第1章  计算机系统概述

【知识导图】

【拓展知识】

1.   电子计算机的发展趋势

2.   哈佛结构计算机的特点和应用

第2章 数据的机器级表示与处理

【知识导图】

【拓展知识】

1. Booth算法的运算规则和实现方法 

2.  两位乘法的运算规则和实现方法

3.  定点补码一位除法的上商原则和商值确定方法

第3章 存储系统

【知识导图】

【拓展知识】

1.   高速缓冲存储器Cache设计的关键技术分析

2.   计算机高速缓冲存储器(Cache)命中率的分析

3.   虚拟存储技术的研究与比较

【技术前沿】

1.   嵌入式微处理器中的低功耗Cache技术研究

2.   高性能计算机系统中Cache的性能分析及改进

3.   高性能计算存储关键技术研究

第4章 指令系统和程序的机器级表示

【知识导图】

【拓展知识】

1.  IA-64架构微处理器

2.  Alpha 21064微处理器

3.  操作码的扩展

4.  X87浮点处理指令

5.  MMX/SSE指令集

6. C程序调用汇编子程序

7. 汇编语言程序调用C函数

【技术前沿】

1.  32位RISC嵌入式微处理器流水线设计

2.  精简指令系统计算机(RISC)的研究与实现

3. Visual C++环境下的汇编语言与高级语言混合编程

第5章 CPU结构和程序执行

【知识导图】

【拓展知识】

1.   IA-32技术发展和处理器技术

2.   通用16位CPU的设计与实现

【技术前沿】

1. 基于Linux的网络地址转换技术研究及其在校园网中的应用

2.带中断系统的五级流水线CPU设计

3.提前分支预测结构及算法研究

4.一款64位RISC微处理器的体系结构设计

第6章 异常和中断

【知识导图】

【技术前沿】

1. PLC应用中断控制INT指令的实验探讨

2. 基于32位Intel CPU的反汇编引擎设计与实现

3. 基于DOS的车载GPS定位测向系统研制

第7章 输入输出系统

【知识导图】

【技术前沿】

1. 电子线路板卡自动检测系统输入输出扩展电路的设计

2. 基于Proteus和8086的交通灯控制电路仿真设计

3. 用于8位80MS/s模数转换器的增益数模单元电路

4. 基于嵌入式系统的人脸识别技术研究及实现

1. 《计算机硬件基础》实验内容和报告

（1）计算机硬件基础实验（一）

（2）计算机硬件基础实验（二）

（3）OllyDbg反汇编工具的使用

（4）“计算机硬件基础”实验报告模板

2.《计算机硬件基础》实验程序调试视频

3.  《计算机硬件基础》实验工具(C语言版）

（1）C程序开发环境 下载

（2）OllyDbg反汇编工具  下载  

4.  《计算机硬件基础》实验工具(汇编语言版）

（1）DOSBox0.74_win32_installer  下载  

（2）32位汇编语言程序开发工具  下载  

（3）MASM32安装步骤 下载

5.《计算机硬件基础》汇编实验案例

（1）"霓虹灯" 的模拟显示 

（2）打字练习

（3）钟表显示

                                  上课时间

为了提高学习效率，做好网上课程资源的学习，本课程的上课时间调整为：

    周二 10:00--11:30

    周五 14:00--15:30

                                   上课要求

 （1）提前10分钟进行准备

 （2）登录微信公众号或微信小程序“雨课堂”。修改个人头像为本人大头照。

 （3）特殊说明

   没有流量和腾讯会议软件条件的同学，可以直接使用“雨课堂”同步语音听课。

                                                   上课流程

（1）提前1天登录微信“雨课堂”，接收“雨课堂”课前预习内容，时间为10-15分钟。

（2）上课

（3）课程中间有雨课堂问题。

 ①有条件的同学通过腾讯会议，与教师屏幕共享。

 ②网络流量或网络拥堵问题，用手机登录“雨课堂。可以通过“雨课堂”实时语音听课并有课件推送。

 ③如果登录迟到，之后可以通过“雨课堂”进行语音直播回放。

（4）课程中间有签到。

（5）课程结束，布置下次课的预习内容。

                                    学习流程

（1）课前，按照超星平台的要求完成预习和学习，任务点的学习作为期末平时成绩的一部分。（不完成任务点的同学无，无法继续学习下面的内容。）

（2）上课时，会对预习内容进行测验或提问。

（3）课上以讨论和问题演算为主。

                                    课程特色

（1）在超星泛雅平台，有配套的网络教学资源。

（2）课程组教师根据教材制作了配套的电子课件。

（3）课程组教师编写的配套教材（电子教材已经上传到每章的第1节中）

（4）课程有配套的教师讲课视频和语音，方便后期复习。

（5）课程有配套的课后习题集。便于学生练习和复习。

（6）实验用C语言编写程序，利用反汇编追踪工具观察汇编指令和机器代码。学生有C语言基础，学习和操作容易入门。

                                                    课程简介

计算机硬件基础课程从“系统观”出发，讲透原理，使学生具有“系统思维”，能从系统层面进行思考，能深刻理解计算机系统整体概念，具备软/硬件协同设计和程序设计技术能力，具有辩证思考能力和系统分析能力。

