《计算机组成与结构》课程教学大纲一、课程信息课程名称：计算机组成与结构Computer Organization and Architecture课程代码：06E4116B课程类别：专业核心课适用专业：计算机科学与技术专业课程学时：48学时课程学分：3学分修读学期：第四学期先修课程：数字电子技术、电路与电子技术二、课程目标《计算机组成与结构》是计算机类专业的一门专业核心课，起着联系硬件设计类课程与软件设计类课程的纽带作用，在培养学生计算机硬软件设计能力、硬件测试和工程实践能力等方面占有极其重要的地位。通过本课程的教学，使学生获得计算机组成与结构方面的基本知识，培养应用计算机体系结构和硬件算法编译的设计能力。本课程围绕计算机的基本组成部件，系统的讲述存储器、控制器、运算器、输入设备和输出设备的工作原理和工作过程，帮助学生建立计算机的整机概念，同时通过课堂讲授与实验教学环节相结合的方式，使学生系统地掌握各部件的结构和工作原理；培养学生初步具备设计简单计算机系统的能力；使学生具备自行设计、调试、分析问题和解决问题的能力，并对一些新技术、新产品以及计算机硬件的发展方向有一定的了解，从而为进一步学习计算机本专业后继课程和进行与硬件有关的技术工作打下基础。（一）具体目标通过本课程的学习，使学生达到以下目标：1.掌握计算机组成原理的基础知识，包括计算机系统的基本组成、各部件的功能与相互关系以及发展历程和应用，初步掌握总线互连方式，存储器的基本
《计算机组成与结构》课程教学大纲 一、课程信息 课程名称：计算机组成与结构 Computer Organization and Architecture 课程代码：06E4116B 课程类别：专业核心课 适用专业：计算机科学与技术专业 课程学时：48学时 课程学分：3学分 修读学期：第四学期 先修课程：数字电子技术、电路与电子技术 二、课程目标 《计算机组成与结构》是计算机类专业的一门专业核心课，起着联系硬件设 计类课程与软件设计类课程的纽带作用，在培养学生计算机硬软件设计能力、硬 件测试和工程实践能力等方面占有极其重要的地位。通过本课程的教学，使学生 获得计算机组成与结构方面的基本知识，培养应用计算机体系结构和硬件算法编 译的设计能力。 本课程围绕计算机的基本组成部件，系统的讲述存储器、控制器、运算器、 输入设备和输出设备的工作原理和工作过程，帮助学生建立计算机的整机概念， 同时通过课堂讲授与实验教学环节相结合的方式，使学生系统地掌握各部件的结 构和工作原理；培养学生初步具备设计简单计算机系统的能力；使学生具备自行 设计、调试、分析问题和解决问题的能力，并对一些新技术、新产品以及计算机 硬件的发展方向有一定的了解，从而为进一步学习计算机本专业后继课程和进行 与硬件有关的技术工作打下基础。 （一）具体目标 通过本课程的学习，使学生达到以下目标： 1. 掌握计算机组成原理的基础知识，包括计算机系统的基本组成、各部件 的功能与相互关系以及发展历程和应用，初步掌握总线互连方式，存储器的基本
概念及输入输出系统的数据传送方式。通过系统的理论学习，建立起学生对计算机硬件系统的整体认知。【支撑毕业要求指标点1.2】2.掌握存储器的层次结构、分类、工作原理，性能优化方法，以及从主存到缓存的设计原理，能够进行存储器的设计，培养分析问题解决问题的能力。【支撑毕业要求指标点1.2、2.4】3.掌握CPU的结构和功能，计算机控制器原理及控制方式；计算机定点和浮点计算方法，理解其在CPU中的实现方式。同时，理解指令系统的设计原理，培养学生初步具备指令设计的能力。【支撑毕业要求指标点1.2、2.1】4.掌握运用CPU、存储器、通信总线以及输入输出系统的工作原理及特性对计算机系统建模，培养学生的综合应用能力和创新思维。【支撑毕业要求指标点1.2、4.1、4.41（二）课程目标与毕业要求的对应关系表1课程目标与毕业要求指标点的对应关系课程目标支撑的毕业要求支撑的毕业要求指标点【1.2】掌握电子信息类工程的基础知识，具备逻辑思维能力和实1.