《计算机组成原理》教案

1、计算机组成原理教案计算机组成原理教案授课学时:72学时计算机组成原理教学内容:研究讨论单台计算机的完整硬件系统的基本组成原理与内部运行机制。课程性质:计算机科学与技术及相关专业的基础课程。课程的目的与任务:用层次结构的观点并以信息的加工、处理为主线研究计算机硬件结构及工作原理;使学生掌握计算机硬件系统中各大部件的组成原理、逻辑实现、设计方法及互连构成整机的技术;培养学生对硬件系统的分析、设计、开发、使用与维护方面的能力,建立牢固的整机思想。课程特点:内容覆盖面广,基本概念多、抽象,难以建立计算机的整机概念。教学目标:尽可能清晰而完整地介绍当代计算机系统的性质与特征。具有挑战性:计算机系统的多样

2、性:价格、体积、性能与应用等。计算机技术的飞速发展:低层的集成电路计算机与并行组织技术。课程内容的工程性、技术性、实用性都比较强,因此,在学习计算机组成的原理性知识之外,还应有较多的设计与实验技能训练。课程的教学基本要求:使学生学懂简单、完整的单台计算机的基本部件与整机系统组成,以及计算机部件连接关系与运行机理,了解计算机系统结构的入门性知识,掌握使用与简单维护计算机系统的基本技能。教学方法与教学形式建议:本课程采用远程教学与面授辅导相结合的方式开展教学。远程教学包括要求学生收瞧电视录像课、网上的流媒体(IP)课件、网上教学辅导、实时与非实时答疑等多种教学形式;面授辅导应考虑学生的在职与成人特

3、点与需求,在业余时间进行有针对性的学习指导。平时作业既就是学生自我检验学习水平的一种形式,也就是很重要的形成性考核手段,各级电大教学点应配合面授辅导教师督促学生独立完成并及时批改与反馈,必要时应要求学生重做。小组讨论课就是在教师引领下对预先布置的主题开展讨论的一种教学活动形式。这种教学活动能够很好地激发学生的学习兴趣,各级电大教学点应配合面授辅导教师组织实施。同时,小组讨论课也就是一种形成性考核形式,教师应注意把握“引领”、“提问”与“点评”等多个教学指导环节,并依据标准给予每个学生合理的学习评价。课程教学要求的层次:1. 掌握:属于课程中最重要的内容。要求学生能够熟练运用这部分知识对相关问题

4、做基本的分析、计算与处理,具有基本的应用能力与举一反三的能力。2. 理解:属于课程中较重要的内容。要求学生能够运用这部分知识对相关问题进行简单的分析、判断与说明,具有区别或区分容易被混淆的概念的能力,以及读懂原理框图、流程图、程序语句与简单逻辑电路图的能力。3.了解：属于课程中与上述“掌握”与“理解”部分相关的较复杂的内容，作为提高或扩大知识面的内容。要求学生对这部分知识能够初步认识、学会、记忆或简单理解，具有简要描述、叙述、说明与举例的能力。学时分配教学内容课内学时一、计算机系统概述6二、数据表示与运算方法10三、运算器部件8四、指令系统与汇编程序设计9五、控制器部件9六、存储器系统12七、

5、计算机输入/输出设备与系统12八、并行计算机体系结构6合计72第一章节：计算机系统概述（6学时）主要内容：1、 计算机系统的基本组成与它的层次结构2、 计算机硬件系统的5个功能部件及其功能计算机硬件的主要的技计算机组成原理教案术与性能指标计算机系统的体系结构、组成与实现概述计算机系统的发展、应用与分类教学要求：1 .了解计算机系统硬软件的组成与它们的层次关系；2 .理解计算机硬件系统的5大功能部件与各自的功能；3 .理解计算机部件的连接关系与整机运行过程的入门性知识；4 .了解3个级别的计算机语言；5 .理解计算机系统的主要性能与技术指标；6 .理解计算机“体系结构”、“组成”与“实现”各自面

6、对的主要问题7 .了解计算机发展历程与应用领域；8 .了解计算机系统分类。知识结构图计算机系统的基本组成与它的卜次引稗处理器*内成的算机1件与翎|的6个层次内存储器运算器控制器5、局级语言界存储与计算机硬件系4吗卜称怎於向匹而备篇-软住音MLJ-4、工编心凡彳输 CPU 计箕机王机计算机硬件椅主要的技未|与性觥镰操作系统1、运部g机字k系标件部件 十一部件语言处鲤槿序部件 ；计心甯邮用j如7仰孝拧型萍瑞拜T两七±间采用"逢二进一”的规则处理，庵个数据或师席熟讪篇祥音标 ，* 3=51用槌隗航总一个关键术164位，这个位0、数字逻 凝我祜为计酬几皆&二辑层E数据总路线

