计算机组成原理教案.pdf

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1、计算机学院（计算机科学系）教 案2 0 1 3 2014 学 年 第2学期课 程 名 称计算机组成原理授课班级软件 1 2 1、1 2 2主讲教师0 使用教材 白中英编著.计算机组成原理教 案（首页）课程名称计算机组成原理课程编号DB0800094总学时74理 论62学时实 验12学时课程类别必修课（V）选修课（）任课教师职称副教授授课对象软件 121、122班共2 个教白中英著.计算机组成原理材王爱英著计算机组成与结构参考资料教学方理论与实践相结合，注重内容间的联系，突出重点；加强基本理论和技能，精选案例进行教学，采用启发引导方式与学生沟通。法教学电子课件+多媒体手段考核方闭卷考试式考试成绩

2、(8 0%)+平时成绩(20%)本课程的教学目标 计算机原理是计算机科学与技术专业、网络工程专业的重要专业基础必修课程。该课程在先导课和后继课之间起着承上启下的作用。主要讲授单处理机系统的组成和工作原理，重点学习运算器、控制器和存储器，培养学生对计算机整机工作的认识，提高学生计算机硬件分析、应用、开发的能力，为进一步学习专业课打下坚实基础。计算机组成原理课程教案授课题目第一章计算机系统概论授课类型理论课教学目标了解计算机发展沿革掌握机器字长、微处理器、计算机系统、计算机架构等基本概念熟悉冯诺依曼思想机器字长、微处理器、计算机系统、计算机架构等基本概念重 点冯 诺依曼思想难 点计算机架构存储程序

3、（顺序控制、操作控制、时间控制、数据处理）1、多年教学体会和学生反应2、学习方法和考核方式教3、计算机发展沿革学4、计算机层次结构过5、计算机系统组成程6、冯 诺依曼思想作 业习题一 2、3、9、10主要教学内容计算机发展沿革微处理器架构机器字长、微处理器、计算机系统等基本概念计算机层次结构5层高级语言层4层汇编指言层3层操作系统层2层指令系统层卜1层微程序设计层图1-1计算机系统层次结构示意图冯 诺依曼思想计算机五个组成部分指令和数据的编码“存储程序”顺序控制、操作控制、时间控制、数据处理教学小结学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课程教

4、案授课题目计算机中数据的表示-数值数据的定点表示授课类型理论课教学目标掌握数值数据的定点表示法重 点机器数（原码、反码、补码、移码）与真值尾数与阶码难 点各种机器数表示数范围分析1、数据分类教2、数值数据符号、小数点和数值尾数的表示学3、定点表示的机器数与真值过4、浮点表示法程作 业主要教学内容1、数据中符号的表示2、数据中小数点的表示(1)定点表示法D150|4Dot-V-1符号位 尾数/数值位 隐含的小数点D15D14D。f11 V符号位隐含的小数点 尾数/数值位(2)浮点表示法3、数值的表示(1)进位计数制(2)进位计数制间的转换4、各种机器数(1)原码(2)反码(3)补码(4)移码教学

5、小结学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课程教案授课题目第二章 计算机中数据的表示一一数值数据的浮点表示、非数值数据的表示、校验码授课类型理论课教学目标掌握数值数据的浮点表示法和非数值数据的表示熟悉校验码重 点数据的浮点表示法和IEEE754标准、奇偶校验难 点浮点数的规格化和IEEE754标准1、数据的浮点表示法2,IEEE754 标准教3、A SC I I 码学4,BC D 码过5、十进制数串的表示程6、数据的自定义表示7、校验码作 业习题二 3、5、6、8、10、25、261、数据的浮点表示法(1)尾数与阶码和数的真值(2)IEEE7

6、54 标准X=(-1)s X 2E-127 X1.M主要教学内容2、非数值数据的表示(1)ASC I I 码(2)BCD 码(3)十进制数串的表示(4)汉字的表示3、校验码(1)奇偶校验码(2)海明校验码(3)CRC校验码计算机处理对象r 原码反码V数据_定点 数 Y补码、移码-数值数据 非数值数据 阶码 浮点数 L尾数 ASCII与字符串A BCD码与十进制数串L_数据校验码-奇偶校验码_ _ _ _ _ _ _ 海明校验码_ _ _ _ _ _ _ _循环冗余校验码教学小结学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课程教案授课题目运算方法与运

