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（英文）Computer Organization

課程編碼

20H22165

課程性質(zhì)

t必修 ￡選修

課程類型

￡通識教育 ￡大類教育 t專業(yè)教育 ￡師范教育

所屬模塊（通識選修課填寫，限選1項）

￡創(chuàng)新創(chuàng)業(yè) ￡藝術(shù)修養(yǎng) ￡文化傳承 ￡社會研究

￡科學(xué)思維 ￡多元文化 ￡道德推演

適用專業(yè)

軟件工程

開課部門

軟件學(xué)院

課程負(fù)責(zé)人

曲超

學(xué)時學(xué)分

學(xué)分:3

總學(xué)時:48

理論:48

實驗:

實踐:

授課語言

中文

先修課程

計算機(jī)科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論；C語言程序設(shè)計

LO1

1. 數(shù)理基礎(chǔ)能力:具有從事軟件工程工作所需的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、以及應(yīng)用數(shù)學(xué)基礎(chǔ)解決實際問題的能力。

1.1 掌握數(shù)學(xué)、自然科學(xué)的基本原理和專業(yè)知識，包括基本概念和基本方法。

L

1.2能夠應(yīng)用自然科學(xué)理論和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)解決實際問題。

LO1、LO2、LO3

2. 專業(yè)理論基礎(chǔ)能力:具有扎實掌握計算機(jī)基礎(chǔ)理論知識和軟件工程專業(yè)核心知識的能力。

2.1 掌握計算機(jī)理論基礎(chǔ)和軟件工程專業(yè)知識，包括基本概念和基本方法。

H

2.2 能夠?qū)⒂嬎銠C(jī)理論基礎(chǔ)和軟件工程專業(yè)知識用于復(fù)雜軟件工程問題的表述、建模和求解。

2.3能夠?qū)⒂嬎銠C(jī)理論基礎(chǔ)和軟件工程專業(yè)知識用于復(fù)雜軟件工程問題解決方案的比較和綜合。

LO2、LO3

3. 專業(yè)實踐能力:具有從事軟件系統(tǒng)研究、設(shè)計、開發(fā)、測試、管理和服務(wù)的能力。

3.1 熟練掌握軟件生命周期各階段的設(shè)計方法和開發(fā)技術(shù)，具備軟件設(shè)計開發(fā)能力。

H

3.2 能夠基于科學(xué)原理，根據(jù)對象特征，選擇研究路線，設(shè)計實驗方案。

能夠理解計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、軟硬件體系結(jié)構(gòu)或其他能夠影響軟件設(shè)計目標(biāo)和技術(shù)方案的相關(guān)工程因素

3.3 能夠針對需求和目標(biāo)，完成軟件系統(tǒng)的設(shè)計并在設(shè)計中體現(xiàn)創(chuàng)新意識

LO6

4. 管理與協(xié)作的能力:具有項目組織管理能力、有效溝通和人際交往能力、以及團(tuán)隊合作能力。

4.1 理解個人與團(tuán)隊利益的一致性，具有合作精神，能夠與軟件項目團(tuán)隊內(nèi)成員有效溝通，合作共事。

L

4.2 能夠依據(jù)相關(guān)的工程標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范，針對復(fù)雜軟件工程問題的解決方案與同學(xué)、同行及公眾進(jìn)行有效溝通，包括撰寫報告、設(shè)計文稿、陳述觀點、表達(dá)意見以及準(zhǔn)確回應(yīng)提問等。

4.3 能夠在軟件項目團(tuán)隊合作中獨立思考并承擔(dān)不同團(tuán)隊角色的相應(yīng)職責(zé)，具備有效運作、組織協(xié)調(diào)能力。

LO4

5. 新技術(shù)應(yīng)用能力:具備發(fā)掘、分析、應(yīng)用新理論和新技術(shù)手段，解決軟件工程相關(guān)的復(fù)雜且整合性信息問題的能力。

5.1 理解軟件工程專業(yè)常用現(xiàn)代工程工具、信息技術(shù)工具的使用原理和方法，并能夠理解其局限性。

H

5.2 能夠應(yīng)用工程原理和專業(yè)知識，借助文獻(xiàn)研究，分析復(fù)雜軟件工程問題的解決途徑及其合理性，并獲得有效結(jié)論。

5.3 能夠開發(fā)、選擇和使用恰當(dāng)?shù)默F(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，對復(fù)雜軟件系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計與構(gòu)建。

LO4、LO6

6. 可持續(xù)自我學(xué)習(xí)能力:具有寬廣的國際視野、跨領(lǐng)域?qū)W習(xí)、以及適應(yīng)發(fā)展的能力。

6.1 掌握一門外語，具有一定的聽說、讀寫譯能力；能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流。