7、逃多少个二进制位来表J地址总路线，例如16厮带能版或者接口线路（输入设备）接口线路（输出设备）8VeI计端2、CPUS 度衡量CPU®度，通常有两种方式。第一种方式使用CPUfe频。第二种方式使用CP唬一秒钟能执彳f的指令条数，单位就是MIPS3、 存储容量计算机中的存储器通常包括内存储器与外存储器两大类。4、 算机系统的体系结构、组成与实现概述计算机的体系结构通常就是指涉及机器语言或者汇编语言的程序设计人员所见到的计算机系统的属性,更多说的就是计算机的外特性,就是硬件子系统的结构概念及其功能特性。2、 计算机组成就是在依据计算机体系结构确定并且分配了硬件子系统的概念结构与功能特性的

8、基础上,设计计算机各部件的具体组成、它们之间的连接关系、实现机器指令级的各种功能与特性。3、 计算机实现就是计算机组成的物理实现。5、 算机系统的发展、应用与分类计算机发展:自计算机诞生以来,大约每58年,计算机的运算速度可提高10倍,可靠性可提高10倍,体积可缩小至原来的1/10,成本也降低为原来的1/10。自20世纪70年代以来,计算机的产量以每年25的速度递增。具体可分为五个发展阶段:第一阶段:电子管计算机(19461959)第二阶段:晶体管计算机(19591964)第三阶段:中小规模集成电路计算机(19641975)第四阶段:大规模集成电路计算机(19751990)第五阶段:新一代计算

9、机(1990现在)计算机的分类按照功能划分:通用计算机:巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机、单片机专用计算机:有效、经济、快速按照信息的形式与处理方法分:电子模拟计算机电子数字计算机第六章:数据表示与运算方法(10学时)主要内容:1、 、二进制码与不同进制数之间的转换2、 定点数在计算机内的表示与编码3、 浮点数在计算机内的表示4、 文字与多媒体信息的表示与编码5、 数据校验码6、 二进制数值数据的运算算法教学要求:1. 掌握数制及数制转换的基本概念,熟练运用各种进制数间的转换规则进行手工转换运算;2 .掌握原码、反码与补码的基本概念与定义，并能熟练完成定点数的原码、反码与补码之间的转换；

10、3 .理解常用二-十进制数编码的特点，能够说明各种不同编码的实用意义；4 .理解浮点数在计算机内的表示方法，能够说明阶码与尾数的位数与数值范围与数彳1精度的关系；5 .了解浮点数的规格化与隐藏位的含义，会判断浮点数的溢出；6 .掌握十进制数与浮点数间的转换运算；7 .了解文字与多媒体信息的表示的基本概念；8 .理解检错纠错编码的用途，能够区分几种常见的校验码，能够说明奇偶校验码白实现方法，能够说明海明码及循环码实现检错与纠错的道理；9 .掌握运用定点数的补码加减法运算规则进行基本的运算与溢出检查的方法；10.了解定点数的原码一位乘、除法的可行算法全口二口4士珈团计算机组成原理教案2、 二进制到

11、十进制数的转换二进制到十进制数的转换通常按公式(2、2)对二进制数各位的实际值累加求与完成。例:(10110)2=1x24+0X23+1X22+1x21+0X20=223、 八进制到二进制数的转换因为23=8,故1个八进制位对应3个二进制位,可以把1个八进制位数的整数部分与小数部分的每一位分别转换成3个二进制数。4、 二进制到八进制数的转换因为23=8,故3个二进制位对应1个八进制位,可以从小数点位置分别向左与向右把每3位二进制数划分为一组,并转换成1位八进制数。注意:小数部分分组时若低位不足3位时要用0补足,否则会出错。5、 十六进制到二进制数的转换因为24=16,故1个十六进制位对应4个二

