计算机组成原理电子教案

《计算机组成原理》电子教案课程名称： 计算机组成原理 适用专业： 计算机科学与技术 网络项目 课程总学时：80 学时 编写时间： 2006 年 9 月1本课程是计算机专业本科生的核心课程，是主干必修课。课程以探讨 原理为主，讲述计算机平台以及各用途配件的工作原理以及逻辑实现，计 算机系统以及各用途配件的设计原理及其并行处理技术。设置这一课程的 目的是让学生把握计算机的基本工作原理，掌握计算机各主要组件的软件 结构、相互联系和作用，掌握计算机平台的设计原理并且软软件的界面， 从而对整个计算机平台有完整的知道，为计算机专业的后继课程的学习打 下基础。一、 本课程得主要内容 1、 计算机系统概论 2、 运算方式和运算器 3、存储器 4、计算机指令系统 5、控制器 6、总线系统 7、外围设备 8、输入、输出平台二、本课程课堂重点与难点 重点：信息编码跟数据表示 控制器 存储平台 输入输出系统三、教材选用 《计算机组成原理》白中英.科学出版社， 四、参考读本： 主要参考书： 1、 李亚明.《计算机组成与系统结构》.清华大学出版社.200122、王爱英.《计算机组成与结构》.清华大学出版社.1998 3、江义鹏.《计算机组成原理》.人民邮电出版社.1998 4、胡越明.《计算机构成和平台结构》.上海科学技术文献出版社.1999 五、教学方式：多媒体课件+版书六、课程内容跟学时分配 （整体安排按信息表示、信息处理、信息输出模式。

）1、 计算机平台概论 教学内容：1、计算机平台的基本组成 2、计算机平台的层次结构 3、计算机平台结构、组成以及推动 4、计算机的性能评价 5、计算机发展简史 6、计算机的应用基本规定： 通过本章的学习，要求知道整个计算机平台由硬件跟工具两部份组成，其中硬件部分包含运算器、控制器、存储器、输入输出设备等五大功能部 件组成。通过总线相互连成一个完整的硬件平台；软件部分包含系统软件、 应用工具两大部分。通过对计算机层次结构的知道，明确计算机组成原理 课程的任务跟目的。了解计算机中的一些基本概念，包括性能指标、计算 机发展简史以及计算机的应用。 教学重点：1、计算机平台的基本组成 2、计算机平台的层次结构 3、计算机平台结构、组成以及推动教学难点：计算机平台的层次结构、系统构架、组成及其实现的关系。明 确计算机构成原理课程的任务跟目的。 其它：4、计算机的性能评价（字长、容量、速度、时间、MIPS） 5、计算机演进简史（ENIAC、冯氏计算机、其它自学） 6、计算机的应用（科学计算与数据处理的差别）32、逻辑电路设计基础（复习及提升）教学内容： 1、组合逻辑电路 布尔代数基本定理，逻辑门，卡诺图 2、计算机中常见的组合逻辑电路 一位加法器，译码器，编码器，多路选择器，移位器 3、时序逻辑电路 D 锁存器，D 触发器，寄存器，移位寄存器 4、时序逻辑电路设计 有限状态机，七段显示十进制数双向计数器设计 5、可编程序逻辑阵列（器件）简介 PLA，PLD教学重点：与门、或门、异或门、译码器、D 锁存器、寄存器、有限状态 机的应用 教学难点：译码器、有限状态机3、 信息编码跟数据表示教学内容：1、进位计数制以及相转换 十进制，二进制，八进制，十六进制2、数值数据和非数值数据的表示方式 数值数据 定点数----原反补移 浮点数-----IEEE754 BCD 码 非数值数据 ASCII、汉字基本规定： 通过本章内容的学习，要求掌握二进制数据编码的方式，掌握数值 数据和非数值据的表示方式。

教学重点：原补机器表示，浮点数4、计算机算法和算法逻辑实现主要内容： 1、定点数加减法运算及电路实现 补码的加减法运算，全加器，溢出，快速乘法运算（进位链），74181ALU 2、定点数乘除运算和电路实现 原码、补码，布斯算法，原码恢复余数、不恢复余数 3、快速乘除法运算科技和电路实现4布斯高基乘法，进位保存加法及其构成的乘法器，阵列乘法器， 阵列除法器4、浮点数四则运算或者实现 加减乘除基本规定： 通过本章内容的学习，要求掌握计算机算法。加减乘除运算方式跟运算器的组成，能按流程进行原码和数组的加减乘除四则运算，能够按流程 进行浮点数的四则运算。教学重点：1、定点数加减法运算及电路实现 2、定点数乘除运算和电路实现 3、快速乘除法运算科技和电路实现教学难点：原码、补码，布斯算法，原码恢复余数、不恢复余数 布 斯 高 基乘法5、存储器主要内容：1、存储器概述 外部特征，性能参数，层次结构 2、静态存储器和动态存储器存储单元构成 一位存储单元及传输阵列，多端口 SRAM，读写时序 3、 半导体 ROM 存储器 MROM，PROM，EPROM，EEPROM，FLASH 4、存储器芯片构成及其存储器主要科技指标 5、存储器扩展技术 位、字、字位扩展 6、数据校验码 奇偶校验，海明码，CRC 码基本规定： 通过本章的学习，要求掌握存储器芯片的类别和各主要存储器芯片的工作原理；掌握扩展存储器容量的技术，能够用给定的存储器芯片按要求 设计主存，从而深刻理解存储器的构成原理；掌握数据校验码。

