计算机组成原理

计算机组成原理是本科计算机科学与技术专业的基础课,重点讲授计算机系统的硬件组成及主要功能子系统的原理和逻辑设计,内容安排遵照本科教学大纲,兼顾硕士入学专业课考试,有助于培养学习者对计算机硬件…

国家精品计算机
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电子科技大学
中国大学MOOC
  • 完成时间大约为 20
  • 初级
  • 中文
注:因开课平台的各种因素变化,以上开课日期仅供参考

课程概况

一、课程的性质和目标
1、选课对象

①大二及以上年级计算机相关专业的本科学生;

②计算机专业的考研者;

③计算机相关领域的工程技术人员;

2、课程类别:学科基础课;

3、教材的选择

本课程的配套教材是纪禄平老师(课程主讲人)主编的最新版教材:

纪禄平、罗克露、刘辉、张建:《计算机组成原理(第5版)》  —电子工业出版社,2020.01

4、课程的意义:

本课程是计算机专业的一门必修的学科基础课,它的前续课程是数字逻辑、大规模集成电路设计及应用、数据结构等,后继课程是微机原理与接口、计算机系统结构、嵌入式系统及应用等,在硬件范畴的课程体系中起承前启后的作用,也是学习与了解计算机软件课程(如操作系统、汇编语言程序设计等)的课程基础。
5、课程的目标

通过对本课程的学习,使学生掌握计算机硬件系统的基本组成,理解各功能部件的基本原理,掌握相关的逻辑设计方法,初步培养学生在计算机硬件系统方面的分析与设计能力,同时助推学习者参加与课程相关的各类考试(比如成教、自考、考研等)。

二、课程的特色

1、内容的组织

采用了“总体框架→处理对象→硬件子系统”的逻辑架构模式,先对计算机系统进行总体概述,突出了系统级的整机概念,能使学习者首先建立起计算机硬件系统的整体框架,然后再讲授计算机的处理对象即数据的表示和运算,最后再分别讲授计算机系统的4个主要功能子系统的结构和工作原理。内容组织模式符合大多数课程学习者的认知规律和学习习惯,能提高学习者的兴趣,有助于学习者对课程脉络的把握和对知识点的理解。

2、知识点的选用

既遵照了我校计算机组成原理课程的教学大纲,同时也参考了硕士生入学考试专业课大纲,既强调基本知识和基本原理的学习,同时还兼顾了学习者参加考试的需求。

3、内容的新颖性

参考国内外经典教材,保留了计算机组成原理课程的经典内容,同时也竭力吸收了大量与时俱进的新颖内容来向学习者介绍计算机硬件系统的最新发展动态,以提高学习者的学习兴趣,有助于使学习者正确把握计算机的发展趋势。

三、学时安排与主要内容
1、课程的学时数:64学时(共18周)
2、主要内容:

①计算机系统概述

主要讲授信息的数字化表示、存储程序与冯诺依曼体制;计算机的诞生和发展;计算机系统的层次结构和硬件系统组织;计算机的主要性能指标。

②数据的表示、运算与校验

主要讲授数值型和字符型数据的表示,数据的运算方法,奇偶校验等常用的数据校验方法。

③CPU子系统

主要讲授CPU的结构和发展历程,指令系统,MIPS32指令集,单周期MIPS32处理器设计,提升CPU性能的一些高级技术,如多核技术等。

④存储子系统

主要讲授存储系统的层次和存储器的类型及技术指标,半导体存储原理及存储器,磁表面存储原理及磁盘,光存储原理及器件,存储系统性能的改进措施。

⑤总线与I/O子系统

主要讲授总线与接口,以及直接程序传送模式PIO、中断、DMA、IOP与PPU等。

⑥I/O设备及接口

主要讲授I/O设备的功能、类型及与主外信息交互,键盘工作原理,图像显示原理与显示器件(如CRT、LCD),各类打印设备等。

课程大纲

第1章 计算机系统概述
1.1 计算机的概念和类型
1.2 计算机的诞生与发展
1.3 计算机系统的层次结构
1.4 计算机的性能评价指标
单元测验 - 【第1章】

