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ADDINCNKISM.UserStyle《计算机组成原理》课程教学大纲

（理论课程·2023版）

一、课程基本信息

课程号

0923D06022

开课单位

数学与信息科学学院

课程名称

（中文）计算机组成原理

（英文）PrinciplesofComputerOrganization

课程性质

必修

考核类型

考试

课程学分

3

课程学时

51

课程类别

学科基础课程（学科拓展课）

先修课程

程序设计基础

适用专业（类）

数据科学与大数据技术

二、课程描述及目标

（一）课程简介

“计算机组成原理”是信息与计算科学专业一门重要的专业核心发展课，主要涉及有关计算机硬件系统的基本概念、基本原理、设计原则和实现技术。主要内容包括：计算机系统概论、总线系统、存储系统、外围设备、输入/输出系统、信息的表示、运算方法和运算器、指令系统、CPU的功能与结构、控制器的功能与设计等。

通过本课程的学习，使学生掌握计算机单处理机系统中硬件组成与结构的基础知识，尤其是将各基本组成部件有机连接构成整机系统的方法，建立计算机系统的整体概念；培养对计算机硬件系统的分析、设计、开发、使用和维护方面的能力；为今后学习数据科学与大数据技术学科的后续专业课程奠定良好基础。

（二）教学目标

通过本课程的学习，使学生掌握计算机单处理机系统中硬件组成与结构的基础知识，尤其是将各基本组成部件有机连接构成整机系统的方法。

课程目标1：建立计算机系统的整体概念；

课程目标2：培养对计算机硬件系统的分析、设计、开发、使用和维护方面的能力；

课程目标3：培养学生的终身学习能力、创新意识和创新能力以及职业和专业素养。

三、课程目标对毕业要求的支撑关系

毕业要求指标点

课程目标

权重

1-2：计算机软件开发基础知识

掌握计算机科学与软件开发的基本理论和基础专业知识，具备常用软件及数据分析软件使用的相关知识，掌握常用软件开发语言，具备大数据环境下数据分析算法与软件系统的设计、开发与分析等相关知识。

课程目标1

0.8

2-4：具有运用现代信息技术进行文献检索、分析、整理归纳的能力，熟悉预研报告、可行性分析报告、研究方案设计、实验报告及论文撰写规范，能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用适当的技术、资源、现代工具和信息技术工具；

课程目标2

0.1

3-4：优秀的专业素养

具有科学情怀，具备数学思维和数据思维素养，能胜任数据建模、数据分析与挖掘算法等问题的研究和大数据系统的开发工作，即可在科研机构或高校继续深造，从事数据科学相关的科研工作，也可在经济、管理、生物、交通、医疗等领域或业界从事大数据的采集、管理、分析与处理方面的工作。

课程目标3

0.1

四、教学方式与方法

教学方式：课堂讲授、课堂讨论、实验验证等。

教学方法：充分发挥多媒体教学法的优势，通过图表展示、动画演示等直观地演示硬件工作过程及相关设计过程与实现方法；选择一到两个授课内容，尝试进行启发式教学和案例式教学；结合实验课教学内容，将理论知识通过实践操作加以印证，深化对知识的理解程度。

五、教学重点与难点

（一）教学重点

存储器、运算器、控制器的硬件组成及其基本工作原理，输入/输出系统的控制方式。

（二）教学难点

存储器与CPU连接、运算器的设计方法、指令系统设计、微程序控制器的组成和设计。

六、教学内容、基本要求与学时分配

序号

教学内容

基本要求

学时

教学

方式

对应课程目标

1

第1章计算机系统概论

学习计算机系统的基本知识，要求学生了解计算机的分类与应用，掌握计算机的硬件组成，了解软件与硬件的关系以及计算机系统的层次结构。

6

讲授

课程目标1

课程目标2

2

第2章运算方法和运算器

学习计算机中的信息表示方法，要求学生掌握定点数、浮点数的机器码编码方法，了解文字信息的表示方法，了解语音、图像、图形的数字化表示方法。学习计算机中运算方法和运算器知识。

8

讲授

课程目标1

课程目标2

3

第3章多层次的存储器

学习计算机存储系统的基本知识，要求学生了解存储器的分类，掌握计算机中存储层次的组织结构，了解半导体存储器的工作原理，掌握存储器与CPU的连接方式，了解Cache的工作原理，了解虚拟存储器管理的原理。

8

讲授

课程目标1

课程目标3

4

第4章指令系统

学习计算机中指令系统的基本知识，要求学生掌握对指令系统的一般要求，掌握指令格式设计方法，掌握寻址方式，了解典型指令等内容。

6

讲授

课程目标2

课程目标3

5

第5章中央处理器

学习计算机中CPU的相关知识，要求学生掌握CPU的功能，掌握CPU的基本组成，掌握CPU中主要寄存器的功能，了解控制器的基本原理，了解指令流水线技术。

6

讲授

课程目标2

课程目标3

6

第6章总线系统

学习总线的概念和结构，总线接口，