計算機組織與結構(大連理工大學建設的慕課)

計算機組織與結構是大連理工大學建設的慕課、國家精品線上開放課程、國家級一流本科課程，於2017年03月07日在中國大學MOOC首次開課，於2020年09月14日在學堂線上首次開課。該課程授課教師為賴曉晨、周寬久、王潔、林馳、遲宗正。據2021年12月中國大學MOOC官網顯示，該課程已經開課10次，據2021年12月學堂線上官網顯示，該課程已開課3學期。

該課程共十一章，包括存儲器、輸入輸出系統、計算方法、CPU的結構與功能、控制器設計、基於VHDL的簡單CPU設計等內容。

基本介紹

• 中文名：計算機組織與結構
• 外文名：Computer Organization and Structure
• 類別：慕課、國家精品線上開放課程、國家級一流本科課程
• 建設院校：大連理工大學
• 授課平台：中國大學MOOC、學堂線上
• 首開時間：2017年3月7日（中國大學MOOC）、2020年9月14日（學堂線上）
• 授課教師：賴曉晨、周寬久、王潔、林馳、遲宗正、劉輝

課程性質

課程背景

人類已經全面進入資訊時代，計算機使人們的生活更便捷，工作更高效。在計算機的發展史上，馮諾依曼提出了現代計算機的基礎架構，為計算機的科學發展奠定了基礎。

課程定位

“計算機組織與結構”又稱為“計算機組成原理”，是計算機科學技術、軟體工程專業的一門重要公共基礎課，是一門理論性、技術性較強的主幹課程。

適應對象

該課程適合計算機科學技術、軟體工程專業學習。

課程簡介

計算機組織與結構課程共有十一章。第一章介紹了計算機組織與結構概述和華為鯤鵬技術。第二章至第三章介紹了系統匯流排、存儲器和輸入輸出系統概述的概述和運行方式。第五章介紹了定點數與浮點數、機器數表示方法等計算方法。第六至八章介紹了指令系統的概述、CPU的結構與功能的操作、控制器設計的控制等內容。第九至十一章介紹了中國晶片製造的發展歷程和華為鯤鵬處理器專欄知識。

課程大綱

中國大學MOOC教學大綱

第一章緒論 第一節計算機組織與結構概述 第一節客觀題 第二節華為鯤鵬技術 第二章系統匯流排 第一節匯流排概述 第二節匯流排控制 第一節客觀題 第二節客觀題 第三章存儲器 第一節半導體存儲器概述 第二節半導體存儲器的基本單元電路 第三節存儲器的擴展方式 第四節高速緩衝存儲器 第五節並行存儲和虛擬存儲機制 第六節數據校驗碼 第一節客觀題 第二節客觀題 第三節客觀題 第四節客觀題 第五節客觀題 第六節客觀題 第七節華為鯤鵬技術——存儲器 第四章輸入輸出系統 第一節輸入輸出系統概述 第二節程式中斷方式（一） 第三節程式中斷方式（二） 第四節DMA工作方式 第五節典型外設 第一節客觀題 第二節客觀題 第三節客觀題 第六節華為鯤鵬技術——I/O系統 第五章計算方法 第一節機器數表示方法 第二節定點數與浮點數 第三節定點數移位和加減法運算 第四節定點數乘除法運算 第五節浮點數運算 第六節加法器和算術邏輯單元 第一節客觀題 第三節客觀題 第四節客觀題 第五節客觀題 第六節客觀題 第六章指令系統 第一節指令系統概述 第二節操作類型 第三節定址方式 第一節客觀題 第二節客觀題 第四節華為鯤鵬技術——定址技術 第七章CPU的結構與功能 第一節控制器概述 第二節指令周期的操作命令分析