计算机专业人士都有这样的体会，即系统运行的性能不仅仅取决于他们编写程序的水平，缺乏对系统底层知识的了解，使得他们面对一些性能问题时一筹莫展，这种情况不乏资深程序员和工程师。高级程序员要编写高效率代码，仅仅掌握高级语言本身是不够的，除此之外，他们还需要了解设备相关的知识，例如在应用系统中，通常用硬件设备采样数据，那么工程师要掌握的知识就不仅限于编程语言了；在高级语言编程中，编译器也将计算机底层的细节隐藏了起来。因此，如果计算机课程的内容仅限于编程语言，那么培养出来的学生是无法胜任未来工作。

本课程是从程序员视角出发，以高级语言程序的开发和运行过程为主线，将该过程中每个环节所涉及的硬件和软件的基本概念关联起来，试图使学生建立一个完整的计算机系统层次结构框架，了解计算机系统的全貌和相关知识体系，初步理解计算机系统中的每一个抽象层及其相互转换关系，建立高级语言程序、ISA、0S、编译器、链接器等之间的相互关联；对指令在硬件上的执行过程和指令的底层硬件执行机制有一定的认识和理解，从而具有在程序的调试、性能优化、移植和健壮性保证等方面的能力，并为后续的课程打下坚实基础。

计算机系统上的程序转换和执行机理是相通的，因而，采用IA-32体系结构的计算机系统，将高级语言程序、汇编语言程序、机器代码及其执行串联起来，其课程内容包括：

1）程序中处理的数据在机器中的表示和处理；

2）程序中各类控制语句对应的机器级代码的结构；

3）可执行目标代码的链接生成；

4）可执行目标代码中的指令序列在机器上的执行过程；

5）存储系统构建和存储的访问过程；

6）打断程序正常执行的机制和中断控制；

7）程序中的I/O操作功能如何通过请求操作系统内核提供的系统调用服务来完成等。

本课程共有7章，其中介绍了IA-32的指令集体系结构，包括其机器语言和汇编语言。多数C语言程序都有对应的机器级表示。

通过课程的学习，有助于应用程序员利用计算机系统相关知识来编写更有效的程序。尤其是对于软件工程专业的学生，不需要深入了解计算机底层硬件细节，如果学生对C语言语法和底层结构之间的互动机制有所了解，那么在以后的语言编程课程中，就可以将重点放在问题求解算法及更复杂的数据结构方面。同样对于硬件方面的学习，会有助于联想硬件和上层语言之间的交互场景，从而理解底层设计的重点和动机。

课程建设成果

★2008年，《计算机硬件技术及应用》高等院校规划教材，浙江大学出版社，崔丽群主编。

★2009年，计算机硬件基础，校级精品课，崔丽群。

★2010年，计算机硬件基础，校级立项课程建设，崔丽群。

★2010年，计算机硬件基础，校级优秀课件，一等奖，崔丽群。

★2012年，计算机硬件基础，辽宁省教育软件大赛，三等奖，崔丽群、于美娜、姜彦吉、刘丽。

★2016年，计算机硬件基础，校级精品资源共享课，崔丽群、姜彦吉、于美娜、刘丽。

★2015年/2016年，计算机硬件基础，校级“教与学”模式改革立项课程，授课对象2013级/2014级

  软件工程、网络工程专业，崔丽群、于美娜、刘丽。

★2017年，计算机硬件基础，校级精品开放课程，二等奖，崔丽群、姜彦吉、于美娜、刘丽。

相关课程建设成果

★2010年，ARM体系结构与设计，校级优秀教案，一等奖，崔丽群。

★2011年，计算机组成原理，辽宁省教育软件大赛，二等奖，崔丽群。

★2011年，崔丽群获校级评选“最受学生欢迎教师”称号。

★2013年，软件工程专业实训教学体系改革与实践，辽宁省教学成果奖，一等奖，崔丽群。

1.“计算机硬件基础”教学大纲（16版） 

2.“计算机硬件基础”教学日历

     3.“计算机硬件基础”考核方案及平时成绩评分标准

     4.“计算机硬件基础”实验报告评分标准

     5.“计算机硬件基础”实验报告模板

6.“计算机硬件基础”实验四具体任务  

参考教材

【1】袁春风.计算机系统基础 [M]. 北京：机械工业出版社，2014.

【2】兰德尔E.布莱恩特(RandalE.Bryant)等.深入理解计算机系统(原书第3版) [M].北京：机械工业出版社，2016.

【3】唐朔飞等. 计算机组成原理（第2版）[M]. 北京：高等教育出版社，2008.

【4】钱晓捷.微机原理与接口技术-基于IA-32处理器和32位汇编语言及接口技术教程（第5版）[M]. 

        北京：机械工业出版社， 2014.

【5】焦明海等. 计算机硬件技术基础（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2012.

【6】王爱英. 计算机组成与结构（第5版）[M]. 北京：清华大学出版社，2013.

【7】王克义.计算机硬件技术基础[M].北京：清华大学出版社，2014.

【8】李华贵.微机原理与接口技术-基于IA-32处理器和32位汇编语言[M].北京：电子工业出版社，2010.

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