12、进制位,可以把1个十六进制数的整数的整数部分与小数部分的每一位分别转换成4位二进制数。6、 二进制制到十六进数的转换因为24=16,故4个二进制位对应1个十六进制位,可以从小数点位置分别向左与向右把每4位二进制数划分为一组,并转换成1位十六进制数。注意:小数部分分组时若低位不足4位要用0补足,否则会出错。7、八、十六到十进制数的转换按照公式2、2的规定,用对各位实际值累加求与的方法完成。8、十到八、十六进制数的转换可先将十进制数转换为二进制,再转换成对应的八、十六进制数;也可以将1个十进制数直接转换为对应的八进制或十六进制,例如对整数,采用除8取余、高位在下的原则得到八进制数;或采用除16取余

13、、高位在下的原则得到十六进制数。定点数在计算机内的表示与转换定点数定点数就是指小数点固定在某个位置上的数据,一般有小数与整数两种表示形式。定点小数就是把小数点固定在数据数值部分的左边,符号位的右边;整数就是把小数点固定在数据数值部分的右边。我们在前面讨论的数据都就是定点数。原码、反码、补码结束了各种进制的转换,我们来谈谈另一个话题:原码、反码、补码。我们已经知道计算机中,所有数据最终都就是使用二进制数表达。我们也已经学会如何将一个10进制数如何转换为二进制数。不过,我们仍然没有学习一个负数如何用二进制表达。比如,假设有一int类型的数,值为5,那么,我们知道它在计算机中表示为:00000000

14、005转换成二制就是101,不过int类型的数占用4字节（32位）,所以前面填了一堆0。现在想知道,-5在计算机中如何表示？在计算机中,负数以其正值的补码形式表达。什么叫补码呢？这得从原码,反码说起。原码:一个整数,按照绝对值大小转换成的二进制数,称为原码。比如0000000000就是5的原码。反码:将二进制数按位取反,所得的新二进制数称为原二进制数的反码。取反操作指:原为1,得0;原为0,得1。(1变0;0变1)比如:将0000000000每一位取反,得11111111111111111111111111111010。称:111111111111111111111111111110就是100

15、000000000的反码。反码就是相互的,所以也可称:111111111111111111111111111110与100000000000互为反码。补码:反码加1称为补码。也就就是说,要得到一个数的补码,先得到反码,然后将反码加上1,所得数称为补码。比如:0000000000的反码就是:111111111111111111111111111110。1011111111 11111111那么,补码为:11111111111111111111111111111010+11111111111111011所以,-5在计算机中表达为:111111111111111111111111111110。转11

16、换为十六进制:0xFFFFFFFB。三、浮点数在计算机内的表示浮点数浮点数就是指小数点位置可浮动的数据,通常以下式表示:N=M*RE其中，N为浮点数，M(mantissa)为尾数，E(exponent)为阶码，R（radix）称为阶的基数（底）：而且R为一常数，一般为2、8或16。在一台计算机中，所有数据的R都就是相同的，于就是不需要在每个数据中表不出来。因此，浮点数的机内表示一般采用以下形式：MsEM1位打+1位相位Ms就是尾数的符号位，设置在最高位上。E为阶码，有n+1位，一般为整数，其中有一位符号位，设置在E的最高位上，用来表示正阶或负阶。M为尾数，有m位，由Ms与M组成一个定点小数。M

17、s=0,表示正号，Ms=1,表示负号。为了保证数据精度，尾数通常用规格化形式表示：当R=2,且尾数彳1不为0时，其绝对值应大于或等于（0、5）10。对非规格化浮点数，通过将尾数左移或右移，并修改阶码值使之满足规格化要求。假设浮点数的尾数为0、0011,阶码为0100（设定R=2），规格化时,将尾数左移2位，而成为0.1100,阶码减去（10）2，修改成0010,浮点数的值保持不变。当一个浮点数的尾数为0（不论阶码就是何值）,或阶码的值比能在机器中表示的最小值还小时，计算机都把该浮点数瞧成零值，称为机器零。根据IEEE754国际标准，常用的浮点数有两种格式：（1）单精度浮点数（32位），阶码8位

18、,尾数24位（内含1位符号位）。（2）双精度浮点数（64位），阶码11位，尾数53位（内含1位符号位）。在多数通用机中，浮点数的尾数用补码表示，阶码用补码或移码表示。文字与多媒体信息的表本与编码1、 西文字符的编码西文就是由拉丁字母、数字、标点符号及一些特殊的符号所组成的,它们统称为“字符”(character)主要用于外部设备与计算机之间的信息交换。所有字符的集合叫做“字符集”。2、 汉字的编码汉字输入码、汉字内码、汉字字形码(输出码)3、 多媒体信息的编码图的编码表示:一幅图在计算机内部有两个表示方式:“图像(image)”方式与“图形(graphics)”方式声音的编码表示:计算机处理的

