案例研究：教案-计算机组成原理(DOC)

教案-计算机组成原理(DOC)计算机组成原理 教案 （数字媒体专业） 教师姓名 所在系、教研室 出生年月 职称 学位 课程名称 计算机组成原理 授课时数 72 教学目的 通过本课程的学习，使学员把握计算 外部设施之间的接口技术与机理；了解计算机 外部设施的基本构架与工作原 理。并无法用课程学校到的常识，对计算 统硬件进行初步设计、组装和调试。培养学员 的竞争意识、合作观念并且逻辑 想象能力。为 学生之后学习微机原理，嵌 入式等科技等相关 专业课程打好基础，并 使教师毕业后能胜任计 算机、多媒体、自 动化及电子项目等方面工作。 课程性质 必修 讲授对象（专业、 级、班级）第一章计算机平台概论 内容简介: 计算机平台的层次结构，冯诺伊曼计算机的软件构架和主要功 算机的工作流程或者计算机的主要科技指标。教学目标： 了解计算机平台的层次结构；了解冯诺伊曼计算机的特征及硬 件组成； 理解计算机的工作流程，了解计算机的主要科技指标的意义 及其对计算机的 影响。 教学重点和瓶颈： 虚拟机的概念； 计算机的软件构成； 计算机的工作流程。 教学媒体跟教学方法： 使用幻灯片在多媒体教室进行教学； 教学中引入讲授与探讨相结合的方式。

教学过程： 一、计算机平台简介 计算机软件构架，总线的组成。讨论、分析直连结构的弊端，提出总线思想，并简单介绍总线结 计算机的工作流程提出计算机解决难题的基本方法 计算机基本组成零件的介绍(运算器、存储器、控制器) 以计算ax +bx+c为例分析计算机工作的过程 机器字长计算机同时处理的二进制位 机器字长与数据总线宽度、存储字长的关系 存储容量存储容量的单位 主存容量 辅存容量 运算速率几种计算运算速度的方式并对他们进行非常 运算速度的表示单位 第二章 计算机的演进及应用 内容简介： 计算机的发展史；计算机的应用领域；计算机的演进展望 教学目标： 了解计算机的形成跟发展及其发展思路； 了解计算机的应用领域； 了解计算机的演进趋势。 教学重点和瓶颈： 计算机的应用领域。 教学媒体跟教学方法： 使用幻灯片在多媒体教室进行教学； 教学中引入讲授与探讨相结合的方式。 教学过程： 一、计算机的发展史 计算机的形成跟发展现代计算机的研究工作 第一台电子计算机的产生 计算机的发展阶段 计算机的演进规律 计算机的发展态势 微型计算机的发生跟发展微型计算机的发展阶段 微型计算机的演进带来的工作、学习、生活方式的差异 软件科技的兴起和演进软软件的整合，简介嵌入式发展方向 科学计算和数据处理通过ENIAC进行推导的一个案例，直观感受计算机的计算能力 虚拟现实介绍虚拟现实技术的一些应用 计算机演进的展望第三章系统总线 内容简介: 总线的概念；总线的分类；总线的特点跟性能指标；总线结构; 总线控制。

教学目标： 理解总线的概念； 了解总线的分类； 了解总线的构架及几种常用总线结构； 掌握总线的判优控制措施跟通信控制过程。 教学重点和难点： 总线的判优控制跟通信控制。 教学媒体跟教学方法： 使用幻灯片在多媒体教室进行教学； 教学中引入讲授与探讨相结合的方式。 教学过程： 一、总线的基本概念 分散连接构架的计算机分散连接结构的特点： 增删设备不便于 扩展性差 总线结构的计算机工作强度提升 要缓解总线的使用矛盾的弊端 .片内总线芯片内部的的总线，用于连接芯片内部的各组件，如 CPU外部 总线。 系统总线根据存储信息的不同，分为三类： 数据总线、地址总线、控制总线 数据总线：传输数据计算机原理教案下载，双向 地址总线：传输地址，单向 控制总线：传输控制讯号和状况信息号，双向 通信总线用于计算机平台之间或计算机系统与其它平台之间的通信。远距 离传输。 总线特性四个基本特征： 机械特性 电气特性 功能机理 时间特征 总线性能指标主要性能指标有: 总线宽度 总线位宽 时钟同步/异步 总线复用 信号线数 总线控制方法 其他指标 总线标准的概念平台与模块、模块与组件之间的一个互连的标准界面 介绍常用的总线标准简介 ISA、MCA、EISA、VESA、STD、PCI、AGP、USB、IEEE1394 四、总线结构 单总线结构所有设施跟配件都使用一组总线。

