计算机组成原理_第0讲：计组课程介绍-2张版.pdf

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1、计算机组成原理（2012级）计算机组成原理课程组（刘旭东、肖利民、牛建伟、栾钟治）计算机组成原理课程介绍课程介绍∑课程名称¾计算机组成原理（ComputerOrganization）∑学时学分¾课堂教学：64学时/4学分∑课程目的¾覆盖了传统的数字逻辑和计算机组成原理2门课程的知识。¾从原理性的角度出发，以MIPS系统为主要研究对象，讲述计算机硬件系统的组成、各部件的结构及其底层硬件工作原理，使学生理解计算机的组织与结构和工作过程，掌握计算机硬件系统的基本设计方法，培养学生分析、设计和开发计算机硬件系统的基本能力，为后续课程打下坚实基础。∑配套实验（单独开设）¾配套实验课程

2、要求学生自主开发一台以MIPS处理器为核心的功能型计算机。¾有关设计软件、仿真工具的学习（自学）3课程介绍∑主要目标：理解并掌握计算机的运行原理¾学习计算机硬件的组成¾掌握计算机硬件的设计¾理解计算机硬件/软件的协同机制∑核心任务：实现基于MIPS的功能型计算机¾以数字电路为基础，设计MIPS的功能组件¾以功能组件为基础，构造MIPSCPU¾编写MIPS程序，验证系统功能4第一讲：计算机组成概述（4学时）∑目标¾了解计算机系统的基本功能、组成框架、典型结构及层次关系，掌握计算机中数的表示方法及常用编码。∑主要内容¾计算机系统的基本组成¾计算机系统的典型架构与层次关系¾计算机

3、中数的表示°定点数的表示（原码、反码、补码）°浮点数的表示°其他编码（格雷码、循环码、ASCII码、汉字编码）¾计算机的程序执行原理简介°指令的含义简介°程序的执行过程简介5第二讲：组合逻辑设计（8学时）∑目标¾了解门电路的基本结构，掌握布尔代数的理论及其门电路实现方法，进而掌握布尔方程表示、转换及化简等方法，以及运算单元、译码器等基本组合逻辑部件设计方法，学习并掌握VerilogHDL。∑主要内容¾逻辑门电路（1学时）°非门、与门、或门、复合逻辑门电路及其性能指标°TTL、MOS集成门电路¾布尔代数原理及其门电路实现（2学时）°布尔代数基本原理°布尔代数的门电路实现¾基本

4、组合逻辑部件设计（3学时）°运算单元电路（加法器、比较器、函数发生器）°多路选择器，译码器，编码器¾VerilogHDL介绍（2学时）6第三讲：时序逻辑设计（8学时）∑目标¾掌握触发器、寄存器的结构和工作原理，掌握有限状态机、同步时序逻辑电路的设计方法和分析方法，具备使用仿真工具开发时序逻辑电路的能力∑主要内容¾锁存器和触发器（2学时）°SR锁存器、D锁存器°D触发器，JK触发器°基于D触发器的寄存器构造¾有限状态机（FSM）（2学时）°Moore型FSM°Mealy型FSM¾时序逻辑电路设计分析（4学时）°数据寄存器°移位寄存器°计数器7第四讲：主存储器（4学时）∑目标¾

5、了解存储单元电路的工作原理，掌握主存储器的结构特点、工作原理和构造方法。∑主要内容¾存储单元电路（1学时）°SRAM存期单元电路°DRAM存储单元电路°ROM存储单元电路¾主存储器的结构（1学时）°SRAM芯片的内部结构°DRAM芯片的内部结构¾存储器的扩展（2学时）¾DRAM的刷新8第五讲：指令系统与MIPS汇编语言（6学时）∑目标¾以X86和MIPS两种指令系统为研究对象，学习并掌握计算机指令系统的格式、寻址方式和设计方法，理解CISC和RISC两种指令系统的特点；学习并掌握MIPS汇编语言编程。∑主要内容¾指令系统概述（1学时）°指令系统的基本要素°指令格式、寻址方式

6、¾典型指令系统简介（1学时）°MIPS指令系统介绍°X86指令系统介绍°CISC与RISC的特点¾MIPS汇编语言编程（4学时）9第六讲：MIPS处理器设计（16学时）∑目标¾以小型MIPS处理器为研究对象，学习并掌握基于指令执行分析的数据通路构造方法、基于与或逻辑阵列为基础的MIPS控制器设计方法，进而掌握MIPS处理器设计方法。∑主要内容¾处理器的功能、组成、一般设计方法等（1学时）¾MIPS处理器设计概述（1学时）°结构、指令集、数据通路的基本组件¾单周期处理器设计（8学时）°单周期数据通路设计（工程方法），°单周期控制器设计、性能分析¾多周期处理器设计（6学时）°多

7、周期数据通路设计（工程方法）°多周期控制器设计、性能分析10第七讲：高速缓存存储器（CACHE）（6学时）∑目标¾掌握高速缓存存储器（Cache）的结构特点和工作原理，以及多级Cache层次关系，掌握Cache的映射机制、Cache的命中与缺失分析及其性能计算方法。∑主要内容¾程序执行局部性原理¾Cache的结构与工作原理¾Cache的映射机制°直接映射°全相联映射°组相联映射¾Cache的替换策略¾Cache性能分析与其他°Cache数据一致性问题°命中率与缺失分析°性能计算11第八讲：虚拟存储系统（4学时）∑目