大连理工大学

计算机组织与结构

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课程概述

各位同学,大家好:

 

感谢大家选择《计算机组织与结构》慕课课程,希望这种新的教学方式能够对大家有所帮助。

 

一、课程简介

“计算机组织与结构”又称为“计算机组成原理”,是计算机科学技术、软件工程专业的一门重要公共基础课,是一门理论性、技术性很强的主干课程。本课程的主要任务是全面介绍计算机内部各部件的组成结构与工作原理、各部件间联系,以及并行体系结构等前沿知识。通过本课程的学习,使学生掌握计算机硬件的基本特征和实现机制,为后续计算机、软件工程专业课的学习,以及未来从事计算机软硬件研究与开发,打下一个良好的基础。

 

二、课程组织形式

1、本课程采用慕课形式教学,教学环节以知识点为单位组织,知识点分为核心知识点和基础知识点两类,核心知识点是授课内容的主体部分,基础知识点为补充内容;

3、每节课安排大约1-3个核心知识点,以及1个基础知识点。

 

三、课程实施形式

每节课的教学过程分为2个阶段:

1、线上学习阶段:按照教学进度安排,学生进行线上的核心知识点教学视频学习(总时长约为24学时,每学时45分钟),通过课件学习基础知识点,以及阅读推荐资料、实验实践材料等,并完成习题。

2、翻转课堂学习阶段:按照教学进度安排,教师组织线下的翻转课堂学习,主要教学内容为组织知识点讨论,以及答疑,随堂测试等;

 

四、课程资源

本课程所有授课资源按照“章-节-知识点”组织,基本单元为知识点。对应每个核心知识点,将提供知识点授课视频(约10-20分钟)、推荐阅读材料、习题;对应每个基础知识点,将提供自学ppt课件;同时还将提供翻转课堂实施建议(含讨论内容、测试内容等)。

 

五、学习要求:

1、基本要求:按照教学大纲及考核标准,完成课程学习,基本达到学习目标。

2、中级要求:在达到基本要求的基础上,对课程核心知识点有深入理解,能提出有价值的问题,了解解决问题的一般流程,并能付诸实施。

3、高级要求:在达到中级要求的基础上,能对课程进行宏观全面的思考,能对课程内容建设提出建议,并能落实建议内容。

 

六、考核方式:

本课程的考核方式分为3种类型:

1、线上作业考核:教师可通过客观题和主观题测试学生对知识点的掌握程度;

2、平时成绩:在翻转课堂讨论中,教师可根据实际情况评定平时成绩;

3、期末考试成绩:由于网络考试与各学校教务处的实际规定并不一定完全相符,因此建议期末考试仍旧采用传统方式。


证书要求

可发放证书

预备知识

数字电路

授课大纲

第一章大纲

本课程使用教程为《计算机组成原理》(第2版) 唐朔飞编著. 高等教育出版社. 2008。

一、本章只有一节,对应教材的第1章和第2章,从第1页至第38页,需要大家课前预习。

二、在本章学习中,大家应重点掌握以下要点:

1、重点掌握冯诺依曼计算机的基本特点

2、了解计算机系统的软硬件概念

3、掌握计算机系统的层次结构

4、掌握评价计算机系统性能的指标

5、了解摩尔定律

 

第二章大纲

一、本章有两节,对应教材的第3章,从第41页到第66页,需要大家课前预习。

第1节:总线概念与分类,对应教材3.1、3.2、3.3、3.4

第2节:总线控制,对应教材3.5

二、在本章学习中,大家应重点掌握以下要点:

1、掌握计算机三总线结构的内容

2、重点掌握地址线与存储单元个数的关系,数据线与存储字长的关系

3、重点掌握计算总线传输速率

4、对照各种总线结构图,能说出其优缺点

5、了解常用总线标准都有哪些

6、重点掌握总线判优的3种方式

7、重点掌握总线通信的4种方式

第三章大纲

一、本章有六节,对应教材的第4章,从第69页到第150页(不包含4.4节辅助存储器的部分内容),需要大家课前预习。

第1节:半导体存储器概述,对应教材从4.1开始直到4.2.2为止

第2节:半导体存储器的基本单元电路,对应教材4.2.3(4.2.4选学)

第3节:存储器的扩展方式,对应教材4.2.5

第4节:高速缓冲存储器,对应教材4.3

第5节:并行存储和虚拟存储机制,对应教材4.2.7,双口RAM和虚拟存储机制为补充内容

第6节:数据校验码,对应教材4.2.6和4.4.6,补充了奇偶校验码。

二、在本章学习中,大家应重点掌握以下要点:

1、了解存储器的分类

2、掌握两个存储层次

3、了解存储芯片的基本结构

4、了解字节序问题

5、掌握两种半导体存储芯片的地址译码方式

6、了解六管静态随机存储器的工作原理

7、了解三管和单管动态随机存储器的工作原理

8、重点掌握关于刷新的计算

9、重点掌握存储器的扩展及与CPU的联系,会画结构框图,并能说清每组芯片的地址范围

10、掌握关于cache的各种计算,例如命中率、效率

11、重点掌握cache的三种映射方法,会分析指令地址各部分分段及含义,会计算映射到哪个主存块

12、掌握低位交叉和高位交叉编址的各自特点

13、重点掌握CRC编码的编码与校对方法

14、重点掌握海明码的编码与校对方法

 

