北科大计算机组成原理大纲

871计算机综合一考试大纲一、考试性质与范围本考试科目是计算机科学与技术学科硕士研究生入学的专业基础课程考试，旨在考察考生对计算机组成原理与数据结构基本原理和方法的掌握程度以及运用基本原理和方法分析、解决问题的能力。

考试范围包括计算机组成原理和数据结构。

二、考试基本要求计算机组成原理要求考生掌握：1.掌握计算机硬件系统的基本组成及工作机理，包括运算器的构成及工作原理；控制器的设计与实现方法；存储器及层次存储体系的概念及工作原理；输入/输出系统及工作方式。

并建立整机概念，各基本部件如何协调工作完成指定任务；2.理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法；3.能够运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对一些基本部件进行简单设计。

数据结构要求考生掌握：1.数据结构的基本概念、基本原理和基本方法；2.数据的逻辑结构、存储结构及基本操作的实现，能够对算法进行基本的时间复杂度与空间复杂度分析；能够运用数据结构基本原理和方法进行问题分析与求解，具备采用C或C++语言设计与实现算法的能力。

三、考试形式与分值答题方式为闭卷、笔试。

考试时间为180分钟，试卷满分为150分，其中：计算机组成原理75分数据结构75分四、考试内容I计算机组成原理1.计算机系统概述1）电子计算机与存储程序控制。

了解计算机的发展历史，掌握数字化概念、存储程序工作方式和冯诺依曼体制。

2）计算机系统层次结构计算机硬件的基本组成、计算机软件的分类、计算机的工作过程（1）计算机系统。

熟悉计算机硬件系统的组织、硬件与软件间的关系、计算机系统软硬件的逻辑等效性。

（2）掌握计算机系统的层次结构概念，了解系列机和软件兼容。

3）计算机性能指标吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间；MIPS、MFLOPS。

2.数据的机器层次表示1）数值数据的表示。

《计算机组成原理》教学大纲一、课程基本信息中文名称：计算机组成原理适用专业：计算机科学与技术，信息与计算科学，数学与应用数学课程类别：专业必修课总学时： 84 (60（理论）+ 24（实验）)总学分： 4 (3.5（理论）+ 0.5（实验）)二、课程简介本课程是计算机专业的核心专业基础课程，在计算机专业的各门课程中起着承上启下的重要作用。

学生通过本课程的学习，可以从层次的观点，掌握计算机组成和运行机制方面的基本概念、基本原理、基本设计和分析方法等系统知识，奠定必要的专业知识基础；可以从系统的观点，理解提高计算机整机的硬软件性能和部件性能的各种可行途径，了解计算机系统中硬件、软件的功能划分和相互配合关系，进而初步了解从计算机系统结构的角度进一步提高系统性能的主体思想，能站在更高层次上思考和解决工作中遇到的问题。

学生通过本课程的学习，还可以培养学生从形象思维向抽象思维过渡，掌握自顶向下分析和解决问题的能力，提高温故知新、举一反三和自主学习的能力，最终能把在“数字电子技术”、“汇编语言程序设计”、“可编程逻辑器件”等课程中所学的软、硬件知识有机地结合起来，建立计算机整机系统的完整概念。

三、相关课程的衔接预修课程：数字电子技术，汇编语言并修课程：计算机组成原理习题课，编译原理后修课程：计算机接口技术，单片机原理，计算机系统结构，可编程逻辑器件，操作系统原理四、教学的目的、要求与方法（一）教学目的计算机组成是依据计算机体系结构，在确定并分配了硬件子系统的概念和结构和功能特性的基础上，设计计算机各部件的具体组成及它们之间的连接关系，实现机器指令级的各种功能和特点。

即计算机组成是计算机体系结构的逻辑实现。

本课程的教学目的是使学生掌握计算机原理的基本概念、基本原理、基本设计和分析方法，通过实验教学努力提高学生在计算机硬件设计和实现方面的能力，适当了解提高计算机的部件和整机硬件性能的各种可能途径，为下一步学习计算机体系结构奠定基础，并能对当前计算机的最新研究、发展与应用趋势有一般性的了解。