H

6.2 了解專業(yè)領(lǐng)域的國際發(fā)展趨勢、 研究熱點，理解和尊重世界不同文化的差異性和多樣性。

6.3 具有一定的自主學(xué)習(xí)能力，包括掌握新技術(shù)和新方法的能力、總結(jié)歸納知識經(jīng)驗的能力以及提出問題的能力。

6.4 能夠理解復(fù)雜軟件工程問題的專業(yè)實踐對環(huán)境以及社會可持續(xù)發(fā)展的影響，評價產(chǎn)品周期中可能對人類和環(huán)境造成的損害和隱患。

LO5

7. 工程素質(zhì)與職業(yè)道德:具備專業(yè)倫理和社會責(zé)任，了解與軟件工程相關(guān)的法律、法規(guī)、方針、以及政策。

7.1 能夠理解并遵守軟件工程的相關(guān)職業(yè)道德、軟件行業(yè)規(guī)范和法律法規(guī)，能夠在軟件工程實踐中堅守職業(yè)操守，盡職盡責(zé)做好本職工作。

L

7.2 能夠理解并遵守軟件工程的相關(guān)職業(yè)道德、軟件行業(yè)規(guī)范和法律法規(guī)，能夠在軟件工程實踐中堅守職業(yè)操守，盡職盡責(zé)做好本職工作。

7.3 能夠在軟件模塊或系統(tǒng)設(shè)計中考慮社會、健康、安全、法律、文化及環(huán)境等制約因素。

7.4 能夠理解軟件工程師對公眾的安全、健康、福祉和環(huán)境保護(hù)的社會責(zé)任，能夠在軟件工程實踐中自覺履行責(zé)任。

主要內(nèi)容

1、介紹計算機(jī)的發(fā)展歷程、計算機(jī)分代標(biāo)志；

2、計算機(jī)系統(tǒng)的基本組成；

3、計算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)；

4、程序開發(fā)與執(zhí)行過程；

5、計算機(jī)系統(tǒng)性能評價。

課程思政融入:

在介紹計算機(jī)發(fā)展歷程中，通過介紹量子計算機(jī)以及我國在此領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)好奇心和民族自信心，提倡科技強(qiáng)國的教育理念。在介紹芯片生產(chǎn)加工工藝時，也介紹一下我國生產(chǎn)芯片的現(xiàn)狀和能力，發(fā)展的瓶頸在哪里；這些在培養(yǎng)學(xué)生們的憂患意識、危機(jī)意識上，加一點。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.簡單了解計算機(jī)的發(fā)展歷程、計算機(jī)分代標(biāo)志、摩爾定律的內(nèi)容。

2.了解計算機(jī)系統(tǒng)中硬件和軟件的基本概念及其相互關(guān)系。

3.了解馮諾依曼結(jié)構(gòu)計算機(jī)的特點，以及計算機(jī)硬件的基本組成和各部件功能。

4.了解程序開發(fā)和執(zhí)行過程，理解各種語言處理程序的概念。

5.理解計算機(jī)系統(tǒng)的層次化結(jié)構(gòu)

6.了解如何對計算機(jī)的性能進(jìn)行測量和評價

7.了解有哪些因素會影響計算機(jī)的性能

學(xué)生課前閱讀材料與其他準(zhǔn)備

1. 必讀書目:

譚志虎，《計算機(jī)組成原理 微課版》（第1版），人民郵電出版社，2021，

第1章 計算機(jī)系統(tǒng)概述

2. 選讀書目:

袁春風(fēng)，《計算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》（第2版），清華大學(xué)出版社，2016，第1章 計算機(jī)系統(tǒng)概述

Randal E.Bryant，Computer Systems:A Programmer’s Perspective，3rd Edition，Pearson出版，2016

3.思考問題:

1、計算機(jī)的主要工作是什么?計算機(jī)要處理的是什么?計算機(jī)處理的結(jié)果是什么?

2、計算機(jī)系統(tǒng)的性能應(yīng)該怎么評測?

4.其他課前準(zhǔn)備:

課前預(yù)習(xí)

教學(xué)方式

以理論介紹為主，并結(jié)合案例來理解相關(guān)內(nèi)容。

課后作業(yè)

課后習(xí)題1.2，1.3，1.5，1.6

單元二:第2章 數(shù)據(jù)信息的表示

2.1 ~ 2.2

學(xué)時:3

支撐課程目標(biāo):L01、L03、L06

主要內(nèi)容

1、數(shù)的機(jī)器碼表示

2、定點數(shù)表示

3、浮點數(shù)表示

課程思政融入:

在介紹計算機(jī)編碼時，提出思考問題，為什么要有各種不同的編碼。多種編碼是為了應(yīng)對不同實際需求，舊有編碼存在弱點，新增的編碼改善了弱點。在此，培養(yǎng)學(xué)生實事求是、與時俱進(jìn)的思想意識，培養(yǎng)學(xué)生的優(yōu)化意識。

IEEE754浮點數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計精妙，堪稱發(fā)明。在贊美IEEE754標(biāo)準(zhǔn)的精妙中，自然而然地培養(yǎng)學(xué)生對知識的崇拜，激發(fā)他們的好學(xué)之情。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.了解真值和機(jī)器數(shù)的含義