工程知识课程目标1证思维能力，具备应用于计算系统问题的知识表示及建模能力。【1.2】掌握电子信息类工程的基础知识，具备逻辑思维能力和实证思维能力，具备应用于计算系统问题的知识表示及建模能力。1.工程知识课程目标22.同题分析【2.4】能够理解和应用计算机科学及专门应用领域的技术文献，针对复杂计算机工程问题中的硬件系统进行分析和分解，获得有效的结论。【1.2】掌握电子信息类工程的基础知识，具备逻辑思维能力和实证思维能力，具备应用于计算系统问题的知识表示及建模能力。1.工程知识课程目标32.问题分析【2.1】能够应用计算机科学的基本原理，分析和识别计算机复杂工程问题的关键点。【1.2】掌握电子信息类工程的基础知识，具备逻辑思维能力和实证思维能力，具备应用于计算系统问题的知识表示及建模能力。1.工程知识【4.1】能够基于计算机科学技术及相关学科的科学原理，通过文课程目标42.问题分析献研究或相关方法，调研和分析复杂计算机工程问题的解决方案。4.科学研究【4.4】能对计算机实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论
概念及输入输出系统的数据传送方式。通过系统的理论学习，建立起学生对计算 机硬件系统的整体认知。【支撑毕业要求指标点 1.2】 2. 掌握存储器的层次结构、分类、工作原理，性能优化方法，以及从主存 到缓存的设计原理，能够进行存储器的设计，培养分析问题解决问题的能力。【支 撑毕业要求指标点 1.2、2.4】 3. 掌握 CPU 的结构和功能，计算机控制器原理及控制方式；计算机定点和 浮点计算方法，理解其在 CPU 中的实现方式。同时，理解指令系统的设计原理， 培养学生初步具备指令设计的能力。【支撑毕业要求指标点 1.2、2.1】 4. 掌握运用 CPU、存储器、通信总线以及输入输出系统的工作原理及特性 对计算机系统建模，培养学生的综合应用能力和创新思维。【支撑毕业要求指标 点 1.2、4.1、4.4】 （二）课程目标与毕业要求的对应关系 表1 课程目标与毕业要求指标点的对应关系 课程目标 支撑的毕业要求 支撑的毕业要求指标点 课程目标 1 1.工程知识 【1.2】掌握电子信息类工程的基础知识，具备逻辑思维能力和实 证思维能力，具备应用于计算系统问题的知识表示及建模能力。 课程目标 2 1.工程知识 2.问题分析 【1.2】掌握电子信息类工程的基础知识，具备逻辑思维能力和实 证思维能力，具备应用于计算系统问题的知识表示及建模能力。 【2.4】能够理解和应用计算机科学及专门应用领域的技术文献， 针对复杂计算机工程问题中的硬件系统进行分析和分解，获得有效 的结论。 课程目标 3 1.工程知识 2.问题分析 【1.2】掌握电子信息类工程的基础知识，具备逻辑思维能力和实 证思维能力，具备应用于计算系统问题的知识表示及建模能力。 【2.1】能够应用计算机科学的基本原理，分析和识别计算机复杂 工程问题的关键点。 课程目标 4 1.工程知识 2.问题分析 4.科学研究 【1.2】掌握电子信息类工程的基础知识，具备逻辑思维能力和实 证思维能力，具备应用于计算系统问题的知识表示及建模能力。 【4.1】能够基于计算机科学技术及相关学科的科学原理，通过文 献研究或相关方法，调研和分析复杂计算机工程问题的解决方案。 【4.4】能对计算机实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得 到合理有效的结论
