计算机组成原理 谭志虎 微课版（第1-3章）教案 计算机系统概述、数据信息的表示、运算方法与运算器

计算机系统概述

1.参考学时

2学时。

2.教学目标（能力要求）

•系统梳理计算机软硬件系统的发展历程，激发学生专业热情，结合我国计算机发展

面临的k脖子现状，鼓励学生积极投身信息成业自主可控；

•学生能简单描述计算机软硬件系统的发展历程及代表性特征；

•学生能列举冯诺依曼”•算机基本构成，解释其工作原理与主要特征，并能利用相关

原理辨别非冯诺依曼结构：

•学生可简单对软件进行基本分类，能解释高级语言程序执行成二值逻辑的•般流程;

•学生可阐述计算机系统层次结构及其好处：

•学生可辨析常用的计算机性能指标以及评价方法，能进行CPI、MIPS、CPU执行时

间等性能指标的简单运算，能使用常见测试工具对计算机基本性能指标进行测试。

3.教学重点和难点

教学重点；“存储程序”与“程序控制”、计算机系统层次结构、CPI与MIPS的计算

教学难点：单一指标评价计算机性能的潜在问题，如何科学评价计算机系统性能。

4.教学主要内容

（1）计算机发展历程（45分钟）

＞原始计算工具到电子计算机发展史

＞电子计算机发展历史与规律

＞我国计算机技术的发展概况

（2）计算机系统的组成（20分钟）

＞计算机便件系统（冯诺依曼计算机组成及工作原理）

＞计算机软件系统（软件分类以及高级语言程序执行过程）

（3）计算机系统的层次结构（5分钟）

＞系统层次结构、各层次之间的关系

＞软件和硬件的逻辑功能等价性

（4）计算机性能指标（20分钟）

＞非时间指标：机器字长、主存容量、总线位宽

＞时间指标：吞吐量、响应时间、CPU时钟周期、主频、CPI、IPC、CPU执行时间;MIPS、

MFL0PS、GFLOPS、TFLOPS、PFLOPS、EFLOPS、ZFLOPSo

＞性能测试方法（如何综合评价计算机性能）

5.教学过程与方法

（1）计算机发展历程（45分钟）

＞原始计算工具到电子计算机发展史

这一部分作为整个课程的导入，根据四个阶段的标志性事件讲解计算机发展历

史，穿插一些有趣的传奇故事，激发学生对课程的学习兴趣。具体包括PASCAL加

法机发明的目的，莱布尼兹乘法机与加法机的关系，巴贝奇“揭榜挂帅”建造差分

机的传奇，第一个程序媛Ada的故事，编程与编织花布的故事，科学家图灵破译德

军“谜”也码，哈佛mark系列计算机与第一个计算机Bug,ABC计算机与ENIAC

的渊源与纠葛，华人电脑英雄王安的传奇，硅谷八叛逆与仙童公司的前世今生。

取用2迟线函而王安

PPT课件中提供了较为详实的内容，教师可以根据自己的需要控制时间进行

讲述，以上这些故事素材可以在网上百度了解。

结合前述计算机发展历史引出现代计算机理论基础：布尔代数、计算机开关电

路、图林机、阿塔纳索夫三原则、维纳现代计算机五原则、冯诺依曼计算机原理。

简单介绍图灵机基本原理，也可以结合最新的chatgpt讲讲图灵测试。

If近100年技术的变革

机械计算机,19世纪

□由轮，链条，滑轮，蒸汽机

□穿孔卡片

机电计算机20世纪早期

□开关,堪电艇

□水狼延迟线

电子计耳机,2世纪中期开始至今

匚线路遑接板.真空管,CRT,晶体管

ODRAM,ifi存储

总结100年计算机技术发展的历史变革和三类计算机的标志性部件与原理。

＞电子计算机发展历史与规律

用表格形式介绍电子计算机发展的四个阶段、代表性特征、整体发展规律。

Moore99货处理・内net数超十八个月■一■