《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、课程背景与目标1.1课程背景：《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，是计算机硬件方向的核心课程之一、通过本课程的学习，可以全面了解计算机硬件的基本组成与工作原理，为后续的计算机体系结构、操作系统、编译原理等课程的学习打下坚实的基础。

1.2课程目标：本课程旨在通过理论与实践相结合的方式，培养学生对计算机硬件组成原理的深入理解和实际操作能力，具体目标如下：(1)掌握计算机硬件的基本组成结构；(2)了解计算机运算方式与指令流；(3)掌握计算机存储器的组织和层次结构；(4)了解计算机输入输出的基本原理；(5)了解计算机总线的工作原理；(6)具备使用计算机组装与调试的能力。

二、课程内容与教学安排2.1课程内容：(1)计算机系统概述1)计算机体系结构和层次结构2)计算机性能指标和评价方法3)计算机发展历程与趋势(2)数据的表示与处理1)二进制数系统及其转换2)定点数表示与运算3)浮点数表示与运算4)进制转换法(3)计算机运算1)算术运算2)逻辑运算3)控制指令与程序设计(4)计算机存储器1)存储器的分类与层次结构2)半导体存储器3)主存储器与辅助存储器4)存储管理与地址映射(5)计算机输入输出1)输入输出方式与接口2)输入输出设备的工作原理与分类3)中断系统与输入输出控制(6)总线与系统连接1)总线概述与分类2)总线的工作原理与特性3)总线仲裁2.2教学安排：(1)课堂讲授：依次讲授课程内容中的各个部分，并辅以示意图和实例说明，以便学生理解。

(2)实验操作：安排计算机组装与调试实验，让学生亲自动手组装计算机硬件，并完成相应的操作系统安装、驱动程序配置等任务。

(3)实践练习：布置相关的实践练习题，包括计算机数学运算、数据表示转换、指令设计等题目，以巩固学生的理论知识和运用能力。

三、学习评估与考核方式3.1学习评估：学习过程中，将从学生的参与度、课堂表现、实验报告等方面进行评估，以及阶段性的测试、作业等形式进行课程能力的评估。

《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。

计算机组成原理大纲
一、计算机组成原理概述
1. 计算机组成原理的定义和目标
2. 计算机的基本组成部分和功能
二、数字电路基础
1. 逻辑门和布尔代数
2. 组合逻辑电路和时序逻辑电路
三、数字系统与算术运算
1. 进位制和数字编码
2. 布尔代数运算和逻辑运算
3. 二进制加法器和减法器
4. 乘法器和除法器
四、存储器和存储系统
1. 存储器层次结构
2. RAM和ROM存储器
3. 高速缓存和虚拟存储器
五、指令集体系结构
1. CISC和RISC体系结构
2. 数据表示方法和指令格式
3. 寻址方式和数据处理指令
六、中央处理单元（CPU）
1. 控制单元和存储器单元
2. 指令执行过程和数据通路
3. 流水线技术和乱序执行
七、输入输出系统
1. 输入输出设备和接口
2. 数据传输和数据交换方式
3. 中断和异常处理
八、总线和通信
1. 总线的基本概念和分类
2. 总线传输方式和时序控制
3. 总线错误控制和总线仲裁
九、计算机性能评价和优化
1. 计算机性能指标
2. 提高计算机性能的方法
3. 并行计算和分布式计算
十、计算机安全与可靠性
1. 计算机系统的安全威胁
2. 安全措施和安全策略
3. 可靠性评估和故障处理。

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。

一、课程概述《计算机组成原理》是计算机专业的最重要的基础课程之一,主要以信息在计算机内部的加工、处理为主线介绍计算机的结构、工作原理和功能特性；从一台计算机的整体结构出发,介绍计算机硬件系统内部各部件之间的互连、指令系统和指令在计算机中的执行过程；详细介绍组成计算机的各部件的组成原理、逻辑实现和设计方法；为了便于学生对基本概念的理解,培养学生对硬件系统的分析、设计、使用方面的能力,给出一种或者两种有代表性的机型的结构介绍。