优点：结构简洁，便宜于缩减，成本低 缺点：设备冲突作为瓶颈，系统带负载能力差 适用：小型或迷你计算机 多总线结构不同的设施连接在几条总线上。 几种多总线结构: 明确 双总线结构 三总线结构 举例传统微机总线结构 VL-BUS 总线结构 PCI 总线结构 总线分层的特点避免设备使用决线的冲突 提高平台整体带负载能力 五、总线控制 为什么应进行总线控制？绘制一个用总线连接的局部示意图， 分析数据存储的过程, 控制在 总线传输中的作用。 基本概念主设备、从设施、判优控制 链式查询方法原理：由响应信号决定使用总线的优先顺序。 优点：电路简单 缺点：判优速度慢 计数器定时查询原理：由计数值决定响应哪个设备 优点：电路较简洁，有一定灵活性 缺点：判优速度慢 独立请求方法原理：由判优电路决定优先顺序 优点：判优速度快 缺点：电路复杂，成本低 总线周期的4个阶段 申请分配阶段 寻址阶段 传数阶段 结束阶段 总线通信的4种方式 同步通信 外同步，内同步 异步通信 半同步通信 分离式通信 第四章存储器 内容简介： 主存储器，高速缓冲存储器，辅助存储器。 教学目标： 理解主存储器（RAM和ROM ）基本工作原理； 熟练掌握内存芯片的扩充连接方式； 理解高整缓存的作用及Cache-主存地址映射形式； 理解辅助存储器的机理基本工作原理。

教学重点和瓶颈： 主存储器的原理、CPU 与存储器的联接、Cache-主存地址映射、 辅助存 储器的原理。 教学媒体跟教学方法： 使用幻灯片在多媒体教室进行教学； 教学中引入讲授与探讨相结合的方式。 教学过程： 存储器的分类介绍存储器分类的几种方法或者每一类存储器的基本特征。 存储器的层次结构介绍计算机的存储器按层次分布状况和特征。 主存概述主存的基本构成 主存中的储存单元地址的分配 主存的主要科技指标 半导体存储器芯片简介半导体内存芯片的基本结构 半导体储存芯片的寻址驱动模式 静态RAM静态RAM的基本单元电路构成 静态RAM的基本储存机理 静态RAM的芯片举例 静态RAM的读/写时序分析 动态RAM动态RAM的基本单元电路构成：三管动态RAM的基本单元电 管动态RAM的基本单元电路 动态RAM芯片举例 动态RAM读/写时序 动态RAM的刷新 只读存储器ROM掩膜ROM PROM EPROM EEPROM EPROM芯片简介 存储器与CPU的联接 存储容量扩充的方式 存储器的几类线与CPU的联结(地址线、数据线、读/写控制线、 片选线) 芯片的选取 内存连接举例 存储器的校准纠错理论 汉明码的产生步骤、方法及例子 汉明码的纠错过程 三类方法米用高速器件 改变传输平台的层次结构 调整主存结构 高性能存储芯片简介三、高速缓冲存储器 概述问题的强调 高速缓存的理论根据 高速缓存的工作原理 命中率和平均访问时间的计算 高速缓存的基本构成 高速缓存的读写操作 高速缓存的优化措施 Cache与主存的地址映射 直接映射 全相联映射 组相联映射 替换策略先进先出算法 近期最少使用算法 四、辅助存储器 概述辅助存储器的特征及种类 磁表面存储器的主要科技指标 磁记录原理跟记录方法读写操作的基本原理 六种常用的记录方法 硬磁盘存储器的类型从磁头考虑：固定磁头、移动磁头 从盘片考虑：固定盘片、可换盘片 硬磁盘存储器的结构磁盘驱动器 磁盘控制器 盘片 软硬碟存储器概述 盘片 软盘驱动器和控制器 光盘存储器光盘存储器的三种类别 光盘的转储原理 第五章输入输出系统 内容简介： 输入输出平台概述，1/0 设备，1/0 接口计算机原理教案下载，程序查询方式，程序 中断方 式，DMA方式。

