最新 计算机组成与结构课程教学大纲教案

计算机组成原理教学大纲一、课程名称计算机组成原理（Principles of Computer Construction）二、课堂授课学时与学分学时：64学时三、授课对象计算机科学与技术及相关专业本科学生四、先修课程计算机应用基础、数字逻辑五、教学目的本课程的学习将使学生了解计算机系统的硬件和软件构成方法，了解其硬件系统中运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备和总线系统的构成原理。

为后续专业课程的学习打下扎实的理论基础。

六、主要内容、基本要求及学时分配主要内容：1、计算机系统概论：包括计算机的语言，计算机的硬件，计算机系统的层次结构和电子计算机的发展简史及计算机的应用。

2、运算方法和运算器：包括数据表示方法和转换，带符号数的表示及加减运算，二进制乘法运算，二进制除法运算，浮点数的运算方法，运算部件和数据校验码。

3、主存储器：包括主存储器处于全机中心地位，主存储器分类，主存储器的主要技术指标，主存储器的基本操作，随机存储器RAM，非易失性半导体存储器，DRAM的研究与发展，半导体存储器的组成与控制和多体交叉存储器。

4、指令系统：包括指令系统的发展，指令格式，数据表示，寻址方式，指令类型，指令系统的兼容性，RISC和CISC和指令系统举例。

5、中央处理部件CPU：包括计算机的硬件系统，控制器的组成，微程序控制器计算机的工作原理，微程序设计技术，硬布线控制的计算机，控制器的控制方式，流水线工作原理，CPU举例和计算机的加电及控制过程。

6、存储系统：包括存储系统的层次结构，高速缓冲存储器Cache，虚拟存储器，相联存储器和存储保护。

7、辅助存储器：包括辅助存储器的种类与技术指标，磁记录原理与记录方式，硬磁盘存储器，软磁盘存储器，磁带存储器和光盘存储器。

8、输入输出设备：包括外部设备概述，输入设备，输出设备—显示器和输出设备—打印机。

9、输入输出系统：包括系统概述，程序中断输入输出方式，DMA输入输出方式，通道控制方式和外围处理机方式，总线结构和外设接口。

计算机的组成一、教学目标1. 了解计算机硬件的基本组成部件及其功能。

2. 掌握计算机的基本工作原理。

3. 能够识别并理解计算机的主要硬件组件。

二、教学内容1. 计算机硬件的基本组成部件。

中央处理器（CPU）主板（Motherboard）内存（RAM）硬盘（Hard Disk Drive）显卡（Graphics Card）电源供应器（Power Supply）外设接口（Peripheral Interfaces）2. 计算机的基本工作原理。

冯·诺依曼架构指令执行过程三、教学重点与难点1. 教学重点：计算机硬件的基本组成部件及其功能。

计算机的基本工作原理。

2. 教学难点：中央处理器的内部结构和工作原理。

内存的类型和工作原理。

硬盘和固态硬盘的区别和性能比较。

四、教学方法1. 讲授法：讲解计算机硬件的基本组成部件及其功能，计算机的基本工作原理。

2. 案例分析法：分析具体的计算机硬件组件的工作原理和性能。

3. 互动教学法：引导学生提问和讨论，解答学生的问题。

五、教学准备1. 教学PPT：制作关于计算机硬件组成和基本工作原理的PPT。

2. 教学素材：准备相关的计算机硬件组件实物或图片，以便进行讲解和展示。

3. 教学设备：准备计算机硬件组成的相关视频或动画，以便进行讲解和展示。

六、教学过程1. 导入新课：通过一个简单的计算机组装视频，激发学生的兴趣，引导学生思考计算机是由哪些部件组成的。

2. 讲解计算机硬件的基本组成部件：分别讲解中央处理器（CPU）、主板（Motherboard）、内存（RAM）、硬盘（Hard Disk Drive）、显卡（Graphics Card）、电源供应器（Power Supply）和外设接口（Peripheral Interfaces）的功能和作用。