19、声音可以分为3种:一种就是语音,即人的说话声;第二种就是音乐;即各种乐器演奏出的声音;第三种就是效果声,如掌声、打雷、爆炸等声音。在计算机内部可以用波形法与合成法两种方法表示声音。所有的声音都可以用波形法来表示,但更多用于语音与效果声,对于音乐声,则用合成法表示更好一些。视频信息的编码表示:视频获取设备将视频信号转换为计算机内部表示的二进制数字信息的过程被称为视频信息的“数字化”。视频信息的数字化过程比声音更复杂一些,它就是以一幅幅彩色画面为单位进行的。5、 数据校验码所谓校验码,又称检错码,就是指具有发现某些错误或自动改正错误能力的一种数据编码方法,用于检查或纠正读写与传送数据的过程中可能出

20、现的错误。常见的校验码有:奇偶校验码,海明校验码（汉明码）,循环冗余校验码。6、 二进制数值数据的运算算法1、 补码加法与减法运算规则及电路实现运算规则:加减法运算就是计算机中最基本的运算,通常选用补码实现,实现的算法就是:X+Y补=X补+Y补（MOD2）X-Y补=X补+-Y补（MOD2）2、 原码一位乘法与除法的运算算法原码一位乘法就是将符号位与数值位分开进行运算,乘积的符号就是两个数符号的异或值,数值就是两个数绝对值（原码表示的数值位）的乘积。将部分积的一次总加改为分步累加;将部分积左移改为部分积右移;使部分积连同乘数一起右移,以便保存双倍位数的乘积。原码一位乘法的算法就是:用乘数寄存器的

21、最低位选择求部分积的数据来源:被乘数或0值;相加求得部分积并使其右移一位,乘数也同时右移一位,此时高位部分积的最低位移入乘数寄存器的高位。用一个特定的寄存器控制相乘次数（决定于数据位的位数）。用乘数与被乘数符号位的异或值作为乘积的符号。原码一位除法与原码乘法一样,符号位就是单独处理的。实现除法操作时,应避免除数为0,否则属非法操作。在计算机中，原码一位除法就是采用加减交替法实现的。第三章节：计算机的运算器部件（8学时）主要内容：1、 算术逻辑运算部件的功能设计与线路实现2、 计算机的定点运算器3、 浮点运算与浮点运算器教学要求：1 .掌握定点运算器中ALU的功能；2 .了解定点运算器中ALU的

22、线路与实现原理；3 .掌握定点运算器的功能与组成，了解运算器在整机系统中的地位；4 .理解MIPS计算机的运算器实例的组成特点；5 .了解定点运算器Am2901芯片的内部结构框图，以及用该芯片构建运算器部件的方法；6 .理解浮点数的表示方式，会运用浮点数的运算规则作简单计算；7 .了解浮点运算器的功能与组成；8 .了解CPUS片内的运算器部件的一般组成。知识结构图ALU的线路实现 运算器的绢成 运算器的功能浮点数的运算热则浮点运算器的功能与绢成浮点运算器实例运算器的控制与使用主要完成对整数类型数据的算术运算、逻辑型数据的逻辑运算功能。运算器位数取决于机器字长,通常就是16位,32位或者64位,

23、它将关系到处理数据的能力;运算器的组成直接关系到计算机系统的数据处理能力与运行性能。二、浮点运算与浮点运算器1、浮点数的运算规则浮点数通常有两种表示方式,一种表示方式用于运算过程,出现在浮点运算器内部,另外一种表示表示用于浮点九的存储过程。第四章节:指令系统与汇编语言程序设计（9学时）教学内容:1. 指令、计算机指令系统概述;2. 指令格式与寻址方式;3. 指令系统举例,PentiumH、MIPS32与教学示例计算机的指令系统；4. 汇编语言程序设计简介。教学要求:1. 理解指令的功能、构成格式、操作码与操作数地址两个字段的内容与组织方式;2. 了解指令分类的方案与分类结果;3. 了解指令周期

