《计算机系统结构》教学大纲

“计算机组成原理”教学大纲1.课程概要2.课程教学内容及建议学时第1章计算机系统概论本章的主要知识点包括冯诺伊曼计算机的组成与工作原理；计算机软/硬件互动关系;计算机不同层次的抽象与表示；CPU性能公式及性能评价方法。

本章课堂教学学时3学时，建议学生课后学习3学时。

第2章数据表示本章的主要知识点包括计算机内部数据的机器级表示及其不同数据表示的特点；浮点数据表示(包括表示形式、规格化、数据表示范围和IEEE754标准)及其应用；常见的数据校验方式(奇偶校验、海明校验和CRC校验)及其特点。

本章课堂教学学时5学时，建议学生课后学习5学时。

第3章运算器方法与运算器本章的主要知识点包括整数和浮点数的运算方法；算术/逻辑运算单元ALU的设计；溢出检测及其实现。

本章课堂教学学时8学时，建议学生课后学习5学时。

第4章存储器层次结构本章的主要知识点包括存储技术(SRAM、DRAM、ROM)及存储系统层次结构；存储期组织及其与CPU的链接；高速缓冲存储器及其在程序性能优化中的应用；虚拟存储器(重点掌握页式虚拟存储器和TLB的工作原理)；辅助存储器(RAID)。

本章课堂教学学时12学时，建议学生课后学习20学时。

第5章指令系统本章的主要知识点包括指令格式及其设计；寻址方式；指令系统实例(以MIPS机为例) 本章课堂教学学时4学时，建议学生课后学习8学时。

第6章中央处理器本章的主要知识点包括CPU的组成与功能；数据通路的概念；数据通路设计(单周期和多周期)；微程序控制器设计；硬布线控制器设计；流水线技术。

本章课堂教学学时10学时，建议学生课后学习20学时。

第7章系统总线本章的主要知识点包括总线特性；总线事务的概念；总线结构；总线仲裁；总线操作；总线举例(PCI,USB);总线标准等。

本章课堂教学学时4学时，建议学生课后学习4学时。

第8章输入/输出系统本章的主要知识点包括接口功能；常见I/O数据传送方式(程序查询、程序中断和DMA 方式)工作原理及其特点。

《计算机体系结构》教学大纲课程名称：计算机体系结构英文名称：Computer Architecture课程编号：0812000485课程性质：选修学分/学时：2/32。

其中，讲授 32学时，实验 0学时，上机 0学时，实训 0学时。

课程负责人：先修课程：模拟电路，数字电路，计算机组成原理，汇编语言，操作系统，算法与程序设计方法一、课程目标通过本课程的教学，使学生先掌握计算机系统结构的基本概念，以及计算机系统结构的形成和发展过程，再以现代计算机系统结构为主线，掌握计算机系统结构的合成、存储系统结构、流水线结构、多处理机系统、RISC结构、分布计算环境结构及数据流计算机结构等现代计算机的系统结构，并了解软件对计算机系统结构的影响，最后了解现代计算机系统结构的最新发展。