Bel01t如保持计HI应计变,短18个月充少T

GHderfiW弹（1996ET）.-月・ttT

MetcAlfeStt网酬■同网络用户数的平方皿比

DRAMM*DRAM定度悠年则060%,晶三年■四侑

的*度每年0加的T

顾摩尔就■从现在险.8个月新0的存储■等于有史以来存储■之期

介绍一些计算机领域经典的发展规律，进一步引出摩尔定律。

“1965年Moore'sLaw

引导学生仔细观察频率曲线和晶体管数目曲线的差异，2000年左右频率达到极限,

处理器芯片向结构优化多核方向发展。

以103机为例介绍我国计算机发展的历史。

介绍我国CPU设计领域现状以及面临的困境，激励学生投身信息产业自主可控国

家战略。

（2）计算机系统的组成（20分钟）

＞计算机硬件系统（冯诺依曼计算机组成及工作原理）

简要介绍冯诺依曼计算机的硬件组成，重点讲解存储程序，程序控制的基本原理。

＞计算机软件系统（软件分类以及面级语言程序执行过程）

printf.o

预处理编译汇编链接

hello,chello,ihello,shello,o.hello

可执后

源程序程序源程序程序汇编代码程序可重定位程序

（文本）（epp）（文本）（eel）（文本）（as）目标程序（Id）目标程序

（二进制）（二进制）

简单介绍软件系统分类、重点强调高级语言程序执行的完整流程。

（3）计算机系统的层次结构（5分钟）

＞系统层次结构、各层次之间的关系

高s号/a嬉遗HA

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…，克―*■•・■$12，“，$14

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利用上图讲解计算机层次结构，重点强调抽鸵分层的主要益处V

＞软件和硬件的逻辑功能等价性

硬件和软件在功能上的分配关系随着技术的发展而变化。部分功能既可以由硬

件实现，也可以由软件实现，从用户的角度来看它们在功能上是等价的。

（4）计算机性能指标（20分钟）

＞非时间指标：机器字长、主存容量、总线位宽

＞时间指标：吞吐量、响应时间、CPU时钟周期、主频、CPI、IPC、CPU执行时间；MIPS、

MFLOPS、GFLOPS、TFLOPS、PFLOPS、EFLOPS、ZFLOPS。

m

CPI=7c(0-1)

nn

=2(CPhxPD=2(CPhx%

CPI(0-2)

i-1i=l

CPI指标定义以及计算方法，以X86手册中不同指令的时钟周期数说明CP1概念。

m

Tcpu=mxT=—(0-3)

CPIxIC

T'cpu=CPIxICxT=-(0-4)

CPU执行时间定义以及计算方法。

IC

(0-5)

MIPS=X1()6

MIPS=4—=IPCx(0-6)

CPI

ICflops

MFLOPS=(0-7)

^cpuX106

MIPS、MFLQPS指标定义以及计算方法。

II"

■Ml假出一合计KIL鱼fl!力IGHZ.在其上煜行曲指♦幽盛的目仲

R♦・/序主・由4类・♦也■・他的所占的比例"StlWCFI管下我所

录.求。库的BISHIPS.46库执行*可？

结合具体实例帮助学生掌握CPI、MIPS、CPU执行时间等性能指标的简单运算。

＞性能测试方法(如何综合评价计算机性能)

|关键时间指标

■实际上频率f和IPC真正决定CPU性能

■CPU性能=IPCX频率f(MHz)