第三節流水線技術 第一節客觀題 第二節客觀題 第三節客觀題 第四節華為鯤鵬技術——流水線 第八章控制器設計 第一節組合邏輯控制器 第二節微程式控制器 第二節客觀題 第三節華為鯤鵬技術——片上系統 【選學】實驗理論基礎 基於Proteus的8051虛擬仿真實驗理論基礎 【選學】實驗說明視頻 實驗流程展示 實驗說明視頻 【選學】實驗工程資源 實驗工程檔案 【選學】基於VHDL的簡單CPU設計 第一節VHDL語言和ISE開發環境 第二節處理器的結構及算術邏輯單元 第三節數據模組 第四節控制器 第五節取指周期和算術邏輯運算指令 第六節跳轉指令和MOV指令 第七節STR和LDR指令 第八節處理器綜合測試 第九章新鮮事 案例1 案例2 案例3 案例4 案例5 第十章我也是新鮮事 第一節國產CPU發展 第二節中國晶片製造 第三節Deepin作業系統 第四節長江存儲 第五節無劍 第六節華為公司 第七節鴻蒙系統概述 第八節華為鴻蒙系統開發 第九節WPS的前世今生 第十節國產嵌入式套用軟體 第十一節京東方 第十二節小米智慧型家居 第十三節中國人工智慧發展1 第十四節中國人工智慧發展2 第十一章華為鯤鵬處理器專欄 第一節華為鯤鵬技術——伺服器 第二節華為鯤鵬技術——存儲器 第三節華為鯤鵬技術——I/O系統 第四節華為鯤鵬技術——定址方式 第五節華為鯤鵬技術——流水線 第六節華為鯤鵬技術——片上系統 第七節實驗 第八節實驗操作視頻

（註：課程大綱排版從左到右列）

學堂線上教學大綱

第一章緒論 第一節計算機組織與結構概述 第二節華為鯤鵬技術 第二章系統匯流排 第一節匯流排概述 第三章存儲器 第一節半導體存儲器概述 第二節半導體存儲器的基本單元電路 第三節存儲器的擴展方式 第四節高速緩衝存儲器 第五節並行存儲和虛擬存儲機制 第六節數據校驗碼 第四章輸入輸出系統 第一節輸入輸出系統概述 第二節程式中斷方式（一） 第三節程式中斷方式（二） 第四節DMA工作方式 第五節典型外設 第五章計算方法 第一節機器數表示方法 第二節定點數與浮點數 第三節定點數移位和加減法運算 第四節定點數乘除法運算

第五節浮點數運算 第六節加法器和算術邏輯單元 第六章指令系統 第一節指令系統概述 第二節操作類型 第三節定址方式 第七章CPU的結構與功能 第一節控制器概述 第二節指令周期的操作命令分析 第三節流水線技術 第八章控制器設計 第一節組合邏輯控制器 第二節微程式控制器 第九章新鮮事 案例1 案例2 案例3 案例4 案例5 第十章單元測試一 第十一章單元測試二 第十二章2020年秋季期末考試

（註：課程大綱排版從左到右列）

開課信息

中國大學MOOC開課信息

開課次數	開課時間	授課教師	參與人數
第1次開課	2017年03月07日~2017年06月30日	賴曉晨、周寬久、王潔、林馳、遲宗正	2316
第2次開課	2017年09月11日~2017年12月31日		1675
第3次開課	2018年03月19日~2018年07月06日		1633
第4次開課	2018年09月03日~2018年12月31日		2486
第5次開課	2019年03月04日~2019年07月14日		2184
第6次開課	2019年09月02日~2020年01月05日	賴曉晨、周寬久、王潔、林馳、遲宗正、劉輝	3039
第7次開課	2020年02月24日~2020年06月16日		2798
第8次開課	2020年09月01日~2021年01月03日		2434
第9次開課	2021年03月29日~2021年07月21日		1479
第10次開課	2021年09月06日~2022年01月05日	賴曉晨、周寬久、王潔、林馳、遲宗正	待定
第1~10次開課的學時安排均為4小時每周。