本课程帮助学生了解计算机系统结构的基本概念，基本原理、基本结构、基本分析方法以及近年来的重要进展。

通过本课程的学习，达到以下教学目标：1. 工程知识1.1 掌握必要的计算机体系结构基础理论知识。

1.2 能够应用计算机体系结构理论知识解决复杂工程技术问题。

2. 问题分析2.1 能够理解并恰当表述计算机体系结构的实际问题。

2.2 能够找到合适的解决计算机体系结构实际问题的程序与方法。

2.3 在一定的限制条件下能够合理解决计算机体系结构方面的实际问题。

3．设计/开发解决方案能够运用计算机系统结构基础知识初步进行计算机系统的规划与设计并体现创新意识。

4. 研究4.1能够采用计算机系统结构理论知识进行研究并合理设计实验方案。

4.2具备采集有效数据的能力。

5. 使用现代工具能够正确运用工具与资源对计算机系统的性能提升等问题进行设计与实现。

6. 终身学习6.1具有自觉搜集阅读与整理资料的能力。

6.2了解计算机系统结构的发展前沿。

6.3具有终身学习的意识与能力。

二、课程内容及学时分配如表1所示。

三、教学方法课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、综合讨论、网络课程等共同实施。

《计算机系统结构》教学大纲课程名称：计算机系统结构课程学时：72学时课程类型：专业必修课课程学分：3学分课程考核方式：考试一、课程目标本课程旨在使学生了解计算机系统的基本结构和原理，掌握计算机系统的层次结构、指令系统和中央处理器、主存储器和输入输出系统等方面的知识，培养学生分析和设计计算机系统的能力。

二、课程内容1.计算机系统概论1.1计算机系统的发展历程1.2计算机系统的基本组成部分1.3计算机系统的层次结构2.指令系统2.1指令的分类与特点2.2指令的寻址方式2.3指令的执行过程2.4简单指令系统的设计与实现3.中央处理器3.1数据通路和控制器3.2指令的执行过程3.3中央处理器的设计与实现3.4流水线技术4.主存储器4.1存储器的基本概念4.2存储器的层次结构4.3存储器的组织与管理4.4高速缓存存储器的设计与实现4.5虚拟存储器5.输入输出系统5.1输入输出系统的功能与分类5.2输入输出设备的接口技术5.3中断处理和DMA技术5.4输入输出系统的设计与实现三、教学方法本课程采用理论课和实验相结合的教学方法。

理论课主要讲授计算机系统的基本原理和概念，通过示例和案例分析加深学生的理解。

实验课将对部分计算机系统组成部分进行仿真和实践操作，提高学生的实际操作能力。

四、教材与参考书主教材：《计算机组成与设计》（第5版）- David A. Patterson, John L. Hennessy，机械工业出版社参考书：1. 《计算机系统结构教程》- M. Morris Mano, 赵洁，高等教育出版社2.《计算机体系结构》-王肇国，机械工业出版社五、考核方式与评分标准本课程采取考试的方式进行综合评估。

考试主要包括选择题、填空题、简答题和综合性问题。

评分标准包括学生对计算机系统原理的掌握程度、对计算机系统设计的理解程度以及实验操作能力的表现等。

六、实验内容1.设计一个简单的指令系统，包括指令集、寻址方式和控制流程。

《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。

《计算机组织与结构》教学大纲课程总学时：40 学分：2.5其中讲课：40实验：0开课学期：5学期教学大纲一、课堂讲授部分（一）各章要点及授课时数1计算机系统概论（3学时）计算机的产生与发展，计算机的应用；计算机的系统结构、计算机组成与实现的联系与区别，计算机组成研究任务，计算机的层次结构；计算机主要指标。

第1节计算机发展概述第2节计算机的分类及应用第3节计算机的基本组成第4节计算机的层次结构第5节计算机的性能指标2运算方法和运算器（10学时）数据的表示方法：定点加、减、乘、除运算，定点运算器的组成、结构；浮点运算方法和典型浮点运算器介绍。

第1节数据表示（数据与文字表示方法）第2节定点加减运算及实现第3节定点乘法运算及实现第4节定点除法运算及实现第5节定点运算器的组成与结构（ALU与数据通路设计与实现）第6节浮点运算方法和浮点运算器3存贮系统（8学时）存贮器概述、半导体读、写存贮器、半导体只读存贮器、高速缓冲存贮器、虚拟存储的概念；微机系统中存贮系统的设计。

第1节存储器概述第2节RAM第3节ROM和FLASH ROM第4节应用系统中的存储器设计第5节高速存储器第6节CACHE存储器*第7节虚拟存储器4指令系统（3学时）指令系统的发展与性能要求：指令格式；指令和数据的寻址方式；堆栈寻址方式；典型微机指令系统介绍。

