《计算机组成原理》教学大纲

一、说明

1、课程的性质、地位和任务

　　《计算机组成原理》是计算机系学生必修的一门专业基础课程,它系统地介绍计算机的组成结构及各组成部分的工作原理，该课程主要是

培养学生硬件分析和设计的基本技能和方法。其内容着重于基本概念、基本原理的学习，同时也体现最新的成果。该课程将为学生奠定坚实

的计算机硬件基础。

　　该课程的任务是：(１)通过学习计算机的基本概念、基本结构、基本算法及实验，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，形成较完整的计算机组成与工作原理模型。(２)通过实验课的学习，不但使学生硬件的动手能力得到初步

训练，而且可以建立一个完整的计算机整机概念。

2、课程教学的基本要求

　　深刻理解计算机系统各功能部件的功能、组成和工作原理，正确理解各功能部件之间的相互关系以及它们在计算机系统中所起的作用。了

解和掌握计算机系统部件的设计与分析技术，包括数据与指令的编码、存储、运算、输入输出等。理解和掌握计算机系统中的基本概念和方法，

并能将这些概念和方法运用在后继课程的学习中。

3、本课程的重点与难点

　　重点：计算机系统中的一些基本概念，ALU和加法器的组成结构，二进制数据的编码方法，编码数据的加减乘除运算方法，规格化浮点运算、

运算部件、数据校验码。存储器芯片的类型和各主要存储器芯片的工作原理，多体交叉存储器，扩展存储器容量的技术。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。控制器的基本功能和基本组成、微程序控制计算机的基本工作原理、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。

　　难点：加法器和ALU，数据乘法和除法的运算方法、乘法器和除法器的结构原理、以及纠错码的编码。存储器芯片的原理、主存的容量扩展

技术。寻址方法的应用、指令操作码的扩展编码技术以及RISC的概念和特征。指令执行过程的理解、微程序设计技术和控制器的设计方法。

二、课堂教学时数及课后作业题型分配（含数量）

三、正文

第一章计算机系统概论（按排自学）

【自学内容】

　　计算机的语言、计算机的硬件、计算机系统的层次结构、计算机的发展简史、计算机的应用。

第二章　计算机的逻辑部件

【教学目的】

　　通过本章的学习，对计算机系统中常用的逻辑部件有一个清楚的认识，为掌握计算机系统的组成结构打下一个坚实的基础。

【重点难点】

　　常用逻辑电路的功能、原理，ALU的原理。

2.1 三种基本逻辑操作及布尔代数的基本公式

一.基本逻辑运算

二.基本公式

2.2 逻辑函数的化简

　　复习公式化简法和卡诺图化简法。

2.3 逻辑门的实现

复习各种逻辑门的符号。

2.4 计算机中常见的组合逻辑电路

• 加法器
  
• ALU部件
  
• 译码器
  
• 数据选择器

2.5　时序逻辑电路

　　复习触发器、寄存器和移位寄存器

2.6　阵列逻辑电路

• 复习只读存储器
  
• 可编程序逻辑阵列(PLA)
  
• 可编程序阵列逻辑(PAL)
  
• 通用阵列逻辑(GAL)
  
• 门阵列(GA)、宏单元阵列(MA)、标准单元阵列(SCA)
  
• 可编程序门阵列(PGA)

【练习题】

1.P58　　2.10

2．补充ALU方面的作业—四题

第三章　运算方法和运算部件

【教学目的】

　　通过本章的学习，掌握数据的表示方法和转换、带符号的二进制数据在计算机中的表示方法及加减法运算、二进制的乘法运算、二进制的

除法运算、规格化浮点运算、运算部件、数据校验码。

【重点难点】

　　数据乘法和除法的运算方法、乘法器和除法器的结构原理、以及纠错码的编码。

3.1　数据的表示方法和转换(自学)

3.2　带符号的二进制数据在计算机中的表示方法及加减法运算

• 原码、补码、反码及其加减法运算
  
• 加减法运算的溢出处理
  
• 定点数和浮点数

3.3 　二进制乘法运算

• 定点数一位乘法
  
• 定点数二位乘法（补码两位乘（自学））
  
• 阵列乘法器（了解）

3.4　二进制除法运算

• 定点除法运算
  
• 提高除法运算速度的方法举例(自学)

3.5 浮点数的运算方法

• 浮点加减运算
  
• 浮点数的乘除法运算（了解）

3.6　运算部件

• 定点运算部件的一般结构
  
• 运算器组成示例
  
• 浮点运算部件

3.7 　数据校验码

• 奇偶校验码
  
• 海明校验码
  
• 循环冗余校验(CRC)码

【练习题】

教材P103~104

　3.15　3.16　3.18　3.19

　3.20　3.24　3.26　3.28

　3.29　3.30　3.31

第四章 主存储器与存储体系

【教学目的】

　　通过本章的学习，掌握存储器芯片的类型和各主要存储器芯片的工作原理，掌握扩展存储器容量的技术，能够作给定的存储器芯片按要

求设计内存，从而深刻理解存储器的构成原理。

　　在建立存储系统的层次结构的概念基础上，掌握高速缓冲存储器的基本原理、地址映象和替换策略，段式、页式、段页式虚拟存储器的

地址变换，了解相联存储器的基本概念。

【重点难点】

　　存储器芯片的原理、主存的容量扩展技术。cache的工作原理.