學堂線上開課信息

開課次數	開課時間	學時安排	授課教師	參與人數
第1次開課	2020年09月14日至2021年01月18日	176小節	賴曉晨、王潔、遲宗正	778
第2次開課	2021年03月04日至2021年07月25日
第3次開課	2021年08月09日至2022年01月16日

教學目標

經過該課程的學習，使學生了解計算機硬體的工作原理和組織形式，掌握計算機工作的基本流程，並為後續進行計算機軟硬體學習打下基礎。

教學要點

教學形式

1、該課程採用慕課形式教學，教學環節以知識點為單位組織，知識點分為核心知識點和基礎知識點兩類，核心知識點是授課內容的主體部分，基礎知識點為補充內容。

2、每節課安排大約1-3個核心知識點，以及1個基礎知識點。

教學階段

每節課的教學過程分為2個階段：

1、線上學習階段：按照教學進度安排，學生進行線上的核心知識點教學視頻學習（總時長約為24學時，每學時45分鐘），通過課件學習基礎知識點，以及閱讀推薦資料、實驗實踐材料等，並完成習題。

2、翻轉課堂學習階段：按照教學進度安排，教師組織線下的翻轉課堂學習，主要教學內容為組織知識點討論，以及答疑，隨堂測試等。

學習預備

預備知識

學習者學習該課程前需要掌握數字電路知識。

學習資料

推薦教材

書名	作者	出版時間	出版社
《計算機組成原理》	唐朔飛	2008年	高等教育出版社

參考教材

書名	作者	出版時間	出版社
《計算機組成與設計軟硬體接口》	DavidA.Patterson&JohnL.Hennessy	2011年	中國鐵道出版社
《鯤鵬處理器架構與編程》	戴志濤	2020年	清華大學出版社
《計算機組成與系統結構》	袁春風	2010年
《計算機組織與體系結構》	WilliamStallings	2006年
《計算機組成結構化方法》	AndrewS.Tanenbaum		人民郵電出版社

“智慧型基座”產教融合協同育人基地：

鯤鵬社區、華為公有雲、華為軟體開發雲（網站連結請在課程首頁查看）

考核標準

該課程成績由以下三部分組成：

討論（20％）：獲取滿分需要在“課堂交流區”中參加授課教師發起的討論，發帖和回帖的數量總共達10條及以上。MOOC平台默認只有這個部分的討論才能計算成績。該課程每一章節均會指定討論題目，學生可根據興趣選擇參與。

測驗（20％）：課後測試題。每次測驗時間不限，允許嘗試2次，有效得分為最後一次得分值。

期末考試（60％）：包括25個單選題和25個判斷題；需要在120分鐘內完成，只允許嘗試1次。

所獲榮譽

2019年1月8日，計算機組織與結構課程被中華人民共和國教育部認定為2018年國家精品線上開放課程。

2020年11月24日，計算機組織與結構課程被中華人民共和國教育部認定為首批國家級一流本科課程。

教師簡介

賴曉晨，大連理工大學軟體學院博士，教授，開發區校區教學督導組組長、智慧型系統技術系系主任。

周寬久，大連理工大學軟體學院博士，教授，大連理工大學國家示範性軟體學院嵌入式系統工程系系主任，軟體評測中心主任，中國航天軟體評測中心副總工程師。

林馳，大連理工大學軟體學院講師，副教授，碩士生導師，具體研究方向為：物聯網、醫療大數據、人工智慧、深度學習、無線通信等。

遲宗正，大連理工大學開發區校區高級工程師，博士。

王潔，大連理工大學本科教學管理辦公室主任，副教授，博士，碩士生導師，主要研究方向：並行體系結構、異構計算、演化硬體與容錯計算、網路信息安全。

劉輝，立命館大學國際信息與軟體學院講師。研究方向為交叉學科領域下的語言學及語言教學的研究。