三、课程内容（一）课程内容与课程目标的关系表2课程内容与课程目标的关系教学方法学时安排课程内容支撑的课程目标第一章计算机系统概论4讲投法、启发式教学课程目标1，22第二章计算机应用与发展案例式教学、任务驱动法课程目标14第三章系统总线讲投法、启发式教学课程目标1，2，4讲投法、启发式教学、案例式教第四章10存储器课程目标1，2，4学第五章6输入输出系统讲投法、启发式教学课程目标1，4第六章计算机的运算方法讲授法、启发式教学课程目标1，38第七章8指令系统讲授法、启发式教学课程目标1，36第八章CPU结构和功能讲投法、启发式教学课程目标1，3，4合计48学时（二）具体内容第一章计算机系统概论（4学时）【教学目标与要求】1、教学目标：本章是学习计算机工作原理的基础。目的是让学生对计算机的组成有一个全面的概括的了解。2、教学要求：了解硬件和软件的概念、计算机组成和计算机体系结构的不同。熟练掌握计算机系统的层次结构；准确画出计算机的硬件框图，并能解释其工作的过程；能深刻理解硬件的主要技术指标，并用这些技术指标描述常见硬件的性能。【教学重点与难点】1、教学重点：计算机的基本硬件组成、计算机的工作过程、硬件的主要技术指标。2、教学难点：计算机的工作过程。【学习内容】1.1计算机系统概论
三、课程内容 （一）课程内容与课程目标的关系 表2 课程内容与课程目标的关系 课程内容 教学方法 支撑的课程目标 学时安排 第一章 计算机系统概论 讲授法、启发式教学 课程目标 1，2 4 第二章 计算机应用与发展 案例式教学、任务驱动法 课程目标 1 2 第三章 系统总线 讲授法、启发式教学 课程目标 1，2，4 4 第四章 存储器 讲授法、启发式教学、案例式教 学 课程目标 1，2，4 10 第五章 输入输出系统 讲授法、启发式教学 课程目标 1，4 6 第六章 计算机的运算方法 讲授法、启发式教学 课程目标 1，3 8 第七章 指令系统 讲授法、启发式教学 课程目标 1，3 8 第八章 CPU 结构和功能 讲授法、启发式教学 课程目标 1，3，4 6 合计 48 学时 （二）具体内容 第一章 计算机系统概论(4 学时) 【教学目标与要求】 1、教学目标：本章是学习计算机工作原理的基础。目的是让学生对计算机 的组成有一个全面的概括的了解。 2、教学要求：了解硬件和软件的概念、计算机组成和计算机体系结构的不 同。熟练掌握计算机系统的层次结构；准确画出计算机的硬件框图，并能解释其 工作的过程；能深刻理解硬件的主要技术指标，并用这些技术指标描述常见硬件 的性能。 【教学重点与难点】 1、教学重点：计算机的基本硬件组成、计算机的工作过程、硬件的主要技 术指标。 2、教学难点：计算机的工作过程。 【学习内容】 1.1 计算机系统概论
1.1.1计算机的软硬件概念1.1.2计算机系统的层次结构1.1.3计算机组成和计算机体系结构1.2计算机的基本组成1.2.1冯·诺依曼计算机的特点1.2.2计算机的硬件框图1.2.3计算机的工作步骤1.3计算机硬件的主要技术指标1.3.1机器字长1.3.2存储容量1.3.3运算速度【思政元素融入点】1、当硬件结构经历革新或升级时，对软件带来的反应：不同类型的软件，如操作系统、数据库管理系统、图形处理软件等，它们各自对硬件资源的需求差万别，有的追求高速的计算能力，有的则侧重于大容量的存储或高效的图形染能力。以近年来智能手机硬件的飞速发展为例：从单核处理器到多核处理器的转变，不仅极大地提升了手机的处理速度，也促使了操作系统和应用软件的相应优化。操作系统需要更好地管理多核资源，确保任务的高效调度；而应用软件，如游戏和视频编辑工具，则充分利用了多核带来的性能提升，为用户带来更加流畅和丰富的体验。这一过程中，软硬件之间相互依存，共同进化，确保了技术进步的连续性和稳定性。通过实例来强调计算机软、硬件之间的紧密依存关系和软、硬件在技术进步中的协同发展过程。帮助学生理解计算机系统的复杂性和整体性，培养系统思维能力。同时，帮助学生认识到事物之间的内在联系和相互促进的重要性。2、从计算机系统结构角度去分析计算机的各大组成部分，说明计算机不仅仅是一堆硬件的堆砌，而是一个高度协同、精密运作的整体。在这个复杂的系统中，各个组成部分各司其职，每个部分都是不可或缺的个体。同样地，在团队或国家中，每个人也都是独特的存在，强调社会的发展需要每个人齐心协力、同心同德