第2章 数据的表示、运算与校验
2.1 数值型数据的表示
2.2 字符型数据的表示
2.3 数据处理与存储
2.4 基本运算方法
2.5 常用的数据校验方法
单元测验 - 【第2章】

第3章 CPU子系统
3.1 CPU基本情况概述
3.2 指令系统
3.3 运算部件与运算器组织
3.5.1 MIPS32架构CPU设计 - MIPS32指令架构
3.5.2 MIPS32架构CPU设计 - 基本部件分析
3.5.3 MIPS32架构CPU设计 - 单周期处理器设计
3.5.5 MIPS32架构CPU设计 - 指令的时间特性分析
3.6 提升CPU性能的高级技术
单元测验 - 【第3章】

第4章 存储子系统
4.1 存储系统概述
4.2 半导体存储原理与芯片
4.3 半导体存储器的组织逻辑
4.4 磁存储原理与磁盘
4.5 光存储原理与光盘
4.6 计算机三级存储管理体系
4.7 其它高性能存储器介绍
单元测验 - 【第4章】

第5章 总线与I/O子系统
5.1 I/O子系统概述
5.2 总线
5.3 程序传送模式(PIO)
5.4 中断模式
5.5 DMA模式
5.6 IOP与PPU模式

第6章 I/O设备及其接口
6.1 输入/输出设备概述
6.2 键盘及其工作原理
6.3 显示器件
6.4 打印设备
单元测验 - 【第5/6章】

预备知识

(1)计算机导论
(2)大学计算机基础
(3)数字逻辑

参考资料

1、课程的主教材
计算机组成原理(第5版),纪禄平、罗克露、刘辉、张建,北京:电子工业出版社,2020年1月(“十一五”、“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材再版),封面如下:
如果需要PPT,请邮件联系我:jlp0813@163.com
此教材在电子工业出版社网站、京东、当当网、淘宝网等各大电商平台均有销售。
2、其它参考教材
[1] 计算机组成与设计(第4版),David A. Patterson, John L. Hennessy编著,康继昌,樊晓桠,安建峰等译,北京:机械工业出版社,2011

常见问题

[1]课程的同步课件在哪里下载?
[老师回答]
如果需要PPT,请邮件联系我:jlp0813@163.com 
[作者版权所有,请勿商用]
[2]老师讲课基本靠川普,我听不懂川普,肿么办?
[老师解答]
川谱和标普的主要差异在于,老师讲课用的川谱,发音中不能区分ian、in、ing,比如bianbinbing,也不区分平舌音和翘舌音,如z和zh,s和sh,有时声调可能也不标准。
听课时结合课件内容上下文,有意识注意一下老师的川普发音特点,很快就能适应,不至于影响内容的理解。
此外,只要用心,学完这个课,你基本上也附带学会了川普,这是意想不到的收获噢。
[3]这门课程内容的组织,主要依据是什么?
[老师解答]
课程内容,主要是依据电子科技大学“计算机组成原理”课程的教学大纲,此外也参考了硕士研究生入学考试的专业课考试大纲(计算机专业)。
课程内容主要是依据授课老师自编教材(《计算机组成原理》第5版,纪禄平等编著,电子工业出版社2020年1月,“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材再版),在此基础之上也参考了多本国内外的相关教材。
[4]我不具备计算机专业的背景知识,想学习这门课程,老师有什么建议?
[老师解答]
这门课程的授课对象,主要是具备一定的计算机专业背景知识的学习者。
如果不具备计算机专业背景知识,那么在学习的时候,就应该将学习的侧重点置于对计算机基本原理的了解上,忽略一些细枝末节的技术性内容。
陷入对具体细节理解的纠缠之中,这样会消磨学习兴趣、打击学习信心。

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