个人介绍
计算机组成原理(2024)

主讲教师:侯宏霞、李成城、松云、希润高娃、赵斯琴

教师团队:共5

  • 侯宏霞
  • 李成城
  • 松云
  • 希润高娃
  • 赵斯琴
学校: 内蒙古师范大学
开课院系: 计算机科学技术学院
专业大类: 计算机
开课专业: 所有专业
课程英文名称: Principles of Computer Organization
课程编号: 1919106
学分: 4.0
课时: 80
课程介绍
        《计算机组成原理》是计算机系本科专业中的重点专业基础课。本课程涉及知识面较为广泛,讲述计算机系统概论、运算方法和运算器、存储系统、指令系统、中央处理器、总线系统、I/O系统。通过理论和实践学习 ,使学生掌握计算机硬件系统的组成、各部件的结构及其底层硬件工作原理,单处理机系统的组成原理、基本设计和实现方法,清晰建立计算机的整机概念,初步具有分析、设计、开发和调试计算机硬件系统的基本能力。
          通过本课程的学习,要求学生掌握计算机组成原理的相关概念,掌握各种存储器、运算器、控制器的原理及工作过程,为学生以后在不同开发平台上进行工程项目的设计,打下坚实的基础。在修读过程中,应注重理论学习与实践操作的结合,充分理解相关知识体系。
         
教师团队(按姓氏拼音顺序)

侯宏霞

职称:教师

李成城

职称:教师

松云

职称:教师

希润高娃

职称:教师

单位:内蒙古师范大学

部门:计算机科学技术学院

赵斯琴

职称:教师

教学实施

(一)课程目标

本课程主要讲述计算机系统概论、运算方法和运算器、存储系统、指令系统、中央处理器、总线系统、I/O系统。通过理论和实践学习 使学生掌握计算机硬件系统的组成、各部件的结构及其底层硬件工作原理,单处理机系统的组成原理基本设计和实现方法,清晰建立计算机的整机概念,初步具备分析、设计开发和调试计算机硬件系统的基本能力。

具体教学目标可分解为以下5点:

目标1:能够解释计算机系统的基本功能、基本组成部分工作原理层次结构体系结构与指令集性能评测指标等;能够分析计算机如何执行指令、进行数据处理和控制,计算机系统如何构成及其不同层次的功能和相互关系解决计算机各专业领域的底层硬件和软硬交界相关问题,积累计算机硬件和系统结构的知识

目标2能够运用计算机硬件系统结构、功能性能相关理论和相关设计、评测、优化方法,分析计算机硬件系统各部分和整机的不同设计方案,分析不同体系结构的特点和性能解决计算机各专业领域的底层硬件和软硬交界相关问题时,能够准确地识别、判断、定位、分析和处理问题奠定基础

目标3能够综合运用计算机硬件系统结构、功能性能相关理论和相关设计、评测、优化方法计算机硬件系统各部分组成问题和整机问题,进行分析、设计建模。能够自主拓展知识,不断学习新技术及其应用,探究设计优化与创新

目标4能够学会使用实验仪器解析实验电路,通过实验手段,验证计算机硬件系统各部分和整机运行机制;能够将理论与实验联系起来,清晰理解实验原理,独立分析实验结果并思考出现的问题。解决计算机各专业领域的底层硬件和软硬交界相关问题时,能够正确、有效地运用实验研究法奠定基础

目标5能够自行设计实验,验证为解决计算机系统工程问题所提出的设计方案实现方法、模型等,并得到有效结论。解决计算机各专业领域的底层硬件和软硬交界相关问题,积累分析、设计、验证问题的软硬件技术和工具


(二)课程学习内容及计划学时

理论部分:

课程内容

教学方法

支撑的课程目标

学时安排

第一章 计算机系统概论

讲授、讨论、问答

课程目标1

4

第二章 运算方法和运算器

讲授、案例教学、讨论

课程目标1、2

10

第三章 存储系统

讲授、案例教学、讨论

课程目标2、3

10

第四章 指令系统

讲授、案例教学、项目教学、讨论

课程目标3

6

第五章 中央处理器

讲授、案例教学、项目教学、讨论

课程目标2、3

10

第六章 总线系统

讲授

课程目标1

2

第七 输入/输出系统

讲授、案例教学、讨论

课程目标2

6

合计

48学时

实验部分:

