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计算机组成原理授课时间 2010—2011 年秋课程名称 计算机组成原理 课程代码 学分 必修课( √ ) 课程性质 任课教师 授课对象 教材 和 主要参考 资料 理论课(√ 黄铂 专业：计算机所有专业 教材： 蒋本珊 主编《计算机组成原理》（国家十一五规划教材） 清华大学出版社 2008 主要参考资料： 1. 唐朔飞 2. 易小琳 3 . 薛宏熙 编著《计算机组成原理》高等教育出版社 2008年01月 主编《计算机组成原理与汇编语言》清华大学出版社2009年03月 主编《计算机组成与设计》 普通高等教育国家级“十一五”规划教材 2007 著，郑纬民 等译《计算机组成与设计：硬件/软件接口》/机 ) 选修课( 实验课( ) ) 职称 2009年 讲师 本科1-2，专科1-3班教案编写时闻 2010—2011 年秋06410016 3 讲课： 54 学时 实验： 18学时 总学时：724. （美）帕特森，（美）亨尼希 械工业出版社 网站： 2007年04月 http://www.wzlww.com/ http://www.ibm.com/smarterplanet/cn/zh/index.html 教学目的 和 教学要求 教学目的： 通过学习计算机的基本概念、基本构架、基本算法及实验，对构成计算机的各个组件的功能 和工作过程、以及部件间的联结有较全面、较系统的了解，形成较完整的计算机构成与工作原理 模型。

通过实验课的学习，使教师硬件的动手能力得到完整的计算机整机概念。 教学要求： 通过教学让学员把握编码数据的运算方式和运算器的组成，掌握随机存取存储器单元电路、 存储结构、读写时序，掌握控制器的控制方法、微程序控制器和组合逻辑控制器的工作原理和设 计方式。 教学重点 和难点 重点： 重点 1.计算机平台中数据表示、、加减乘除运算步骤、、浮点运算、运算组件。 2.存储器芯片的类别和各主要存储器芯片的工作原理，扩展存储器容量的技术。 3.指令格式、寻址模式、。 4.控制器的基本功能跟基本构成、微程序控制计算机的基本工作原理、微程序设计科技。 难点： 1.加法器，数据乘法跟加法的运算方式、乘法器和除法器的结构机理。 2.以及纠错码的编码。寻址方式的应用、指令操作码的扩展编码技术。 3.存储器芯片的机理、主存的容量扩展技术。 4.指令执行过程的理解、微程序设计科技和控制器的设计。教学进程 第 次课 第 1、2次课 第 3、4次课 第4、5次课 第5、6 次课 第 6、7次课 第8次课 第8、9 次课 第9、10 次课 第11 次课 第12 次课 第13、14 次课 第 14、15次课 第 15-17次课 第18 次课 第19、20 次课 第21 次课 第22 次课 第 22次课 第 23次课 第 24次课 第 25次课 第 25次课 第 26次课 第 26次课 授课章节 1.1概论 2.1数值数据的表示 2.2机器数的定点表 2.3非数值数据的表 2.4数据的校准 3.1指令系统的演进与性能要求 3.2指令格式与指令系统设计 3.3指令和数据的寻址模式 3.4堆栈寻址方法 3.5典型指令 4.1定点运算 4.2浮点加减法、乘 4.3运算器的组成 5.1存储器概述 5.2存储器构造 5.3高速的存储器 5.4虚拟存储系统 5.5磁表面存储器 6.1CPU的功能和构成 6.2指令周期 6.3时序信号发生器 6.4组合逻辑控制器 6.5组合逻辑控制器和PLA控制器 6.6典型的CPU举例 学时 4 3 2 2 3 1 3 3 1 2 3 2 4 2 4 2 1 1 3 2 0.5 1 1 0.5 备注 本课程采 用板书加多媒 体教学， 其中板 书主要讲解课 程中必须演算 的个别和电路 分析的个别， 便 于学生认识一 些原理推论的 推导， 多媒体主 要用于演示电 路部分的仿真 效果，以及一些 课程原理动画 及截图。

本课程中所涉 及的所有电路 都能借助实验 室软件设施平 台完成计算机原理教案下载，并能由 学生自己制作 完成计算机原理教案下载， 理论课堂 上只对非常重 要的电路进行 软件环境仿真， 其效果在排除 信号干扰因素 外跟实际基本 一致。教案(章节备课)8 学时 章节 教学目的 和要求 教学 重点 难点 第六章 中央处理器 通过讲解CPU电构造及工作方式使学生认识为什么计算机可以推动自动控制。 要求学生认识CPU的主要构成，理解指令的执行过程，掌握微程序控制器的组 成及工作原理。 重点：掌握 CPU 的功能及构成方法。掌握控制器的控制方法。掌握组合逻辑控 制器和微程序控制器的工作原理和设计方式，深入认识计算机中一条指令的完整执 行过程。 难点：对于指令执行过程的理解、微程序设计科技和控制器的设计方式。6.1CPU的构成和功能教学进程 (含章节 教学内容、 学时分配、 教学方法、 辅助方式)36.1.1CPU主要软件组件构造原理 6.1.2CPU控制机理1学时 6.2指令周期 6.2.1主频和机器周期 6.2.2指令周期的四个阶段 6.3时序信号发生器 6.4组合逻辑控制器 6.5 组合逻辑控制器和 PLA 控制器 6.6 典型的 CPU 举例 2学时0.5 1 1 0.5 作业1． 详细论述述CPU主要部件部件以及功能。

