《计算机组成与系统结构》教学大纲
一、课程基本信息
1、课程代码：E1209
2、课程名称：计算机组成与系统结构/Computer
Organization and Architecture
3、学时/学分：36学时/2学分
4、先修课程：程序设计基础, 数字电子技术 5、面向对象：电子信息与电气工程学院各专业 6、开课院：电子信息与电气工程学院
7、教材、教学参考书：
计算机组成与系统结构 胡越明 编著
上海交通大学出版社 2002年2月版 计算机组成与系统结构 胡越明 编著
电子工业出版社 2002年 计算机组成与系统结构 李亚民 编著
清华大学出版社 2000年
John L. Hennessy and David A. Patterson, \"Computer organization and design, the hardware/software interface\
John L. Hennessy and David A. Patterson, “Computer architecture: a quantitative approach”, Morgan Kaufmann, third Edition, 2002
二、本课程的性质和任务
本课程是电子信息与电气工程学院各专业的技术基础课程，其任务是为培养满足电类各专业技术人才，对计算机及其应用知识的迫切需求而设置的。在修完基本电路理论、电子技术等课程后，通过本课程的学习，使学生了解计算机科技的发展历史、现状及趋势，掌握计算机的组成和工作原理等基础知识，并对目前计算机硬件技术有一个较完整的认识：为学习后继课程，从事工程技术工作、科学研究及开拓新技术领域，打下坚实的基础。
三、本课程教学内容和基本要求
第一章 （3） 一 常见数字电路
简略小结本课程中用到的常见数字电路。 二 数字计算机的基本组成
了解冯诺依曼型计算机的五大基本组成部分。
了解计算机各部件的主要功能和相关概念：
算逻单元(ALU)、存储器、字节、字、地址、指令、程序、CPU、主机、总线。
三 计算机软件和计算机语言
了解软件的概念、分类、与硬件的关系。
了解计算机语言的类型和概念：
虚拟机、透明、操作系统、兼容、机器语言、汇编语言、高级语言、 应用语言、编译程序、汇编程序。 四 计算机组成与计算机系统结构
了解组成与计算机系统结构的概念；
了解计算机系统性能评价的概念。
有关概念：计算机实现、计算机组成、计算机系统结构、内特性、外特性、响应时间、吞吐率、峰值性能、持续性能、MIPS、MFLOPS。
第二章（6）
一 定点数的编码和存储
掌握二进制数编码的方法；
掌握有符号数的原码和补码编码方法及其数据表示范围；
了解数据的大数端和小数端表示方式；
了解数据对齐存储的概念；
掌握补码数据的加减法运算和溢出判断方法。
有关概念：溢出、符号扩展、二十进制数、字地址、字节地址。 二 浮点数的编码
掌握浮点数的编码方法，掌握浮点数的运算步骤； 了解浮点数有关的概念。
有关概念：尾数、阶码、基数、机器零、规格化数、上溢、下溢。 三、逻辑运算
掌握对数据字进行逻辑运算的概念和方法（包括逻辑与、逻辑或、逻辑非和各种 移位运算）。 四、检错码和纠错码
掌握奇偶校验码的编码方法； 了解海明码和循环码的编码原理。
第三章（6） 一 存储器芯片
了解静态存储器和动态存储器的存储原理和特征；
了解各种只读存储器的概念和特征； 了解相联存储器的概念。
有关概念：RAM ROM SRAM DRAM EDO DRAM PROM EPROM EEPROM SDRAM RDRAM 快闪存储器 相联存储器。 二 存储器的构成
掌握存储器位扩展和字扩展的构成方法。 三 高速缓冲存储器（cache）
掌握cache的功能、原理和基本概念；
掌握cache中的各种地址映像方式，掌握各种替换策略和更新策略；
掌握cache地址结构的分析方法。
有关概念：命中、失效、命中率、失效率、命中时间、失效时间、区号、
组号、块号、块内地址、访存局部性规律、层次化存储系统的构成。 四 虚拟存储器
掌握虚拟存储器的功能、原理和基本概念； 了解三种虚拟存储器的特征； 掌握地址转换的原理和方法。 第四章（8）
一、 指令与指令系统
掌握指令格式的概念、分类和特征；
掌握操作码的编码方法；
熟悉常见指令的助记符，掌握MIPS指令的含义； 了解常见指令的分类。
有关概念：累加器、立即数、寻址方式、相对转移、绝对转移、条件转 移、无条件转移。 二、 指令的执行过程
了解CPU的结构，了解运算指令、访存指令和转移指令的执行过程。 三、 控制器
了解三种指令控制器的设计原理和特征；
掌握中断和异常的概念、中断的过程及其分类、作用。
有关概念：硬连线逻辑、微程序、微指令、微地址、控制存储器、多级
中断、多重中断、中断屏蔽、中断向量、软件中断、微操作。
第五章（6） 一、 指令流水
了解指令流水的基本概念，了解相关性的概念；
掌握指令流水线时空图的绘制方法，掌握指令流水线的基本分析方法； 有关概念：吞吐率、加速比、数据相关、控制相关、资源相关、结构相
关、写后读(RAW)相关、读后写(WAR) 相关、写后写(WAW) 相关、 关、反相关、输出相关、名字相关、险象、条件指令、前向专用通路。 二、 指令调度
了解指令调度的基本概念和分类。
有关概念：静态指令调度、动态指令调度、循环展开、有序指令启动、
无序指令启动、Tomasulo法 三、 分支预测
了解分支预测的有关概念、分类和原理。
有关概念：静态预测、动态预测、一位预测、两位预测、一级预测、两
级预测。
四、 多重指令启动
了解多重指令启动的基本概念和分类。
有关概念：超流水技术、超标量技术、退耦结构、超长指令字。
第六章（4） 一、 总线
了解总线的各种传输方式、同步方式、裁决方式及其特点；
了解系统总线的操作过程；
了解总线接口的概念和功能；
掌握总线波特率、比特率、传输带宽的计算方法。
有关概念：握手信号、链式查询、计数器定时查询、请求、猝发方
式、全互锁、四边沿协议、半同步方式。 二、 输入输出控制
了解外围设备的两种寻址方法；
掌握两种程序控制输入输出方法的原理和特点； 了解DMA控制方式的原理和特点。 第七章
一、单处理机系统的构成
了解桌上型计算机的特点，了解音频和视频数据的编码和运算。 了解网络服务器的结构特点，了解磁盘阵列的分类特征。 了解嵌入式计算机的特点和应用。 了解数字信号处理器的特点和应用。 了解网络处理器的特点和应用。 二、并行计算机系统结构
了解并行计算机系统的分类。 了解向量计算机的特点。
了解阵列计算机的结构和特点。
了解多处理机系统的分类、结构和特点。 三、网络并行计算机系统
了解集群计算机系统的概念和功能特征。
四、对学生能力培养的要求
要求学生不满足于书本内容，能利用学到的方法和技术分析解决实际问题。要求学生深刻理解‘鱼’和‘渔’的区别，了解并学会前人的思想方法。学生需在课外阅读教师指定的一定数量的阅读资料，其中包括英文资料。
五、其它说明
本课程是一门介绍计算机硬件基础知识为主的课程，其实践性较强。学生通过实验环节可加深对课程内容的理解。本大纲未列入实验内容，建议 实验室单列实验课，提供必做和选做的实验菜单供不同要求的学生选择。