24、对计算机性能与硬件结构的影响;4. 理解并记忆指令中的形式地址与物理地址的概念;5. 理解并叙述几种常用的寻址方式的用法及其编码表示;6. 了解几种常用指令系统的组成概貌;7. 理解3个级别的计算机语言之间的关键区别与各自的应用场合8. 了解程序中常用到的几种流程结构及其相应的指令或语句；9. 初步学会设计简单的汇编语言程序及其调试方法。知识结构图2、指令格式通常情况下，一条指令要由如下两部分内容组成：第一部分就是指令操作码，第二部分就是指令的操作数地址。操作码的组织与编码1、 定长的操作码的组织方案在当多数的计算机中，一般都在指令字的最高位部分分配固定的若干位（定长）用于表示操作码，例如8位

25、，它有256个编码状态，故最多可以表示256条指令。2、 变长的操作码的组织方案当计算机的字长与指令长度为16位或8位时，单独为操作码划分出固定的多位后，留给表示操作数地址的位数就会严重不足。为此不得不对一个指令字的每一个二进制位的使用精打细算,使一些位(bit)在不同的指令中有不同的作用。三、有关操作数的类型、个数、来源、去向与地址安排1、 用操作数个数区分指令从用到的操作数个数区分,可能有如下4种情况:无操作数指令单制作数指令双制作数指令多制作数指令2、 操作数的来源、去向及其指令字中的地址安排操作数的第1个来源、去向，可以就是CPLW部的通用寄存器；操作数的第2个来源、去向,可以就是外围

26、设备(接口)中的一个寄存器;操作数的第3个来源、去向,可以就是内存储器中的一个存储单元;在指令字中直接给出一个操作数,被称为立即数。指令中使用的基本数据类型,通常包括逻辑类型,整数类型与浮点数类型。寻址方式概述计算机中常用的基本寻址方式有如下多种:1、 、立即数寻址:操作数直接给出在指令字中,即指令字中直接给出的不再就是操作数地址,而就是操作数本身。2、 直接寻址:直接寻址就是在指令中直接给出操作数存储器中的地址,这就是计算机中常用的寻址方式之一。3、 寄存器寻址、寄存器间接寻址:寄存器寻址,就是在指令字中给出通用寄存器的编号（名字、地址）,用于访问运算器部件的寄存器组中的寄存器。4、 变址寻

27、址:变址寻址,就是把在指令字中给出的一个数值（称为变址偏移量）与一个被称为变址寄存器的内容相加之与作为操作的地址,用于读写存储器。5、 相对寻址：就是指把在指令字中给出的一个数值与程序计数器PC的内容相加之与作为操作数的地址或转移指令的转移地址。6、 基地址寻址:就是指把在程序中所用的地址与一个特定的厅存器的内容相加之与作为操作数的地址或指令的地址。7、 间接寻址:在指令字中给出的不就是一个操作数的地址,而就是一个操作数地址的地址,或一条指令地址的地址。8、 堆栈寻址:堆栈就是存储器中一块特定的按“后进先出”原则管理的存储区,该存储区中被读写单元的地址就是用一个特定的寄存器给出的,该寄存器被称

28、为堆栈指针。指令系统举例计算机的指令系统有RISCT与CISC两种类型。RISC就是精简指令系统计算机的英语缩写，它执行同样处理功能的程序所占用的时间要比CISC计算机更短。RISC机器的运行性能可能要比CISC机器高2-5倍。计算机组成原理教案PentiumII机的指令系统属于CISC结构;MIPS机的指令系统属于RISC结构。第五章节:控制器部件（9学时）教学内容:1. 控制器的功能与组成概述;2. 硬连线控制器的组成与运行原理;3. 微程序控制器组成与运行原理;4. 指令流水线的概念与实现技术。教学要求:1. 理解并记忆计算机控制器的功能与基本组成,体会控制器在计算机整机中的地位;2.

29、理解并记忆硬连线控制器部件的实际组成及其各子部件的功能;3. 了解MIPS32计算机系统及其控制器部件的运行原理；4. 了解控制器部件的设计过程与基础技术;5. 理解并记忆微程序控制器的一般组成与基本运行原理;6. 理解并叙述微指令中的下地地址字段、微命令字段的内容及其控制功能;7. 了解微程序控制器与硬连线控制器在组成与性能方面的异同之处;8. 理解并记忆指令流水线的概念,关键技术指标;9. 了解指令流水线的实现思路,3类相关问题及其解决方案;10. 了解指令级并行技术的概念。知识结构图三种不同的指令周期控制器部件的功能与组成i-r以用如下几句话去把握整控制器的组成控制物制器的运行原理的PU

