计算机硬件技术基础

本课程通过对计算机硬件的系统学习,了解计算机的基本工作原理,组成方法以及相互关系,了解计算机系统的层次化结构概念,熟悉一些典型的有代表性的计算机结构,理解硬件与软件之间的接口界面,建立起一个…

国家精品计算机
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东北大学
中国大学MOOC
  • 完成时间大约为 16
  • 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

《计算机硬件技术基础》课程是面向非电专业开设一门计算机公共基础课。本课程主要讨论单机系统范围内计算机各部分和系统的组成及内部工作机制。通过对本门课程学习,学生将了解计算机各大部件的工作原理、组成方法以及相互关系,了解计算机系统的层次化结构概念,熟悉一些典型的有代表性的计算机结构,理解硬件与软件直接的接口界面,建立起一个完整的计算机系统的整机概念,为后续课程的学习准备必要的硬件方面的基础知识。

《计算机硬件技术基础》课程共包含八个章节,共计60多个知识点。课程以冯.诺依曼计算机模型作为教学起点,介绍计算机的组织结构和工作原理,剖析计算机的运算器、存储器、控制器和输入输出设备的组成、工作原理与相互关系。目标是使学生对计算机的内部结构、功能部件、功能特征、性能以及交互方式全面掌握,通过本课程的学习和课程配套的系列实验之后,学生不应当把计算机看着一个执行程序的黑匣子,可以从计算机的组成原理和系统结构角度,完整说明计算机的工作过程,并能根据计算机的特征编写出更加高效的程序,为计算机系统分析、设计、开发和使用能力奠定基础。

课程大纲

第一周:模块一,计算机系统组成概述——物理组成与逻辑组成
1.1:计算机的发展概况及应用领域
1.2:计算机系统的物理组成及特点
1.3:计算机系统的逻辑组成及特点
1.4:计算机程序的执行过程I
1.5:计算机系统的主要性能指标

第一周单元测验

第二周:模块二,计算机系统的两大功能之一——运算
2.1:计算机中数值与文字信息表示
2.2:算术运算
2.3:逻辑运算
2.4:运算的电路实现
2.5:案例——交通灯的减法运算(倒计时)

第二周单元测验

第三周:模块三(1),运算与控制的核心硬件——中央处理器(由内而外介绍)
3.1:80x86处理器的内部功能结构
3.2:80x86处理器的内部寄存器
3.3:8086处理器的外部引脚
3.4:计算机程序的执行过程II

第三周单元测验

第四周:模块三(2),运算与控制的核心硬件——中央处理器(由内而外介绍)
3.5:8086的存储器组织
3.6:控制是运算的保障——最基本的控制:时序控制(内外联合)
3.7:处理器的复位与启动
3.8:案例——交通灯之红变绿(或者绿变红)过程的程序流程

第四周单元测试

第五周:模块四(1),运算与控制的软件支持——处理器的指令系统与汇编程序
4.1:指令集的派系(RISC和CISC)
4.2:高级语言与汇编语言指令
4.3:指令寻址方式
4.4:数据传送指令
4.5:算术运算指令

第五周单元测试

第六周:模块四(2),运算与控制的软件支持——处理器的指令系统与汇编程序
4.6:逻辑运算指令和移位指令
4.7:控制转移指令
4.8:处理器控制指令
4.9:汇编语言基本语法规则
4.10:汇编伪指令

第六周单元测试

第七周:模块四(3),运算与控制的软件支持——处理器的指令系统与汇编程序
4.11:汇编语言基本程序设计——顺序程序
4.12:汇编语言基本程序设计——分支程序
4.13:汇编语言基本程序设计——循环程序
4.14:中断与DOS功能调用
4.15:案例——交通灯的双路口联动程序

第七周单元测试

第八周:模块五(1),计算机系统中的存储器——向CPU提供巧妇之米
5.1:CPU的寻址空间与存储器的编址
5.2:存储器的分段管理
5.3:存储器的分级管理
5.4:存储器的分类

第八周单元测试

第九周:模块五(2),计算机系统中的存储器——向CPU提供巧妇之米
5.5:存储器的扩展
5.6:存储器的性能指标
5.7:内存技术进展
5.8:外存技术进展

第九周单元测试

第十周:模块六(1),计算机中的数据传送方式——巧妇之米是如何运送的?
6.1:传送信息的类型
6.2:传送通道——接口
6.3:接口芯片的基本构成
6.4:数据传送方式之无条件传送

第十周单元测试

第十一周:模块六(2),计算机中的数据传送方式——巧妇之米是如何运送的?
6.5:数据传送方式之软件查询传送
6.6:数据传送方式之中断方式传送
6.7:数据传送方式之DMA传送
6.8:数据传送的物理通路——总线

第十一周单元测试

第十二周:模块七,时序控制的重要保障——定时器/计数器8253
7.1:定时器计数器概述
7.2:可编程定时器计数器的工作原理
7.3:8253的内部结构及编程原则
7.4:8253的工作方式

第十二周单元测试

第十三周:模块八(1),计算机系统的外部接口——让数据进行长途旅行
8.1:常见的外部接口与分类
8.2:串行接口通信基础
8.3:串行接口芯片

第十三周单元测试

第十四周:模块八(2),计算机系统的外部接口——让数据进行长途旅行
8.4:并行接口通信基础
8.5:并行接口芯片
8.6:模拟信号的输入与输出
8.7:信号的调制与解调

第十四周单元测试

预备知识

计算机基础

参考资料

柳秀梅、徐彬、张昱等. 《计算机硬件技术基础》.  清华大学出版社,2019.
其他参考教材:
李继灿等. 《计算机硬件技术基础(第3版)》.  清华大学出版社,2015.
王海瑞等. 《计算机原理与体系结构》.  清华大学出版社,2015.

常见问题

Q:计算机系统就是硬件系统吗?
A:说计算机系统就是硬件系统是不完整的。一个完整的计算机系统应该包括硬件系统和软件系统两部分。硬件系统包括:运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本部 件。软件系统分为系统软件和应用软件两大类。系统软件包括操作系统、计算机语言处理程序(各种程序翻译软件,包括编译程序、解释程序、汇编程序)、服务性程序、数据库管理系统和网络软件等;应用软件包括各种特定领域的处理程序。计算机系统中的硬件和软件是相辅相成的,缺一不可。软件是计算机系统的灵魂,没有软件的硬件不能被用户使用,犹如一堆废铁。

Q:《计算机硬件技术基础》与《计算机原理》、《计算机组成原理及应用》、《微机接口技术》等课程之间的关系?
A:《计算机原理》、《计算机组成原理及应用》、《微机接口技术》等课程是《计算机硬件技术基础》的前身。为结合不同专业培养方向,深化计算机基础教育改革的实施方案,将《计算机组成原理及应用》与《微机接口技术》等课程进行合并,构成《计算机硬件技术基础》。

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