微程序控制器的设计流程和相关技术，以及LPM_ROM的配置方法。
在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将单元电路组成系统，构造一台简单CISC模型机。
定义五条机器指令，并编写相应的微程序，上机调试，掌握计算机整机概念，掌握微程序的设计方法，学会编写二进制微指令代码表。
通过完整的计算机的设计，全面了解并掌握微程序控制方式计算机的设计方法。
实验内容：（1） 设计CISC CPU的功能模块，包括：算术逻辑单元、数据缓冲寄存器、移位运算器、程序存储器与数据存储器、先进先出存储器FIFO、流水线乘法累加器、程序计数器与地址寄存器、指令寄存器、指令译码器与控制器、时序产生器等；（2） 设计CISC CPU的指令系统，拟定指令流程和微命令序列，并设计简单的微程序；（3） 建立CISC CPU的数据通路，并用图形编辑工具设计CISC CPU的顶层电路原理图；（4） 对CISC CPU的整机硬件电路进行编译、波形仿真和调试。
根据仿真波形，验证设计的正确性，并对出现的故障进行定位，修改程序，重新编译；（5） 将编译通过的电路和应用程序下载到实验台上的FPGA中，在实验台上通过单步跟踪微程序执行过程的方式进行硬件调试。
根据硬件调试结果验证设计的正确性，并对出现的故障进行定位，修改程序，重新编译；最终完成CISC CPU的硬件电路设计以及应用程序及微程序的设计和调试。
（6） 观察并记录CPU的运行情况：用手动STEP控制和LCD液晶显示器观察CPU运行、用In-System Memory Content Editor了解CPU运行情况、用嵌入式逻辑分析仪SignalTapII了解CPU运行情况、用时序仿真了解CPU运行情况。
综合设计：32位RISC CPU设计与实现——MIPS-C（共20学时）课程实验（四）实验名称：32位MIPS-C基本组成部件调试与定制（4学时，验证型）实验目的：了解MIPS-C基本组成部件的工作原理。
熟练掌握MIPS-C基本组成部件的设计方法。
实验内容：（1） 根据设计要求，应用数字逻辑实验结果，完成MIPS-C基本组成部件的调试和定制，包括：ALU，移位器，乘/除法器，寄存器堆，程序计数器，指令寄存器，数据寄存器，存储器等。
（2） 对每一个基本组成部件分别进行时序仿真验证和硬件下载测试。
课程实验（五）实验名称：32位MIPS-C指令系统设计和数据通路构建（8学时，设计型）实验目的：了解MIPS-C各种类型指令（包括：存取指令，R型指令，I型指令，跳转指令，CP0指令，分支指令等）执行的功能和工作原理。
掌握MIPS-C指令系统的设计方法。
掌握基于MIPS-C指令集来编写汇编程序的方法。
了解MIPS-C数据通路的建立方法和组成原理。
了解数据通路部件的概念。
熟练掌握根据不同类型的指令确定所需要的数据通路部件，再由这些部件组装出某类型指令简单数据通路的方法。
掌握将不同类型指令的数据通路组合成完整的数据通路的方法。
实验内容：（1） 根据系统设计要求，设计MIPS-C的指令系统。
（２） 在MIPS-C指令集的基础上，编写3个汇编程序。
（３） 从实验（四）中选取适当的部件，分别组装：取指指令数据通路、R型指令数据通路、I型指令数据通路、跳转指令数据通路、分支指令数据通路、存储指令数据通路等。
（４） 综合各类型指令数据通路，构建MIPS-C顶层数据通路。
（５） 通过时序仿真的方法，对各种数据通路进行调试和测试，并结合仿真波形分析各种数据通路的执行流程。
（６） 根据实验电路选择适当的模式，设计各种数据通路的引脚锁定方案，并下载到实验台。
观察并记录指令的执行情况。
课程实验（六）实验名称：32位MIPS-C控制单元设计（4学时，设计型）实验目的：了解MIPS-C控制器的功能和工作原理。
掌握用有限状态机技术实现多周期控制器的方法。
熟练掌握用Verilog HDL语言设计多周期控制器的方法。
掌握对多周期控制器的仿真验证和硬件测试两种调试方法。
掌握向MIPS-C顶层数据通路中增加控制单元的方法，并通过仿真验证和硬件测试两种方法对电路进行故障定位的调试技术。
实验内容：（1） MIPS-C控制器的有限状态机设计。
根据MIPS-C各种类型指令执行要求和有限状态机的设计原理，将多周期控制器的指令执行划分为多个状态，确定每一种类型指令的有限状态机，最后归纳为完整的多周期控制器有限状态机。
通过Verilog HDL语言实现多周期控制器有限状态机。
（2） 根据MIPS-C控制器的接口要求，在有限状态机的基础上，用Verilog HDL实现完整的MIPS-C控制器的设计，并根据仿真波形，验证设计的正确性，并对出现的故障进行定位，修改程序，重新编译；（3） 设计控制器的硬件下载测试方案。
将编译通过的电路下载到实验台上的FPGA 中。
根据硬件调试结果验证设计的正确性，并对出现的故障进行定位，修改程序，重新编译；最终完成控制器的硬件电路设计。
（4） 在实验（五）顶层数据通路基础上，增加控制单元电路，并进行编译、波形仿真和调试。
根据仿真波形，验证设计的正确性，并对出现的故障进行定位，修改程序，重新编译；（5） 对增加了控制单元的顶层数据通路设计硬件下载测试方案。
将编译通过的电路下载到实验台上的FPGA中。
根据硬件调试结果验证设计的正确性，并对出现的故障进行定位，修改程序，重新编译；最终完成增加了控制单元的顶层数据通路设计。
课程实验（七）实验名称：32位MIPS-C异常处理设计和软硬件测试（4学时，综合型）实验目的：了解MIPS-C中异常的概念，异常的处理及控制部件检测异常的方法。
掌握MIPS-C中协处理器的设计方法。
理解MIPS-C的整机功能和组成原理。
深入学习MIPS-C 系统中各类典型指令的执行流程。
掌握在MIPS-C上调试运行简单程序的方法。
掌握对整机进行软件仿真和硬件下载两种测试方法。
实验内容：（1） 在课程实验（七）的基础上，根据异常处理及控制方面的设计要求，采用Verilog HDL语言设计MIPS-C的协处理器单元。
（2） 构建协处理器单元的数据通路，并将其组装到MIPS-C顶层数据通路中。