30、司纲要能指标 单指令何期CPU-多指令周期CPU指令流水线控制器，管控制取指、分析、再执行，两种类型的控制器PG IR判别中断并响应，指令步骤瞧节拍，硬连线控制器微程序嘿寿存放微程序下址续读微指令。一、控制器的功能与组成概述控制器的作用就是向整机系统的每个部件（包括控制器部件本身）提供它们协同运行所需要的控制信号。执行一条指令，通常总就是要经过读取指令，分析指令与执行指令所规定的处理功能3个阶段才能完成，这就是在控制器的控制下实现的，控制器还要保证计算机能按程序中设定的指令运行次序，自动地连续执行指令序列。启停总，CE控制忌线 法 AB i幽:总线DB数据忌其篇件控带惜号步繇标记控制信号产生部

31、件条件输入设备V *输出设备.内存储器+1运算器ZVS）组成控制器的4个子部件:执行一条指令,要经过读取指令、分析指令、执行指令所规定的处理功能三个阶段完成,控制器还要保证能按程序中设定的指令运行次序,自动地连续执行指令序列。为此,控制器组成中,必须有一个能提供指令在内存中的地址的部件,通称程序计数器(PC),服务于读取指令,并接收下条要执行的指令的地址。还要有一个能保存读来的指令内容的部件,通称指令寄存器(IR),以提供本指令执行的整个过程中要用到的指令本身的主要信息。控制器的第三个组成成分,就是脉冲源、启停控制逻辑,指令执行的步骤标记线路,它标记出每条指令的各执行步骤的相对次序关系。控制器

32、的第四个,也就是控制器设计中最费力的一个组成成分,就是全部时序控制信号的产生部件,它依据指令内容、指令的执行步骤(时刻),也许还有些别的什么条件信号,来形成并提供出当前各部件时刻要用到的控制信号。计算机整机各硬件系统,正就是在这些信号控制下协同运行,产生予期的执行结果,也就就是执行一条又一条的指令。依据前述控制器的最后两个组成成分的具体组成与运行原理的不同,通常把控制器区分为微程序的控制器与组合逻辑(硬布线)的控制器两大类。二、硬连线控制器部件硬连线控制器又称为组合逻辑控制器,与微程序控制器共同构成计算机通用的两大类控制器。1、 硬连线控制器的组成与运行原理简介采用逻辑电路直接提供全部控制信号

33、?输入-操作码-指令状态字-指令步骤编码（节拍）-外部信号（Reset等）?输出-全部控制信号?主要解决的问题-节拍转换-控制信号生成（ 1） 组合逻辑控制器用节拍发生器（Timing,几个触发器构成的时序逻辑电路）不同的状态组合来区分一条指令不同的执行步骤,指令执行步骤的接续就是通过变换节拍发生器的状态组合完成的,不同于微程序控制器中通过下地址部件给出不同的微指令地址来实现。这里用节拍发生器取代了原来的下地址部件。（ 2） 组合逻辑控制器就是通过由“与或”两级逻辑关系构成的时序控制信号产生部件来直接给出全部的时序控制信号。送到第一级各“与门”的输入信号就是指令操作码与节拍发生器的节拍状态（可

34、能还有控制条件）,每个与门产生一个与项输出,相关的与项输出信号送到第二级的“或门”,每个或门输出的就就是一个时序控制信号。全部的时序控制信号由许多个“与或”逻辑门给出。与计算机组成原理教案用控制存储器存放全部控制信号的微程序控制方案不同，这里用时序控制信号产生部件取代了原来的控制存储器，还取消了那里的微指令寄存器线路，把控制信号直接送到被控制的部件。组合逻辑控制器特点?直接用逻辑电路实现，用节拍标记指令步骤，性能良好?可扩展性差，兼容性不好?适合实现比较精简的指令系统?较容易实现并行?常用于实现RISC三、微程序控制器部件指令寄存器IR1、微程序控施燔的基本组成与运行原理映射?每条指令一个执行

35、步骤用到的全体控制信号组成1微盾令?用多条微指令解释每条?全部微指令的集合叫做彳?执行一条微挂令所用的时间被称为一1控制1 存储SS、微周期。?微指令的格式与内容：下地址字段命令字段?!?无条件转移到某条微指下地址 -至螭命微操译码?根据微指令的某一状态结果 下期和财执行或禁向臬匚地址?微子程序调用，要使用到微堆栈?多路转移?根据指令操作码,转移到指令的入口地址组合逻辑与微程序控制器比较?相同点-完成相同的功能-控制信号基本相同?不同点-控制信号生成部件的组成与实现方式不同-步骤标记实现方式不同-性能不同第六章节:存储器系统（12学时）教学内容:1. 多级结构的存储器系统综述;2. 半导体存储

