《计算机组成与结构实验》课程教学大纲一、课程信息课程名称：计算机组成与结构实验Experiment ofComputer Organization and Architecture课程代码：06E4117B课程类别：专业必修课适用专业：计算机科学与技术专业课程学时：16学时课程学分：0.5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《计算机组成与结构实验》课程是计算机类专业的一门专业核心必修课，是为配合《计算机组成与结构》课程的教学而开设的独立实验课程。通过实验加深学生对所学知识的理解，掌握其硬件系统中运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备的实现方法。培养学生分析和设计计算机各部件的能力，特别是动手能力，使学生做到理论与实践相结合、硬件与软件相结合，逐步达到能运用理论知识设计一些性能良好的指令系统，提高自行设计、调试、分析问题和解决问题的能力。本实验课要求学生掌握计算机基本部件的基本结构和工作原理；能够独立利用所学的知识并依靠实验平台完成实验；使学生对计算机基本部件的工作原理和工作过程的理解和设计硬件的能力得到进一步提高。（一）具体目标通过本课程的学习，使学生达到以下目标：1.通过实验教学配合理论教学，要求学生较全面的了解计算机系统中硬件系统的组成；掌握计算机硬件系统中各大部件的功能、组成原理及工作原理。【支撑毕业要求指标点1.1、4.2、4.3)2.通过实验教学，要求学生理解完备的计算机的基本组成原理与内部运行
《计算机组成与结构实验》课程教学大纲 一、课程信息 课程名称：计算机组成与结构实验 Experiment of Computer Organization and Architecture 课程代码：06E4117B 课程类别：专业必修课 适用专业：计算机科学与技术专业 课程学时：16学时 课程学分：0.5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 《计算机组成与结构实验》课程是计算机类专业的一门专业核心必修课，是 为配合《计算机组成与结构》课程的教学而开设的独立实验课程。 通过实验加深学生对所学知识的理解，掌握其硬件系统中运算器、控制器、 存储器、输入设备和输出设备的实现方法。培养学生分析和设计计算机各部件的 能力，特别是动手能力，使学生做到理论与实践相结合、硬件与软件相结合，逐 步达到能运用理论知识设计一些性能良好的指令系统，提高自行设计、调试、分 析问题和解决问题的能力。 本实验课要求学生掌握计算机基本部件的基本结构和工作原理；能够独立利 用所学的知识并依靠实验平台完成实验；使学生对计算机基本部件的工作原理和 工作过程的理解和设计硬件的能力得到进一步提高。 （一）具体目标 通过本课程的学习，使学生达到以下目标： 1. 通过实验教学配合理论教学，要求学生较全面的了解计算机系统中硬件 系统的组成；掌握计算机硬件系统中各大部件的功能、组成原理及工作原理。【支 撑毕业要求指标点 1.1、4.2、4.3】 2. 通过实验教学，要求学生理解完备的计算机的基本组成原理与内部运行
机制、以及计算机系统设计中的基本理论知识；能自行设计出完整的基本模型计算机。【支撑毕业要求指标点1.1、2.4、4.3】3.依托实验平台独立完成系统的部分设计、调试任务。通过实验环节，培养学生思考问题、解决问题的能力以及实践操作能力。能独立写出严谨的、有理论分析的实事求是的文理通顺的实验报告。【支撑毕业要求指标点2.4、4.2、4.3、5.1)（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【1.1】掌握数学、物理等自然科学知识，具备使用工具语言描述计算机工程问题的能力。1.工程知识【4.2】具有根据对象特征，选择研究路线，设计出计算机实验方课程目标 14.科学研究案的能力。【4.3】具有根据计算机实验方案构建实验系统，安全地开展实验，并正确的采集实验数据的能力。【1.1】掌握数学、物理等自然科学知识，具备使用工具语言描述计算机工程问题的能力。1.工程知识【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，课程目标22.问题分析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4.科学研究的结论。【4.3】具有根据计算机实验方案构建实验系统，安全地开展实验，并正确的采集实验数据的能力。【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。【4.2】具有根据对象特征，选择研究路线，设计出计算机实验方2.同题分析案的能力。课程目标34.科学研究【4.3】具有根据计算机实验方案构建实验系统，安全地开展实验，5.现代工具运用并正确的采集实验数据的能力。【5.1】了解现代常用的计算机系统分析、设计、开发、测试和管理工具，能采用计算机模拟常用的原理方法，并理解其局限性。三、课程内容（一）课程内容与课程目标的关系