教学目标： 了解输入输出系统的演进； 了解输入输出系统的组成及工作原理； 掌握三种典型的输入输出控制方法的工作原理； 了解常用的I/O设备以及基本的工作原理； 理解I/O接口的功用、构成及工作原理。 教学重点： 程序查询方法、程序中断方式、 DMA模式。 教学难点： 周期窃取、CPU 响应中断和允许周期挪用的时间。 教学媒体跟教学方法： 使用幻灯片在多媒体教室进行教学； 教学中引入讲授与探讨相结合的方式。 教学过程： 一、输入输出平台概述 输入输出系统的演进早期阶段 接口组件和DMA阶段 具有通道结构的阶段 IOP 阶段 I/O软件I/O指令 通道指令 编址方式统一编址 不统一编址(独立编址) 传送方式并行方式 串行方式 联络形式立即响应方法 异步应答方式 同步模式 连接方法辐射式 机一机信息设施 总线式 信息传送的控制方法程序查询模式 程序中断方式 DMA方式 二、I/O设备 I/O设备概述三类：人机交互设备，计算机信息的储存设施, 输入仪器键盘 鼠标 触摸屏 其他输入仪器 输出设备显示设备 打印设备 其他I/O设备终端设施 A/D、D/A转换器 汉字处理设备 多媒体计算机的关键科技压缩与解压缩 多媒体专用芯片 大容量存储器 多媒体软件 三、I/O接口 概述接口的定义 设备接口的理由 总线连接模式的I/O接口电路数据线 设备选择线 命令线 状态线 接口的功能和组成选址功能 传送命令的功能 传送数据的功能 反映I/O设备工作状况的用途 接口类型按数据传送模式分：并行接口、串行接口 按用途选择的灵活性分：可编程接口、不可编程接口 按通用性分：通用接口、专用接口 按数据传送的控制方法分：程序型接口、 DMA型接口 .程序查询流程讨论程序查询方法中的踏步现象 程序中断方式的接口电路中断请求触发器和中断屏蔽触发器 排队器 中断向量地址形成零件 程序中断方式接口电路的基本组成 CPU响应中断的条件跟时间条件：中断触发器EINT 保护现场保存程序的断点：由中断隐指令完成 保存通用寄存器和状态寄存器的内容：中断服务程序中的堆栈指 中断服务中断服务程序的主体部分 恢复现场出栈指令完成 中断返回返回原程序的断点处 六、DMA模式 DMA方式的特性主存与DMA接口之间有一条数据通路，交换信息时，不借助 CPU， 也不需要CPU 暂停现行程序为设施服务 工作速度比程序中断方式高 DMA与主存交换数据时采取的三种方式中止CPU访问主存 周期挪用 DMA与CPU 交替访问。

DMA接口基本组成主存地址寄存器AR 字计数器WC 数据缓冲寄存器BR DMA控制逻辑 中断机构 设备地址寄存器 DMA传送过程预处理 数据传送 后处理 DMA接口与平台的联接方式具备公共请求线的DMA请求方式 独立的DMA请求方法 DMA接口的类别选择型DMA接口 多路型DMA接口 定点运算，浮 定点数补码除 运算器的并行 第六章计算机的运算方式 内容简介： 无符号数跟有符号数，数的定义表示跟浮点表示， 点运算，算术逻辑单元。 教学目标： 理解机器数的定点表示跟浮点表示； 熟练掌握定点数的运算； 理解浮点数运算的基本原则和方法； 理解运算器进位链电路。 教学重点： 定点数加减法运算的溢出判断，定点数乘法运算， 法运算。 教学难点： 定点数原码两位乘，定点数补码加减交替法除法， 进位链。 教学媒体跟教学方法： 使用幻灯片在多媒体教室进行教学； 教学中引入讲授与探讨相结合的方式； 课堂练习。 教学过程： 一、无符号数和有符号数 原码表示法小数原码定义，整数原码定义，表示数的范围 反码表示法小数反码定义，整数反码定义，表示数的范围 补码表示法补数的概念，整数数组定义，小数补码定义，表示数的范围 定点表示定点小数，定点实数 浮点表示浮点数表示方式，浮点数的表示范围，浮点数的规格化，浮点数 的IEEE标准 移位运算移位运算的含义 移位运算的规则 不同机器数移位运算结果的剖析 算术移位与逻辑移位的差别 补码加减法运算的溢出判断用一位符号位判断溢出 用两位符号位判断溢出 补码定点加减法运算的软件配置 补码定点加减法运算控制步骤 分析笔算乘法除法乘法运算的过程，用计算机模仿笔算乘法的问题。