教学重点：外部特征，性能参数，存储器芯片构成及其存储器主要科技指标5存储器扩展技术;技术指标，位、字、字位扩展，海明码，CRC 码6、计算机指令组成跟寻址模式主要内容：1、指令系统概述 2、指令组成与指令编码 操作码、地址码 定长指令和不定长指令格式，定长操作码，操作码扩展技术3、操作数存储及寻址模式 操作数类型，边界对齐，大数端、小数端，常见的寻址模式或者实例 4、指令系统 指令种类，五类基本指令，RISC 技术基本规定： 通过本章的学习，要求掌握指令中包括的各类信息，数据在存储器中的储存，了解常用指令并且指令格式，深入理解常用的寻址方式及其功能。 了解常用指令的特点跟功能。了解 CISC 和 RISC 系统的概念跟特点。 教学重点：1、指令组成与指令编码2、操作数存储及寻址模式 教学难点：寻址模式7、处理机设计 1、处理机的基本组成 单总线、专用通路结构模型 2、指令的执行过程 运算指令，访存指令，控制指令 3、 ALU、寄存器堆的设计 4 、处理机的数据模式 取指令电路，算术逻辑操作电路，存储器访问电路，转移控制电路， 总体数据模式 5、单周期处理机的控制组件设计 控制信号定义，处理机执行指令的流程（ALU 指令，存储器访问指令， 转移指令） 控制讯号的形成，单周期处理机的特点 6、多周期处理机的控制组件设计 多周期处理机的总体电路，处理机执行指令的 5 个周期计算机原理教案下载，状态转移6图及状况转移表，输出控制表，性能 7、硬布线控制器的组成及时序 8、微程序控制器 微程序控制器基本概念 微程序控制器的机理及电路，增量形式，断定方式，多周期处理机 微程序控制器实现，微程序设计科技 9、异常事件处理 基本规定： 通过本章的学习，要求掌握 CPU 的功能跟构成方式计算机原理教案下载，掌握控制器的控 制形式，掌握硬布线控制器和微程序控制器的工作原理和设计方式，深入 理解计算机中一条机器指令的完整执行过程。

要求掌握计算机中指令的执 行过程，各组件的工作过程，控制器的机理及其控制信号是怎样形成，建 立计算机软件构架的完整概念。 教学重点：1、指令的执行过程2、处理机的数据模式 3、控制组件设计 4、硬布线控制器的组成及时序 5、微程序控制器教学难点：数据模式、时序、微程序控制器8、流水线处理机1、流水线处理机的基本概念 2、流水线处理机的数据模式流水线级，流水线各级的操作 3、流水线处理机的控制 运算指令，访存指令，转移控制指令，流水线各级信号的形成， 时序图，时空图 4、流水线处理机的相关结构相关，数据相关，转移相关 基本规定：通过本章的学习，要求掌握流水线处理机的数据模式，建立指令流水 线中指令如何重叠执行跟流动，了解流水线工作机理及其相关难题。 教学重点：1、流水线处理机的数据模式2、流水线处理机的控制7教学难点：流水线各级的操作，流水线各级信号的形成，时序图，时空图9、存储平台教学内容：1、 存储器层次概览 存储器层次结构以及工作原理，CACHE 和虚拟存储器的性能 2、CACHE 结构设计直接、全相联、组相联，地址映象，地址变换 3、CACHE 的替换策略 RAND、FIFO、LRU4、CACHE 的写策略 写透，写回5、虚拟存储器及其管理 分段管理，分页管理，段页式管理，多级页表，TLB基本要求： 理解存储器的构成原理；掌握 Cache 和虚拟存储器的组成原理及其工作原理，能够探讨 Cache 和虚拟存储器的命中情况。

通过对命中情况的分 析，加深对 Cache 和虚拟存储器工作机理的理解跟认识。 教学重点：工作原理，性能，地址映象，地址变换，FIFO、LRU，分页管理 教学难点：地址映象，地址变换，多级页表，TLB10、输入输出设备 教学内容：1、概述 分类 信息交换代码和传送格式 I/O 设备的层次2、输入设备 键盘，鼠标 3、输入仪器 显示器，打印机 4、存储设施 硬盘，光盘传输设备 基本规定：理解输入输出设备的工作原理总线的基本概念； 教学重点：分类 信息交换代码和传送格式 I/O 设备的层次 教学难点：11、 输入输出平台1、概述 主机与外围设备的联接方式及组织管理 总线类型与标准 2、总线操作与时序 总线的基本概念 分类，信息存储方法，通信 同步模式83、总线控制 链式查询方法，计数器定时查询模式，独立请求方 式 4、输入输出接口 功能和分类 串行总线接口，并行总线接口 5、程序查询方法 6、中断模式 7、DMA 传送模式 基本规定： 通过本章的学习，要求掌握计算机输入输出平台的基本用途跟工作原 理，理解 CPU 与外围设备的交换数据的方式；掌握数据存储的控制方法、 中断的概念、DMA 以及输入输出通道的机理；掌握各类输入输出方式的特 点，分析跟设计中断判优电路。

掌握串行并行同步异步工作原理。 教学重点： 1、总线操作与时序 信息存储方法，通信同步模式2、输入输出接口 3、程序查询方法、中断模式、DMA 传送方法 教学难点：串行并行同步异步、中断模式说明：本教案充分考量以下状况安排教学内容 1、学生情况 2、本专业的课程设定状况 3、本课程实验、实践教学 4、前期和后期课程的关系 5、计算机发展科技 6、本课程的学时数 7、本课程的课堂部分内容能按照详细状况进行一定增删9