《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：06E5117B课程类别：专业核心课适用专业：数字媒体技术专业课程学时：64学时（含16学时实验）课程学分：3.5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》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：06E5117B 课程类别：专业核心课 适用专业：数字媒体技术专业 课程学时：64学时（含16学时实验） 课程学分：3.5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》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1.3、2.1】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1.3、4.2、5.113.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1.3、4.3、5.1】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1.3、2.1、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【1.3】掌握数字媒体技术基础知识，并能够对数字媒体技术应用1.工程知识领域的工程问题建立适当的猫述模型并求解课程目标12.同题分析【2.1】能够运用数理知识识别、判断和表述数字媒体技术工程中的核心问题。【1.3】掌握数字媒体技术基础知识，并能够对数字媒体技术应用领域的工程问题建立适当的描述模型并求解。1.工程知识课程目标 24.科学研究【4.2】能够运用数字媒体学科相关原理和专业知识设计实验方案，并按照合理步骤实施实验以支持复杂工程问题的解决。5.现代工具运用【5.1】掌握现代工具和信息技术工具的使用方法，并能够根据工程需要灵活选择。【1.3】掌握数字媒体技术基础知识，并能够对数字媒体技术应用领域的工程问题建立适当的描述模型并求解，1.工程知识【4.3】能够对采集到的实验数据进行整理、分析和解释，并能通4.科学研究课程目标3过信息综合得出有效结论。5.现代工具运用【5.1】掌握现代工具和信息技术工具的使用方法，并能够根据工程需要灵活选择。1.工程知识【1.3】掌握数字媒体技术基础知识，并能够对数字媒体技术应用领域的工程问题建立适当的描述模型并求解。2.问题分析课程目标44.科学研究【2.1】能够运用数理知识识别、判断和表述数字媒体技术工程中5.现代工具运用的核心问题
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 1.3、2.1】 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 1.3、4.2、5.1】 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 1.3、4.3、5.1】 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 1.3、2.1、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 2.问题分析 【1.3】 掌握数字媒体技术基础知识，并能够对数字媒体技术应用 领域的工程问题建立适当的描述模型并求解。 【2.1】 能够运用数理知识识别、判断和表述数字媒体技术工程中 的核心问题。 课程目标 2 1.工程知识 4.科学研究 5.现代工具运用 【1.3】 掌握数字媒体技术基础知识，并能够对数字媒体技术应用 领域的工程问题建立适当的描述模型并求解。 【4.2】 能够运用数字媒体学科相关原理和专业知识设计实验方 案，并按照合理步骤实施实验以支持复杂工程问题的解决。 【5.1】 掌握现代工具和信息技术工具的使用方法，并能够根据工 程需要灵活选择。 课程目标 3 1.工程知识 4.科学研究 5.现代工具运用 【1.3】 掌握数字媒体技术基础知识，并能够对数字媒体技术应用 领域的工程问题建立适当的描述模型并求解。 【4.3】能够对采集到的实验数据进行整理、分析和解释，并能通 过信息综合得出有效结论。 【5.1】 掌握现代工具和信息技术工具的使用方法，并能够根据工 程需要灵活选择。 课程目标 4 1.工程知识 2.问题分析 4.科学研究 5.现代工具运用 【1.3】 掌握数字媒体技术基础知识，并能够对数字媒体技术应用 领域的工程问题建立适当的描述模型并求解。 【2.1】 能够运用数理知识识别、判断和表述数字媒体技术工程中 的核心问题
