南 京 中 医 药 大 学
《 计算机组成与结构 》实验教学大纲
（适用于 计算机科学与技术、软件工程、医学信息工程专业）
课程名称： 计算机组成与结构 英文名称：Computer Organization and Architecture
课程类别：专业必修课 课程编码：080155
课程学分：0 课程学时：36
开课单位：人工智能与信息技术学院 实 验 室：计算机组成与结构实验室
实验（实训）项目数：7 课程负责人：丁有伟
课程简介
《计算机组成与结构》是以计算机系统层次结构观点出发，讲述计算机整机的硬件组成和基本工作原理以及计算机系统结构基本概念的一门学科。作为计算机科学与技术、软件工程、医学信息工程专业本科学生的一门专业核心课程，在整个专业课程体系中起到承上启下的“中间件”作用，将计算机软、硬件知识有机结合，为前驱专业课程所学建立整体框架，也为后续专业课程的学习奠定系统基础，有助于学生计算思维能力的培养。通过实验教学，一方面能够提高学生的实践能力，增强对知识的综合应用能力；另一方面也能够加深学生对理论知识的理解，对计算机整体结构和工作原理有更直观的认知，能够更好地构建计算机学科知识体系。
二、教学目标与基本要求
《计算机组成与结构》是一门软、硬件相结合的课程，学生除了要掌握计算机系统的各个部件的组成及原理，理解完备的单台计算机的基本组成原理与内部运行机制，具备计算机系统设计中的基本理论知识，还应具备一定的实践能力。在本课程学习中，学生应掌握汇编程序设计、运算器设计与实现、控制器设计与实现、存储器扩展、I/O接口实现等实践能力。通过实验设计和操作提高学生的实践技能，培养对知识的综合应用能力、团队协作能力和自主创新能力。具体要求学生具备如下能力：
（1）掌握计算机系统的工作原理和设计方法；
（2）具备根据实际问题设计实现运算器和指令系统的综合应用能力；
（3）具有团队协作能力和一定的自主创新能力。
三、学情分析
计算机组成与结构课程在第4学期开设，之前学完《计算机导论》、《电子技术》等课程，学习者具有了相应的知识储备。该课程是我国CCC2002和2006计算机科学与技术教学指导委员会制定的计算机科学与技术专业规范所规定的计算机课程体系中所要求的计算机专业核心课程之一。在学习该课程的过程中，应该厚基础、重实践、求发展，教学内容要不断更新，以跟上计算机技术发展的步伐。
《计算机组成与结构》实验大多为软、硬件结合的设计性和综合性实验，既要进行程序设计，还要进行试验箱操作，因此采用分组实验，每组2人相互配合完成。根据实验具体内容采用启发式、讨论式、互动式等教学方法，坚持教师演示为引导、学生操作为中心、现场答疑为保障，注重启发学生自主思考，引导学生在实际操作中发现问题、分析问题、解决问题、优化实验方案。
四、实验（实训）项目、内容与学时分配
实验项目（实验大纲填写）
序号 | 实验项目名称 | 学时 | 内容提要 | 实验类型 |
基础性 | 综合设计性 | 创新性 |
1 | 基础汇编语言程序设计 | 3 | [实验目的] ①熟悉实验箱和相关软件工具 ②学习TEC-XP＋教学实验系统汇编程序设计 [实验内容] ①学习试验箱的基本组成 ②学习汇编程序设计语法 ③进行简单的汇编程序设计 ④联机使用试验箱进行汇编程序测试 [实验方法及原理] ①学习联机使用TEC-XP＋教学实验系统和仿真终端软件PCEC； ②编写汇编程序； ③使用监控程序的R命令显示/修改寄存器内容、D命令显示存储器内容、E命令修改存储器内容； ④使用A命令写一小段汇编程序，U命令反汇编刚输入的程序，用G命令连续运行该程序，用T、P命令单步运行并观察程序单步执行情况。 ⑤记录实验结果，撰写实验报告。 |
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2 | 存储器读写 | 3 | [实验目的] 理解掌握计算机内存储器工作原理 [实验内容] ①学习试验箱存储系统 ②完成存储器的扩展，并测试ROM和RAM存储器的读写 [实验方法及原理] ①理解试验箱存储器结构图，正确连线； ②用联机方式对RAM6116的存储单元进行读写； ③用联机方式对ROM58C65的内存单元进行读写； ④记录实验结果，分析ROM与RAM的区别； ⑤撰写实验报告。 |
