教学课型：理论课实验课习题课实践课技能课

教学课型：理论课实验课 习题课 实践课 技能课 其它 主要教学内容（注明：* 重点 1.1计算机的分类和应用 专用计算机和商用计算机的界定。计算机在科学计算、自动控制、测量与检测、信息处理、教 育卫生、家用电器、人工智能等领域应用更广。 1.2 计算机的软件 计算机的硬件是由有形的电子器件组成的，它包含运算器、存储器、控制器、适配器、输入输 出设备。传统上将运算器和控制器称为CPU，而将CPU 和存储器称为主机。 1.3 计算机的硬件 计算机的工具是计算机平台的重要构成个别，也是计算机不同于一般电子仪器的本质所在。计 算机软件通常分为系统程序和应用程序两大类。 教学目的规定： 主要介绍硬件、软件的概念跟构成，目的是对计算机有一个总体的概念，以便展开后续各章内容。 教学方法和课堂方法： 教学方法以讲授、示教为主。教学方法引入板书、多媒体、音像等教学软件。 讨论、思考题、作业： 1、数字计算机如何分类？2、冯。诺依曼型计算机的主要设计观念是哪个？3、什么是指令？什么是程序？ 4、如何区别指令跟数据？5、计算机的系统软件包括那几类？说明它们的种类？ 参考资料： 白中英、杨春武等，计算机组成原理题解、题库与实验（第三版），科学出版社，2001 俸远桢，计算机组成原理（修订版），电子工业出版社 王爱英，计算机组成与构架，清华大学出版社，1995 注：教师课件附后 教学课型：理论课实验课 习题课 实践课 技能课 其它 主要教学内容（注明：* 重点 1.4计算机平台的层次结构 计算机平台是一个由硬件、软件构成的多级层次结构，一般由程序级、一般机器级、操作系统级、 汇编语言级、高级语言级组成。

2.1 数据与文字的表示方式 定点数由符号位和数值位两个别组成，按小数点位置不同，定点数有纯小数和纯整数两种表示方式。 按IEEE754 标准，浮点数由符号位S、阶码E、尾数M三个域构成；数的4 种机器码表示；非数值型数 据的表示或者校验码。 教学目的规定： 让学生把握多级组成的计算机构架；数据格式，数的原码、补码、反码和移码表示；字符的 ASCII 码表示跟汉字的4 种编码：输入码、内码和字模码；奇偶校验码。 教学方法和课堂方法： 教学方法以讲授、示教为主。教学方法引入板书、多媒体、音像等教学软件。 讨论、思考题、作业： 1、分别用原码、反码、补码表示：（1）-127，（2）用小数和整数表示的-1 2、定点数、浮点数的定义跟区分是哪个？ 3、如何把一个浮点数规格化？阶码和尾数一般如何表示？ 参考资料： 白中英、杨春武等，计算机组成原理题解、题库与实验（第三版），科学出版社，2001 俸远桢，计算机组成原理（修订版），电子工业出版社，1991 王爱英，计算机构成与构架，清华大学出版社，1995 注：教师课件附后 教学课型：理论课实验课 习题课 实践课 技能课 其它 主要教学内容（注明：* 重点 2.2定点加法、减法运算 主要介绍补码加法和数组补码减法运算，溢出的概念跟判断方式，基本的二进制加法/减法器，10 制加法器的设计。

补码加法的推导是[ｘ]补＋[ｙ]补＝[ｘ＋ｙ]补，补码加法的特征,一是符号位应成为数的一部分一起参加 运算,二是应在模2 的含义下相加,即达到2 的进位要丢掉。数用数组表示时,减法运算的推导为[ｘ－ｙ]补 为了判定“溢出”是否出现,可选用两种测试的方式。第一种方法是运用双符号位法,这称为“变形补码”或“模4 补码”, 第二种溢出检测方式是运用单符号位法。 十进制加法器可由 BCD 码(二－十进制码)来设计,它可以在二进制加法器的基础上加上适当的“校 正”逻辑来推动,该校正逻辑能将二进制的“和”改变成所规定的十进制格式。 教学目的规定： 掌握二进制数的加减运算，溢出检测方式， 教学方法和课堂方法： 同上 讨论、思考题、作业： 已知x 和y，用变形补码计算x＋y 和x－y，同时强调运算结果能否溢出。 参考资料： 同上 注：教师课件附后 教学课型：理论课实验课 习题课 实践课 技能课 其它 主要教学内容（注明：* 重点 2．3定点乘法运算 2．3．1 原码并行乘法二进制乘法定理：公式2。26。人工乘法过程与二进制乘法，乘法器分类：串行、 并行。由于串行乘法速度很慢，已被淘汰。不带符号的阵列乘法器图2.5，带符号的阵列乘法器原理：首 先取补不带符号乘法结果取补，取补器电路图，图2.6。