口全性能公式，由英特尔提出并被业界广泛认可

主频为800MH却］安脾处理器&1800MHz的奔鹰4处理器

□企业I艮务器与台式机CPU

以两款CPU性能比较引出性能测试和评价，介绍常见CPU性能测试方法与指标。

U太湖之光-一■全球超级计算机500强之首

国际超级计算机TOP500组织是发布全球已安装的超级计算机性能排名的

权威机构，以系统的实测速度（Unpack测试值）为基准进行排名，每年发

布两次。https:〃/

2014年11月，中国国防科技大学研制的“天河二号”超级计算机，以每

秒33.86千万亿次的浮点运算速度获得四连冠。

2015年7月，天河二号连续5次位居世界超算500强榜首。（禁运事件）

2016-2018SunwayTaihuLight-（神威太湖之光）三连冠

2018-2019美国能源吾腌树岭国家实验Summit（顶点）

以性能测试实例：超级计算机500强榜单激发学生民族自信，借禁运事件，中美贸易

战事件引导学生积极投身国产IT生态的建设。

数据信息的表示

6.参考学时

8学时。

7.教学目标（能力要求）

•理解计算机数据表示的基本需求：能阐述二进制适合计算机数据表示的原因：可熟

练进行不同进制词数据的转换;能解释数据表示范围、表示精度、溢出等基本概念。

•掌握机器码基本概念和表示方法：能描述不同机器码的定义；能区分原码、反码、

补码、移码的差异与优缺点；可熟练进行不同编码的相互转换：能利用补码的进行

手工加减法运算。

•理解定点数的基本原理：能描述计算机中定点数的基本原理，能给出定点数的表示

范围和最小精度；能够分析定点数相对于浮点数的优势和局限性，包括计算效率、

存储需求、精度等方面的比较。

•掌握浮点数基本概念和IEEE754标准：能描述浮点数的表示需求、发展历史和在计

算机科学中的重要作用：能解释浮点数表示方法，能区分单精度和双精度浮点数表

示差异，能根据使用需求选择合适的浮点数表示；能依据浮点数格式熟练进行

IEEE754编码与真值的互相转换；能区分规格化数和非规格化数的表示范围；能够

识别和解决在IEEE754浮点数表示和计算中常见的问题和异常，如舍入误差、溢

出、下溢、精确性异常、结合律异常、NaN非数、无穷大、除零错误等。

•理解高级语言中不同数据类型的底层逻辑:能根据数据表示相关原理解释分析C语

言中整型、浮点型数据表示和运算中出现的各种“异常”。

•掌握字符型数据在计算机内部的表示：能简单区分不同字符集（ASCII、GB2312、

Unicode,UTF-8）标准字符定义、占用空间的差异，可根据需求选择合适的标准，

可解释解内存中字符串数据的特征。

•了解码制的基本概念和特点：能解释842】码、余3码、格雷码的编码特点和运算

结果校正问题，能区分有权码和无权码。

•掌握校验码基本原理和应用：可描述校验码的基本原理和应用场合，理解码距和编

码检错和纠错能力之间的关系；掌握奇偶校验码、海明码、CRC校验码的编码规则，

能生成校验码或对校验编码进行检错/纠错；能区分不同校验码的检错和纠错能力,

分析他们的适用性和局限性：能根据实际需要设计和实现数据通信或存储中的校验

码方案，以确保数据的可靠传输和存储。

8.教学重点和难点

教学重点：补码表示与计算机中的数据类型

教学难点：IEEE754标准，浮点数特性，海明编码设计，循环冗余校验码编解码

9.教学主要内容

（1）数值表示的作用（15分钟）

＞计算机数据表示需求

＞进位计数制及其相互转换

（2）数值数据的表示（180分钟）

＞数的机器码表示（60分钟）

■真值与机器码的区分

■四种机器码定义与区别

＞定点数表示（无符号、有符号）（30分钟）

＞浮点数表示（IEEE754标准）（70分钟）

＞十进制数（5分钟）

＞计算机中的数据类型（15分钟）

（3）非数值数据的表示（25分钟）

＞字符表示（字符串）

＞汉字编码

（4）数据信息的校验（160分钟）

＞码距与校验（20分钟）

＞奇偶校验（15分钟）

＞海明校验（45分钟）

＞循环冗余校验（80分钟）

10.教学过程与方法

（1）数值表示的作用（15分钟）

＞计算机数据表示需求

I21数据表示的作用

将数据按照某种方式组织,以，，器硬件能直接识别和使用

数据表示考虑因素

□数据的类叟：数值/非数值、小数、整数、英文字符、汉字

□表示的范圉和精度：满足日常计算需要

□存储和处理的代价：处理性能

□软件的可移植性：方便在不同机器之间移植

现代计算机采用二进制进行数据袤示

□可裳示任何数据信息

□状态数量少,易与简单物理状态对应

□运算电路易实现.硬件开精小

简单介绍计算机中数据表示的基本需求以及二进制在计算机数据表示中的优势。

＞进位计数制及其相互转换

介绍二进制与其他进制之间的基本转换方法以及简便方法。

Kilo.Giga,Tera,Fvta,Zctta,Wtta.