7、算器一一定点数的运算与实现授课类型理论课教学目标掌握定点数的加减运算方法领会串行进位和并行进位加法器设计重点变形补码的加减运算串行进位和并行进位加法器设计难点全加器延迟时间串行进位和并行进位加法器进位关系与延迟时间教学过程1、第二章小结2、定点数的加减运算方法3、溢出判别4、全加器设计与电路分析5、n位串行进位加法器6、n位并行进位加法器作业_学结验小学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课程教案授课题目第三章 运算方法与运算器-定点数的乘法授课类型理论课教学目标掌握各种定点数的乘法运算与实现重 点定点数的原码/补码一位乘与实现定点数的并行乘

8、运算与实现难 点定点数的原码/补码一位乘法2、定点数的并行乘运算教1、补码的性质学2、补码的一位乘法过3、补码的二位乘法程4、并行乘法作 业主要教学内容1、补码的性质(1)补码的移位(2)补码与真值关系2、补码的一位乘法(1)布斯递推公式与算法(2)补码的一位乘具体实现3、补码的二位乘法4、并行乘法(1)无符号数阵列乘法器(2)带符号数阵列乘法器教学小结学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课程教案授课题目第三章运算方法与运算器一一定点数的除法与逻辑运算授课类型理论课教学目标掌握定点数的除法和逻辑运算重 点定点数的除法、逻辑运算难 点原码的恢

9、复余数法和补码的加减交替法教1、原码的恢复余数法学2、补码的加减交替法过3、并行除法运算程4、逻辑运算和移位操作作 业主要教学内容1、原码的恢复余数法2、补码的加减交替法3、并行除法运算(1)可控的加/减单元(CAS)(2)不恢复余数的阵列除法器4、逻辑运算和移位操作教学小结学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课程教案授课题目第三章运算方法与运算器定点运算器授课类型理论课学标教目掌握ALU思想和74181ALU重点74181ALU难点一位 A LU四位 74181ALU教1、一位算术逻辑单元学2、四位算术逻辑单元过3、两级先行进位的A L

10、U程作业主要教学内容1、一位算术逻辑单元2、四位算术逻辑单元(74181ALU)3、两级先行进位的ALU(1)74182CLA(2)16 位/32 位 ALU4、定点运算器P*|G*P*l|G*学生学习情况教学小结教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课程教案授课题目第三章运算方法与运算器浮点运算器授课类型理论课学标教目掌握浮点数的运算和浮点运算器重点浮点数的加减运算难点浮点数的加减运算教1、定点运算器的基本结构学2,浮点数的加减运算过3、浮点数的乘法和除法运算程4、浮点运算器作业_习题三 1、4、10、21、23主要教学内容1、定点运算器的基本结构2、

11、浮点数的加减运算对 阶、尾 数 加 减、规 格 化、舍 入 处 理、溢出判别3、浮点数的乘法 和 除 法 运 算4、浮点运算器L定点数加减运算f原码一位/二位乘法金上物 定 点 数 乘 运 算 补码一位/二位乘法_ _ _定点数算术-运算与实现 1阵列乘法器f恢复余数除法占上一份叫 定 点 数 除 运 算11 加41减p交为替甘除必什法 土 定点运算器_c单符号判别法L_溢出判别法 双符号判别法一逻辑运算与移位 进位判别法运算器舁 _ _ _ _ 算术逻辑单元ALU浮点数加减运算_ 浮 点 数 算 术 运 算 y、e上一曲1 1 a L 浮点数乘除运算L-A浮点运算器一 浮点运算器组成教学小结

12、学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课 程 教 案授课题目存储器系统存储器概述和半导体存储芯片授课类型理论课教学目标了解存储器结构和分类掌握存储元件和半导体存储器芯片结构重 点静态/动态存储元件存储器芯片结构难 点存储器芯片内部结构动态存储器的刷新教1、存储器系统的结构学2、存储器分类过3、存储元电路程4、存储器芯片作 业1、存储器系统的结构2、存储器分类3、存储元电路静态存储元、动态存储元和刷新、只读存储器存储元存储器芯片存储器芯片组成与结构、存储器芯片工作原理、存储器芯片实例主要教学内容CPU寄存器位据教学小结学生学习情况教学目标完成情