课程内容

教学方法

支撑的课程目标

学时安排

实验一 运算器组成实验

实验教学

课程目标4

4

实验二 双端口存储器实

实验教学

课程目标4

4

实验三 数据通路实验

实验教学

课程目标4、5

6

实验四 微程序控制器实验

实验教学

课程目标45

6

实验五 CPU 组成与机器指令的执行

实验教学

课程目标4、5

8

实验六 中断原理实验

实验教学

课程目标4、5

4

合计

32学时

(三)考核方式及成绩评定

1.  考核内容说明

项目

内容及平台

课堂表现

① 考勤(拍照签到,请假的上传请假条)—— 学习通

课上互动作业随堂 —— 学习通

6个小作业

2、3章各2次,第5、8章各1次(需要人工批阅) —— 学习通

2个大作业

注:8人一组—— 学习通

① 指令系统设计(设计包含不少于8条指令的指令系统)

ü 初期提交:分组、问题规模、分工;10%)

ü 中期提交:指令系统各指令的说明(功能、寻址方式、汇编指令、机器指令)40%)

ü 终期提交:各指令的微程序设计(方框图、微程序清单)50%)

② 汇编语言编程与手动汇编(用大作业1设计的指令系统,组内每人设计1个不同功能程序

ü 期提交:程序功能、算法描述(流程图)(40%)

ü 终期提交:汇编代码和机器代码(60%)

实验平时成绩

实物实验台操作拍照和录视频,提交到学习通

注:实验开始前,将分组名单及所选择的实验台号码的对应表交给任课老师,后面每次实验不得更换实验台,如实验设备有问题找任课老师更换,并进行报备。每次实验提交时,照片和视频画面里必须显示实验台号码。

6个平时实验:

ü 课前提交:实验原理、连线说明

ü 课上提交:实验箱连线照片、每个人的实验过程操作视频

ü 课后提交:实验结果分析、思考题

理论期末考试

① 50分客观题(选择、填空、判断)—— 学习通

② 50分主观题(4道简单计算题、2道综合应用题)—— 纸质试卷

实验期末考核

仿真平台操作录视频,提交到学习通

① 给定任务,用数据通路实验方法实现

将大作业1的分工任务在仿真平台上实现并验证

③ 将大作业2的分工任务在仿真平台上实现并验证

课后自主练习题

题库练习—— 学习通(不计成绩)


2.  成绩评定:

    

总成绩 = 结果性成绩 × 50% + 过程性成绩 × 50%


(1)成绩计算方式

        ① 结果性成绩 = 理论期末考试成绩 × 70% + 实验期末考核成绩 × 30%

        ② 过程性成绩 = 理论平时成绩 × 50% + 实验平时成绩 × 50%

        ③ 理论平时成绩 = 课堂表现成绩 × 20% + 课下作业成绩 × 80%

        ④ 课堂表现成绩 = 考勤 × 50% + 随堂互动作业成绩 + 50%  (课堂表现3次以上零分者、5次以上低于3分者不予算总成绩

        ⑤ 课下作业成绩 = 6个小作业成绩 × 50% + 2个大作业成绩 × 50%

        ⑥ 实验平时成绩 = 6个实验现场操作与现场提交成绩的平均分

(2)各考核项分值分布

项目

分值

所支撑课程目标

成绩属性

理论期末考试

35

课程目标1、2、3

结果性

课堂表现

5

课程目标1

过程性

6个小作业

10

课程目标2

过程性

2个大作业

10

课程目标3

过程性

实验期末考核

15

课程目标5

结果性

实验平时成绩

25

课程目标4

过程性

(3)理论期末考试说明

课程目标

考核内容

所属章节

占比

考核方式

评价依据

课程目标1-基础知识(30%

1. 计算机的发展简史、计算机的软硬件、计算机系统的层次结构。

1

4%

闭卷考试(选择、填空、判断)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

考试成绩

2. 数据与文字的表示方法、定点加法、减法运算、定点运算器的组成、浮点结构。

2

8%

3. 存储系统概述、静态随机存取存储器、动态随机存取存储器、只读存储器、并行存储器基本概念、cache存储器、虚拟存储器基本原理。

3

5%

4. 指令系统的发展与性能要求、指令格式、操作数类型。

4

4%

5. CPU的功能和组成、指令周期 、时序产生器和控制方式基本概念、微程序控制器、硬布线控制器基本原理。

5

5%

6. 总线的概念和结构形态、总线接口、总线仲裁、总线的定时和数据传送模式。

6

2%

7.CPU与外设之间的信息交换、程序查询方式、DMA方式、通道方式。

7

2%

课程目标2-基本能力(40%

1. 定点乘法运算、定点除法运算、浮点运算方法。

2

12%

闭卷考试(选择、填空、简答)

 

2.主存储器组成与扩展;主存与cache的地址映射、cache的替换策略、cache的写操作策略;页式虚拟存储器、段式虚拟存储器和段页式虚拟存储器、虚存的替换算法。

