毕业要求2：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析物联网领域中的复杂工程问题，以获得有效结论。

指标点2.2：能认识并判断物联网领域实际工程问题有多种解决方案，能分析文献寻求可替代的解决方案，能正确表达一个实际工程问题的解决方案。

目标1

数据表示、运算方法与运算器、存储系统、指令系统、IO和总线

平时作业

期末考核

毕业要求3：能够设计针对物联网领域中的复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的物联网应用系统，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。

指标点3.3：能够进行物联网软硬件系统的总体设计，并在设计过程中体现创新意识。

目标2

运算器、存储系统、中央控制器、指令系统

课内实验

毕业要求6：能够基于工程背景知识和技术标准，对物联网工程进行合理分析，评价物联网应用系统及其复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。

指标点6.2：能识别和分析物联网工程领域的新器件、新装置、新系统、新技术和新模式的应用对社会、健康、安全、法律以及文化的潜在影响，能评价物联网应用系统失效对社会、健康、安全、法律以及文化的潜在影响。

目标3

计算机组成原理整机概念、总线、I/O系统

期末考核

1

计算机系统概述

国内外计算机发展历史、应用概况，当前我国在芯片领域面临的卡脖子状况；冯·诺依曼思想及冯·诺依曼机；计算机的性能指标；ARM架构及华为鲲鹏CPU特点。

1)了解国际、国内计算机发展的历史，重点了解我国超级计算机“神威太湖之光”的发展历史，激发学生的爱国情怀和民族责任感；

2)掌握冯诺伊曼计算机的工作原理、基本组成及各部分的主要功能；

3)了解计算机软/硬件互动关系；

4)熟悉计算机系统的层次结构，了解不同层次的抽象特点；

5)熟悉常见计算机系统的性能评价指标,掌握CPU性能公式及性能评价方法。理解不同性能评价方法的局限性。

6)了解华为鲲鹏国产CPU的架构特点和新特性，了解产业界的最新技术进展，为投身计算机行业做好准备。

2

讲授

目标1

目标3

平时作业、期末考核

2

数据信息的表示

数据的机器级表示及不同数据表示的特点；浮点数据表示(包括表示形式、规格化、数据表示范围和IEEE754标准)；常见的数据校验方式(奇偶校验和海明校验)及其特点

1)熟练掌握数据的编码表示(原码、反码、补码、移码)；

2)掌握定点数与浮点数数据表示及范围的计算方法、规格化浮点数的概念及规格化方法；通过案例讨论，理解浮点数精度的小问题会导致严重灾难，提醒学生培养科学工匠精神，提升工程素养；

3)了解非数值信息的编码表示，尤其是汉字编码；

4)掌握奇偶校验、海明校验的方法、特点；

6

讲授

目标1

目标2

目标3

平时作业、期末考核

3

运算方法与运算器

运算器结构及工作原理；定点数的表示；定点数的加减运算原理及溢出的概念与检测方法；定点乘法运算和除法运算的工作原理；浮点数的表示方法；浮点数的加减运算。

1)掌握定点数的加减运算方法、溢出检测及电路实现；

2)掌握定点数乘法、除法方法及电路实现；

3)掌握定点运算器结构及设计方法；

4)掌握浮点数加、减运算及溢出判断方法；通过案例讨论，理解运算溢出可能会产生严重错误，造成巨大损失，提醒学生关注工程与社会，培养工程师的责任感。

8

讲授、实操

目标1

目标2

平时作业、实验、期末考核

4

存储系统

存储系统分层结构及工作原理；半导体芯片的结构及扩展；Cache的结构、Cache映射机制及Cache替换算法；内存的工作原理；外存的种类及工作原理；虚拟存储器的结构及工作原理。

1)掌握存储体系的工作原理、构成及各层次的作用；

2)掌握SRAM、DRAM的工作原理；了解ROM的工作原理与分类；

3)掌握主存的组成、扩展与控制方法；

4)熟悉相联存储器的工作原理；掌握Cache的工作原理、常见地址映射方式、替换算法；

5)掌握页式虚拟存储器的工作原理；

6)熟悉辅助存储器的种类与技术指标；了解磁盘整列技术与容错支持。

12

讲授

实操

目标1

目标2

平时作业、实验、期末考核

5

指令系统

指令系统的概念；指令的分类；指令的结构；使用汇编指令实现简单运算功能；指令和数据的寻址方式及优缺点对比；国外X86、MIPS、ARM-v8、开源RISC-V和国内LoongArch指令架构的对比。

1)掌握指令格式及各部分的作用；

2)掌握指令和数据的寻址方式；深刻理解指令寻址方式的特点及实现机制；深刻理解不同数据寻址方式的特点；

3)掌握指令格式及其优化设计的基本方法；

4)了解CISC与RISC的概念及特点；

5)了解国外X86、MIPS、ARM-v8、开源RISC-V和国内LoongArch指令架构之间的差异，通过龙芯公司10多年前收购MIPS失败的经典案例，激发思考指令集架构自主可控的重要性；

6

讲授

实操

目标1

目标2

平时作业、实验、期末考核

6

中央处理器

指令周期、机器周期、节拍、时钟周期、微操作的概念；控制存储器的概念；控制器的基本组成及各构成模块的功能；组合逻辑控制器实现的方法和基本原理；微程序控制器的工作原理；后继微地址产生方法；鲲鹏CPU架构及典型应用。

1)熟悉中央处理器的基本功能及其基本结构；

2)掌握指令周期的概念,理解指令周期不同阶段的任务；

3)掌握指令执行全过程的分析与数据通路分析与设计方法；

4)掌握微程序控制器的工作原理及微程序控制器的设计方法;

5)掌握硬布线控制的工作原理及硬布线控制器的设计方法;

6)能熟练使用 CPU设计的常用工具;

7)理解多周期与单周期的概念、熟悉单周期与多周期CPU的特点；掌握单周期、多周期MIPS CPU的设计方法;

8)了解国产CPU华为鲲鹏内部架构，ARM-v8架构基本特性，激发学生投身国产IT生态自主可控事业的使命感

8

讲授

实操

目标1

目标2

平时作业、实验、期末考核

7

指令流水线

指令流水线概述；流水线数据通路；流水线冲突与处理；流水线的异常与中断

1)了解指令流水线的基本概念和实现；

2)了解指令流水线的冲突处理和异常中断处理机制；

1

讲授

目标1

平时作业

8

总线系统

总线的概念与分类，总线的性能指标；指令执行过程及指令周期；中断的原理；计算机性能指标与改进。

1)了解总线的特性、总线分类；熟悉总线性能指标及计算方法；

2)掌握总线的常见连接方式及其特点；

3)熟悉总线的仲裁方式及特点；

4)熟悉总线的定时与数据传输方式；

5)了解总线的标准;

2

讲授

目标1

平时作业、期末考核

9

I/O系统

接口的概念及作用、外设编址方法；三种输入输出方式的原理及对比；DMA控制器结构及工作过程；I/O通道和I/O处理机。

1)了解接口的功能、基本结构、接口编址；通过朗科U盘专利案例讨论，让学生认识到创新的重要性，树立学生的创新意识。

2)熟悉查询输入输出方式的工作原理；

3)掌握中断的基本概念、中断请求与响应的原理与过程；

4)掌握DMA方式的工作原理。

3

讲授

目标1

目标3

平时作业、期末考核