計算機組成原理教案.doc

計算機組成原理 授課時間 2010 2011 年秋 教 案 編寫時聞 2010 2011 年秋 課程名稱 計算機組成原理 課程代碼 06410016 總學時 72 講課 54 學 時 實驗 18學時 學分 3 課程性質 必修課 選修課 理論課 實驗課 任課教師 黃鉑 職稱 講師 授課對象 專業 計算機所有專業 2009年 本科 1-2，專科 1-3班 教材 和 主要參考 資料 教材 蔣本珊 主 編計算機組成原理(國家十一五規劃教材) 清華大學出版社 2008 主要參考資料 1. 唐 朔飛 編 著 計算機組成原理 高等教育出版社 2008年 01月 2. 易小琳 主編 計算機組成原理與匯編語言 清華大學出版社 2009年 03月 3 . 薛宏熙 主編 計算機組成與設計 普通高等教育國家級 “十一五 ”規 劃教材 2007 4. (美) 帕特森 ，(美) 亨尼希 著， 鄭緯民 等譯 計算機組成與設計硬件 /軟件接口 /機械工業出版社 2007年 04月 網站 教 學 目 的 和 教 學 要求 教學目的 通過學習計算機的基本概念、基本結構、基本算法及實驗，對組成計算機的各個部件的功能和工作過程、以及部件間的連接有較全面、較系統的認識，形成較完整的計算機組成與工作原理模型。通過實驗課的學習，使學生硬件的動手能力得到完整的計算機整機概念 。 教學要求 通過教學使學生掌握編碼數據的運算方法和運算器的構成，掌握隨機存取存儲器單元電路、存儲結構、讀寫時序，掌握控制器的控制方式、微程序控制器和組合邏輯控制器的工作原理和設計方法 。 教 學重點 和 難點 重點 1.計算機系 統中 數據表示 加減乘除運算方法 浮點運算、 運算部件 。 2.存儲器芯片的類型和各主要存儲器芯片的工作原理，擴展存儲器容量的技術。 3.指令格式、尋址方式、。 4.控制器的基本 功能和基本組成、微程序控制計算機的基本工作原理、微程序設計技術 。 難點 1.加法器，數據乘法和除法的運算方法、乘法器和除法器的結構原理 。 2.以及糾錯碼的編碼。尋址方法的應用、指令操作碼的擴展編碼技術 。 3.存儲器芯片的原理、主存的容量擴展技術。 4.指令執行過程的理解、微程序設計技術和控制器的設計 。 教學進程 第 次課 授課 章 節 學 時 備注 第 1、 2次課 第 3、 4次課 第 4、 5次課 第 5、 6 次課 第 6、 7次課 第 8次課 第 8、 9 次課 第 9、 10 次課 第 11 次課 第 12 次課 第 13、 14 次課 第 14、 15次課 第 15-17次課 第 18 次課 第 19、 20 次課 第 21 次課 第 22 次課 第 22次課 第 23次課 第 24次課 第 25次課 第 25次課 第 26次課 第 26次課 1.1概論 2.1數值數據的表示 2.2機器數的定點表 2.3非數值數據的表 2.4數據的校驗 3.1指令系統的發展與性能要 求 3.2指令格式 與指令系統設計 3.3指令和數據的尋址方式 3.4堆棧尋址方式 3.5典型指令 4.1定點運算 4.2浮點加減 法、 乘 4.3運算器的組成 5.1存儲器概述 5.2存儲器 構造 5.3高速的存儲器 5.4虛擬存儲系統 5.5磁表面存儲器 6.1CPU的功能和組成 6.2指令周期 6.3時序信號發生器 6.4組合邏輯控制器 6.5組合邏輯控制器和 PLA控制器 6.6典型的 CPU舉例 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 本課程采用板書加多媒體教學，其中板書主要講解課程中需要演算的部分和電路分析的部分，便于學生了解一些原理結論的推導，多媒體主要用于演示電路部分的仿真效果，以及一些課程原理動畫及圖片。 本課程中所涉及的所有電路都可通過實驗室硬件設備平臺完成，并可由學生自己制作完成，理論課堂上只對比較重要的電路進行軟件環境仿真，其效果 在排 除信號干擾 因素外 和實際基本一致 。 教 案 章節備課 8 學時 章節 第六章 中央處理器 教學目的 和要求 通過講解 CPU電構造及工作方式使學生了解為什么計算機可以實現自動控制 。 要求學生了解 CPU的主要構成，理解指令的執行過程，掌握微程序控制器的組成及工作原理。 教學 重點 難點 重點 掌握 CPU 的功能及組成方式。掌握控制器的控制方式。掌握組合邏輯控制器和微程序控制器的工作原理和設計方法，深入了解計算機中一條指令的完整執行過程。 