3. 讲解计算机的基本工作原理：讲解冯·诺依曼架构和指令执行过程，使学生理解计算机的工作原理。

七、课堂互动1. 提问：让学生回答计算机硬件的基本组成部件及其功能。

计算机组成与体系结构教学设计背景计算机组成与体系结构课程是计算机科学专业和相关专业中的重要课程之一。

该课程通过讲解计算机硬件的组成以及计算机体系结构的基本应用和原理，让学生对计算机体系结构的内部结构和工作原理有一个全面的认识，为进一步深入学习计算机系统和计算机科学领域打下坚实的基础。

因此，本篇文档将通过介绍教学内容、教学方法和教学效果评估等方面的内容，进一步完善计算机组成与体系结构课程的教学设计。

教学内容计算机组成与体系结构课程的教学内容通常包括计算机硬件组成，各种计算机组件的原理与作用，存储器层次结构，总线结构以及计算机体系结构的分类与特性等方面的内容。

这些内容是计算机科学和技术领域的核心知识点，对学生理解计算机科学和技术领域的各个方面都有很大的帮助。

因此，在教学设计过程中，需要设计好相应的内容模块，合理规划课程时间和教学进度，让学生掌握这些知识点。

教学方法计算机组成与体系结构课程的教学方法相互依托，以课堂讲授为基础，互相补充。

具体教学方法包括：课堂讲授在课堂上，老师应当通过讲解、演示、举例等方式，对计算机组成与体系结构的基本原理和体系结构的分类与特性等方面的知识进行讲解和阐述，教师与学生之间的互动也需多多。

实验教学计算机组成与体系结构课程的实验教学是非常重要的一部分，在实验室中，学生可以直接接触硬件设备，进行程序编译和调试等具体体验性任务。

通过实验，学生能够加深对计算机硬件组成、原理和体系结构的理解，增强实际操作能力和协调能力。

课程设计教师也可以通过设计项目任务，让学生通过自主探索的形式，深入研究计算机组成与体系结构的相关知识点，从而提高学生的主动学习能力，实现知识点内化。

教学效果评估在计算机组成与体系结构课程教学结束之后，需对学生进行教学效果评估。

评估内容包括学生对于计算机硬件组成和计算机体系结构的基础知识点的掌握程度，能否使用相关知识点进行实际应用以及学生对该课程的总体评价等。

评估结果将有助于教师对教学过程进行总结和反思，提高教学质量。

计算机组成与结构教学大纲理解计算机硬件组成的基本原理，把握冯·诺依曼体系的思想精髓，奠定计算机大类专业的系统基础，为后续专门领域的深入学习提供强有力的支撑。

课程概述《计算机组成与结构》课程具有知识面广、内容多、难度大、更新快的特点。

本课程在教学中着重计算机的基本原理、基本知识点的讲授，通过课堂教学和实践环节的训练，使学生掌握计算机各大部件的组成原理、逻辑实现、设计方法及其互连构成单机系统的技术。

课程内容以冯．诺依曼机基本结构为主线，介绍计算机的基本组成和内部工作机制，主要讲授计算机系统概论、运算基础、数值的机器运算、存储系统和结构、指令系统、中央处理器、外围设备和输入输出系统和总线等内容。

课程大纲第一章计算机系统概论1.2 计算机基本组成1.1 计算机系统介绍第一章课件1.3 计算机硬件主要技术指标系统概论单元测验系统概论测试2第二章计算机发展及应用2.2 计算机应用领域及发展前景2.1 计算机发展简史单元测验2发展及应用测验第三章系统总线3.5 总线控制3.2 总线种类3.4 总线的基本结构3.3 总线特性及性能指标3.1 总线的基本概念系统总线测验系统总线测验2第四章存储系统4.2.7 提高存储速度的措施4.3 高速缓冲存储器Cache 4.2.4 只读存储器4.4 辅助存储器4.2.2 半导体存储器简介4.2.5 存储器与CPU的连接4.2.6 存储校验4.2.3 随机存取存储器4.1 概述4.2 主存储器4.2.1 主存概述存储器单元测验存储器单元测验2第五章输入输出系统5.3 IO接口5.1 概述5.2 IO设备5.4 程序查询方式5.6 DMA方式5.5 程序中断方式输入输出测验I/O测验第六章计算机的运算方法6.2 数的定点表示和浮点表示6.3 定点运算6.4 浮点运算6.5 算术逻辑单元6.1 无符号数和有符号数运算方法测验运算方法单元测验第七章指令系统7.1 机器指令7.5 RISC技术7.3 寻址方式7.4 指令格式7.2 操作数类型和操作类型指令系统测验指令单元测验第八章中央处理器CPU8.3 指令流水8.4 中断系统8.6 组合逻辑控制8.2 指令周期8.7 微程序控制8.1 CPU的结构8.5 控制单元与控制方式CPU单元测验预备知识数字电路汇编语言参考资料（1）唐朔飞，计算机组成原理（第2版），高等教育出版社，2008.1David A.Pattterson （美）等著，康继昌等译，计算机组成与设计-硬件/软件接口（第4版），机械工业出版社，2012.1（2）David A.Pattterson（美）等著，康继昌等译，计算机组成与设计-硬件/软件接口（第4版），机械工业出版社，2012.1（3）蒋本珊，计算机组成原理（第3版），清华大学出版社，2013.8。