第1节指令系统的发展和性能要求第2节指令格式第3节指令及数据的寻址方式第4节堆栈寻址方式第5节典型指令5中央处理器（8学时）中央处理器的功能和组成，组合逻辑控制器、微程序控制器的概念、指令周期的概念，时序概念；微处理器举例（或实例分析）。

第1节CPU 的功能和组成第2节指令周期第3节时序信号和控制方式第4节一个模型计算机和控制器初步设计第5节硬布线控制器第6节微程序控制器及微程序设计第7节传统CPU介绍第8节流水CPU6总线（2学时）总线的概念、特点、约定、分类；单机系统总线结构；总线的驱动、控制和联络；典型总线介绍；微机系统中总线作用。

计算机组成教学大纲本课程重点讲述计算机的内部结构和工作原理，强调软件和硬件的衔接，注重基本概念和真实系统的对应。

课程概述本课程的重点在于计算机内部的主要部件以及各部件之间的联系，主要内容包括：冯·诺依曼计算机结构的要点，计算机执行指令的工作过程，当前流行的指令系统的分析对比，高级语言、汇编语言和机器语言之间的关系，计算机采用的主要算术和逻辑运算方法及其实现，微处理器、存储系统和输入输出系统的基本原理和关键技术等。

本课程强调计算机软件和硬件的衔接互动，注重基于真实系统分析基本概念，是计算机及相关专业本科生了解和掌握计算机系统整体框架的基础性课程。

课程大纲01计算机基本结构（Basic Components of a Computer）课时101-电子计算机的兴起102-冯诺依曼结构的要点103-冯诺依曼结构的小故事104-计算机结构的简化模型105-计算机执行指令的过程106-计算机输入和输出107-冯诺依曼结构和具体实现课后测验02指令系统体系结构（Instruction Set Architecture）课时201-设计自己的计算机202-x86体系结构203-x86指令简介204-复杂的x86指令举例205-MIPS体系结构206-MIPS指令简介课后测验第一次互评作业：MIPS汇编程序设计03算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit）课时301-算术运算和逻辑运算302-门电路的基本原理303-寄存器的基本原理304-逻辑运算的实现305-加法和减法的实现306-加法器的优化课后测验04乘法器和除法器（Multiplier and Divider）课时401-乘法的运算过程402-乘法器的实现403-乘法器的优化1404-乘法器的优化2405-除法的运算过程406-除法器的实现407-除法器的优化课后测验05单周期处理器（Single Cycle Processor）课时501-设计处理器的准备502-数据通路的建立503-运算指令的控制信号504-访存指令的控制信号505-分支指令的控制信号506-控制信号的集成课后测验06流水线处理器（Pipelined Processor）课时601-流水线的基本原理602-流水线的优化603-超标量流水线604-流水线的冒险605-数据冒险的处理606-控制冒险的处理课后测验07存储层次结构（Memory Hierarchy）课时701-存储层次结构概况702-DRAM和SRAM703-主存的工作原理704-主存技术的发展705-高速缓存的工作706-高速缓存的设计要点707-存储容量的计算课后测验第二次互评作业：cache性能评测与分析08中断与异常（Interruption and Exception）课时801-中断和异常的来源802-中断向量表的结构803-中断向量表的发展804-中断的处理过程805-内部中断分类说明806-基于中断的功能调用课后测验09输入输出接口（Input/Output System）课时901-输入输出接口的基本功能902-输入输出接口的编址方式903-输入输出的控制方式904-中断控制方式905-外部中断的处理过程906-直接存储器访问方式课后测验主要教材（英文版·第4版），Computer Organization and Design, Fourth 《计算机组成与设计》Edition，作者：David A. Patterson John L. Hennessy。

《计算机系统结构》课程教学大纲英文课程名称： Computer Architecture 课程编号：授课语言：中文学分：3课内学时：51 课程性质：专业课先修课程：计算机组成原理考试/考查：考试是否全英/双语课程：否一、课程定位和基本要求1.课程定位本课程是计算机专业和软件工程专业的一门重要专业课。