机制、以及计算机系统设计中的基本理论知识；能自行设计出完整的基本模型计 算机。【支撑毕业要求指标点 1.1、2.4、4.3】 3. 依托实验平台独立完成系统的部分设计、调试任务。通过实验环节，培 养学生思考问题、解决问题的能力以及实践操作能力。能独立写出严谨的、有理 论分析的实事求是的文理通顺的实验报告。【支撑毕业要求指标点 2.4、4.2、 4.3、5.1】 （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 4.科学研究 【1.1】 掌握数学、物理等自然科学知识，具备使用工具语言描述 计算机工程问题的能力。 【4.2】 具有根据对象特征，选择研究路线，设计出计算机实验方 案的能力。 【4.3】 具有根据计算机实验方案构建实验系统，安全地开展实验， 并正确的采集实验数据的能力。 课程目标 2 1.工程知识 2.问题分析 4.科学研究 【1.1】 掌握数学、物理等自然科学知识，具备使用工具语言描述 计算机工程问题的能力。 【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。 【4.3】 具有根据计算机实验方案构建实验系统，安全地开展实验， 并正确的采集实验数据的能力。 课程目标 3 2.问题分析 4.科学研究 5.现代工具运用 【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。 【4.2】具有根据对象特征，选择研究路线，设计出计算机实验方 案的能力。 【4.3】 具有根据计算机实验方案构建实验系统，安全地开展实验， 并正确的采集实验数据的能力。 【5.1】 了解现代常用的计算机系统分析、设计、开发、测试和管 理工具，能采用计算机模拟常用的原理方法，并理解其局限性。 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2实验一运算器实验任务驱动式教学课程目标1，22实验二移位运算实验任务驱动式教学课程目标1，22实验三存储器实验任务驱动式教学课程目标1，22实验四总线控制实验任务驱动式教学课程目标1，22实验五微程序控制器原理实验任务驱动式教学课程目标2，3实验六任务驱动式教学课程目标2，32微程序设计实验4实验七单模型机组成原理实验任务驱动式教学课程目标1，2，3合计16 学时（二）具体内容实验一运算器实验(2学时）【实验类型】验证型【目的与要求】1、实验目的（1）掌握运算器的组成及工作原理：(2）了解74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术操作和逻辑操作的具体实现过程；（3）验证带进位控制的74LS181的功能。2、实验要求记录实验过程中出现的错误、问题及解决方法。完成以上实验内容并写出实验报告，报告应具有以下内容：（1）实验目的。（2）实验内容。（3）实验步骤及运行结果分析。（4）实验过程中出现的问题及解决方法。【内容提要】
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 实验一 运算器实验 任务驱动式教学 课程目标 1，2 2 实验二 移位运算实验 任务驱动式教学 课程目标 1，2 2 实验三 存储器实验 任务驱动式教学 课程目标 1，2 2 实验四 总线控制实验 任务驱动式教学 课程目标 1，2 2 实验五 微程序控制器原理实验 任务驱动式教学 课程目标 2，3 2 实验六 微程序设计实验 任务驱动式教学 课程目标 2，3 2 实验七 简单模型机组成原理实验 任务驱动式教学 课程目标 1，2，3 4 合计 16 学时 （二）具体内容 实验一 运算器实验(2 学时) 【实验类型】 验证型 【目的与要求】 1、实验目的 (1)掌握运算器的组成及工作原理； (2)了解 74LS181 的组合功能，熟悉运算器执行算术操作和逻辑操作的具体 实现过程； (3)验证带进位控制的 74LS181 的功能。 2、实验要求 记录实验过程中出现的错误、问题及解决方法。 完成以上实验内容并写出实验报告，报告应具有以下内容： （1）实验目的。 （2）实验内容。 （3）实验步骤及运行结果分析。 （4）实验过程中出现的问题及解决方法。 【内容提要】