《计算机结构与组成》教学大纲一、课程基本信息1.课程代码：211214002.课程中文名称：计算机结构与组成课程英文名称：Computer Structure and Composing3.面向对象：软件工程及信息工程专业学生4.开课学院（课部）、系（中心、室）：信息工程学院软件工程系5.总学时数：56讲课学时数：48 ,实验学时数：86.学分数：3.57.授课语种：中文，考试语种：中文8.教材：《计算机组成与设计》，Patterson等编著，郑纬民等译，清华大学出版社，2000.7二'课程内容简介本课程的教学任务是讲述计算机系统软、硬件局部的总体结构、基本组成与工作原理。

主要讲授计算机高级程序如何通过一步步转换，最后通过硬件执行来完成。

使得学生对于计算机有一个整体的了解。

三、课程的地位、作用和教学目标《计算机结构与组成》是信息类的一门专业基础课，其教学目的是培养学生对于信息技术的支撑环境一一计算机核心软、硬件（现代微处理器及系统）的各基本组成局部、各局部间的接口有较深入的理解，使学生建立清晰的计算机软、硬件整体概念，为将来进一步学习相关课程打下扎实的基础。

四'与本课程相联系的其他课程先修课程：计算机高级语言；后续课程：操作系统原理A五' 教学基本要求用任务驱动模式，通过问题解决的过程，培养学生自主分析问题和解决问题的能力。

注重采用启发式教学，运用课堂提问和课堂讨论的方式。

六' 考核方式与评价结构比例（-）本课程为期中、期末考试及课程作业、上机技能考核的结合。

上机实验（20%）平时作业（10%）大作业工程（20%）期中考试（20%）期终考试（30%）（-）考试命题原那么（1）期中考试范围：汇编语言程序设计基础（60%）、指令系统（40%）题型：选择题、正误题、简答题、编程题、程序填空题考试时间：第9教学周考试方式：闭卷（2）期终考试范围：汇编语言程序设计基础（20%）、指令系统（10%）、数字逻辑基础（20%）、CPU设计（25%）多级存储系统（15分）、输入输出系统（10分）题型：选择题、正误题、简答题、编程题、程序填空题、逻辑设计题考试时间：第18教学周考试方式：闭卷七' 教学参考资料1.《计算机组成与结构》（第五版），王爱英著，出版社：清华大学出版社，出版时间:2013年1月Patterson, David A.; Ditzel, David R. （1980）. "The case for the reduced instruction set computer". ACM SIGARCH Computer Architecture News 8 （6）: 25-33.David A. Patterson and Carlo H. Sequin,, "RISC I: A Reduced Instruction Set VLSI Computer" Proceedings of the 8th annual symposium on Computer Architecture, 1981.David A. Patterson, Garth Gibson, and Randy H. Katz: A Case for Redundant Arrays ofInexpensive Disks （RAID）. University of California Berkeley. 1988.八、教学进度与内容安排。