2.了解無符號整數(shù)的含義、用途和表示

3.了解帶符號整數(shù)的表示方法

4.理解為什么現(xiàn)代計算機(jī)都用補(bǔ)碼表示帶符號整數(shù)

5.掌握在真值和各種編碼表示數(shù)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的方法

6.了解浮點數(shù)表示格式及其與表示精度和表示范圍之間的關(guān)系

7.掌握規(guī)格化浮點數(shù)的概念和浮點數(shù)規(guī)格化方法

8.掌握IEEE754浮點數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并能在真值與單精度格式浮點數(shù)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換

9.能運用數(shù)據(jù)表示知識理解和解決高級語言編程中數(shù)據(jù)表示和轉(zhuǎn)換問題

10.掌握常用的十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼方法，如8421碼

學(xué)生課前閱讀材料與其他準(zhǔn)備

1.必讀書目:

譚志虎，《計算機(jī)組成原理 微課版》（第1版），人民郵電出版社，2021，

第2章 數(shù)據(jù)信息的表示 2.1-2.2

2.選讀書目:

袁春風(fēng)，《計算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》（第2版），清華大學(xué)出版社，2016，

第2章 數(shù)據(jù)的機(jī)器級表示 2.1-2.2

Randal E.Bryant，Computer Systems:A Programmer’s Perspective，3rd Edition，Pearson出版，2016

3.思考問題:

1、整數(shù)怎么用二進(jìn)制表示?

2、一般編程語言的整數(shù)范圍由什么決定的?

4.其他課前準(zhǔn)備:

課前預(yù)習(xí)

教學(xué)方式

課堂以理論介紹為主，結(jié)合板書、ppt，詳細(xì)分析講解各種無符號整數(shù)、有符號整數(shù)、浮點數(shù)的編碼方法。

課后作業(yè)

課后習(xí)題2.2，2.3.1-2.3.4，2.4-2.14,

單元三:第二章 數(shù)據(jù)信息的表示

2.3 ~ 2.4

學(xué)時:3

支撐課程目標(biāo):L01、L02、L03

主要內(nèi)容

1、非數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼表示

2、碼距與校驗

3、奇偶校驗

4、海明校驗

5、循環(huán)冗余校驗

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1. 了解邏輯數(shù)據(jù)、西文字符和漢字字符的常用表示方法

2. 了解大端和小端排列方式，以及數(shù)據(jù)的對齊存儲方式

3. 掌握奇偶校驗和海明校驗的基本原理

4. 掌握CRC碼校驗位的計算和檢錯方法

學(xué)生課前閱讀材料與其他準(zhǔn)備

1.必讀書目:

譚志虎，《計算機(jī)組成原理 微課版》（第1版），人民郵電出版社，2021，

第2章 數(shù)據(jù)信息的表示 2.3-2.4

2.選讀書目:

袁春風(fēng)，《計算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》（第2版），清華大學(xué)出版社，2016，第2章 數(shù)據(jù)的機(jī)器級表示 2.3-2.7

Randal E.Bryant，Computer Systems:A Programmer’s Perspective，3rd Edition，Pearson出版，2016

3.思考問題:

非數(shù)值數(shù)據(jù)有哪些類型、覺得應(yīng)該是如何表示的?因為外界干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯應(yīng)該用什么辦法來解決?

4.其他課前準(zhǔn)備:

課前預(yù)習(xí)

教學(xué)方式

課堂以理論介紹為主，結(jié)合板書、ppt，詳細(xì)分析講解奇偶校驗、海明校驗和CRC碼校驗。

課后作業(yè)

課后習(xí)題:2.3.5-2.3.10，2.15-2.18

單元四:第三章 運算方法和運算器

3.1 ~ 3.3

學(xué)時:3

支撐課程目標(biāo):L01、L02、L03、L04、L05、L06

主要內(nèi)容

1、計算機(jī)中的運算

2、定點加減法運算

3、定點乘法運算

課程思政教育:基本運算部件的核心是加法器，加法器的原型由最初的簡單設(shè)計通過不斷改進(jìn)，性能不斷提高，性能提高的同時也付出了相應(yīng)的代價。在培養(yǎng)學(xué)生們權(quán)衡利弊的能力上加一點。運算部件是以加法器為基礎(chǔ)，逐步擴(kuò)展開來，雖然運算部件整體看非常復(fù)雜，但是它也是一步一步擴(kuò)展起來的。在此，強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生們腳踏實地、不要畏難、積沙成塔的道德情感。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1. 了解高級程序設(shè)計語言和低級程序設(shè)計語言中涉及的各種運算。