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3 | I/O接口扩展 | 3 | [实验目的] 熟悉串口操作指令，学习串口的正确设置与使用 [实验内容] 实现两台试验箱的串口通信 [实验方法及原理] ①了解串行通信接口芯片8251的工作原理； ②正确连接两台试验箱和计算机； ③联机方式进行串口通信测试； ④记录实验结果，撰写实验报告。 |
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4 | 运算器实验 | 3 | [实验目的] 掌握运算器的内部组成和工作原理 [实验内容] ①学习Am2901的内部组成和工作原理 ②熟悉Am2901运算器使用的控制信号 ③完成脱机运算器和联机运算器实验 [实验方法及原理] ①输入控制信号和操作数； ②通过Reset和Start逐步执行指令； ③编写相同功能的汇编程序； ④联机方式逐步执行汇编程序； ⑤记录和比较实验结果，撰写实验报告。 |
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5 | Mach运算器设计 | 6 | [实验目的] ①学习使用现场编程的isp MACH 芯片设计 ②设计和实现简单的运算器 [实验内容] ①用ABEL_HDL语言编写具有加减法和与或非简单功能的运算器 ②使用联机方式测试所编写运算器的正确性 [实验方法及原理] ①学习MACH4000的使用； ②学习ABEL_HDL的基本语法； ③实现具有加法、减法以及与或非简单逻辑功能的运算器； ④将程序下载到Mach芯片； ⑤联机形式编写程序验证运算器； ⑥记录实验结果，撰写实验报告。 |
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6 | 微程序控制器设计 | 6 | [实验目的] 理解掌握计算机硬布线逻辑控制器的特征、原理和设计方法 [实验内容] 硬布线控制器的设计、实现和测试 [实验方法及原理] ①设计和编写硬布线控制器程序； ②将程序下载到试验箱； ③测试硬布线控制器； ④记录实验结果，撰写实验报告。 |
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7 | 硬布线控制器设计 | 6 | [实验目的] 理解掌握计算机硬布线逻辑控制器的特征、原理和设计方法 [实验内容] 硬布线控制器的设计、实现和测试 [实验方法及原理] ①设计和编写硬布线控制器程序； ②将程序下载到试验箱； ③测试硬布线控制器； ④记录实验结果，撰写实验报告。 |
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8 | FPGA设计 | 6 | [实验目的] 熟悉FPGA编程，学习使用FPGA设计实现简单的CPU [实验内容] 用FPGA设计实现简单的CPU [实验方法及原理] ①学习VHDL基本语法； ②了解FPGA编程的基本流程； ③设计实现简单的指令系统； ④下载测试，记录实验结果，撰写实验报告。 |
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五、教材及主要参考资料
1. 教材
[1] 唐朔飞. 计算机组成原理（第3版），高等教育出版社，2020.10
2. 参考资源
（1）电子资源
电子科技大学，纪禄平，计算机组成原理，
https://www.icourse163.org/course/UESTC-1001543002
哈尔滨工业大学，刘宏伟、张丽杰、舒燕君 等，计算机组成原理，
https://www.icourse163.org/course/HIT-309001
https://www.icourse163.org/course/HIT-1001527001
（2）参考书目
王诚. 计算机组成与体系结构实验教程（第3版），清华大学出版社，2017.10
宋佳兴 王诚. 计算机组成与体系结构（第3版），清华大学出版社，2017.7
王爱英. 计算机组成与结构（第5版），清华大学出版社，2013.1