【4.2】能够运用数字媒体学科相关原理和专业知识设计实验方案，并按照合理步骤实施实验以支持复杂工程问题的解决。【4.3】能够对采集到的实验数据进行整理、分析和解释，并能通过信息综合得出有效结论。【5.1】掌握现代工具和信息技术工具的使用方法，并能够根据工程需要灵活选择。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学时安排支撑的课程目标第一章计算机系统概论讲投法、启发式教学课程目标1，24第二章2计算机应用与发展案例式教学、任务驱动法课程目标1第三章系统总线讲投法、启发式教学课程目标1，2，46讲授法、启发式教学、案例式教12第四章存储器课程目标1，2，4学第五章讲授法、启发式教学6输入输出系统课程目标1，412第六章计算机的运算方法讲投法、启发式教学课程目标1，3第七章12指令系统讲投法、启发式教学课程目标1，310第八章讲授法、启发式教学课程目标1，3，4CPU结构和功能合计64学时（二）其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】
【4.2】 能够运用数字媒体学科相关原理和专业知识设计实验方 案，并按照合理步骤实施实验以支持复杂工程问题的解决。 【4.3】能够对采集到的实验数据进行整理、分析和解释，并能通 过信息综合得出有效结论。 【5.1】 掌握现代工具和信息技术工具的使用方法，并能够根据工 程需要灵活选择。 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 6 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 12 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 12 第七章 指令系统 讲授法、启发式教学 课程目标 1，3 12 第八章 CPU 结构和功能 讲授法、启发式教学 课程目标 1，3，4 10 合计 64 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干差万别，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
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、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/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。2、强调我国在超级计算机领域的成就，如“神威·太湖之光”和“天河二号”等超级计算机的研制成功，以及在国际上的领先地位，让学生认识到我国计算机技术的实力和发展潜力。3、讲述计算机技术在社会各个领域的应用和贡献，如工业、商业、教育、医疗、交通等，引导学生认识到计算机技术对社会发展的重要性，培养他们的社会责任感和使命感。第三章系统总线（6学时）【教学目标与要求】1、教学目标：本章主要讲述总线的基本概念、发展过程、常见总线的方式及其控制过程。目的在于使学生理解计算机功能部件的连接组织形式。2、教学要求：理解总线的发展史、常见的总线结构、当前流行的总线标准。熟练掌握总线的基本概念、总线的分类、总线的特性及性能指标。能准确理解总线的判优机制、总线的通信机制。【教学重点与难点】1、教学重点：总结的概念、性能指标、总线判优、总线通信控制。2、教学难点：判优控制、通信控制。【学习内容】3.1总线的基本概念3.2总线的分类3.2.1片内总线3.2.2系统总线3.2.3通信总线3.3总线特性及性能指标3.3.1总线特性3.3.2总线性能指标