2． 试着分析CPU中的主要组件电路并加以改进。 3． 举例说明一条指令的在执行的整个生命周期过程中的具体方法。 4． 思考计算机如何缓解时间准确控制问题。 5． 设计一个控制器的简洁模型 1.唐朔飞 编著《计算机组成原理》高等教育出版社 2008 年 01 月 2.薛宏熙 主编 《计算机组成与设计》 普通高等教育国家级“十一五”规划教材 2007 3. 4. 本课程运用板书加多媒体教学，板书分析电路原理，多媒体演示动画及进行电路 仿真。硬件实验在实验室完成。主要 参考资料备注教案(课时备课》第23 次课1 CPU主要部件以及构造原理 主要组件及其构造原理(第1小节) 主要部件以及构造原理一、教学目的跟要求: 教学目的跟要求: 通过讲解CPU的主要部件使学生初步认识CPU的构成， 着重探讨程序指令计数 器控制组件和解释器部件，让学生理解CPU中的信号怎样产生跟传递。 二、教学重点和难点： 教学重点和难点： 重点： 1 .CPU主要组件构造及工作原理 2. CPU中程序指令计数器如何推动程序控制 难点：程序地址计数器部件的电路构造及工作原理 三、教学进程: 教学进程:教学安排 回顾前序相关章节内 容 讲解CPU主要组件构 造及工作原理 重点分析程序指令计 数器部件电路原理 36-45分钟：电路仿真 及本堂课小结 教学方法 辅助方式 师生互动 时间分 配 0-5 分 钟 多媒体动画演示 （原创制作） 板书 6-18 分 钟 19-35 分钟 36-45 分钟回顾 讲授 举例 讲授 分析 解说+模拟 实验室仿真根据教学必须临 时掌握进行互动多媒体仿真四、教学内容 1、回顾前续章节未学过的两大计算机构成部件及用途 运算器：负责数据运算 存储器：负责储存程序跟数据，并可将其取出或改写 引出计算机中的第三大部件控制器，并给出CPU的定义。

2、讲解CPU中涵盖的主要软件组件及用途 又称指令计数器， 用来储存正在执行的指令 ①（PC）程序计数器 地址或接着要执行的下条指令地址。 ②(Acc)累加寄存器 ③(IR)指令寄存器 ④(MDR)内存数据寄器 用来暂时储存ALU运算的结果信息。 用来储存从存储器中取出的指令。 用来暂时储存由存储取出或向内存存入的 一条指令（或一个数据）⑤(MAR)存储器地址寄存器 ⑥(PSWR)状态标志寄存器 ⑦（ALU）运算器用来保存当前CPU所访问的寻址单元的地址 用来储存程序状态字3、动画演示CPU执行一个小加法程序的过程 通过演示让学生认识以上这种部件是怎样配合工作的。 4、引发反思：这些电路是怎样实现使CPU如此工作的呢，其外部构造是如何的 呢？（具体分析其中的程序指令计数器部件电路为例） 指令计数器部件 ① 讲解基本组成器件：JK触发器 符号 功能：钟控J-K触发器功能表 J 0 0 1 1 K 0 1 0 1 CP ↓ ↓ ↓ ↓ Q Q’ Q 0 1 Q 功能说明 不变 置0 置1 翻转相关名词解释： 数字信号、高电频（1）、低电频（0）、下降沿、时钟信号CP ②计数器部件电路分析ⅰ信号连接分析 ⅱ波形分析ⅲ功能分析5.实验环境模拟电路仿真 ①软件介绍 ②仿真展示6．小节 ①CPU外部由两大部分组成：运算器、控制器 运算器负责运算数据； 控制组件负责控制程序执行 ②其中控制组件又分为程序计数器部件，指令译码部件 程序计数器部件：按一定次序依次取出指令和数据 指令译码部件：将取出的指令跟数据根据指令规定转变为控制信号去执行作业: 作业:1. 详细论述述CPU主要组件部件以及用途。 2. 试着分析CPU中的主要组件电路并加以改进。主要参考资料: 主要参考资料: 1.唐朔飞编著《计算机组成原理》高等教育出版社2008年01月 2.薛宏熙 主编《计算机组成与设计》 普通高等教育国家级“十一五”规 划教材 2007 3. 4.