36、器芯片的内部结构与记忆信息的原理;3. 主存储器的技术指标、基本组成及运行原理;4. 辅助存储器的种类及指标要求,硬盘存储器与磁盘阵列的组成与工作原理;5. 光盘机的组成与运行原理简介;6. Cache存储器的功能、运行原理及基本结构,Cache的地址映像方式;7. 虚拟存储器的概念与实现;8. Pentium计算机中的存储器系统。教学要求:1 .了解存储器的分类及各类存储器的特点2 .理解并记忆存储器系统的分层结构及原则3 .了解半导体存储器芯片的内部结构与实现记忆的原理4 .掌握主存储器的组成、技术指标与运行原理5 .理解并记忆硬盘存储器的基本组成与读写过程6 .了解磁盘阵列技术的相关概念

37、；7 .了解光盘存储器的组成与运行原理；8 .掌握并描述Cache的功能及工作原理；9 .理解Cache的3种地址映像方式；10 .了解Cache的基本结构；11 .了解虚拟存储器的基本概念与实现方法。知识结构图虚拟存储器存储段邛述、概述而存储器的分类 一口存储器的用次结构存储器的分类2、存储系统的平僦储,RGM 系统静态辅助存储器高&虚拟存储器的功能 实现与管理方式二、半导土存储器CPU存储器,局速缓存：cache快ROM小J只读存储器光盘存储器存 祷 使用重储t指标峰使金部丢大主存储器的技7按存取方式r步二存幽住(RAM);光盘存取w高速缓冲存储器建活；缺点：易失性,号Cache的

38、功能与结构地址映像方式替换算法%找:、光盘计算机组成原理教案2、只读存储器（ROM）优缺点：结构简单,位密度比RAMS储器高；具有非易失性,可靠性更高,只能读出,不能写入。按存储原理分:1、 静态存储器（SRAM）:优缺点：晶体管多、们容量少，功耗比较大；而其主要优点就是不需要进行刷新,因此简化了外部电路。2、 动态存储器（DRAM）:用较少的晶体管构成一个存储单元，提高芯片单位面积上的容量,同时也降低了每位价格与功耗。按信息传送方式分:1 、并行存储器2 、串行存储器3、 主存储器1、 、主存储器的基本组成主存储器由存储体、地址译码器与读写电路及控制电路组成。2、 主存储器的基本操作主存储器

39、的基本操作就是读操作与写操作。3、 存储容量的扩展扩展方法根据需要有位扩展、字扩展与字位同时扩展。4、 提高存储器系统性能的途径:相联访问,并行访问4、 辅助存储器1、 、辅助存储器的种类及技术指标种类有:硬磁盘、软磁盘、磁带与光盘主要技术指标:存储密度、存储容量与寻址时间硬盘存储器2、硬盘由硬盘驱动器（HDD）W硬盘才$制器（HDC）®成3、 磁盘陈列技术就是指把多块独立的硬盘（物理硬盘）按某种方式组织起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘）,从而提供比单个硬盘更高的存储性能与提供数据备份的技术。4、 光存储系统的组成与运行原理光盘存储系统由光盘片、光盘驱动器、控制器与光盘驱动软件组成。光驱

40、在访问时有恒定线速度与恒定角速度两种方式。当单位距离的光道上所存储的信息容量相等时,即内、外光道的数据记录密度相同,则采用恒定线速度,这样可以充分利用盘片的空间。5、 速缓冲存储器1 、cache的结构与运行原理cache的功能：它的作用在于缓解主存速度慢、跟不上CPU卖写速度要求的矛盾。cache的结构与工作原理程序的局部性原理cache可能很好的发挥作用就是基于程序访问的局部性原理。cache的替换算法随机算法,先进先出算法,近期最少使用算法2 、cache的3种地址映像方式全相联映像、直接映像与组相联映像六、虚拟存储器1、 、虚拟存储器的功能与特点2、 页式虚拟存储器3、 段式虚拟存储器