（1）熟悉实验箱移位单元的结构，找出所有的接线端子排，并完成接线。（2）完成两个数的算术逻辑运算；【所需主要仪器设备】组成与结构实验箱。【思政元素融入点】1、严谨的科学态度：强调在实验过程中要严格遵守操作规程和安全规范，确保实验结果的准确性和可靠性。同时，引导学生认真分析和总结实验数据，培养他们的科学精神和严谨态度。2、团队合作：组织学生进行分组实验，要求团队成员之间密切合作，共同完成实验任务。通过团队合作，培养学生的团队协作精神和沟通能力，使他们学会如何在团队中发挥各自的优势，共同解决问题。实验二移位运算实验(2学时）【实验类型】验证型【目的与要求】1、实验目的验证移位控制器的组合功能2、实验要求记录实验过程中出现的错误、问题及解决方法。完成以上实验内容并写出实验报告，报告应具有以下内容：（1）实验目的。（2）实验内容。（3）实验步骤及运行结果分析。（4）实验过程中出现的问题及解决方法。【内容提要】（1）熟悉实验箱移位单元的结构，找出所有的接线端子排，并完成接线。（2）完成循环右移、循环左移、带进位的循环右移和带进位的循环左移的验证。【所需主要仪器设备】
（1）熟悉实验箱移位单元的结构，找出所有的接线端子排，并完成接线。 （2）完成两个数的算术逻辑运算； 【所需主要仪器设备】 组成与结构实验箱。 【思政元素融入点】 1、严谨的科学态度：强调在实验过程中要严格遵守操作规程和安全规范， 确保实验结果的准确性和可靠性。同时，引导学生认真分析和总结实验数据，培 养他们的科学精神和严谨态度。 2、团队合作：组织学生进行分组实验，要求团队成员之间密切合作，共同 完成实验任务。通过团队合作，培养学生的团队协作精神和沟通能力，使他们学 会如何在团队中发挥各自的优势，共同解决问题。 实验二 移位运算实验(2 学时) 【实验类型】 验证型 【目的与要求】 1、实验目的 验证移位控制器的组合功能 2、实验要求 记录实验过程中出现的错误、问题及解决方法。 完成以上实验内容并写出实验报告，报告应具有以下内容： （1）实验目的。 （2）实验内容。 （3）实验步骤及运行结果分析。 （4）实验过程中出现的问题及解决方法。 【内容提要】 （1）熟悉实验箱移位单元的结构，找出所有的接线端子排，并完成接线。 （2）完成循环右移、循环左移、带进位的循环右移和带进位的循环左移的 验证。 【所需主要仪器设备】
组成与结构实验箱。【思政元素融入点】1、培养逻辑思维与问题解决能力：移位运算实验过程要求学生深入理解二进制数的表示和位运算规则，通过实验装置实现移位操作。实验过程中可以培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力，学会将复杂问题分解为简单步骤并逐步解决。2、引导正确价值观：可以通过介绍移位运算在现实生活中的应用实例，如图像处理，让学生认识到所学知识的重要性和价值所在。在计算机图形学中，图像的像素值通常以二进制形式存储。通过移位运算，可以对图像的像素值进行快速变换，实现图像的缩放、旋转、滤镜效果等。以图像处理实例告诚学生避免侵犯他人隐私和肖像权，引导学生关注技术背后的伦理和社会责任问题。实验三存储器实验(2学时）【实验类型】验证型【目的与要求】1、实验目的（1）掌握半导体静态随机存储器RAM的特性和使用方法。(2)掌握地址和数据在计算机总线的传送关系。(3)了解运算器和存储器如何协同工作。2、实验要求记录实验过程中出现的错误、问题及解决方法。完成以上实验内容并写出实验报告，报告应具有以下内容：（1）实验目的。（2）实验内容。（3）实验步骤及运行结果分析。（4）实验过程中出现的问题及解决方法。【内容提要】（1）熟悉实验箱存储单元的结构，找出所有的接线端子排，并完成接线。（2）向存储单元中写入一个数据
组成与结构实验箱。 【思政元素融入点】 1、培养逻辑思维与问题解决能力：移位运算实验过程要求学生深入理解二 进制数的表示和位运算规则，通过实验装置实现移位操作。实验过程中可以培养 学生的逻辑思维能力和问题解决能力，学会将复杂问题分解为简单步骤并逐步解 决。 2、引导正确价值观：可以通过介绍移位运算在现实生活中的应用实例，如 图像处理，让学生认识到所学知识的重要性和价值所在。在计算机图形学中，图 像的像素值通常以二进制形式存储。通过移位运算，可以对图像的像素值进行快 速变换，实现图像的缩放、旋转、滤镜效果等。以图像处理实例告诫学生避免侵 犯他人隐私和肖像权，引导学生关注技术背后的伦理和社会责任问题。 实验三 存储器实验(2 学时) 【实验类型】 验证型 【目的与要求】 1、实验目的 (1)掌握半导体静态随机存储器 RAM 的特性和使用方法。 (2)掌握地址和数据在计算机总线的传送关系。 (3)了解运算器和存储器如何协同工作。 2、实验要求 记录实验过程中出现的错误、问题及解决方法。 完成以上实验内容并写出实验报告，报告应具有以下内容： （1）实验目的。 （2）实验内容。 （3）实验步骤及运行结果分析。 （4）实验过程中出现的问题及解决方法。 【内容提要】 （1）熟悉实验箱存储单元的结构，找出所有的接线端子排，并完成接线。 （2）向存储单元中写入一个数据