《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。

《计算机组成与结构》课程名称：计算机组成与结构先修课程：计算机基础、数字电子技术基础一、目的与任务本课程是计算机类专业本科生必修的专业基础课。

本课程的任务是讨论计算机各部件和系统的组成和内部工作机制，从计算机组成和结构的角度上学习和领会计算机系统。

通过教学使学生掌握计算机各大部件的组成原理、逻辑实现、设计方法及其互连构成整机系统的技术，培养学生分析、开发、维护计算机的能力，同时也为后继课程的学习打好基础。

二、教学内容第1章概论●计算机发展史●计算机的硬件组成●计算机系统●计算机的工作过程和主要性能指标●计算机系统结构初步第2章数据的机器层次表示●进位计数制●数值数据的表示●数的定点表示与浮点表示●非数值数据的表示●十进制数的表示●数据校验码第3章计算机中的逻辑部件●基本门电路●组合逻辑电路●时序逻辑电路●总线电路●可编程逻辑器件PLD第4章指令系统●指令格式●寻址技术●堆栈与堆栈操作●指令类型第5章数值的机器运算●基本算术运算的实现●定点加减运算●带符号数的移位运算和舍入操作●定点乘法运算●定点除法运算●规格化浮点运算●运算器的基本组成与实例第6章存储系统和结构●存储系统的组成●主存储器的组织●半导体随机存储器和只读存储器●主存储器的连接与控制●高速缓冲存储器●虚拟存储器第7章中央处理器●中央处理器的功能和组成●控制器的组成和实现方法●时序系统与控制方式●微程序控制原理●流水线技术第8章外部设备●外部设备概述●磁介质存储器的性能和原理●磁介质存储设备●光存储设备●键盘输入设备●打印输出设备●显示输出设备第9章输入输出系统●主机与外设的连接●程序查询方式及其接口●中断系统和程序中断方式●DMA方式及其接口●通道控制技术第10章计算机系统结构●计算机系统结构的并行性●精简指令系统计算机RISC●超标量、超级流水线和超长指令字计算机●向量流水处理机●并行处理机●多处理机系统。

计算机组成与结构I课程教案（Computer Organization and ArchitectureⅠ）一、课程基本信息课程编号：14134433课程类别：专业课适用专业：计算机科学与技术专业学分：理论教学学分：3.5学分总学时：56学时，其中理论学时：56学时, 实验学时:0先修课程：数字电子技术基础后继课程：微机原理及应用、单片机原理及应用课程简介：本课程系计算机科学与技术专业一门重要的专业课程，主要学习计算机的部件基础、基本结构、运算方法及指令系统，能对组成计算机的各个部件的功能和工作过程、以及部件间的连接有较全面、较系统的认识，并对各功能部件可采用哪些技术提高计算机系统的性能有一定的了解，从而形成较完整的计算机组成与结构模型。

该课程主要内容包括：计算机概述、计算机中数据信息的表示、运算方法和运算器、存储器系统、指令系统、控制系统与CPU、总线技术、I/O设备、I/O系统组织等。

主要教学方法与手段：课堂多媒体课件结合黑板板书。

选用教材：李云、葛桂萍、史庭俊，计算机硬件技术基础[M].机械工业出版社,2011必读书目：[1]白中英，计算机组成原理(第五版) [M] .北京：科学出版社，2013[2]王爱英，计算机组成与结构(第4版) [M] .北京：清华大学出版社，2010[3]李云、葛桂萍，计算机硬件技术基础实验与课程设计指导.扬州大学信息工程学院，2010选读书目：[1] 袁春风，计算机组成与系统结构[M] .北京：清华大学出版社，2010[2] 张功萱、顾一禾等，计算机组成原理[M] .北京：清华大学出版社，2008[3] 秦磊华、吴非等，计算机组成原理[M] .北京：清华大学出版社，2011二、课程总目标通过本课程的学习使学生掌握计算机组织结构的基本原理、掌握计算机各大部件的基本工作原理、设计方法及其计算机整体的互连技术，为培养学生具有硬件系统的开发能力打下一定的基础，使学生们从系统设计和系统分析的高度来掌握计算机系统的基本分析方法和典型的设计技术，为进一步学习和研究并行处理技术、多处理机算法以及计算机系统的新技术和新算法提供必备的基础知识，为后续学习《微机原理及应用》等专业课程提供必要的基础。

〈计算机组成与结构〉教学大纲Principles of Computer Organization一、说明（一）课程性质计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门核心专业基础课程。