其目的是提高学生从总体结构、系统分析这一层次来研究和分析计算机系统的能力，帮助学生建立整机的概念；使学生掌握计算机系统结构的概念、原理、结构以及设计和分析方法，并对计算机系统结构的发展历史和现状有所了解。

2.课程教学目标课程教学目标1：掌握计算机系统结构相关的基本概念和计算机系统的设计方法，掌握定量分析的基本方法以及计算机系统的性能评测技术。

掌握计算机系统结构中并行性的发展。

课程教学目标2：理解指令集结构的分类及指令系统设计中应考虑的各种因素，掌握计算机指令系统的设计方法，掌握指令操作码的优化编码。

课程教学目标3：掌握流水线的基本概念、分类以及性能分析，掌握基本MIPS流水线的实现，掌握流水线中的各种冲突及其解决方法。

课程教学目标4：掌握向量处理机的基本概念、结构和性能评价方法。

课程教学目标5：掌握指令级并行的概念及其硬件开发方法，掌握Tomasulo算法以及动态分支预测技术。

课程教学目标6：掌握指令级并行开发的软件方法，包括基本指令调度、循环展开、全局指令调度（踪迹调度和超块调度）、静态多指令流出、显式并行指令计算；掌握开发循环级并行的方法，如软流水。

课程教学目标7：掌握多级存储层次，掌握Cache的组成及性能分析，掌握改进Cache 性能的方法；课程教学目标8：掌握磁盘冗余阵列RAID以及通道的工作原理和性能分析；课程教学目标9：掌握互连函数、互连网络的参数和性能指标，掌握静态互连网络和动态互连网络。

课程教学目标10：掌握多处理机系统的两种存储结构模型, 掌握实现多Cache一致性的监听法和目录法。

计算机教学大纲一、引言在当今数字化时代，计算机教学已成为教育领域的重要组成部分。

为了提供更好的计算机教学，制定一份全面的教学大纲显得尤为重要。

本文将从课程目标、教学内容、教学方法和评估方式等方面，编写一份完整的计算机教学大纲。

二、课程目标1. 增强学生对计算机科学基本概念和原理的理解。

2. 培养学生的计算思维和问题解决能力。

3. 培养学生的信息素养和网络安全意识。

4. 提高学生的计算机操作和应用能力。

5. 培养学生的协作与沟通能力。

三、教学内容1. 计算机科学基础知识- 计算机体系结构- 操作系统原理- 数据结构和算法- 编程语言和软件开发基础2. 计算机应用技术- 办公软件的使用- 图像处理与设计- 多媒体技术与应用- 数据库管理与应用3. 信息安全与网络素养- 网络基础知识与应用- 网络安全风险与防范- 个人隐私保护与数字著作权意识4. 计算思维与问题解决能力- 算法设计与分析- 逻辑思维与思维导图- 程序设计思维与问题求解四、教学方法1. 讲授与示范：通过教师的讲解和演示，向学生介绍计算机原理、操作方法和应用技术。

2. 实践与操作：提供计算机实践环境，让学生亲自操作和实践，巩固所学知识。

3. 项目与实训：组织学生开展计算机应用项目和实训活动，培养学生的协作与实际应用能力。

4. 讨论与互动：通过讨论和互动，激发学生的思维，提高问题解决能力。

五、评估方式1. 课堂表现评估：包括出勤率、课堂参与度和学习态度等方面的评价。

2. 作业与实验成绩：根据学生完成的作业和实验报告进行评分，考察学生对知识的理解和实际应用能力。

3. 项目评估：对学生完成的实际应用项目进行评估，考察学生的团队协作能力和项目管理能力。

4. 考试评估：通过理论知识考试，测试学生对计算机科学基础知识的掌握程度。

六、总结本教学大纲旨在为计算机教学提供一个全面、系统的指导框架。

通过合理的课程目标、教学内容、教学方法和评估方式的设定，可以有效地提高学生的计算机科学素养和实际应用能力。