spContent=计算机组成与系统结构是计算机系统能力培养核心课程,是湖南省线上线下混合式一流课程。面向工程教育认证要求,结合工程实际,重点讲授计算机系统主要功能部件的工作原理和设计方法。采用实训项目和理论课程完美契合的全新教学模式,通过对算逻运算器、存储器、控制器和CPU的设计训练,全面提升计算机系统设计能力!
计算机组成与系统结构是计算机系统能力培养核心课程,是湖南省线上线下混合式一流课程。面向工程教育认证要求,结合工程实际,重点讲授计算机系统主要功能部件的工作原理和设计方法。采用实训项目和理论课程完美契合的全新教学模式,通过对算逻运算器、存储器、控制器和CPU的设计训练,全面提升计算机系统设计能力!
—— 课程团队
课程概述
相信你对计算机并不陌生,而且能熟练地利用它进行学习与交流。
那你知道计算机是如何工作的吗?比如:你编写的helloworld.c源程序是如何自动运行,最终在屏幕上显示出“Hello, world!”字样的?
想自己设计一台计算机吗?
这门课将带领你从外部来研究计算机系统,站在使用者的角度来看物理计算机的抽象,了解计算机的属性。
通过课程学习,你将建立计算机系统的完整概念,掌握其组成原理,了解其发展趋势,具备其设计能力。
还犹豫什么,快点加入到课程中来吧!
授课目标
1. 理解计算机硬件的基本概念、基本原理和工作过程,掌握计算机组成和部件之间信息传送等知识。
2. 能够运用数学、计算机工程知识和设计方法,构造合适的硬件设计方案。具备使用硬件描述语言,设计计算机硬件部件的能力。
3. 能根据计算机硬件研究对象,设计实验方案,进行仿真模拟。具备选用实验设备,获取实验数据,分析并判断硬件设计正确性的素质。
4. 熟悉我国计算机系统发展的基本情况和战略价值,学会分析与设计复杂计算机系统,具有评价计算机系统性能的能力,能提出改进系统性能的措施。具备从国家社会生产生活、可持续发展和环境等方面,对复杂计算机系统中相关工程问题方案合理性进行分析的能力。
课程大纲
计算机系统的组成
1.1计算机的基本概念
1.2冯_诺依曼结构计算机
1.3计算机的性能指标
1.4计算机系统的体系结构
1.5计算机的发展
1.6MIPS架构计算机
运算方法和运算器
2.1数据的表示方法-计算第
2.2补码移码
2.3浮点数的表示
2.4非数值数据的表示
2.5定点数的加减运算
2.6二进制加减法器设计
2.7定点乘法运算
2.8逻辑运算
2.9浮点加法减法运算
2.10浮点乘法除法运算
2.11浮点运算流水线
2.12MIPS中的运算指令
存储系统
3.1存储系统概述
3.2存储器的体系结构
3.3主存储器的内部结构
3.4静态存储器SRAM
3.5动态存储器DRAM
3.6只读存储器
3.7半导体存储器扩展
3.8存储器扩展举例
3.9高速存储器
3.10相联存储器
3.11高速缓冲存储器
3.12Cache主存地址映射和变换
3.13组相联映射
3.14Cache主存地址映射实例
3.15Cache替换策略
3.16Cache替换算法举例
3.17Cache 与主存的一致性
指令系统
4.1指令系统概述
4.2指令格式
4.3寻址方式-
4.4偏移寻址
4.5指令的分类
4.6MIPS32指令简介
4.7常用MIPS汇编指令
4.8算术运算和逻辑运算指令
4.9移位和程序控制类指令
4.10ALU设计
4.11MIPS指令与C语言程序的关系
中央处理器
5.1处理器概述
5.2指令执行流程
5.3单周期CPU及其设计
5.4执行指令所需的硬件电路-
5.5寄存器堆设计
5.6单周期CPU的总体电路
5.7单周期计算机的设计
5.8单周期控制器的设计
5.9单周期计算机的性能
5.10多周期CPU及其设计
5.11指令周期的分配
5.12多周期CPU总体电路
5.13多周期CPU的控制部件设计
总线技术
6.1总线概述
6.2系统总线结构
6.3总线仲裁
6.4总线的通信方式
6.5总线的信息传送
6.6总线标准简介
输入输出系统
7.1概述
7.2 I/O接口
7.3直接程序控制
7.4程序中断控制
7.5中断判优
7.6中断响应
7.7中断方式接口
7.8多级中断技术
7.9MIPS机中的中断机制
7.10DMA技术
7.11DMA控制器的基本结构
7.12DMA的工作过程
7.13DMA 控制器的类型
7.14通道
7.15通道的类型
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预备知识
证书要求
为积极响应国家低碳环保政策, 2021年秋季学期开始,中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书,仅提供电子版的认证证书服务,证书申请方式和流程不变。
电子版认证证书支持查询验证,可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询,或者访问 https://www.icourse163.org/verify,通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。
完成课程教学内容学习和考核,成绩达到课程考核标准的学生(每门课程的考核标准不同,详见课程内的评分标准),具备申请认证证书资格,可在证书申请开放期间(以申请页面显示的时间为准),完成在线付费申请。
认证证书申请注意事项:
1. 根据国家相关法律法规要求,认证证书申请时要求进行实名认证,请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。
2. 完成实名认证并支付后,系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。
参考资料
1. 康磊主编,计算机组成原理——基于MIPS结构,西安电子科技大学出版社,2019年4月。
2. 白中英主编,计算机组成原理(第5版),科学出版社,2013年3月。
3.成洁主编,计算机系统应用教程,电子工业出版社,2021年。
4. 王毅主编,计算机硬件实践教程,湘潭大学出版社,2015年3月。
5. 陈书开、王毅等主编,计算机组成与系统结构,华中科技大学出版社,2010年9月。
6. 李亚民著,计算机原理与设计,清华大学出版社,2011年6月。