第四章大纲

一、本章有五节,对应教材的第5章,从第156页到第212页,以及4.4中除4.4.6之外的其他部分,以及8.4节,需要大家课前预习。

第1节: 输入输出系统概述,对应教材5.1、5.3、5.4节

第2节:程序中断方式(一),对应教材5.5.1、5.5.2、5.5.3、8.4.1、8.4.2、8.4.3

第3节:程序中断方式(二),对应教材5.5.4、5.5.5、8.4.4、8.4.5、8.4.6

第4节:DMA工作方式,对应教材5.6

第5节:典型外设,对应教材5.2、4.4(4.4.6除外)

二、在本章学习中,大家应重点掌握以下要点:

1、了解主机和外设通信的5种方式

2、了解统一编址和独立编址的区别

3、了解程序查询方式的工作原理

4、掌握关于中断的所有内容,重点掌握多重中断和中断屏蔽技术,以及中断服务流程(含中断服务程序的软件流程)

5、掌握DMA服务3个阶段的工作内容及特点

 

第五章大纲

一、本章有六节,对应教材的第6章,从第220页到第289页,需要大家课前预习。

第1节: 机器数表示方法,对应教材6.1节

第2节: 定点数与浮点数,对应教材6.2节

第3节: 定点数移位和加减法运算,对应教材6.3.1和6.3.2

第4节:定点数乘除法运算,对应教材6.3.3和6.3.4

第5节: 浮点数运算,对应教材6.4

第6节: 加法器和算术逻辑单元,对应教材6.5(超前进位加法器以课件为主,教材内容为辅)

二、在本章学习中,大家应重点掌握以下要点:

1、掌握各种机器数和真值之间的转换关系

2、了解定点数和浮点数的表示方法

3、掌握浮点数上溢和下溢的界限,以及规格化浮点数上溢和下溢界限

4、了解算术移位和逻辑移位的概念,会进行相应移位

5、重点掌握通过变形补码方式进行定点数加减法计算,并会进行溢出判断

6、掌握定点数原码一位乘法的原理和流程

7、重点掌握定点数补码一位乘法的Booth法

8、重点掌握浮点数加减法流程

9、了解浮点数乘除法的计算流程

10、了解超前进位加法器的工作原理

 

第六章大纲

一、本章有3节,对应教材的第7章,从第300页到第335页,需要大家课前预习。

第1节:指令系统概述,对应教材7.1、7.4.3和7.5节

第2节: 操作类型,对应教材7.2

第3节: 寻址方式,对应教材7.3

二、在本章学习中,大家应重点掌握以下要点:

1、了解不同地址数目指令的特点

2、重点掌握指令字扩展技术

3、掌握程序状态字PC的工作原理

4、掌握RISC与CISC系统结构的各自特点

5、了解边界对齐的概念

6、了解典型的指令操作类型

7、了解指令寻址的两种方式

8、重点掌握数据寻址的十种方式

 

第七章大纲

一、本章有3节,对应教材的第8章和第9章,从第337页到第393页,需要大家课前预习。

第1节: 控制器概述,对应教材8.1、8.2.1、9.2.1、9.2.3

第2节: 指令周期的操作命令分析,对应教材8.2.2、9.1、9.2.2、9.2.4

第3节: 流水线技术,对应教材8.3

二、在本章学习中,大家应重点掌握以下要点:

1、了解指令周期的组成与长度

2、掌握由指令周期、机器周期、时钟周期组成的3级时序系统

3、掌握时钟周期的产生方法

4、掌握指令周期的数据流

5、掌握指令周期的控制信号(操作命令)

6、重点掌握控制器工作内容的实质

7、掌握指令周期内各个工作周期的控制信号

8、了解控制方式的分类

9、了解流水线的工作原理

10、掌握流水线的相关问题及解决办法

11、重点掌握流水线各个性能指标的计算

12、掌握时空图的分析方法及时空图绘制方法

 

第八章大纲

一、本章有2节,对应教材的第10章,从第395页到第420页,需要大家课前预习。

第1节: 组合逻辑控制器设计,对应教材10.1节

第2节: 微程序控制器设计,对应教材10.2节

二、在本章学习中,大家应重点掌握以下要点:

1、了解安排微操作时序的原则

2、掌握组合逻辑电路设计的流程

3、掌握微程序控制器的工作原理

4、掌握微指令的编码方式

5、掌握微指令后续地址形成方式

6、了解微指令格式


参考资料

本课程推荐教材如下:

《计算机组成原理》(第2版) 唐朔飞. 高等教育出版社. 2008。


本课程参考教材如下:

《计算机组成与设计 软硬件接口》(原书第四版)David A. Patterson & John L. Hennessy著,康继昌,樊晓桠,安建峰等译. 机械工业出版社. 2011

《计算机组织与体系结构》(第7版)William Stallings著,张昆藏等译. 清华大学出版社. 2006

《计算机组成结构化方法》(第5版) Andrew S. Tanenbaum著, 刘卫东,宋佳兴,徐恪译. 人民邮电出版社. 2006

《计算机组成与系统结构》 袁春风编著. 清华大学出版社. 2010

《计算机组成原理》(第3版)蒋本珊编著. 清华大学出版社. 2013

《计算机组成与结构》(第5版)王爱英主编. 清华大学出版社. 2013


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