IOOMX«■m

注意磁存储以及通讯领域中使用的SI因子不是二进制，提醒后续学生在存储密

量和传输速率方面进行计算时要使用10进制作为单位。

（2）数值数据的表示（180分钟）

＞数的机器码表示（60分钟）

■真值与机器码的区分

简要介绍真值和机器码的区别，以内存、寄存器中的数据是什么编码为问题引

出机器码问题。

■四种机器码定义与区别

I；(Signedmagnitude)

，flr&DMttAddasignbit

■■0为符号0,。：江,1：ft.

9/(S9或«I.S少?

P01-I1osx<r

^21S“2

Ir-x-r<x»o

OSX<1

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原码主要思想是增加符号位（符号位在定点小数中权值为1,在定点整数中为

2n）,可以只接在黑板上推导出原码的公式，1+|x|或2X|x|,帮助学生理解原码公

式，公式不要求记忆，但应该可以推导。给出实例，演示原码求解过程，引出原码

两个零的问题以及原码表示范围，最终总结原码表示的优缺点。

口反—示法OneiComplement

M号国正值与■码iwa

fiimfiH:二遍•IHXHUB

Ixanple:7W•eeill,

-7»-116M,

(*e]a•e.eeee[-•].・i.iii」两个KUIb

(e.uii]B•e.iin[>e.mi]a•i.oeee

(meii]a■emeu[-iii»n)s>leeeiee

介绍反码定义，演示反码求解过程，引出两个零问题，根据反码和其值数值为

相反的原理，利用I其值|+反码二111…11恪位均为1的数）可以推导反码公式。介绍

反码表示范围，反码表示优续点。

I补码公式

模：符号位进位位的权值

真值为正数，补码与原码相同

真值为负数，增加一个模

XOSXC

[X]#=

以钟表动画演示为例引出补码概念，重点强调模数的概念（时间超过12点户零，

运算超出模数要舍弃），根据模数^念引出补码公式，比较补码公式和前述反码公

示的差异，引出负数补码逐位取反末位加一的求解方法。

方法

正.町.即8目,符刊为0

末mm.丽也为1（用・”一方港）

卜10101010、

=101010101»1

-101010110

[0.010101）w«1.101011

•BB2（手工学而法）

口从•石♦丹妁个1.谖E3左务所育但败反.nws>^9

介绍补码快速手工求解的方法一-扫描法，通过实例求解，解释补码表示只有一

个机器零，区分补码与原码、反码表示范围的差异，强调补码表示区间的非对称性。

介绍双符号位补码，注意强调单符号和双符号模数的差异以及双符号的优势与劣势。

介绍补码加减法转性，总结补码优势与应用场景。

IM•应Notetkm

定义

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MHtiimxraii.MH»M

X«*WW1[X^«2Sf0101aM0Y01

X«-10101|X^A21-10101*001011

OJV于・承・■,

介绍移码的定义、求解方法以及应用场合。

详细比较不同机器码在数轴上的差异，加深学生对机器码的理解和区分。

对比不同机器码的公式差异。

对比不同机器码的数据表示范围差异，最后总结不同机器码的实际应用场合。

首先介绍最高有效位（MSB）以及最低有效位（LSB）的概念，然后开始引出定点

整数，定点小数，区分对应数据表示范围和溢出情况。

chara-121Al”

prlMtfC\aM*.•

FtlBtf(*\BW

,.e

e.d

ratsca(0);..