難點 對于指令執 行過程的理解、微程序設計技術和控制器的設計方法。 教學進程 含章節 教學內容、 學時分配、 教學方法、 輔助手段 6.1CPU的組成和功能 3學時 6.1.1CPU主要硬件 部 件 構造原理 6.1.2CPU控制原理 1學時 6.2指令周期 2學時 6.2.1主頻和 機器周期 6.2.2指令周期的四個階段 6.3時序信號發生器 0.5學時 6.4組合邏輯控制器 1學時 6.5 組合邏輯控制器和 PLA 控制器 1 學時 6.6 典型的 CPU 舉例 0.5 學時 作業 1 詳細闡述述 CPU主要部件部件及其功能。 2 試著分析 CPU中的主要部件電路并加以改進。 3 舉例 說明一條指令的在執行的整個生命周期過程中的詳細步驟。 4 思考計算機如何解決時間精確控制問題。 5 設計一個控制器的簡單模型 主要 參考資料 1.唐 朔飛 編 著 計算機組成原理 高等教育出版社 2008 年 01 月 2.薛宏熙 主編 計算機組成與設計 普通高等教育 國家級 “十一五 ”規 劃教材 2007 備注 本課程采用板書加多媒體 教學，板書分析 電路原理，多媒體演示動畫及進行電路仿真。硬件實驗在實驗室完成。 教案 課時備課 第 23 次課 1 學時 CPU主要部件 及其 構造原理 第 1小節 一、 教學目的和要求 通過講解 CPU的主要部件讓學生初步了解 CPU的構成，著重分析程序指令計數器控制部件和寄存器部件，讓學生理解 CPU中的信號如何形成和傳遞。 二、教學重點和難點 重點 1 .CPU主要部件構造及工作原理 2. CPU中程序指令計數器 如何實現程序控制 難點 程序地址計數器部件的電路構造及工作原理 三、 教學進程 教學安排 教學方法 輔助手段 師生互動 時間分配 回顧前序相關章節內容 回顧 根據課堂需要臨時把握進行互動 0-5 分鐘 講解 CPU主要部件構造 及工作 原理 講授 舉例 多媒體動畫演示(原創制作) 6-18 分鐘 重點分析程序指令計數器部件電路原理 講授 分析 板書 19-35分鐘 36-45分鐘電路仿真及本堂課小結 解說 模擬實驗室仿真 多媒體仿真 36-45分鐘 四、教學內容 1、回顧前續章節已學過的 兩大 計算機組成部件及功能 運算器負責數據運算 存儲器負責存儲程序 和數據，并 能將其取出或改寫 引出計算機中 的第三大部件控制器，并給出 CPU的定義。 2、講解 CPU中包含的主要硬件部件及功能 ( PC)程序計數器 又稱指令計數器，用來存放正在執行的指令 地址或接著要執行的下條指令地址。 Acc累加寄存器 用來暫時存放 ALU運算的結果信息。 IR指令寄存器 用來存放從存儲器中取出的指令。 MDR內存數據寄 器 用來暫時存放由內存取出或向內存存入的一條指令(或一個數據) MAR存儲器地址寄存器 用來保存當前 CPU所訪問的主存單元的地址 PSWR狀 態標志寄存器 用來存放程序狀態字 ( ALU) 運算器 3、動畫演示 CPU執行一個小加法程序的過程 通過演示讓學生了解以上這些部件是如何配合工作的。 4、 引發思考這些電路是如何實現讓 CPU如此工作的呢，其內部構造是怎樣的呢(具體分析其中的 程序指令計數器部件電路為例) 指令計數器部件 講解 基本構成器件 JK觸發器 符號 功能 鐘控 J-K觸發器功能表 相關術語解釋 數字信號 、 高電頻( 1) 、 低電頻( 0) 、 下降沿 、 時鐘信號 CP 計數器部件電路分析 信號連接分析 波形分析 功能分析 J K CP Q Q 功能說明 0 0 Q 不變 0 1 0 置 0 1 0 1 置 1 1 1 Q 翻轉 5.實驗環境模擬電路仿真 軟件介紹 仿真展示 6 小節 CPU內部由兩大部分構成運算器、控制器 運算器負責運算數據 ； 控制部件負責控制程序執行 其中控制部件又分為程序計數器部件，指令譯碼部件 程序計數器部件按一定順序依次取出指令和數據 指令譯碼部件將取出的指令和數據按照指令要求轉變為控制信 號去執行 作業 1. 詳細闡述述 CPU主要部件部件及其功能。 2. 試著分析 CPU中的主要部件電路并加以改進。 主要參考資料 1.唐 朔飛 編 著 計算機組成原理 高等教育出版社 2008年 01月 2.薛宏熙 主編 計算機組成與設計 普通高等教育國家級 “十 一五 ”規劃教材 2007

總結

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