计算机组成原理教案.doc

计算机组成原理授课时间 20102011年秋 教案编写时闻 20102011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 20074. （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：/china/hardware///index.htm?zh_CN_01/smarterplanet/cn/zh/index.html/en/us/default.aspx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 432231331232424211320.5110.5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 20073./index.htm?zh_CN_014./smarterplanet/cn/zh/index.html 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JKCPQQ功能说明00Q不变010置0101置111Q翻转相关术语解释：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