计算机系统的基本结构与工作原理是计算机系统知识结构中偏硬部分的基本内容，是本专业核心和必修课程“微机原理”，“接口技术”和“计算机系统结构”等的先修课程，属于技术性、工程性和实践性都很强的一门课。

本课程的先修课程为数字电子线路。

授课对象为本科学生。

（二）教学目的通过对单机系统的基本组织结构与工作原理的学习，使学生对计算机系统的硬件部分有一个全面的了解，对“计算机系统是如何工作的？”问题有一个清晰的回答，帮助学生建立关于计算机系统工作机制的整体概念，提高学生硬件的设计能力及解决实际问题的动手能力，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。

（三）教学内容本课程讲述计算机系统硬件部分的基本组成与工作原理。

主要内容以计算机系统硬件的 5 个主要组成部分为主线，依次阐述运算器，控制器，存储器，输入输出系统和总线系统的基本工作原理。

其中计算机的组成、运算方法、定点运算器、随机读写存储器、 Cache 存储器、虚拟存储器、指令格式、典型指令的指令周期、微程序控制思想、 PCI 总线、显示设备、磁介质存储器、程序中断方式等为主讲内容。

浮点运算器、存储保护、时序控制方式、流水 CPU 、通道方式等可作为选讲内容。

（四）教学时数教学时数为 108 学时，其中课堂教学为 72 学时，实验教学为 36 学时。

学分为 4 。

（五）教学方式基于本课程的特点，教学方式应采取课堂教学与实验教学相结合的方法，实际教学过程中可根据情况加大实验教学的比例。

对于一些难以理解的基本工作原理，宜采用计算机辅助教学的方法，通过动画模拟来帮助学生理解。

二、本文第一章计算机系统概论教学要点：计算机系统的组成，计算机系统的工作过程。

教学时数：4 学时。

教学内容：第一节计算机系统的分类和应用（ 1 学时）计算机系统的发展状况、应用领域和发展方向，计算机系统的分类（ Flynn 分类法）。

计算机组成与系统结构第五版教学设计一、教学目标本课程的主要目标是使学生了解计算机的组成和系统结构，并掌握计算机的基本原理和运行机制。

本课程的具体目标如下：1.了解计算机的发展历史和演变过程；2.熟悉计算机的组成结构和工作原理；3.掌握计算机的存储器、输入输出设备等主要组成部分的原理和使用方法；4.熟悉计算机软件的基本原理和使用方法；5.能够进行汇编语言程序设计。

二、教学内容本课程的教学内容共分为以下几个方面：1. 课程简介本部分主要介绍本课程的基本情况，包括课程名称、教学目标、教学内容、考核方式等。

2. 计算机概述本部分主要介绍计算机的定义、特点、发展历史和分类等内容，让学生了解计算机的基本概念和演化进程。

3. 计算机组成结构本部分主要介绍计算机的硬件和软件组成部分，以及它们之间的关系。

主要包括中央处理器、存储器、输入输出设备、操作系统、应用软件等内容。

4. 中央处理器本部分主要介绍中央处理器的结构和功能，包括指令寄存器、程序计数器、算术逻辑单元等。

5. 存储器本部分主要介绍存储器的种类和结构，以及存储器的读写操作、地址映射等内容。

6. 输入输出设备本部分主要介绍输入输出设备的种类和功能，以及它们与计算机的接口方式和数据传输方式等内容。

7. 操作系统本部分主要介绍操作系统的功能和作用，以及操作系统的种类和组成部分等。

8. 汇编语言程序设计本部分主要介绍汇编语言的基本原理和应用，包括指令系统、寻址方式、数据表示等内容，并通过实例进行编程演示。

三、教学方法本课程的教学方法主要采用讲授、实验和综合实践等方式，具体包括以下几个方面：1. 讲授通过教师讲述知识点和理论，让学生了解计算机的组成和系统结构，掌握计算机的基本原理和运行机制。

2. 实验通过实验让学生掌握实践操作技能，了解计算机的实际应用场景和工作原理。

3. 综合实践通过实例演示和综合实践，让学生理解计算机的工作流程和应用场景，掌握汇编语言程序设计等技能。