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。 2、强调我国在超级计算机领域的成就，如“神威·太湖之光”和“天河二 号”等超级计算机的研制成功，以及在国际上的领先地位，让学生认识到我国计 算机技术的实力和发展潜力。 3、讲述计算机技术在社会各个领域的应用和贡献，如工业、商业、教育、 医疗、交通等，引导学生认识到计算机技术对社会发展的重要性，培养他们的社 会责任感和使命感。 第三章 系统总线(6 学时) 【教学目标与要求】 1、教学目标：本章主要讲述总线的基本概念、发展过程、常见总线的方式 及其控制过程。目的在于使学生理解计算机功能部件的连接组织形式。 2、教学要求：理解总线的发展史、常见的总线结构、当前流行的总线标准。 熟练掌握总线的基本概念、总线的分类、总线的特性及性能指标。能准确理解总 线的判优机制、总线的通信机制。 【教学重点与难点】 1、教学重点：总结的概念、性能指标、总线判优、总线通信控制。 2、教学难点：判优控制、通信控制。 【学习内容】 3.1 总线的基本概念 3.2 总线的分类 3.2.1 片内总线 3.2.2 系统总线 3.2.3 通信总线 3.3 总线特性及性能指标 3.3.1 总线特性 3.3.2 总线性能指标
3.3.3总线标准3.4总线结构3.4.1单总线结构3.4.2多总线结构3.4.3总线结构举例3.5总线控制3.5.1总线判优控制3.5.2总线通信控制【思政元素融入点】1、创新与突破：随着技术的不断发展，系统总线技术也在不断创新和突破。这可以鼓励学生勇于创新、敢于挑战，不断追求新的技术突破和进步。2、在探讨总线判优控制（仲裁逻辑）的过程中，以巧妙地引导学生理解并借鉴其中的智慧，以应对日常生活中的矛盾纠纷。总线仲裁是计算机系统中解决多个设备同时请求总线使用权的一种机制，它通过一定的算法和逻辑来确保资源的合理分配和系统的稳定运行。这种机制所蕴含的原则和方法，对于学生在处理人际关系、解决矛盾纠纷时同样具有指导意义。引导学生在遇到矛盾纠纷时要使用正确合理的方法，处事注意方式方法。3、针对异步通信的不同方式，引导学生用发展的观点看待问题。异步通信方式的演变，反映了社会需求和技术环境的变化。学生应从中学会如何敏锐地捕捉变化，积极调整自己的思维方式和行为模式，以适应不断变化的外部环境。这种适应变化的能力，不仅是个人成长的关键，也是社会进步的重要动力。第四章存储器（12学时）【教学目标与要求】1、教学目标：本章讲述计算机系统中几乎所有存储器的基本原理。目的在于使学生能对存储器的层次结构有一个较为深刻的认识，对常见的存储器的工作原理有一个初步的认识，并能基于各种存储颗粒进行存储体的设计。2、教学要求：熟练掌握存储器的概念、存储器的主要性能指标、存储器的分类、存储器层次结构的概念、RAM/ROM芯片的外部逻辑特性；汉明码的编码、解码与检错的工作过程。能进行简单的CACHE的地址映射方法设计。能针对不同
3.3.3 总线标准 3.4 总线结构 3.4.1 单总线结构 3.4.2 多总线结构 3.4.3 总线结构举例 3.5 总线控制 3.5.1 总线判优控制 3.5.2 总线通信控制 【思政元素融入点】 1、创新与突破：随着技术的不断发展，系统总线技术也在不断创新和突破 。这可以鼓励学生勇于创新、敢于挑战，不断追求新的技术突破和进步。 2、在探讨总线判优控制（仲裁逻辑）的过程中，以巧妙地引导学生理解并 借鉴其中的智慧，以应对日常生活中的矛盾纠纷。总线仲裁是计算机系统中解决 多个设备同时请求总线使用权的一种机制，它通过一定的算法和逻辑来确保资源 的合理分配和系统的稳定运行。这种机制所蕴含的原则和方法，对于学生在处理 人际关系、解决矛盾纠纷时同样具有指导意义。引导学生在遇到矛盾纠纷时要使 用正确合理的方法，处事注意方式方法。 3、针对异步通信的不同方式，引导学生用发展的观点看待问题。异步通信 方式的演变，反映了社会需求和技术环境的变化。学生应从中学会如何敏锐地捕 捉变化，积极调整自己的思维方式和行为模式，以适应不断变化的外部环境。这 种适应变化的能力，不仅是个人成长的关键，也是社会进步的重要动力。 第四章 存储器(12 学时) 【教学目标与要求】 1、教学目标：本章讲述计算机系统中几乎所有存储器的基本原理。目的在 于使学生能对存储器的层次结构有一个较为深刻的认识，对常见的存储器的工作 原理有一个初步的认识，并能基于各种存储颗粒进行存储体的设计。 2、教学要求：熟练掌握存储器的概念、存储器的主要性能指标、存储器的 分类、存储器层次结构的概念、RAM/ROM 芯片的外部逻辑特性；汉明码的编码、 解码与检错的工作过程。能进行简单的 CACHE 的地址映射方法设计。能针对不同
