计算机组成原理教案.doc

计算机组成原理 授课时间 2010 2011 年秋 教 案 编写时闻 2010 2011 年秋 课程名称 计算机组成原理 课程代码 06410016 总学时 72 讲课 54 学 时 实验 18学时 学分 3 课程性质 必修课 选修课 理论课 实验课 任课教师 黄铂 职称 讲师 授课对象 专业 计算机所有专业 2009年 本科 1-2，专科 1-3班 教材 和 主要参考 资料 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 编 著 计算机组成原理 高等教育出版社 2008年 01月 2. 易小琳 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 3 . 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 4. (美) 帕特森 ，(美) 亨尼希 著， 郑纬民 等译 计算机组成与设计硬件 /软件接口 /机械工业出版社 2007年 04月 网站 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、基本结构、基本算法及实验，对组成计算机的各个部件的功能和工作过程、以及部件间的连接有较全面、较系统的认识，形成较完整的计算机组成与工作原理模型。通过实验课的学习，使学生硬件的动手能力得到完整的计算机整机概念 。 教学要求 通过教学使学生掌握编码数据的运算方法和运算器的构成，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式、微程序控制器和组合逻辑控制器的工作原理和设计方法 。 教 学重点 和 难点 重点 1.计算机系 统中 数据表示 加减乘除运算方法 浮点运算、 运算部件 。 2.存储器芯片的类型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、寻址方式、。 4.控制器的基本 功能和基本组成、微程序控制计算机的基本工作原理、微程序设计技术 。 难点 1.加法器，数据乘法和除法的运算方法、乘法器和除法器的结构原理 。 2.以及纠错码的编码。寻址方法的应用、指令操作码的扩展编码技术 。 3.存储器芯片的原理、主存的容量扩展技术。 4.指令执行过程的理解、微程序设计技术和控制器的设计 。 教学进程 第 次课 授课 章 节 学 时 备注 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 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数据的校验 3.1指令系统的发展与性能要 求 3.2指令格式 与指令系统设计 3.3指令和数据的寻址方式 3.4堆栈寻址方式 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的功能和组成 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 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 本课程采用板书加多媒体教学，其中板书主要讲解课程中需要演算的部分和电路分析的部分，便于学生了解一些原理结论的推导，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图片。 本课程中所涉及的所有电路都可通过实验室硬件设备平台完成，并可由学生自己制作完成，理论课堂上只对比较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 和实际基本一致 。 教 案 章节备课 8 学时 章节 第六章 中央处理器 教学目的 和要求 通过讲解 CPU电构造及工作方式使学生了解为什么计算机可以实现自动控制 。 要求学生了解 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。 教学 重点 难点 重点 掌握 CPU 的功能及组成方式。掌握控制器的控制方式。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法，深入了解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、微程序设计技术和控制器的设计方法。 教学进程 含章节 教学内容、 学时分配、 教学方法、 辅助手段 6.1CPU的组成和功能 3学时 6.1.1CPU主要硬件 部 件 构造原理 6.1.2CPU控制原理 1学时 6.2指令周期 2学时 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 0.5学时 6.4组合逻辑控制器 1学时 6.5 组合逻辑控制器和 PLA 控制器 1 学时 6.6 典型的 CPU 举例 0.5 学时 作业 1 详细阐述述 CPU主要部件部件及其功能。 2 试着分析 CPU中的主要部件电路并加以改进。 3 举例 说明一条指令的在执行的整个生命周期过程中的详细步骤。 4 思考计算机如何解决时间精确控制问题。 5 设计一个控制器的简单模型 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 备注 本课程采用板书加多媒体 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。 教案 课时备课 第 23 次课 1 学时 CPU主要部件 及其 构造原理 第 1小节 一、 教学目的和要求 通过讲解 CPU的主要部件让学生初步了解 CPU的构成，着重分析程序指令计数器控制部件和寄存器部件，让学生理解 CPU中的信号如何形成和传递。 二、教学重点和难点 重点 1 .CPU主要部件构造及工作原理 2. CPU中程序指令计数器 如何实现程序控制 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 教学安排 教学方法 辅助手段 师生互动 时间分配 回顾前序相关章节内容 回顾 根据课堂需要临时把握进行互动 0-5 分钟 讲解 CPU主要部件构造 及工作 原理 讲授 举例 多媒体动画演示(原创制作) 6-18 分钟 重点分析程序指令计数器部件电路原理 讲授 分析 板书 19-35分钟 36-45分钟电路仿真及本堂课小结 解说 模拟实验室仿真 多媒体仿真 36-45分钟 四、教学内容 1、回顾前续章节已学过的 两大 计算机组成部件及功能 运算器负责数据运算 存储器负责存储程序 和数据，并 能将其取出或改写 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中包含的主要硬件部件及功能 ( PC)程序计数器 又称指令计数器，用来存放正在执行的指令 地址或接着要执行的下条指令地址。 Acc累加寄存器 用来暂时存放 ALU运算的结果信息。 IR指令寄存器 用来存放从存储器中取出的指令。 MDR内存数据寄 器 用来暂时存放由内存取出或向内存存入的一条指令(或一个数据) MAR存储器地址寄存器 用来保存当前 CPU所访问的主存单元的地址 PSWR状 态标志寄存器 用来存放程序状态字 ( ALU) 运算器 3、动画演示 CPU执行一个小加法程序的过程 通过演示让学生了解以上这些部件是如何配合工作的。 4、 引发思考这些电路是如何实现让 CPU如此工作的呢，其内部构造是怎样的呢(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 讲解 基本构成器件 JK触发器 符号 功能 钟控 J-K触发器功能表 相关术语解释 数字信号 、 高电频( 1) 、 低电频( 0) 、 下降沿 、 时钟信号 CP 计数器部件电路分析 信号连接分析 波形分析 功能分析 J K CP Q Q 功能说明 0 0 Q 不变 0 1 0 置 0 1 0 1 置 1 1 1 Q 翻转 5.实验环境模拟电路仿真 软件介绍 仿真展示 6 小节 CPU内部由两大部分构成运算器、控制器 运算器负责运算数据 ； 控制部件负责控制程序执行 其中控制部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顺序依次取出指令和数据 指令译码部件将取出的指令和数据按照指令要求转变为控制信 号去执行 作业 1. 详细阐述述 CPU主要部件部件及其功能。 2. 试着分析 CPU中的主要部件电路并加以改进。 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