方法：从右向左找到第一个“1”，这个“1” 向右，包括原本维持不变，向左都取反。 2．4 定点除法运算 原码除法算法原理二进制除法公式：P45 公式。余数处理的两种方式：恢复余数法：运算方法不确定， 控制复杂，不合适计算机运算。加减交替法：不恢复余数，运算方法确认，适合计算机操作。CAS 构，图2.9(a)，并行除法器结构图2.9(b)。教学目的规定： 要求学生把握计算机内部推动乘除法运算算的体系：阵列乘除法器，它是一种并行运算模式。 教学方法和课堂方法： 同上 讨论、思考题、作业： 利于原码阵列乘除法器分别换算xy x=0.1101,y=-0.1111 参考资料： 同上 注：教师课件附后 教学课型：理论课实验课 习题课 实践课 技能课 其它 主要教学内容（注明：* 重点 2．5定点运算器的构成 2．5．1 逻辑运算 逻辑数概念：不带符号的二进制数。 四种逻辑运算：逻辑非、逻辑加、逻辑乘、逻辑异 2．5．2 多功能算术／逻辑运算单元（ALU） 行波进位加／减法器存在的两个问题：运算时间长；行波进位加／减法器只能完成加法和减法，而不能 完成逻辑操作 先行进位的推动：公式2.38 2．5．3 内部总线 总线分类：内部总线、外部总线（系统总线）、通信总线。

总线又能分为单向总线和双向总线。 2．5．4 定点运算器的基本构架 运算器包括ALU、阵列乘除器件、寄存器、多路开关、三态缓冲器、数据总线等逻辑组件。运算器的设 计，主要是围绕着ALU 和寄存器同数据总线之间如何传送操作数和运算结果而进行的。 运算器的三种结构方式：单总线结构的运算器：这种结构的主要特点是操作进度较慢，但控制电路非常 简单；总线结构的运算器；三总线结构的运算器：三总线结构的运算器的特征是操作时间快 教学目的规定： 使学生把握4 种基本的逻辑运算；多功能算数逻辑单元ALU 的多功能性和快速性的推动方式；3 运算器的构架方式跟特征。教学方法和课堂方法： 同上 讨论、思考题、作业： 定点运算器有什么部分构成？各起何种作用？分为几种结构？各有哪些特征？ 参考资料： 同上 注：教师课件附后 教学课型：理论课实验课 习题课 实践课 技能课 其它 主要教学内容（注明：* 重点 3．1存储器概述 3．1．1 存储器分类 存储器是计算机平台中的记忆设备，用来储存程序跟数据。 概念：存储位（存储元）、存储单元、存储器。 存储器分类方法：按内存介质分、按存取方法分、按存储器的读写功能分、按信息的能保存性分、按在 计算机平台中的作用分 3．1．2 存储器的分级结构 理想的存储器应该是容量大、速度高、成本低，但现实中没有这样的存储器，因此还要使用分级存储体 系。

三个层次：（寄存器）Cache主存辅存，按照这个次序速度递减，容量大，成本低。 3．1．3 主存储器的技术指标 存储器编址方法：按字编址、按字节编址。 存储容量、存取时间又称存储器访问时间、存储周期、存储器带宽。通常，存储周期略高于存取时间。 3．2．1 SRAM存储器 存储元的构架图，SRAM存储器的构成，见图3.3，包括存储体、地址译码器、驱动器、I/O 电路、片选 与读／写控制电路、输出驱动电路。SRAM与CPU 的联结：位扩展法、字扩展法。要求掌握。 教学目的规定： 使学生把握存储器的基本概念，熟练掌握3 种存储器的扩展法：字扩展、位扩展和字位同时扩展。 教学方法和课堂方法： 同上 讨论、思考题、作业： 存储器通常分为几类？为什么应使用多级结构？主存贮器的指标有什么？ 参考资料： 同上 注：教师课件附后 教学课型：理论课实验课 习题课 实践课 技能课 其它 主要教学内容（注明：* 重点 3．2．2DRAM存储器 SRAM 的外围电路简单，速度快，但其使用的元件多，集成度不高。DRAM 则能大幅度提高集成度。 四管DRAM 和单管DRAM 的结构见图3.10 DRAM 的操作：读、写、刷新。