2. 掌握定點數(shù)的邏輯移位、算數(shù)移位和擴(kuò)展操作方法。

3. 了解原碼加減運算的基本原理。

4. 掌握補(bǔ)碼加減運算方法，并能設(shè)計補(bǔ)碼加減運算器。

5. 了解定點數(shù)乘法和除法運算的基本思想。

6. 了解專用的陣列乘法器和陣列除法器的基本思想

7. 理解為何在運算中會發(fā)生溢出，并掌握各種定點數(shù)運算的溢出判斷方法。

學(xué)生課前閱讀材料與其他準(zhǔn)備

1.必讀書目:

譚志虎，《計算機(jī)組成原理 微課版》（第1版），人民郵電出版社，2021，

第3章 運算方法與運算器 3.1-3.3

2.選讀書目:

袁春風(fēng)，《計算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》（第2版），清華大學(xué)出版社，2016，第3章 運算方法和運算部件 3.1-3.3

Randal E.Bryant，Computer Systems:A Programmer’s Perspective，3rd Edition，Pearson出版，2016

3.思考問題:

1、加減乘除運算是否可以轉(zhuǎn)化為類型更少操作更簡單的更基本運算?

2、定點數(shù)的幾種編碼形式如何實現(xiàn)加減乘除運算?

4.其他課前準(zhǔn)備:

課前預(yù)習(xí)

教學(xué)方式

課堂以理論介紹為主，結(jié)合板書、ppt，詳細(xì)分析講解補(bǔ)碼加減法運算方法及運算器、定點數(shù)乘法和除法運算及運算器。

課后作業(yè)

課后習(xí)題:3.2，3.4-3.7

單元五:第三章 運算方法和運算器

3.4~ 3.6

學(xué)時:3

支撐課程目標(biāo):L01、L03、L06

主要內(nèi)容

1、定點除法運算

2、浮點運算

3、運算器

課程思政教育:浮點數(shù)的運算是相對復(fù)雜的，但是它是可以分解為定點數(shù)的運算來實現(xiàn)。在強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生積沙成塔的道德情感上，加一點

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1. 掌握浮點數(shù)加減運算過程和方法。

2. 理解IEEE754

3. 標(biāo)準(zhǔn)對附加位的添加以及舍入模式等方面的規(guī)定。

4. 了解浮點數(shù)乘法和除法運算的基本思想。

5. 掌握算術(shù)邏輯單元的功能和結(jié)構(gòu)。

6. 了解浮點數(shù)加減運算器的基本結(jié)構(gòu)

學(xué)生課前閱讀材料與其他準(zhǔn)備

1.必讀書目:

譚志虎，《計算機(jī)組成原理 微課版》（第1版），人民郵電出版社，2021，

第3章 運算方法與運算器 3.4-3.6

2.選讀書目:

袁春風(fēng)，《計算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》（第2版），清華大學(xué)出版社，2016，第3章 運算方法和運算部件 3.4-3.5

Randal E.Bryant，Computer Systems:A Programmer’s Perspective，3rd Edition，Pearson出版，2016

3.思考問題:

浮點數(shù)的加減乘除運算是如何實現(xiàn)的?

4.其他課前準(zhǔn)備:

課前預(yù)習(xí)

教學(xué)方式

課堂以理論介紹為主，結(jié)合板書、ppt，詳細(xì)分析講解浮點數(shù)加減運算過程和方法、IEEE754標(biāo)準(zhǔn)對附加位的添加以及舍入模式等方面的規(guī)定。

課后作業(yè)

課后習(xí)題:3.3，3.8-3.12

單元六:第4章 存儲系統(tǒng)

4.1 ~4.4

學(xué)時:3

支撐課程目標(biāo):L02、L04、L05、L06

主要內(nèi)容

1、存儲器概述

2、半導(dǎo)體存儲器

3、主存的組織及其與CPU的連接

4、并行主存系統(tǒng)

課程思政教育:提出問題，為什么存儲器體系要有分層結(jié)構(gòu)。強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生們的優(yōu)化意識。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1. 了解存儲器的各種分類方法

2. 熟悉主存儲器的基本邏輯結(jié)構(gòu)

3. 了解SRAM和DRAM芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

4. 了解各種只讀存儲器的特點。

5. 掌握存儲芯片擴(kuò)展技術(shù)及其與CPU的連接方式。

了解多體交叉編址存儲器的基本原理。

學(xué)生課前閱讀材料與其他準(zhǔn)備

1.必讀書目:

譚志虎，《計算機(jī)組成原理 微課版》（第1版），人民郵電出版社，2021，

第4章 存儲系統(tǒng) 4.1-4.3

2.選讀書目:

袁春風(fēng)，《計算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》（第2版），清華大學(xué)出版社，2016，第7章 存儲器分層體系結(jié)構(gòu) 7.1-7.3

Randal E.Bryant，Computer Systems:A Programmer’s Perspective，3rd Edition，Pearson出版，2016

3.思考問題:

1、存儲器體系為什么要有分層結(jié)構(gòu)?