3

7%

3. 指令和数据的寻址方式、ARM汇编语言。

4

6%

4.时序产生器和控制方式 、时序信号的作用和体制 、时序信号产生器 、控制方式 、微程序控制器 、微程序设计技术 。

5

7%

5. 总线操作、总线性能评价。

6

2%

6. CPU与外设之间的信息交换、程序中断方式。

7

6%

课程目标3-综合能力(30%

1. 主存储器组成与扩展cache、虚拟存储器问题的综合应用

3

15%

闭卷考试(综合应用)

2. 微程序控制器问题的综合应用。

5

15%

合计

100%


 (4)实验期末考核说明

课程目标

考核内容

占比

考核方式

评价依据

课程目标5-综合实践能力

1. 给定任务,用数据通路实验方法实现。

30%

实验仿真平台操作,拍照和录视频,提交到学习通。

 

 


提交内容的评定成绩

2. 将大作业1的分工任务在实验平台上实现并验证。

40%

3. 将大作业2的分工任务在实验平台上实现并验证。

30%

合计

100%




参考教材

(一)理论

选用教材白中英、戴志涛.《计算机组成原理》第六版[M].北京:科学出版社,2019年第六版

主要参考书目

      1.纪禄平、罗克露.《计算机组成原理》[M].北京:电子工业出版社,2017年第四版

      2.蒋本珊.《计算机组成原理》[M].北京:清华大学出版社,2013年第三版

      3.Davia A.PattersonJohn L.Hennessy[美]著,郑纬民等译.《计算机组成和设计》[M].北京:机械工业出版社,2012年第四版。

      4Davia A.PattersonJohn L.Hennessy[美].Computer Organization and Design》(英文版). 北京:机械工业出版社,2013年第五版

课程资源:

      1.王辉河南科技大学计算机组成原理中国大学MOOC http://www.icourse163.org/course/HAUST-1001796013

      2.纪禄平电子工业大学计算机组成原理中国大学MOOC http://www.icourse163.org/course/UESTC-1001543002

      3.戴志涛北京邮电大学计算机组成原理北京邮电大学“爱课堂”教学平台  https://iclass.bupt.edu.cn/webapps/blackboard/execute/modulepage/view?course_id=_11051_1&cmp_tab_id=_12201_1&mode=view

      4.赖晓晨大连理工大学计算机组成原理好大学在线 https://www.cnmooc.org/portal/course/746/10305.mooc

      5.刘宏伟哈尔滨工业大学计算机组成原理中国大学MOOC https://www.icourse163.org/course/HIT-309001

(二)实验

实验平台:

      1.TEC-8 计算机硬件综合实验系统 清华大学科教仪器厂

      2.HQFC-BY计算机组成原理仿真系统 清华大学科教仪器厂

课程资源:

清华大学科教仪器厂.《计算机硬件综合实验系统实验指导书》(TEC-8 分册第三版修订)2014年



课程评价

教学资源
课程章节 | 文件类型   | 修改时间 | 大小 | 备注
1.5 实验系统简介
文档
.pdf
2024-02-25 2.14MB
2.6 实验一 运算器组成实验
文档
.pdf
2024-02-25 743.33KB
 
作业
.work
2024-02-25 --
 
作业
.work
2024-02-25 --
 
作业
.work
2024-02-25 --
3.5 实验二 双端口存储器实验
文档
.pdf
2024-02-25 689.92KB
 
作业
.work
2024-02-25 --
 
作业
.work
2024-02-25 --
 
作业
.work
2024-02-25 --
4.5 实验三 数据通路实验
文档
.pdf
2024-02-25 465.19KB
 
作业
.work
2024-02-25 --
 
作业
.work
2024-02-25 --
 
作业
.work
2024-02-25 --
5.5 实验四 微程序控制器实验
文档
.pdf
2024-02-25 1.43MB
 
作业
.work
2024-02-25 --
 
作业
.work
2024-02-25 --
 
作业
.work
2024-02-25 --
6.4 实验五 CPU 组成与机器指令的执行实验
文档
.pdf
2024-02-25 871.31KB
 
作业
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2024-02-25 --
 
作业
.work
2024-02-25 --
 
作业
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2024-02-25 --
7.6 实验六 中断原理实验
文档
.pdf
2024-02-25 1.03MB
 
作业
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作业
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作业
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2024-02-25 --
8.1 大作业1
附件
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2024-02-25 --
 
附件
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附件
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2024-02-25 --
 
附件
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8.2 大作业2
附件
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8.3 实验期末考核
作业
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2024-02-25 --
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