型号的CPU与存储颗粒进行存储体的设计。能针对不同存储器的工作原理的各工作环节，说出可能的故障现象。了解磁记录设计的工作原理、光存储介质的工作原理、提高存储体访问速度的一般措施。【教学重点与难点】1、教学重点：存储器层次结构、主存储体设计、汉明码、主存CACHE地址映射2、教学难点：主存储体设计、主存CACHE地址映射【学习内容】4.1概述4.1.1存储器分类4.1.2存储器的层次结构4.2主存储器4.2.1概述4.2.2半导体存储芯片简介4.2.3随机存取存储器4.2.4只读存储器4.2.5存储器与CPU的连接4.2.6存储器的校验4.2.7提高访存速度的措施4.3高速缓冲存储器4.3.1概述4.3.2Cache-主存地址映射4.3.3替换策略4.4辅助存储器4.4.1概述4.4.2磁记录原理和记录方式4.4.3硬磁盘存储器4.4.4软磁盘存储器4.4.5磁带存储器4.4.6循环余校验码
型号的 CPU 与存储颗粒进行存储体的设计。能针对不同存储器的工作原理的各工 作环节，说出可能的故障现象。了解磁记录设计的工作原理、光存储介质的工作 原理、提高存储体访问速度的一般措施。 【教学重点与难点】 1、教学重点：存储器层次结构、主存储体设计、汉明码、主存 CACHE 地址 映射 2、教学难点：主存储体设计、主存 CACHE 地址映射 【学习内容】 4.1 概述 4.1.1 存储器分类 4.1.2 存储器的层次结构 4.2 主存储器 4.2.1 概述 4.2.2 半导体存储芯片简介 4.2.3 随机存取存储器 4.2.4 只读存储器 4.2.5 存储器与 CPU 的连接 4.2.6 存储器的校验 4.2.7 提高访存速度的措施 4.3 高速缓冲存储器 4.3.1 概述 4.3.2 Cache-主存地址映射 4.3.3 替换策略 4.4 辅助存储器 4.4.1 概述 4.4.2 磁记录原理和记录方式 4.4.3 硬磁盘存储器 4.4.4 软磁盘存储器 4.4.5 磁带存储器 4.4.6 循环冗余校验码
4.4.7光盘存储器【思政元素融入点】1、存储器容量的扩展体现了哲学原理“量变引起质变”。单个芯片无法完成的任务，当量变积累到一定程度时，就会引发存储技术的质变。2、主存与缓存的地址映射方法中，不同的映射方式不仅体现了技术层面的差异，还蕴含了深刻的哲学原理。直接映射方式体现了事物发展的稳定性和确定性。在复杂多变的计算机系统中，直接映射提供了一种稳定、可靠的缓存访问机制，确保了数据访问的准确性和效率；它强调了在技术设计和应用中遵循规则与秩序的重要性。每个主存块都有固定的缓存块与之对应，这种规则性有助于减少冲突和错误，提高系统的整体性能。全相联映射方式展现了灵活性和适应性的哲学思想。在快速变化的计算环境中，全相联映射能够根据需要动态调整映射关系，以最优的方式利用缓存资源，提高系统性能。组相联映射方式体现了平衡与和谐的哲学思想。在技术设计和应用中，往往需要在多个方面进行权衡和取舍，以达到最佳的整体效果。组相联映射通过折中的方式，在直接映射和全相联映射之间找到了一个平衡点，既保证了系统的稳定性和效率，又提高了灵活性。3、介绍辅助存储器技术从诞生到不断革新的过程，如从最早的磁带存储到现代的固态硬盘（SSD），再到未来的新型存储技术（如量子存储、DNA存储等）。通过这一过程，引导学生认识到技术创新的无限可能，鼓励他们保持好奇心和探索精神，勇于尝试新技术和新方法。第五章输入输出系统（6学时）【教学目标与要求】1、教学目标：本章主要讲述输入输出系统的基本概念、接口的功能、常见的三种接口控制方式。自的在于便学生在建立接口概念的基础上，能进行端口的功能设计，并能设计简单的输入输出接口电路。2、教学要求：理解I/0系统的发展概况、常见I/0设备的工作原理。熟练掌握I/0设备与主机的联系方式、信息传送控制方式；接口的功能设计：程序查询方式、程序中断方式、DMA方式的基本概念、基本工作原理及其适用场合。【教学重点与难点】1、教学重点：I/0接口的功能设计、程序查询方式、程序中断方式