　　Cache的存储器组织:存储映象与地址转换。

4.1　存储器概述

• 存储器的作用
  
• 存储器的分类
  
• 主存储器概述
  
• 存储系统层次结构

4.2 　读/写存储器

• SRAM
  
• DRAM

4.3 　非易失性存储器(自学)

4.4 　DRAM的研制与发展(自学)

4.5 　半导体存储器的组成与控制

• 存储器容量扩展
  
• 存储控制
  
• 存储校验线路(了解)

4.6　提高存储器性能技术

• 存储器制造技术的发展
  
• 双端口存储器
  
• 并行主存器
  
• 高速缓冲存储器
  
• 虚拟存储器
  

【练习题】

　教材P126

　4.5　4.6　4.7　补充作业

第五章 指令系统

【教学目的】

　　本章着重分析计算机指令系统的特性和技术，要求掌握指令系统与计算机硬件的依赖关系，掌握指令操作码的扩展技术和指令操作数的寻

址方式，并了解CISC和RISC的特点和一、二种类型计算机的指令系统。

【重点难点】

　　寻址方法的应用、指令操作码的扩展编码技术以及RISC的概念。和特征。

5.1　指令系统的发展（简介）

5.2　指令格式

• 指令格式
  
• 指令操作码的扩展技术
  
• 指令长度与字长的关系

5.3　数据表示

5.4　寻址方式

5.5 　指令类型

5.6　指令系统的兼容性(了解)

5.7　精简指令系统计算机(RISC)和复杂指令系统计算机(CISC)

5.8　指令系统举例

【练习题】

教材(P160)

　5.1　　5.7　　5.9　　5.11

第六章　中央处理部件CPU

【教学目的】

　　本章从中央处理部件CPU的组成出发，详细分析控制器执行指令的过程，以及微程序控制和硬布线控制的基本工作原理，要求熟练掌握

控制器执行加法指令、条件转移指令的步骤，产生操作时序控制信号的实现方法，和微指令格式及设计方法，掌握指令流水线工作方式的基

本原理，了解一、二种CPU的结构。

【重点难点】

　　指令执行过程的理解、微程序设计技术和控制器的设计方法以及CPU的构成。

6.1 计算机的硬件系统

6.2 控制器的组成

• 控制器的功能
  
• 控制器的组成
  
• 指令执行过程

6.3　微程序控制计算机的基本工作原理

• 微程序控制的基本概念
  
• 实现微程序控制的基本原理

6.4 微程序设计技术    

• 微指令的编码---控制字段
  
• 微程序流的控制
  
• 微指令格式
  
• 微程序控制存储器和动态微程序设计

6.5 硬布线控制的计算机  

• 时序与节拍
  
• 操作控制信号的产生
  
• 控制器的组成
  
• 硬布线控制逻辑设计中的若干问题—设计步骤
  
• 硬布线控制与微程序控制的比较

6.6 控制器的控制方式      

6.7 流水线工作原理     

6.8 CPU举例(RISC的CPU，Pentium微处理器)（自学） 

6.9 计算机的加电及控制过程  （自学） 

【练习题】

教材P228

6.1　6.2　6.5　6.6　6.7　6.17　6.18　.21

【课程考试】

　　本课程考试采用闭卷考试。考试成绩占期末总成绩的70%,考试时间120分钟。主要考核学生对本课程中的基本概念、基本理论的理解，

程序设计方法的运用。

四、使用教材与教学参考书目

【使用教材】

　　王爱英主编《计算机组成与结构》 第3版

　　清华大学出版社　　 2001年

【教学参考书目】

　1．白中英主编 《计算机组成原理》 (第三版)　科学出版社 2002年

　2．蒋本珊编著 《计算机组成原理与系统结构》2000年　北京航空航天大学出版社

　3．陈黎　袁莉萍　文家焱编著　　《计算机组成原理》

　　冶金工业出版社　　2004年

　4．钦胜等《计算机组成原理》

　　　　电子工业出版社2004年

　5．网上相关资源