1.1.1 计算机的软硬件概念 1.1.2 计算机系统的层次结构 1.1.3 计算机组成和计算机体系结构 1.2 计算机的基本组成 1.2.1 冯·诺依曼计算机的特点 1.2.2 计算机的硬件框图 1.2.3 计算机的工作步骤 1.3 计算机硬件的主要技术指标 1.3.1 机器字长 1.3.2 存储容量 1.3.3 运算速度 【思政元素融入点】 1、当硬件结构经历革新或升级时，对软件带来的反应：不同类型的软件， 如操作系统、数据库管理系统、图形处理软件等，它们各自对硬件资源的需求千 差万别，有的追求高速的计算能力，有的则侧重于大容量的存储或高效的图形渲 染能力。以近年来智能手机硬件的飞速发展为例：从单核处理器到多核处理器的 转变，不仅极大地提升了手机的处理速度，也促使了操作系统和应用软件的相应 优化。操作系统需要更好地管理多核资源，确保任务的高效调度；而应用软件， 如游戏和视频编辑工具，则充分利用了多核带来的性能提升，为用户带来更加流 畅和丰富的体验。这一过程中，软硬件之间相互依存，共同进化，确保了技术进 步的连续性和稳定性。通过实例来强调计算机软、硬件之间的紧密依存关系和软 、硬件在技术进步中的协同发展过程。帮助学生理解计算机系统的复杂性和整体 性，培养系统思维能力。同时，帮助学生认识到事物之间的内在联系和相互促进 的重要性。 2、从计算机系统结构角度去分析计算机的各大组成部分，说明计算机不仅 仅是一堆硬件的堆砌，而是一个高度协同、精密运作的整体。在这个复杂的系统 中，各个组成部分各司其职，每个部分都是不可或缺的个体。同样地，在团队或 国家中，每个人也都是独特的存在，强调社会的发展需要每个人齐心协力、同心 同德
第二章计算机的发展及应用（2学时）【教学目标与要求】1、教学目标：本章的目的在于培养学生学习计算机组成原理的兴趣。要求学生能独立举出各应用领域的例子。2、教学要求：了解计算机在科学计算机和数据处理方面的应用、在工业控制方面的应用、在网络方面的应用、在办公自动化方面的应用。CAD/CAM/CIMS、人工智能方面的应用。【教学重点与难点】1、教学重点：计算机的应用。2、教学难点：无。【学习内容】2.1计算机的发展史2.1.1计算机的产生和发展2.1.2微型计算机的出现和发展2.1.3软件技术的兴起和发展2.2计算机的应用2.2.1科学计算和数据处理2.2.2工业控制和实时控制2.2.3网络技术的应用2.2.4虚拟现实2.2.5办公自动化和管理信息系统2.2.6 CAD/CAM/CIMS2.2.7多媒体技术2.2.8人工智能2.3计算机的展望【思政元素融入点】1、讲述计算机发展史上的创新故事，如计算机从机械式到电子式、从晶体管到集成电路的演变过程，鼓励学生关注科技前沿，培养创新意识和创新能力
第二章 计算机的发展及应用(2 学时) 【教学目标与要求】 1、教学目标：本章的目的在于培养学生学习计算机组成原理的兴趣。要求 学生能独立举出各应用领域的例子。 2、教学要求：了解计算机在科学计算机和数据处理方面的应用、在工业控 制方面的应用、在网络方面的应用、在办公自动化方面的应用。CAD/CAM/CIMS、 人工智能方面的应用。 【教学重点与难点】 1、教学重点：计算机的应用。 2、教学难点：无。 【学习内容】 2.1 计算机的发展史 2.1.1 计算机的产生和发展 2.1.2 微型计算机的出现和发展 2.1.3 软件技术的兴起和发展 2.2 计算机的应用 2.2.1 科学计算和数据处理 2.2.2 工业控制和实时控制 2.2.3 网络技术的应用 2.2.4 虚拟现实 2.2.5 办公自动化和管理信息系统 2.2.6 CAD/CAM/CIMS 2.2.7 多媒体技术 2.2.8 人工智能 2.3 计算机的展望 【思政元素融入点】 1、讲述计算机发展史上的创新故事，如计算机从机械式到电子式、从晶体 管到集成电路的演变过程，鼓励学生关注科技前沿，培养创新意识和创新能力