4.4.7 光盘存储器 【思政元素融入点】 1、存储器容量的扩展体现了哲学原理“量变引起质变”。单个芯片无法完 成的任务，当量变积累到一定程度时，就会引发存储技术的质变。 2、主存与缓存的地址映射方法中，不同的映射方式不仅体现了技术层面的 差异，还蕴含了深刻的哲学原理。直接映射方式体现了事物发展的稳定性和确定 性。在复杂多变的计算机系统中，直接映射提供了一种稳定、可靠的缓存访问机 制，确保了数据访问的准确性和效率；它强调了在技术设计和应用中遵循规则与 秩序的重要性。每个主存块都有固定的缓存块与之对应，这种规则性有助于减少 冲突和错误，提高系统的整体性能。全相联映射方式展现了灵活性和适应性的哲 学思想。在快速变化的计算环境中，全相联映射能够根据需要动态调整映射关系 ，以最优的方式利用缓存资源，提高系统性能。组相联映射方式体现了平衡与和 谐的哲学思想。在技术设计和应用中，往往需要在多个方面进行权衡和取舍，以 达到最佳的整体效果。组相联映射通过折中的方式，在直接映射和全相联映射之 间找到了一个平衡点，既保证了系统的稳定性和效率，又提高了灵活性。 3、介绍辅助存储器技术从诞生到不断革新的过程，如从最早的磁带存储到 现代的固态硬盘（SSD），再到未来的新型存储技术（如量子存储、DNA存储等 ）。通过这一过程，引导学生认识到技术创新的无限可能，鼓励他们保持好奇心 和探索精神，勇于尝试新技术和新方法。 第五章 输入输出系统(6 学时) 【教学目标与要求】 1、教学目标：本章主要讲述输入输出系统的基本概念、接口的功能、常见 的三种接口控制方式。目的在于使学生在建立接口概念的基础上，能进行端口的 功能设计，并能设计简单的输入输出接口电路。 2、教学要求：理解 I/O 系统的发展概况、常见 I/O 设备的工作原理。熟练 掌握 I/O 设备与主机的联系方式、信息传送控制方式；接口的功能设计；程序查 询方式、程序中断方式、DMA 方式的基本概念、基本工作原理及其适用场合。 【教学重点与难点】 1、教学重点：I/O 接口的功能设计、程序查询方式、程序中断方式
2、教学难点：I/0接口的功能设计、中断电路设计。【学习内容】5.1概述5.1.1输入输出系统的发展概况5.1.2输入输出系统的组成5.1.3I/0设备与主机的联系方式5.1.4I/0设备与主机信息传送的控制方式5.2I/0设备5.2.1概述5.2.2输入设备5.2.3输出设备5.2.4其他1/0设备5.2.5多媒体技术5.3I/0接口5.3.1概述5.3.2接口的功能和组成5.3.3接口类型5.4程序查询方式5.4.1程序查询流程5.4.2程序查询方式的接口电路5.5程序中断方式5.5.1中断的概念5.5.2I/0中断的产生5.5.3程序中断方式的接口电路5.5.4I/0中断处理过程5.5.5中断服务程序的流程5.6DMA方式5.6.1DMA方式的特点5.6.2DMA接口的功能和组成5.6.3DMA的工作过程
2、教学难点：I/O 接口的功能设计、中断电路设计。 【学习内容】 5.1 概述 5.1.1 输入输出系统的发展概况 5.1.2 输入输出系统的组成 5.1.3 I/O 设备与主机的联系方式 5.1.4 I/O 设备与主机信息传送的控制方式 5.2 I/O 设备 5.2.1 概述 5.2.2 输入设备 5.2.3 输出设备 5.2.4 其他 I/O 设备 5.2.5 多媒体技术 5.3 I/O 接口 5.3.1 概述 5.3.2 接口的功能和组成 5.3.3 接口类型 5.4 程序查询方式 5.4.1 程序查询流程 5.4.2 程序查询方式的接口电路 5.5 程序中断方式 5.5.1 中断的概念 5.5.2 I/O 中断的产生 5.5.3 程序中断方式的接口电路 5.5.4 I/O 中断处理过程 5.5.5 中断服务程序的流程 5.6 DMA 方式 5.6.1 DMA 方式的特点 5.6.2 DMA 接口的功能和组成 5.6.3 DMA 的工作过程