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《计算机组成原理》课程教学大纲

哈工大计算机科学与技术学院唐朔飞

【课程编号】：T1030130

【课程中文名称】：计算机组成原理

【课程英文名称】：PRINCIPLESOFCOMPUTERORGANIZATION

【总学分】：4.5

【总学时】：68

【讲课学时】：52

【习题课学时】：0

【实验学时】：16

【上机学时】：0

【授课对象】：计算机科学与技术、信息安全、生物信息技术专业

【先修课程】：数字电路设计

【课程要求】：必修课

【课程分类】：技术基础课

一、课程教学目的

《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业本科教学中的一门重要技术基础课。在计算机

科学与技术专业的教学计划中占有重要地位和作用。学习本课程旨在使学生掌握计算机硬件

各子系统的组成原理及实现技术，建立计算机系统的整体概念，对培养学生设计开发计算机

系统的能力有重要作用。该课程为今后学习计算机体系结构、计算机网络、计算机容错技术、

计算机并行处理、计算机分布式处理技术等课程打好基础。

二、教学内容及基本要求

1．教学内容

（1）计算机系统的基本概念（3学时）

计算机软硬件概念；计算机系统的层次结构；计算机的基本组成、冯•诺依曼计算机的

特点；计算机的硬件框图及工作过程；计算机硬件的主要技术指标；计算机的发展及应用。

（2）系统总线（3学时）

总线的基本概念；总线的分类；总线特性及性能指标；总线结构；总线的判优控制和通

信控制。

（3）存储器（10学时）

存储器分类和存储器的层次结构；主存储器（包括半导体存储芯片简介、静态随机存取

存储器和动态随机存取存储器、只读存储器、存储器与CPU的连接、存储器的校验、提高

访存速度的措施）；高速缓冲存储器（包括Cache的基本结构及工作原理、Cache-主存地址

映像、替换算法）；辅助存储器（包括辅助存储器的特点及主要技术指标、磁记录原理和记

录方式、磁盘存储器的结构、光盘存储器的存取原理）。

（4）输入输出系统（8学时）

输入输出系统的发展概况及组成、I/O与主机的编址方式、传送方式、联络方式以及设

备寻址；外部设备分类及简介；I/O接口的功能及基本组成；程序查询方式的工作原理及程

序查询接口电路；程序中断方式的工作原理及程序中断接口电路、中断服务流程；DMA方

式的特点、DMA接口电路的功能、组成、类型及DMA的工作过程。

（5）计算机中数的表示（4学时）

计算机中有符号数（原码、补码、反码、移码）和无符号数的表示；计算机中数的定点

表示和浮点表示。

（6）计算机的运算方法和运算器（8学时）

定点运算（算术移位和逻辑移位、补码加减、原码补码乘法、原码补码除法）及相应的

硬件配置；浮点四则运算；算术逻辑单元及进位链。

（7）指令系统（4学时）

机器指令的一般格式；操作数类型和操作类型；指令的地址格式和寻址方式；指令格式

举例；RISC技术。

（8）CPU的结构和功能（4学时）

CPU的功能及结构框图；指令周期；指令流水；中断系统（包括引起中断的各种因素，

中断系统所需解决的共性问题，如：中断请求标记、中断判优、中断响应、中断服务、中断

返回、多重中断等）。

（9）控制单元（4学时）

微操作命令的分析（按取指周期、间指周期、执行周期和中断周期分析不同指令的微操

作命令）；控制单元的外特性；多级时序系统；控制方式；控制信号实例分析。

（10）控制单元的设计（4学时）

组合逻辑设计：组合逻辑控制单元框图、微操作节拍安排、组合逻辑设计举例；微程序

设计：微程序控制单元框图及工作原理、微指令的编码方式、微指令地址的形成方式、微指

令格式、微程序设计举例。

2．基本要求

（1）课程基本要求

学习计算机组成原理要求掌握计算机内部的各种信息编码、基本运算的操作原理、基本

部件的构造和组织方式、部件和单元电路的设计方法，建立一个完整的整机概念，并深刻理

解计算机各子系统之间的相互联系以及各自在计算机整机中的地位和作用。

（2）实验要求

为了加深掌握计算机的基本组成和工作原理，配合教学内容安排相应的实验，共16学

时，以验证课堂的理论；进一步培养学生的动手能力、设计能力和解决问题的能力。详见《计

算机组成原理》实验大纲。

（3）考试形式

考试以学生完成日常作业和实验