適用物件：計算機網路技術/計算機應用/軟體專業
學時：65學時
課程性質：專業基礎課
課程編號：071113
執筆人：鍾偉成
審定人：余明輝
說明部分
一、 前言
《計算機組成及工作原理》課程教學大綱是根據計算機技術系計算機網路技術專業、計算機應用專業、軟體專業2023年6月新修訂的教學計畫編寫而成的教學檔案，它以綱要的形式具體制定了課程的性質、目的和任務、教學基本要求、教學的基本內容、技能訓練要求、考核的形式要求等內容，同時指明了教學中應注意的問題、教學方法和手段的建議，是組織該課程教學的指導性教學檔案。
二、 課程的性質、目的和任務
《計算機組成及工作原理》是計算機技術各個專業一門核心專業基礎課程。從課程地位來說，它起著承上啟下的作用。本課程將較全面、系統地介紹計算機組成原理的基礎知識與內部執行機理。
通過該課程的教學，使學生對計算機組成及工作原理的認識和應用方面具備一定的知識。使學生掌握計算機常用的邏輯器件、部件的原理、引數及使用方法，學懂簡單、完備的單台計算機的基本組成原理，學習計算機設計中的入門性知識，掌握維護、使用計算機的基本技能。為學習本專業後繼課程和進行與硬體有關的技術工作打好基礎。
學習本課程之前應當具的預備知識
1、必要的數學知識：離散數學與數字邏輯的基礎知識；
2、必要的計算機基礎知識：數的進製及轉換、編碼知識；
3、較多的數位電路知識：全加器、觸發器、暫存器、時序電路；
本課程具體任務：
1、 使學生對計算機的組成和工作原理有乙個較為全面和具體的了解認識。
2、 使學生掌握計算機常用的邏輯器件和部件的工作原理。
3、 使學生掌握計算機以及常用部件的引數和使用方法。
4、 提高學生對計算機本質的認識。
三、 教學基本要求
1、熟悉計算機硬體的主要技術指標。
2、熟悉資料與文字的表示方法包括：無符號數與有符號數、數的定點表示和浮點表示，熟悉計算機的幾種運算方法。
3、掌握儲存器與cpu的連線方法。
4、熟悉計算機的幾種主要的輔助儲存器系統。
5、 熟悉指令系統和掌握資料的定址方式。
6、 掌握cpu的結構和功能。
7、 掌握計算機的中斷系統。
8、 熟悉控制單元的功能。
9、 掌握幾種主要的匯流排結構以及熟悉匯流排結構對計算機系統效能的影響。
10、了解主要的外部裝置。
11、掌握輸入輸出系統的組成。
12、掌握介面的功能和組成。
四、 教學中需要注意的問題
1、本課程理論和概念比較多，教學中應該注意理論聯絡實際。
2、教學中應該注意與其他相關課程的聯絡與銜接，避免重複與各自分離的教學。
3、教學方法要靈活多樣，使課堂氣氛活躍，充分調動學生的學習積極性，充分挖掘學生學習的潛能。
文字部分
一、課程教學內容
1、 計算機系統概論
（1） 計算機的分類與發展；
計算機的分類；
計算機的發展；
（2） 計算機的應用與展望；
（3） 計算機的（硬體）基本組成；
馮諾依曼計算機的特點；
計算機的硬體框圖；
計算機的工作過程；
（4） 計算機的軟體；
軟體的組成與分類；
軟體的發展演變；
（5） 計算機系統的層次結構；
計算機系統的層次結構；
軟體與硬體的邏輯等價性；
計算機組成和計算機體系結構；
（6） 計算機硬體的主要技術指標；
機器字長；
儲存容量；
運算速度；
教學要求：對（3）、（4）、（6）正確理解和認識；
2、 計算機的運算方法和運算器
（1） 資料與文字的表示方法
資料格式；
數的機器碼表示；
字元與字串的表示方法；
漢字的表示方法；
（2） 無符號數與有符號數
無符號數；
有符號數；
機器數與真值；
原碼表示法；
補碼表示法；
反碼表示法；
移碼表示法；
（3） 數的定點表示和浮點表示
數的定點表示；
浮點表示；
定點數和浮點數的比較；
ieee 754標準；
（4） 移位運算
移位的意義；
算術移位的規則；
邏輯移位運算；
算術移位和邏輯移位的區別；
（5） 定點加法減法運算
補碼加法；
補碼減法；
溢位概念與檢測方法；
基本的二進位制加法/減法器；
補碼定點加減法所需要的硬體配置；
補碼加減運算的控制流程；
（6） 定點乘法運算