4.其他課前準(zhǔn)備:

課前預(yù)習(xí)

教學(xué)方式

課堂以理論介紹為主，結(jié)合板書、ppt、練習(xí)題，詳細(xì)分析講解SRAM和DRAM的區(qū)別、存儲芯片擴(kuò)展技術(shù)、交叉編址。

課后作業(yè)

課后習(xí)題:4.2.1-4.2.10，4.4-4.10

單元七:第4章 存儲系統(tǒng)

7.5 ~ 7.6

學(xué)時:3

支撐課程目標(biāo):L01、L02、L03、L04、L06

主要內(nèi)容

1、高速緩沖存儲器

2、虛擬存儲器

課程思政教育:提出問題，RAM是為了解決什么問題而提出，達(dá)到了什么效果。RAM是一個系統(tǒng)性能優(yōu)化的措施。在強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生們的優(yōu)化意識上，加一點。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1. 深刻理解程序訪問的局部性原理

2. 掌握cache的基本原理與實現(xiàn)方式、包括映射方式、替換算法、寫策略。

3. 理解為何采用虛擬存儲器管理方式。

4. 理解什么虛擬地址和虛擬地址空間。

5. 掌握虛擬地址向物理地址轉(zhuǎn)換的基本原理與實現(xiàn)技術(shù)。

6. 了解頁表的功能和頁表項的內(nèi)容

7. 了解“缺頁”異常的發(fā)現(xiàn)和處理過程。

8. 掌握TLB的結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)技術(shù)

9. 掌握一次存儲訪問的全過程，并深刻理解在此過程中硬件和軟件之間的分工協(xié)作方式。

學(xué)生課前閱讀材料與其他準(zhǔn)備

1.必讀書目:

譚志虎，《計算機(jī)組成原理 微課版》（第1版），人民郵電出版社，2021，

第4章 存儲系統(tǒng) 4.5-4.6

2.選讀書目:

袁春風(fēng)，《計算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》（第2版），清華大學(xué)出版社，2016，第7章 存儲器分層體系結(jié)構(gòu) 7.4-7.7

Randal E.Bryant，Computer Systems:A Programmer’s Perspective，3rd Edition，Pearson出版，2016

1. 思考問題:

Cache與主存之間的映射方式有幾種?

4.其他課前準(zhǔn)備:

課前預(yù)習(xí)

教學(xué)方式

課堂以理論介紹為主，結(jié)合板書、ppt、練習(xí)題，詳細(xì)分析講解cache原理。

課后作業(yè)

課后習(xí)題:4.2.11-4.2.19，4.3，4.11-4.19

單元八:第5章 指令系統(tǒng)

5.1~ 5.3

學(xué)時:3

支撐課程目標(biāo):L01、L02、L03、L06

主要內(nèi)容

1、指令系統(tǒng)概述

2、指令格式

3、尋址方式

課程思政教育:提出思考，指令格式設(shè)計的原則是什么，受到哪些條件的限制，又是為了解決哪些問題而進(jìn)行了哪些設(shè)計思考。啟發(fā)學(xué)生由果思因，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行知識鏈接、靈活運用知識的能力。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1. 理解引入高級語言、匯編語言和機(jī)器語言的目的。

2. 了解“存儲程序”工作方式的內(nèi)涵。

3. 了解指令的基本格式及其設(shè)計原則。

4. 理解定長操作碼指令的特點。

5. 理解擴(kuò)展操作碼指令格式的設(shè)計方法。

6. 理解指令尋址和有效地址的概念。

7. 理解各種常見尋址方式的含義和應(yīng)用場景。

8. 理解指令中地址碼的位數(shù)與主存容量、最小尋址單元之間的關(guān)系。

9. 理解數(shù)據(jù)尋址和指令尋址的差別。

10. 理解CISC和RISC的區(qū)別和各自特點。

學(xué)生課前閱讀材料與其他準(zhǔn)備

1.必讀書目:

譚志虎，《計算機(jī)組成原理 微課版》（第1版），人民郵電出版社，2021，

第5章 存儲系統(tǒng) 5.1-5.3

2.選讀書目:

袁春風(fēng)，《計算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》（第2版），清華大學(xué)出版社，2016，第4章 指令系統(tǒng) 4.1-4.2

Randal E.Bryant，Computer Systems:A Programmer’s Perspective，3rd Edition，Pearson出版，2016

3.思考問題:

1、指令系統(tǒng)的尋址方式有哪些種，為什么要有這么多種，每種都是針對怎樣的運算進(jìn)行設(shè)計的?