41、4、 段页式虚拟存储器第七章节:计算机输入/输出系统（12学时）教学内容:1. 输入/输出设备综述;2. 常用设备的功能与基本工作原理简介;3. 输入/输出接口综述、端口的编址方式、几种标准接口的特点;4. 常用输入/输出方式的控制原理;5. 中断的基本类型、优先级别、完整的中断过程;6. DMA的基本概念及传送过程；7. 总线的功能、组成,总线仲裁与数据传送控制;8. 总线标准简介9. Pentium计算机中的总线系统简介。教学要求:1、了解几种常用输入/输出设备的功能与基本工作原理,区分它们的不同种类;2 .理解接口的含义、信息交换的过程、具有的功能与类型;3 .了解接口电路的两种端口编址

42、方式的特点;4 .理解并区别几种标准接口的不同特点;5 .理解并区别几种输入/输出方式的不同特点；6 .理解与中断与DM目关的一些重要的基本概念；7 .理解并能解释中断全过程中涉及到的一些重要名词与结论8 .掌握DMA空制器的功能、组成、数据传送方法与过程；9 .理解与总线相关的一些重要的基本概念；10 .掌握总线仲裁与数据传送控制等基本的工作原理；11 .了解几种常用的总线标准与Pentium计算机的总线系统知识结构图输入/输出设备与系统输入/输出设备输油、/输出设备、出设1、输输入/输出接口程序查询方式 程序中断方式 DMA方式 通道控制方式 外围处理机方式输入/输出设备分类工作特点几种常

43、用的输入/输5依据1目息流向的不同，输入/输出设备可以分成输入设住线的j输湖（成稀b与输入1接口的拿本组成_总线仲裁与数据传送控制总线技术常用输入/输出方式系统总线标准举例按与件肆柳剜翔秘的用寸象不同pentium计算机的总线系统输入/输出设备还可以分成人机交互设备、数据存储设备、计算机与计算机交互设备。特点：异步性、实时性、多样性。3、几种常用的输入/输出设备简介键盘：就是应用最普遍的输入设备，由一组排列成矩阵形式的按键开关与相应的键盘控制器组成。从按键的数量上瞧，有83键至109键等多种；从按键的开关的结构瞧，可分为接触式与非接触式两种。从键盘提供给主机的电信号类型瞧，键盘又可分为编码键盘

44、与非编码键盘两种。计算机组成原理教案鼠标器:按鼠标的结构不同主要有机械式鼠标与光电鼠标。扫描仪:就是把实物形式的图像信息通过扫描的方式转换成电信号,并输入到计算机中的专门设备,就是一种功能极强的输入设备。扫描仪就是利用自然界反射光的原理来完成对被扫描图片或文字稿件的读取的,其内部主要由光学成像部分、光电转换部分与机械传动部分组成。目前主要有光电耦合器件（CCD）,接触式图像传感器（LIDE）与光电倍增管（PMT）为光电转换元件的3种扫描方式。显示器:就是以可见光形式、用屏幕显示信息的计算机输出设备。按显示器主要部件的不同,可分为阴极射线管显示器（CRT）,液晶显示器（LCD）,等离子显示器（P

45、DP）与场致发光显示器。打印机:就是计算机系统的很常用的输出设备,从印字原理的不同来区分,有针式打印机、喷墨打印机、热敏打印机与激光打印机很多种类,这些打印机按打印的实现方法又可分为击打式与非击打式两大类。二、输入/输出接口1 、接口的基本组成、功能与类型按通用性分类:有通用按口、专用接口。按外设与接口间的数据传送方式:有串行接口、并行接口。按主机访问外设的控制方式：程序查询式接口、程序中断接口、DMA®口。按功能的灵活性:编程接口、不可编程接口。按输入/输出的信号类型不同:数字接口、模拟接口。2、端口的编址与寻址计算机组成原理教案常用的编址方式主要有两种,一种就是I/O端口与主存储

46、器统一的编址方式,另一种就是I/O端口与主存储器彼此独立的编址方式。3、 几种标准外部接口串行接口：串行接口又称之为通信口或CO端口，主要用于需要与系统进行双向通信的设备。并行接口:USB:三、输入/输出方式1 、程序查询方式:就是一种用于控制主机与外设间进行数据传送的最简单方式,它直接通过程序来控制主机与外部设备之间的数据传送,又称程序直接控制方式。2、 程序中断方式中断的基本概念中断的几种基本的类型:内中断与外中断、硬件中断与软件中断、可屏蔽中断与不可屏蔽中断。中断的优先级别问题:中断过程:一次完整的中断过程由中断请求、中断响应、中断处理与中断返回四个阶段组成。3、 直接存储器访问（DMA）方式DM防式的基本概念：DMA送过程:一次DMA送过程由传送前的预处理、