13、况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课 程 教 案授课题目第四章存储器系统半导体存储器扩展技术授课类型理论课教学目标熟悉常用存储器芯片掌握半导体存储器扩展技术重 点半导体存储器扩展技术难 点半导体存储器扩展技术的应用教1,常用存储器芯片学2、存储器的扩展技术过3、存储器扩展技术的应用程4、并行存储器作 业主要教学内容1、常用存储器芯片2、存储器的扩展技术(1)位扩展(2)字扩展(3)字位扩展3、存储器扩展技术的应用4、并行存储器(1)多体顺序并行存储器(2)多体交叉并行存储器教学小结学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组

14、成原理课程教案授课题目第四章存储器系统高速缓冲存储器授课类型理论课教学目标了解Cache基本原理掌握Cache地址映射重 点Cache地址映射难 点Cache地址映射教1、Cache基本原理学2、Cache地址映射过3、Cache的读写策略程作 业主要教学内容1、Cache基本原理2、Cache地址映射(1)全相联映射(2)直接映像(3)组相联映射3、Cache的读写策略教学小结学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课程教案授课题目第四章存储器系统-虚拟存储器授课类型理论课学标教目熟悉虚拟存储器有关的基本概念掌握虚拟存储器的地址变换重点虚拟存

15、储器、虚拟地址等概念地址变换难点虚拟存储器、虚拟地址等概念地址变换教1、虚拟存储器概述学2、页式虚拟存储器过3、段式虚拟存储器程4、没页式虚拟存储器作业_习题四1、2、6、9、121、虚拟存储器概述(1)基本概念(2 )虚拟存储器的管理方式2、三种结构的虚拟存储器主要教学内容局部性原理存储器-A-半导体存储器一(主存)f芯 片-主存扩展j方法-动态存储元只读存储元芯片组成与结构静态存储器芯片(SRAM)动态存储器芯片(DRAM)只读存储器芯片(ROM)位扩展法字扩展法字位扩展法存 储 器 一高速缓冲存储器一(Cache)映射方式直接映射全相联映射组相联映射替换与写策略虚拟存储器(辅存)管理方式

16、地址变换段式虚拟存储器页式虚拟存储器段页式虚拟存储器教学小结学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课程教案授课题目第五章指令系统-操作码的编码授课类型理论课教学目标了解指令的格式熟悉有关指令系统的概念掌握操作码的编码技术重 点指令的格式、CISC.RISC操作码的编码技术难 点操作码的编码技术教1、指令与指令系统学2、机器指令的格式过3、操作码的编码方法程作 业主要教学内容1、指令与指令系统2、机器指令的格式零地址指令、单地址指令、双地址指令、三地址指令3、操作码的编码方法定长编码变长编码操作码扩展技术Huffman编码法扩展编码法教学小结学

17、生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课程教案授课题目第五章指令系统一一指令的寻址方式授课类型理论课教学目标熟悉寻址方式概念掌握寻址方式重 点寻址方式难 点寻址方式教学1、指令寻址方式过2,操作数寻址方式程作 业主要教学内容1、指令寻址方式顺序寻址方式、跳转寻址方式2、操作数寻址方式立即寻址直接寻址间接寻址寄存器直接寻址寄存器间接寻址变址寻址基址寻址相对寻址隐含寻址教学小结学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课程教案授课题目第五章指令系统CISC、RISC授课类型理论课教学目标了解复杂指令系

18、统和精简指令系统重 点复杂指令系统和精简指令系统难 点复杂指令系统和精简指令系统的特点教1、复杂指令系统学2、8086CPU指令系统过3、精简指令系统程4,SPARC机指令系统作 业习题五 2、4、9、1 0、13主要教学内容1、复杂指令系统2、8086CPU指令系统3、精简指令系统4、SPARC机指令系统 一 定 长 编 码操 作 码 _ 操 作 码 扩 展 技 术=妇 编 码 _哈 佛 爰 编 醇1 _ 优;化 扩 展 编 码f指 令 格 式 _ _ _ _ _帧 用 寻 址_指 令 寻 址 _方 式 1 _跳 转 寻 址才旨令一 地 址 码 一 立 即 寻 址直 接 寻 址间 接 寻 址