4.其他課前準(zhǔn)備:

課前預(yù)習(xí)

教學(xué)方式

課堂以理論介紹為主，結(jié)合板書、ppt，詳細(xì)分析講解指令格式設(shè)計、指令系統(tǒng)設(shè)計中的相關(guān)問題。

課后作業(yè)

課后習(xí)題:5.2.1-5.2.8，5.4-5.8

單元九:第5章 指令系統(tǒng)

5.4~ 5.7

學(xué)時:3

支撐課程目標(biāo):L01、L03、L06

主要內(nèi)容

1、指令類型

2、指令格式設(shè)計

3、CISC和RISC

4、指令系統(tǒng)舉例

課程思政教育:指令系統(tǒng)是《計算機(jī)組成原理》的核心知識點。在介紹指令系統(tǒng)實例時，也介紹我國的操作系統(tǒng)現(xiàn)狀，講清楚為什么我們國家在此環(huán)節(jié)上還是比較薄弱，都牽扯到哪些問題，從而增強(qiáng)學(xué)生們的憂患意識和危機(jī)意識。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1. 了解指令系統(tǒng)實例

2. 掌握MIPS匯編語言和機(jī)器語言

3. 掌握選擇結(jié)構(gòu)的MIPS機(jī)器代碼表示

4. 掌握循環(huán)結(jié)構(gòu)的MIPS機(jī)器代碼表示

5. 掌握過程調(diào)用的MIPS機(jī)器代碼表示

學(xué)生課前閱讀材料與其他準(zhǔn)備

1.必讀書目:

譚志虎，《計算機(jī)組成原理 微課版》（第1版），人民郵電出版社，2021，

第5章 存儲系統(tǒng) 5.4-5.7

2.選讀書目:

袁春風(fēng)，《計算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》（第2版），清華大學(xué)出版社，2016，第4章 指令系統(tǒng) 4.3-4.4

Randal E.Bryant，Computer Systems:A Programmer’s Perspective，3rd Edition，Pearson出版，2016

3.思考問題:

為什么會有不同類型的指令系統(tǒng)，為什么指令系統(tǒng)不能統(tǒng)一?

4.其他課前準(zhǔn)備:

課前預(yù)習(xí)

教學(xué)方式

課堂以理論介紹為主，結(jié)合板書、ppt、練習(xí)題，詳細(xì)分析講解MIPS匯編語言及典型編程結(jié)構(gòu)的機(jī)器代碼實現(xiàn)。

課后作業(yè)

課后習(xí)題:5.2.9-5.2.13，5.3，5.9-5.13

單元十:第6章 中央處理器

6.1~ 6.3

學(xué)時:3

支撐課程目標(biāo):L01、L02、L03、L06

主要內(nèi)容

1、中央處理概述

2、指令周期

3、數(shù)據(jù)通路的基本結(jié)構(gòu)

4、單周期處理器設(shè)計

課程思政教育:從ALU和指令系統(tǒng)到CPU，這樣一個逐步生長構(gòu)造的過程。強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的積沙成塔的道德情感，培養(yǎng)學(xué)生不畏難的精神，培養(yǎng)學(xué)生化繁為簡的能力，增強(qiáng)其自信心。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1. 理解CPU的功能

2. 理解一條指令的基本執(zhí)行過程

3. 理解指令周期、機(jī)器周期、時鐘周期的概念

4. 了解數(shù)據(jù)通路的基本組成。

5. 了解數(shù)據(jù)通路中組合邏輯部件和時序邏輯部件的差別。

6. 了解ALU在數(shù)據(jù)通路中的功能。

7. 了解數(shù)據(jù)運算過程。

8. 了解實現(xiàn)條件轉(zhuǎn)移和無條件轉(zhuǎn)移的數(shù)據(jù)通路。

9. 理解如何確定單周期數(shù)據(jù)通路的時鐘周期。

學(xué)生課前閱讀材料與其他準(zhǔn)備

1.必讀書目:

譚志虎，《計算機(jī)組成原理 微課版》（第1版），人民郵電出版社，2021，

第6章 存儲系統(tǒng) 6.1-6.3

2.選讀書目:

袁春風(fēng)，《計算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》（第2版），清華大學(xué)出版社，2016，第5章 中央處理器 5.1-5.2

Randal E.Bryant，Computer Systems:A Programmer’s Perspective，3rd Edition，Pearson出版，2016

3.思考問題:

1、在了解了數(shù)據(jù)如何存儲、指令如何編制以后，那么如何讓指令連續(xù)的運行起來呢?時序上要如何進(jìn)行設(shè)計呢?

4.其他課前準(zhǔn)備:

課前預(yù)習(xí)

教學(xué)方式

課堂以理論介紹為主，結(jié)合板書、ppt、練習(xí)題，詳細(xì)分析講解單周期處理器的數(shù)據(jù)通路的搭建過程。

課后作業(yè)

課后習(xí)題:6.2.1-6.2.6，6.4-6.6

單元十一:第五章 中央處理器

6.4~ 6.5

學(xué)時:3

支撐課程目標(biāo):L01、L02、L03、L04、L05

主要內(nèi)容

（1）多周期處理器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

（2）多周期處理器的硬連線路控制器設(shè)計

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1. 理解多周期數(shù)據(jù)通路與單周期數(shù)據(jù)通路的差別

2. 理解各個控制信號的含義、控制點以及在各指令中的取指。

3. 掌握如何用組合邏輯設(shè)計方法實現(xiàn)硬布線控制器。

學(xué)生課前閱讀材料與其他準(zhǔn)備

1. 必讀書目:

譚志虎，《計算機(jī)組成原理 微課版》（第1版），人民郵電出版社，2021，

第6章 存儲系統(tǒng) 6.4-6.5

2.選讀書目:

袁春風(fēng)，《計算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》（第2版），清華大學(xué)出版社，2016，第5章 中央處理器 5.2-5.3

Randal E.Bryant，Computer Systems:A Programmer’s Perspective，3rd Edition，Pearson出版，2016

3.思考問題:

單周期處理器與多周期處理器的設(shè)計出發(fā)點上的區(qū)別在哪里。

4.其他課前準(zhǔn)備:

課前預(yù)習(xí)

教學(xué)方式

課后習(xí)題:6.2.7，6.8-6.17

課后作業(yè)

課堂以理論介紹為主，結(jié)合板書、ppt、練習(xí)題，詳細(xì)分析講解多周期處理器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中涉及到的數(shù)據(jù)通路及控制信號、多周期處理器的硬連線路控制器設(shè)計。

單元十二:第五章 中央處理器

6.6~ 6.7

學(xué)時:3

支撐課程目標(biāo):L01、L03、L06

主要內(nèi)容

1、微程序控制器設(shè)計

2、異常和中斷處理

課程思政教育:講到異常和中斷處理，向?qū)W生聲明任何系統(tǒng)都存在著弱點，如何通過查缺補(bǔ)漏來進(jìn)行解救。培養(yǎng)學(xué)生的危機(jī)意識，大局意識。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1. 了解利用微程序設(shè)計方式實現(xiàn)微程序控制器的基本原理

2. 理解內(nèi)部異常和外部中斷的概念

3. 理解為什么在設(shè)計處理器時必須考慮異常和中斷的處理。

4. 了解如何在數(shù)據(jù)通路設(shè)計中考慮異常和中斷的處理。

5. 理解內(nèi)部異常和外部中斷的區(qū)別。

學(xué)生課前閱讀材料與其他準(zhǔn)備

1. 必讀書目:

譚志虎，《計算機(jī)組成原理 微課版》（第1版），人民郵電出版社，2021，

第6章 存儲系統(tǒng) 6.6-6.7

2.選讀書目

袁春風(fēng)，《計算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》（第2版），清華大學(xué)出版社，2016，第5章 中央處理器 5.4-5.5

Randal E.Bryant，Computer Systems:A Programmer’s Perspective，3rd Edition，Pearson出版，2016

3.思考問題:

1、微程序控制器設(shè)計的基本思想是什么?

4.其他課前準(zhǔn)備:

課前預(yù)習(xí)

教學(xué)方式

課堂以理論介紹為主，結(jié)合板書、ppt、練習(xí)題，詳細(xì)分析講解多周期處理器的微程序控制器設(shè)計、異常和中斷處理方法。

課后作業(yè)

課后習(xí)題:6.2.8-6.2.10，6.3，6.18-6.25

單元十三:第7章 指令流水線

7.1 ~ 7.2

學(xué)時:3

支撐課程目標(biāo):L02、L04、L05、L06

主要內(nèi)容

1、流水線的概念

2、流水線數(shù)據(jù)通路

課程思政教育:講到流水線這里，強(qiáng)調(diào)人類為了不斷地提高計算機(jī)的性能，嘗試了各種辦法。在強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生們的優(yōu)化意識上，加一點。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1. 理解指令流水的一般概念

2. 了解適合流水執(zhí)行的指令集特征。

3. 掌握流水?dāng)?shù)據(jù)通路的實際方法。

4. 了解流水線控制器的設(shè)計原理

5. 理解流水線冒險的基本概念。

學(xué)生課前閱讀材料與其他準(zhǔn)備

1.必讀書目:

譚志虎，《計算機(jī)組成原理 微課版》（第1版），人民郵電出版社，2021，

第7章 指令流水線 7.1-7.2

2.選讀書目

袁春風(fēng)，《計算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》（第2版），清華大學(xué)出版社，2016，第6章 指令流水線 6.1-6.2

Randal E.Bryant，Computer Systems:A Programmer’s Perspective，3rd Edition，Pearson出版，2016

3.思考問題:

1、什么樣的指令格式更適合流水線方式?

2、采用流水線方式能使一條指令的執(zhí)行時間更短嗎?

3、流水線方式下，如何確定流水段的個數(shù)?