本课程的教学目的是使学生掌握计算机的基本组成部件、逻辑功能、工作原理、设计方法和实现技术等的有关基础知识和技术,建立完整、清晰的计算机整机概念。

并使学生具备对计算机系统整机和部件进行分析和设计的能力。

计算机组成原理课程的教学任务环绕机器指令级以及与此密切相关的微操作级和汇编语言级,从计算机硬件到计算机软件以及软硬件的有机结合,从计算机内部工作机制与编程求解问题相结合,从CPU 部件与整机系统两个层次,从逻辑组成、内部工作机制、程序设计等三个方面,通过课堂授课和实验,达到计算机组成原理课程的教学基本目的,并培养本学科的学生在设计、分析和解决大型数字系统的基础理论和基本的实际动手能力,为学习后续课程打下良好的基础。

《大学物理》、《计算机导论》、《电路与电子学》、《数字电路》、《汇编语言程序设计》等课程,是《组成原理》的先修课程。

而《计算机组成原理课程设计》、《操作系统》、《计算机接口技术》、《单片机原理与应用》、《计算机体系结构》、《计算机外部设备》及《计算机网络》等课程是它的后续课程。

二、课程目标1．知道《计算机组成原理》这门学科的性质、地位和独立价值。

知道这门学科的研究范围、分析框架、研究方法、学科发展和未来方向。

2．理解计算机系统的运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大组成部件的有关基本概念和基本原理。

了解相应的有关新技术和方法。

3．理解数值数据的表示方法以及运算器的计算方法,了解非数值数据的表示和处理方法以及校验码的表示方法。

《计算机组成原理》教学大纲一、课程的性质和任务本课程是软件工程、计算机科学与技术专业的核心专业基础课程，在软件工程和计算机科学与技术专业的各门课程中起着承上启下的重要作用。

通过本课程的学习，学生可以从层次的观点，掌握计算机组成和运行机制方面的基本概念、基本原理、基本设计和分析方法等系统知识，奠定必要的专业知识基础；可以从系统的观点，理解提高计算机整机的硬软件性能和部件性能的各种可行途径，了解计算机系统中硬件、软件的功能划分和相互配合关系，进而初步了解从计算机系统结构的角度进一步提高系统性能的主体思想，能站在更高层次上思考和解决工作中遇到的问题。

通过本课程的学习，还可以使学生建立计算机系统的整机思想，为培养学生对计算机系统的分析、设计、开发和使用能力打下基础。

本课程涵盖的知识单元内容包括：计算机系统概述、运算方法和运算器、存储器、指令系统、CPU的结构和功能、控制单元的功能和设计、输入输出系统和系统总线等。

本课程教学的基本任务是：（1）使学生掌握计算机组成原理的基本概念、基本原理、基本设计和分析方法。

（2）了解当前计算机的最新研究、发展与应用趋势。

（3）使学生建立计算机系统的整机概念，为学生进一步进行计算机系统的开发和设计打下基础。

（4）为学生进一步学习后续课程打好基础。

二、相关课程的衔接本课程需要先修计算机科学概论、数字逻辑基础，后继课程是嵌入式开发等课程。

三、教学的基本要求1、正确认识课程的性质、任务及其研究对象，全面了解课程的体系、结构，掌握计算机原理的基本概念、基本原理、基本设计和分析方法，为后续课程的学习做好充分的准备。

2、本课程应强调理论联系实际，通过实验和设计，使学生掌握计算机的组成结构和工作机制，并初步具备计算机硬件设计和实现方面的能力。

四、教学方法与重点、难点1、教学方法以课堂讲授为主，结合实验、例题、习题讲解，加强实验教学。

2、教学重点计算机的硬件组成以及计算机的层次结构；数据在计算机里的存储格式、定点浮点的表示方法;存储器与CPU的连接以及存储器字扩展、位扩展的方法，cache的基本原理、地址映射、替换策略，指令系统设计原理、数据寻址的基本方法，指令周期的基本概念、典型指令的指令周期微命令与微操作、微指令与微程序，总线的基本概念、连接方式，总线的仲裁\定时以及总线的数据传送模式。