原碼一位乘法；
原碼兩位乘法；
原碼並行乘法；
補碼一位乘法（比較法）；
補碼兩位乘法；
補碼並行乘法；
（7） 定點除法運算
原碼除法演算法的原理；
加減交替法；
原碼加減交替法的硬體配置與控制流程；
補碼加減交替除法；
並行除法器；
（8） 定點運算器的組成
邏輯運算；
多功能算術/邏輯運算單元；
內部匯流排；
定點運算器的基本結構；
快速進製鏈；
定點運算器的例項；
（9） 浮點運算方法和浮點運算器
浮點加減法運算；
浮點乘除法運算；
浮點運算流水線；
教學要求：對（2）、（3）、（8）正確理解和認識；對（4）、（5）、（6）、（7）的熟練使用。
3、 儲存系統
（1） 儲存器的概述
儲存器的分類；
儲存器的層次結構；
主儲存器的技術指標；
（2） 主儲存器
隨機讀寫儲存器（ram）；
唯讀儲存器（rom）和閃速儲存器；
儲存器與cpu的連線；
儲存器的校驗；
提高訪存速度的措施；
（3） 高速儲存器
雙埠儲存器；
多模組交叉儲存器；
相聯儲存器；
（4） 高速緩衝儲存器
cache基本原理；
主存與cache的位址對映；
替換演算法；
cache的寫操作策略；
（5） 輔助儲存器
磁記錄原理和記錄方式；
硬磁碟儲存器；
軟磁碟儲存器；
磁帶儲存器；
迴圈冗餘校驗碼（crc碼）；
光碟儲存器；
教學要求：對（1）、（3）、（4）正確理解和認識；對（2）的熟練掌握。
4、 指令系統
（1） 指令系統的發展與效能要求
指令系統的發展；
對指令系統效能的要求；
低階語言與硬體結構的關係；
（2） 指令格式
指令的一般格式；
操作碼；
位址碼；
指令字長；
指令助記符；
（3） 運算元型別和操作型別
運算元型別；
資料在儲存器中的存放方式；
操作型別；
（4） 指令和資料的定址方式
指令的定址方式；
運算元定址方式；
定址方式舉例；
（5） 指令格式舉例
設計指令格式應考慮的各種因素；
指令格式舉例；
（6） risc技術
risc的產生和發展；
risc的主要特徵；
risc和cisc的比較；
教學要求：對（1）、（2）、（3）正確理解認識；對（4）的熟練掌握。
5、 cpu的結構和功能
（1） cpu的結構
cpu的功能；
cpu結構框圖；
cpu的暫存器；
控制單元cu和終端系統；
（2） 指令週期
指令週期的基本概念；
指令週期的資料流；
用方框圖語言表示指令週期；
（3） 指令流水線
指令流水線原理；
影響流水線效能的因素；
流水線中的多發技術；
流水線結構；
（4） 中斷系統
概述；中斷請求標記和中斷判優邏輯；
中斷服務程式入口位址的定址；
中斷響應；
保護現場和恢復現場；
中斷遮蔽技術；
教學要求：對（1）、（2）、（3）、（4）正確理解和認識。
6、 控制單元的功能
（1） 微操作命令的分析
取指週期；
間址週期；
執行週期；
中斷週期；
（2） 控制單元的功能
控制單元的外特性；
控制訊號舉例；
多級時序系統；
控制方式；
多級時序系統實力分析；
教學要求：對（1）、（2）正確理解和認識。
7、 控制單元的設計
（1） 組合邏輯設計；
組合邏輯控制單元框圖；
微操作的節拍安排；
組合邏輯設計步驟；
（2） 微程式控制器
微程式設計思想的產生；
微命令和微操作；
微指令和為程式；
微程式控制單元框圖及工作原理；
cpu週期與微指令週期的關係；
機器指令與微指令的關係；
（3） 微程式設計
微指令的編碼方式；
微指令序列位址的形成；
微指令格式；
靜態微程式設計和動態微程式設計；
毫微程式設計；
序列微程式控制和並行微程式控制；
微程式設計舉例；
教學要求：對（1）、（2）正確理解和認識。
8、 匯流排系統
（1） 匯流排的基本概念和結構形態
匯流排的基本概念；
匯流排的連線方式；
匯流排結構對計算機系統效能的影響；
匯流排的內部結構；
匯流排結構例項；
（2） 匯流排的分類
片內匯流排；
系統匯流排；
通訊匯流排；
（3） 匯流排的特性及效能指標
匯流排特性；
匯流排效能指標；
匯流排標準；
（4） 匯流排結構
單匯流排結構；
多匯流排結構；
