本课程主要针对寄存器传送级以上层来介绍单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互联系。包括计算机系统概述、计算机系统性能评价、数的表示及其运算、存储器的层次结构、指令集体系结构、数据通路和指令控制流程、控制器的设计、微程序设计原理、总线互连、中断和输入输出组织等。

　本课程分理论教学和实验教学两个部分，是学年课程，大约120学时。第一学期是课堂理论教学，周学时为4，大约66学时左右，占4个学分。

理论教学的知识模块顺序及其对应的学时分配如下：

第1章　计算机系统概述（4学时）

　　1.1 计算机发展历程（1学时）

　　1.2 计算机系统组成及层次化结构（1学时）

　　1.3 计算机系统性能评价（2学时）

第2章　数据的机器级表示（6学时）

　　2.1 数值数据的表示（3学时）

　　2.2 非数值数据的表示（0.5学时）

　　2.4 数据宽度、数据排列和对齐方式（0.5学时）

　　2.5 数据校验码（2学时）

第3章　运算方法和运算部件设计（8学时）

　　3.1 高级语言和机器指令中的运算（1学时）

　　3.2 算术逻辑部件（1学时）

　　3.3 定点数运算及其运算部件（4学时）

　　3.4 浮点数运算及其运算部件（2学时）

第4章　存储器分层体系结构（10学时）

　　4.1 存储器概述和主存储器（4学时）

　　4.2 高速缓冲存储器(Cache) （4学时）

　　4.3 虚拟存储系统（2学时）

第5章　指令系统设计（4学时）

　　5.1 指令格式、寻址方式、指令系统实例（2学时）

　　5.2 MIPS的汇编与机器指令表示（2学时）

第6章　中央处理器设计（10学时）

　　6.1 CPU概述、指令执行流程（1学时）

　　6.2 单周期数据通路和控制器设计（3学时）

　　6.3 多周期数据通路和控制器设计（3学时）

　　6.4 微程序控制器设计（2学时）

　　6.5带异常处理的处理器设计（1学时）

第7章　指令流水线设计（6学时）

　　7.1 流水线处理器设计（2学时）

　　7.2 流水线冲突及其处理（2学时）

　　7.3 高级流水线技术（2学时）

第8章　系统总线　　（4学时）

　　8.1 总线基本概念和总线设计要素（2学时）

　　8.4 总线标准和总线结构（2学时）

第9章　输入输出组织　　（12学时）

　　9.1 输入/输出设备（2学时）

　　9.2 外部存储设备（2学时）

　　9.3 I/O接口（2学时）

　　9.4 程序直接控制I/O方式（1学时）

　　9.5 程序中断I/O方式（2学时）

　　9.6 DMA方式（2学时）

　　9.7 通道和I/O处理器方式（1学时）

复习总结（2学时）