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计算机原理(第5次开课)(国家精品)(国防科技大学)

来源:在线课程研发与运营部 分类:计算机 2020-09-02

开课时间: 2020年09月03日 ~ 2020年12月25日

学时安排: 3~5小时每周

现代计算机系统形态、特性多种多样,智能手机、个人电脑、超级计算机,为人类生活带来了巨大变化。0/1组合如何奠基成复杂的计算机体系?如何通过已有数据推演出精确结论?CPU如何调度处理各项复杂任务?如何建立机器与用户之间交互的纽带?……请与我们一同打开机箱,漫游神奇的计算机世界!

—— 课程团队

 课程概述

“计算机原理”是国防科技大学面向计算机科学与技术、软件工程、网络工程、信息安全等专业开设的学科基础必修课程。2008年被评为“国家精品课程”,是首批“国家精品资源共享课程”,2018年被认定为“国家精品在线开放课程”。

本课程从计算机硬件和软件两个角度来阐述电子数字计算机的运算器、控制器、存储器以及输入输出部件的组成结构、工作原理和实现方法,对于建立完整的计算机系统的全局观和深刻理解计算机系统的工作机理有着重要的作用。课程既有很强的基础性和系统性,又有很强的工程性和实践性,在计算机技术的学科基础课和专业课之间具有重要的承上启下的核心地位。

本课程的基本理念是:采用“视频讲授+在线练习+习题课讲解+实验设计”的四维融合教学模式,涵盖全国研究生统一考试大纲中的全部教学内容和实验内容;课堂讲授强调知识的基础性、系统性,以启发引导和案例分析为基本教学手段;在线练习和习题课注重在求解问题中的探索式学习和体验;实验设计突出工程性和实践性,利用网络平台进行师生互动,为同学们开展自主学习、跨学科专业选修课程、计算机原理考研复习提供支撑。

“The most beautiful thing we can experience is the mysterious. It is the source of all true art and science. ” ------Einstein 

在这里,我们将为你揭开计算机的神秘面纱!

授课团队

唐玉华 陈微 刘芳 沈立

课程链接

课程大纲

教学部分授课目录

第一章  计算机的抽象和技术

1.1 概述

1.2 程序的表象之下

1.3 打开计算机的机箱

1.4 计算机性能评价

第二章  计算机的语言(指令系统)

2.1 指令系统概述

2.2 指令格式

2.3 寻址方式

2.4 计算机中的数据表示

2.5 程序在计算机中如何表示

第三章  计算机中的运算

3.1 计算机的基本运算

3.2 加法和减法

3.3 乘法运算

3.4 除法运算

3.5 浮点数运算

3.6 算术运算的精确性

第四章  中央处理器

4.1 基本MIPS数据通路

4.2 单周期控制器

4.3 多周期控制器

4.4 流水线数据通路

4.5 微程序控制器设计

第五章  存储层次结构

5.1 存储器概述

5.2 主存储器

5.3 Cache高速缓存

5.4 存储层次结构

第六章  输入输出系统

6.1 输入输出系统概述

6.2 I/O接口

6.3 磁盘存储器

6.4 并行IO: RAID盘阵

6.5 闪存与光存储

第七章 总线

7.1 总线的概念

7.2 总线设备和总线控制器

7.3 总线的设计

7.4 总线带宽

实验部分授课目录

实验一 高级语言与机器表示

1 实验环境介绍

2 GCC的基本使用方法

3 从源程序到目标代码

4 机器语言与汇编语言

5 机器语言与指令集结构

实验二 扫雷游戏的破解

1 扫雷游戏的破解

2 使用什么工具破解扫雷

3 如何找到游戏中的地雷

实验三 运算器的设计与实现

1 实验内容的介绍

2 实验工具的简单介绍

3 加法器的设计与实现

4 减法器的设计与实现

5 乘法器的设计与实现

实验四 数据类型转换与运算

1 整数的类型转换

2 整数的基本运算

3 浮点数的类型转换

4 浮点数的基本运算

5 类型间的相互转换

实验五 数据存储与对齐

1 数据存储的顺序

2 数据存储的对齐

实验六  中央处理器的设计与实现

1 指令在CPU中的执行

2 数据通路的设计与实现

3 控制通路的设计与实现

4 处理器的集成与验证

实验七 存储器容量扩展

1 存储扩展测验

2 字扩展

3 位扩展

4 字位扩展

实验八 程序性能优化

1 程序性能优化测验

2 程序性能优化

实验九 I/O控制方式

1 实验平台简介

2 查询与中断实验

3 趣味音乐播放实验

习题课部分授课目录

1 第一章_习题课

2 第二章_习题课

3 第三章_习题课

4 第四章_习题课

5 第五章_习题课

6 第六章_习题课

7 第七章_习题课

预备知识

大学计算机基础

数字电子技术基础

证书要求

按百分制计分,85~100分为优秀,60~84分为合格

章节测试每次占5%,共6次占30%;讨论占10%;期末考试占60%

积极参与课程的各项讨论,注重参与质量,对课程有特殊贡献的学生,可以获得5~10分的加分

 参考资料

1、David A. Patterson等,《Computer Organization and Design—The Hardware/ Software Interface》(Fifth Edition) ,2014

2、Randal E. Bryant等,《深入理解计算机系统》, (第二版)机械工业出版社,2011

3、王保恒等,《计算机组成原理与设计》,机械工业出版社,2005

常见问题

问:本课程有选用的教材吗?

答:建议直接看英文原版:David A. Patterson等,《Computer Organization and Design—The Hardware/ Software Interface》(Fifth Edition) ,2014,这是由计算机系统结构领域的超级大牛编写的。如果阅读英文教材不太习惯,可以看机械工业出版社出版的中译本:计算机组成与设计:计算机组成与设计—硬件/软件接口(原书第5版),2015

问:学这门课前需要先了解哪些知识?

答:需要有一些数字电子技术和程序设计的基础,这样理解起来更加容易。但也可以边学本课程,遇到有疑问的地方,边问边补课,更有针对性,先行动起来最重要。

问:老师,这个课程可以帮到我考国防科技大学的研究生吗?

答:我校的研究生专业考试为学校自主命题,本课程基本涵盖了全国研究生统一考试大纲和我校考研的全部教学内容。

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