19、酱 存 88寻 址操 作 数 寄 存 相 间 址 寻 址 方 式 相 对 寻 址基 址 寻 址变 址 寻 址复 杂 指 令 _隐 含 寻 址系 统(CISC)精 面 指 令系 统(RISC)教学小结学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课程教案授课题目第六章控制器一一微处理器概述与控制器的时序系统授课类型理论课教学目标了解微处理器功能、组成与结构熟悉控制器的时序系统重 点微处理器功能、组成与结构难 点控制器的时序系统1、CPU的功能教2,CPU的基本组成学3、控制器的分类过4、有关周期的基本概念程5、时序信号与体制6,时序信号发生器作 业主要

20、教学内容1、CPU的功能2、CPU的基本组成3、控制器的分类4、有关周期的基本概念5、时序信号与体制6、时序信号发生器时钟源、环形脉冲发生器节拍脉冲和读写时序的译码、启停控制逻辑7、控制方式教学小结学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课程教案授课题目第六章控制器一一指令周期流程授课类型理论课教学目标掌握指令周期、CPU周期、时钟周期等基本概念掌握指令周期分析方法和指令周期流程图画法重 点基本概念和指令周期分析难 点指令周期流程图画法教1、指令周期、CPU周期、时钟周期等基本概念学2、CPU模型过3、五类典型指令的指令周期分析4、指令周期流程

21、作 业主要教学内容1、指令周期、CPU周期、时钟周期等基本概念2、CPU模型3、五类典型指令的指令周期分析CLA指令周期ADD指令周期STA指令周期JMP指令周期NOP指令周期4、指令周期流程教学小结学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课程教案授课题目第六章控制器一一微程序控制器授课类型理论课教学目标了解微程序控制器基本原理熟悉微程序控制器组成掌握微程序控制器的设计重 点微程序控制器组成和微程序控制器的设计难 点微程序设计教1、微程序控制器基本概念学2、微程序控制器基本组成与工作原理过3、微程序设计程4、微程序设计举例作 业主要教学内容1、

22、微程序控制器基本概念2、微程序控制器基本组成与工作原理3、微程序设计基础水平型微指令的格式微命令编码直接表示法、编码表示法、混合表示法后续微地址的形成方法计数器方式、增量方式与断定方式的结合、多路转移方式4、微程序设计举例教学小结学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课程教案授课题目第 六 章 控 制 器一一组合逻辑控制器和门阵列控制器授课类型理论课教学目标熟悉组合逻辑控制器和门阵列控制器重 点组合逻辑控制器和门阵列控制器难 点组合逻辑控制器和门阵列控制器教1、组合逻辑控制器学2、门阵列控制器过3、8086CPU程4、Pentium微处理器作

23、 业主要教学内容1、组合逻辑控制器2、门阵列控制器3、8086CPU4、Pentium微处理器教学小结学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课程教案授课题目第六章控制器-流水线技术授课类型理论课教学目标了解指令的执行方式熟悉流水线时空图和相关问题重 点流水线的技术指标流水线时空图难 点流水线时空图和相关问题款1、指令执行方式学2、线性流水线过3、流水线中的相关问题程4、多媒体技术作 业习题六 2、5、8、10、15、21主矍教学内容1、指令执行方式2、线性流水线线性流水线时空图、线性流水线主要技术指标3、流水线中的相关问题资源相关、数据相关、

24、控制相关4、MMX技术_ _ _ _ _ 控ftiJSSSH成_ _ _ _ _ 控 制8 8设 计 基 础 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 时 序 系 统 与 控 用J方 式拄利器一敞 程 序 疙 舟J 8 R _ 才旨令流程_ _ _ _ _ 激 程 序 控 制 需 绢 成 结 构._ _ _ _ _ 微 指 令 格 式_ _ _ _ _ _ 水 平 型 微 指 令 _ _ _ _ _ _ _ _ -4旗 布4_门 阵5CPU曲 用J3戋 控1W8R川 控 科 监咬 术_ _ _ _ _ 微 程 可 设 计-指 令 疣 水 线 技 术_ a n w in rb tin g_ _ _

25、 _ _ 微 地 址 形 成 方 法牧女卜理器n_ 小 原 体 技 不-8 0 8 6微 处 理 器_春 滕 敞 处 理M K教学小结学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课程教案授课题目输入输出与中断一输入输出接口授课类型理论课教学目标了解有关接口基本知识熟悉接口组成与工作原理重 点接口组成与结构难 点接口组成与结构1,接口概述教2、接口的组成与结构学3、端口与编址方式过4、端口寻址输入设备程作 业主要教学内容1、接口概述2、接口的组成与结构3、端口与编址方式(1)固定地址(2)可变地址4、端口寻址输入设备(1)直接寻址(2)间接寻址教学小