4.其他課前準(zhǔn)備:

課前預(yù)習(xí)

教學(xué)方式

課堂以理論介紹為主，結(jié)合板書、ppt、練習(xí)題，詳細(xì)分析講解流水線CPU設(shè)計。

課后作業(yè)

課后習(xí)題:7.2.1-7.2.3，7.3

單元十四:第7章 指令流水線

7.3 ~ 7.5

學(xué)時:3

支撐課程目標(biāo):L02、L04、L05、L06

主要內(nèi)容

1、流水線沖突與處理

2、流水線異常與中斷

3、指令級并行技術(shù)

課程思政教育:講到流水線這里，強(qiáng)調(diào)人類為了不斷地提高計算機(jī)的性能，嘗試了各種辦法。在強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生們的優(yōu)化意識上，加一點。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1. 理解流水線冒險的基本概念。

2. 了解結(jié)構(gòu)冒險的概念和處理策略。

3. 了解數(shù)據(jù)冒險的概念

4. 了解運用轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)解決數(shù)據(jù)冒險的基本原理

5. 了解load-use數(shù)據(jù)冒險的概念和處理策略。

6. 了解控制冒險的概念和引起控制冒險的幾種原因。

7. 了解靜態(tài)分支預(yù)測和動態(tài)分支預(yù)測的基本原理。

8. 了解異常和中斷對流水線的影響。

學(xué)生課前閱讀材料與其他準(zhǔn)備

1.必讀書目:

譚志虎，《計算機(jī)組成原理 微課版》（第1版），人民郵電出版社，2021，

第7章 指令流水線 7.3-7.5

2.選讀書目

袁春風(fēng)，《計算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》（第2版），清華大學(xué)出版社，2016，第6章 指令流水線 6.3

Randal E.Bryant，Computer Systems:A Programmer’s Perspective，3rd Edition，Pearson出版，2016

3.思考問題:

1、什么樣的指令格式更適合流水線方式?

2、采用流水線方式能使一條指令的執(zhí)行時間更短嗎?

3、流水線方式下，如何確定流水段的個數(shù)?

4.其他課前準(zhǔn)備:

課前預(yù)習(xí)

教學(xué)方式

課堂以理論介紹為主，結(jié)合板書、ppt、練習(xí)題，詳細(xì)分析講解流水線CPU設(shè)計。

課后作業(yè)

課后習(xí)題:7.2.4-7.2.10，7.4-7.16

單元十五:第8章 總線系統(tǒng)

8.1 ~8.4

學(xué)時:3

支撐課程目標(biāo):L02、L04、L05、L06

主要內(nèi)容

1、總線概述

2、總線傳輸機(jī)制

3、總線結(jié)構(gòu)

4、常用總線

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1. 了解總線分類、組成、標(biāo)準(zhǔn)

2. 了解三態(tài)門

3. 了解總線性能指標(biāo)

4. 理解總線仲裁機(jī)制

5. 了解單總線、雙總線、三總線結(jié)構(gòu)

6. 了解常用的片內(nèi)總線、系統(tǒng)總線、I/O總線、外部總線

學(xué)生課前閱讀材料與其他準(zhǔn)備

1.必讀書目:

譚志虎，《計算機(jī)組成原理 微課版》（第1版），人民郵電出版社，2021，

第8章 指令流水線 8.1-8.4

2.選讀書目

Randal E.Bryant，Computer Systems:A Programmer’s Perspective，3rd Edition，Pearson出版，2016

3.思考問題:

1、存儲器體系為什么要有分層結(jié)構(gòu)?

4.其他課前準(zhǔn)備:

課前預(yù)習(xí)

教學(xué)方式

課堂以理論介紹為主，結(jié)合板書、ppt、練習(xí)題，詳細(xì)分析講解SRAM和DRAM的區(qū)別、存儲芯片擴(kuò)展技術(shù)、交叉編址。

課后作業(yè)

習(xí)題冊:7.5單選題1-22，7.6分析應(yīng)用題1、2、4、5

單元十六:全書回顧

學(xué)時:3

支撐課程目標(biāo):L01、L02、L03、L04、L05、L06

主要內(nèi)容

1、梳理全書結(jié)構(gòu)脈絡(luò)

2、總結(jié)計算機(jī)組成原理的重要知識要點

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1. 理解計算機(jī)的整體架構(gòu)

2. 理解計算機(jī)組成的重要知識章節(jié)

3. 掌握計算機(jī)組成的全面概括

學(xué)生課前閱讀材料與其他準(zhǔn)備

1. 必讀書目:

譚志虎，《計算機(jī)組成原理 微課版》（第1版），人民郵電出版社，2021

第8章 指令流水線 8.1-8.4

2.選讀書目

袁春風(fēng)，《計算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》（第2版），清華大學(xué)出版社，2016

Randal E.Bryant，Computer Systems:A Programmer’s Perspective，3rd Edition，Pearson出版，2016

3.思考問題:

總結(jié)計算機(jī)組成都涵蓋哪些內(nèi)容。

4.其他課前準(zhǔn)備:

課前預(yù)習(xí)

教學(xué)方式

梳理全書脈路、整體把握全書知識要點

課后作業(yè)

總結(jié)全書知識要點、復(fù)習(xí)全書重點習(xí)題

平時成績

包括課堂表現(xiàn)、實驗、作業(yè)、出勤、大作業(yè)等

40

L01、L02、L03、L04、L05

期末考試

筆試，閉卷

60

L01、L02、L03

思政教育

學(xué)好知識就是最大的思政，看考試成績

L04、L05、L06