DRAM 的示例见图3.11 DRAM 的刷新模式：集中式、分散式、异步式。 DRAM 的控制电路见图3.16，主要包含刷新计数器、刷新／访存裁决、刷新控制逻辑等。 DRAM 控制器的组成：地址多路开关、刷新定时器、刷新地址计数器、仲裁电路、定时发生器。 3．2．3 主存储器组成实例 3．2．4 高性能的主存储器 EDRAM 的特性，在DRAM 芯片上集成了一个小容量的SRAM 作为Cache。 教学目的规定： 使学生把握DRAM的特征，熟练掌握3 种刷新方法及他们之间的不同，掌握高性能主存储器的机理。 教学方法和课堂方法： 同上 讨论、思考题、作业： 动态存贮器的刷新方法有几种？各有哪些特征？使用在哪个场合下？ 参考资料： 同上 注：教师课件附后 教学课型：理论课实验课 习题课 实践课 技能课 其它 主要教学内容（注明：* 重点 3．3只读存储器和闪速存储器 3．3．1 只读存储器 ROM的特点：具有不易失性，即是电源被切断，ROM的信息也不会丢失ROM的分类 掩体系只读存储器。一次编程只读存储器。多次编程只读存储器。 为一计算机存储器的典型配置，包括ROM和RAM，要求掌握其逻辑结构图的画法。

3．3．2 闪速存储器 闪速存储器的特性：固有的非易失性、廉价的高密度、可直接执行、固态性能 3．4 高速存储器 3．4．1 双端口存储器 双端口存储器的典型例子是显示存储器（显存），CPU 向内存的一个端口中读取数据，显示控制器从另 一个端口中读出数据送显示器。 3．4．2 多组件交叉存储器 多模块存储器的两种编址方式：顺序形式和交叉方法 3．4．3 相联存储器 相联存储器的特征：按内容寻址。相联存储器的构成：见图3.34 教学目的规定： 使学生把握ROM的分类及特征，熟练掌握闪速存储器的4 个固有特征，掌握高速存储器的推动办法。 教学方法和课堂方法： 同上 讨论、思考题、作业： 只读存贮器和闪速存贮器各有哪个种类？有什么方式可以实现高速存贮器？ 参考资料： 同上 注：教师课件附后 教学课型：理论课实验课 习题课 实践课 技能课 其它 主要教学内容（注明：* 重点 3.5cache 存储器 Cache 是一种高速缓冲存储器，是为了解决CPU 和主存之间速度不匹配而采用的一种硬件技术。主 存与Cache 的地址映射有全相联、直接、组想联三种形式; cache 工作原理要求它尽量保存最新数据，必 然应形成更换,常用的替换算法有3 种：最不经常使用(LFU)算法、近期最少使用(LRU)算法、随机替换； cache 的写操作策略有3 种，写回法、全写法、写一次法；奔腾PC 机的cache：奔腾PC 机搭载两级cache 结构。

安装在主板上的2 级cache(L2)采用2 路组相联映射形式，集成在CPU 路组相联映射形式，L1又是L2 的子集，从而让L1 未命中处理时间大大缩短。CPU 中的L1 分设成各 8KB 的指令cache 和数据cache,有利于CPU 高速执行程序，数据cache 采用2 路组相联结构，采用LRU 替换算法，L2 级cache 采用的是写回法，L1 级数据cache 采用的是写一次法。 教学目的规定： 掌握cach 存储器的构成原理，能够预测 cache 命中情况，通过对命中情况的预测，对 cache 存储器 的工作原理有深入的理解,熟练掌握 cache 的放置策略、替换策略和改写策略；了解奔腾 PC 机搭载的两 级cache 结构。 教学方法和课堂方法： 教学方法以讲授、示教为主。教学方法引入板书、多媒体、音像等教学软件。 讨论、思考题、作业： cache 存储器的基本工作原理和工作过程是如何的？ 参考资料： 白中英、杨春武等，计算机组成原理题解、题库与实验（第三版），科学出版社，2001 俸远祯，计算机组成原理（修订版）计算机原理教案下载，电子工业出版社，1991 王爱英，计算机构成与构架，清华大学出版社，1995 注：教师课件附后 教学课型：理论课实验课 习题课 实践课 技能课 其它 主要教学内容（注明：* 重点 3.6虚拟存储器 虚拟存储器指的是磁盘-外存层次，它帮客户提供了一个比实际主存空间大的多的虚拟地址空间。