匯流排結構舉例；
（5） 匯流排控制
匯流排判優控制；
匯流排通訊控制；
匯流排的定時；
匯流排資料傳送模式；
（6） pci匯流排
pci匯流排訊號；
匯流排週期型別；
匯流排週期操作；
匯流排總裁；
教學要求：對（1）、（2）、（3）、（4）、（5）正確理解。
9、 外部裝置
（1） 外部裝置概述
外部裝置的一般功能；
外部裝置的分類；
（2） 輸入裝置
鍵盤；滑鼠器；
觸控螢幕；
其他輸入裝置；
（3） 輸出裝置
顯示裝置的分類；
字元顯示器；
圖形顯示器；
影象顯示器；
ibm pc系列機的顯示標準；
列印裝置的分類；
點陣針式印表機；
雷射印表機；
噴墨印表機；
（4） 其他外部裝置
終端裝置；
a/d，d/a轉換器；
教學要求：對（1）、（2）、（3）正確理解。
10、 輸入輸出系統
（1） 概述
輸入輸出系統的發展概況；
輸入輸出系統的組成；
i/o裝置與主機的****；
i/o與主機資訊傳送的控制方式；
（2） i/o介面
概述；介面的功能和組成；
介面型別；
（3） 程式查詢方式
程式查詢方式的流程；
程式查詢方式的介面電路；
（4） 程式中斷方式
中斷的概念；
i/o中斷的產生；
程式中斷方式的介面電路；
i/o中斷的處理過程；
中斷服務程式的流程；
（5） dma方式
dma方式的特點；
dma介面的功能和組成；
dma的工作過程；
dma介面的型別；
教學要求：對（1）、（2）、（3）正確理解；（4）、（5）熟練掌握。
二、技能訓練要求
《計算機組成及工作原理》課程是一門理論性較強的課程，但是也必須有一定的實踐操作課時來消化、鞏固和提高課堂教學的效果，並在實驗中加深對計算機的工作原理的認識。原則上實踐教學時數不應少於課堂教學時數的1/5。
實驗內容：
實驗1：計算機邏輯器件與運算器 （4學時）
要求：掌握計算機的各個邏輯器件與運算器的工作原理，以及它們之間的連線，各個部件協同工作的方式。
實驗2：擴充套件儲存器 （3學時）
要求：掌握cpu與儲存器之間的連線方法，掌握擴充套件儲存器的方法。
實驗3：教學機彙編實驗（編i/o、查詢方式）（ 4學時）
要求：掌握組合語言與二進位制指令之間的關係，指令的工作方式與工作過程，掌握介面的工作原理和介面程式設計的基本方法。
實驗4：中斷實驗 （3學時）
要求：掌握計算機中斷系統的工作原理，掌握中斷的程式設計方法與實現。
實驗裝置：tec教學實驗計算機
三、教學方法和手段提示及建議
《計算機組成及工作原理》課程是一門理論性較強的課程，教學中應當注意理論聯絡實際，教學方式要靈活多樣，採用多種**加深學生的印象，要注意計算機各種子系統和部件的最新發展，盡量進行一些實物教學。教學中組織學生利用課餘時間進行上網查詢，了解計算機各種硬體的最新發展，並寫出報告。課堂教學中安排了4個試驗，用來消化、鞏固和提高課堂教學的效果，並在實驗中加深對計算機工作原理的認識。
計算機組成原理
本科生期末試卷一 一 選擇題 每小題1分，共10分 1 計算機系統中的存貯器系統是指 a ram存貯器 b rom存貯器 c 主存貯器 d 主存貯器和外存貯器 2 某機字長32位，其中1位符號位，31位表示尾數。若用定點小數表示，則最大正小數為 a 1 2 32 b 1 2 31 c 2 32 d ...
計算機組成原理考點
考查目標 1.理解單處理器計算機系統中各部件的內部工作原理 組成結構以及相互連線方式，具有完整的計算機系統的整機概念。2.理解計算機系統層次化結構概念，熟悉硬體與軟體之間的介面，掌握指令集體系結構的基本知識和基本實現方法。3.能夠運用計算機組成的基本原理和基本方法，對有關計算機硬體系統中的理論和實際...
計算機組成原理心得
21世紀是科技與經濟高速發展的重要時期。隨著我國經濟的持續快速健康發展，各行各業對高技能專業型人才的需求量迅速增加，對人才素質的要求也越來越高。計算機組成原理這節課順應了高職高專教育的發展潮流，能很大程度上提高應用型人才的培養水平。這本書加強了教材的創新和實踐性內容，確保了學生在學習專業知識的同時多...