26、结学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课程教案授课题目第七章输入输出与中断-输入输出设备授课类型理论课教学目标了解常用的输入输出设备重 点输入输出设备组成与工作原理难 点时序教1、输入榆出设备概述学2、输入设备过3、输出设备程4、存储设备作 业主要教学内容1、输入输出设备概述2、输入设备3、输出设备(1)显示设备(2)打印设备4、存储设备(1)硬盘(2)光盘教学小结学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课程教案授课题目第七章输入输出与中断-输入输出方式授课类型理论课教学目标了解数据传输过程

27、掌握数据的输入输出方式重 点数据的输入输出方式难 点中断与DMA教学1、数据传输过程过2、数据的输入输出方式程作 业主要教学内容1、数据传输过程2、数据的输入输出方式(1)查询方式(2)中断方式(3)D M A 方式(4)处理机方式教学小结学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理课程教案授课题目第八章 互联网络授课类型理论课教学目标了解互联网络特性与性能参数熟悉静态、动态互联网络重 点静态、动态互联网络难 点网络结构教1、互联网概念学2、互联网特性与性能参数过3、静态互联网络程4、动态互联网络作 业主要教学内容1、互联网概念2、互联网特性与性能

28、参数3、静态互联网络4、动态互联网络教学小结学生学习情况教学目标完成情况学生掌握情况备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。计算机组成原理实验课 程 教 案实验题目实 验 一 C0 P 2 0 0 0 认识实验授课类型实验课实验目的1 熟悉C0P2000实验箱组成及工作方式。2 掌握实验教学软件的使用。备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。实验要求1预习并总结组成原理的组成。2注意工作软硬件环境。3观察实验箱各部件。4熟悉教学软件。实验内容1学习实验仪的硬件检测步骤2学习并了解实验仪开关、指示灯、按键的使用方法3学习实验仪与微机的连接及使用方法4寄存器读写实验5学习软件的使用方法实验报告要求1严格按

29、照实验报告规范要求2实验原理图3记录实验数据4分析数据计算机组成原理实验课 程 教 案实验题目实 验 二C0P2000运算器实验授课类型实验课备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。实验目的1 了解运算方法和运算器的组成2掌握行波进位加法器设计方法。3讨论并行进位加法器实验要求1 74LS181、74LS182级联方法和运算种类。2认识乘法阵列乘法器。3 C0P2000实验箱的算术逻辑单元。实验内容1设计十六位行波进位加法器（用全加器）。2用74LS181、74LS182实现十六位运算器。3运算器实现算术运算验证。实验报告要求1严格按照实验报告规范要求2实验原理图3记录实验数据4分析数据计算机组成

30、原理实验课 程 教 案实验题目实 验 三C0P2000存储器实验授课类型实验课备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。实验目的1 了解存储器芯片内部结构和访问时序。2掌握存储器扩展技术。3熟悉动态存储器刷新方式。实验要求1存储器芯片。2静态和动态存储器扩充方法。3 C0P2000实验箱存储器EM o实验1合理选择存储器芯片。2扩展4KB SRAM和2K ROM,要求地址内空间与EM不重叠。容3实现存储器的读和写。实验报告要求1严格按照实验报告规范要求2实验原理图3记录实验数据4分析数据计算机组成原理实验课 程 教 案实验题目实 验 四C0P2000控制器实验授课类型实验课备注：填写内容一律用仿宋体

31、小四号字。实验目的1熟悉微程序控制器的组成原理。2掌握中断技术。1实验仪的软件环境。实验要求2中断。实1微程序控制器的组成验内2实现对程序控制器、微程序控制器等读写容3中断实验1严格按照实验报告规范要求2实验原理图实验报告要求3记录实验数据4分析数据计算机组成原理实验课 程 教 案实验题目实验五微程序设计实验授课类型实验课实验目的1 了解微指令的格式2掌握微程序的设计方法。3掌握微程序写入控存的方法实验要求1设计一条机器指令2划出该指令的流程图3设计该指令的微程序4将微程序写入控存实验内容1传送、运算、转移等一条机器指令2指令的寻址方式不限3设计该指令的微程序4将微程序写入控存实验报告要求1严格按照实验报告规范要求2实验原理图3记录实验数据4分析数据备注：填写内容一律用仿宋体小四号字。