通过一个简单的程序引出计算机中的其实数据表示问题，C语言中的整型数据

到底采用是什么机器码？通过反汇编代码进一步解释C语言程序底层的数据表示逻

辑。

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0unsignedchM.unsignedshort,swqc

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WM«M

0char,short,mt.IOHQ

口

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简单总结c语言中的各种数据类型、表示方法以及数据表示区间。

32依MLLMM

214T

printf("■■«»««1■W\B*.B■«)

^rlatfv,«)

t«tU£S-B

用实除程序运行再次强化C语言中整型数据的补码数据表示。

最后对C语言中的整型数据类型进行总结。

＞浮点数表示(IEEE754标准)(7()分钟)

以一个有违常理的奇怪程序引出浮点数表示问题。

tfiKSI2八0ng-0J«10M

■

Q4tft

0N*IO^BM

0N=2<«MIUM«>

以直接用两个定点数表示浮点数整数和小数为例说明浮点数表示存在的问题,

由此引出科学计数法，解释浮点数表示的规格化问题。

舱符附值尾符Rd

采用阶码和尾码两个定点数形式表示浮点数N=2±eX(±m),分析浮点数表示范

国和溢出情况，分析阶码和尾码长度与浮点数表示范围和精度的关系，给出实例展

示，同时引出浮点数在数轴上密度与分布问题。

介绍浮点数现行标准IEEE754的由来，讲解单精度浮点数和双精度浮点数的表

示规则。

以单精度浮点数为例解释IEEE754浮点数阶码和尾码的具体协议规格。

探讨IEEE754浮点数规格化数和非规格化教表示范围。

9AMRI

float•«10,b^-l.0;

-m

WM：ttWhy?

以实际C语言程序分析整数和浮点数除零问题。

9AUIU

floata^O.0,b;

«^«/0.b=-s^rt(-1)r

print/«**•,“

return

以实际C语言程序分析浮点数运算中的非数问题。

9mMR3

tlI•«XO«OOQMOV21•cx»oowooc.

it(tlf-f>prlattCtloatdataU(Ka*)

tfItll»-t2A»prlRtffdata”

0ut*vO2*itH«M|ttlf)

OutFutmitMea|tUti

以实除c语言程序分析浮点数表示的两个机器零问题。

I浮点数的表示范围与精度

阶码越长，表示范围越大，精度越高（规格化）

阶码相同，尾数越长，精度越高

浮点数扩大了数值表示范围,未增加状态数--数值个数

绝对值越大，浮点数分布够稀疏，运篝不舞足结合律

分析浮点数表示范围与精度，重点探讨浮点数在数轴上的分布密度问题，由此

引出浮点数运笄不满足结合律的问题O

介绍浮点数据与真值之间相互转换的流程，结合具体实例进行演示，并布置相

应作业给学生课后练习。

引导学生利用已学浮点数表示原理解释先前的程序运行问题。

,IntA;flo«tf;doubled

f««（fio«t）f

-（-f|

*<4♦­«/

引导学生利用已学浮点数表示原理对以上表达式进行判断，加深浮点数理解,

并进一步对C语言中的浮点数表示进行总结。

＞十进制数（5分钟）

简单介绍BCD码，十进制浮点数等问题。

＞计算机中的数据类型（15分钟）

工M■中的1HR曼型AMB<HWUE«Sf

9OM*・・♦M

MLUOBV<MBMLCWTk••■Mvsm-

5・wosnauriUXMWB4na>M

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MINIWVIMtM<M<m1

对比汇编语言和高级语言中的数据类型。

介绍高级语言中的数据类型宽度，注意指针类型。

以四位整型数据的循环框展示整型数据表示范围，溢出方式。

，行第JVW示

■311，

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9・1*1WMt.加.EJimjU.EJBB

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«*IKMtJXf.ra，

-•wmwmrm•irmwmte，，，

“■八2.”

展示C语言中不同数据类型的表示范围。

介绍C语言中整型数据类型相互转换的具体逻辑，引导学生课后阅读教材以及

课件上给出的程序例子，这部分内容408考研经常会有出现。

（3）非数值数据的表示（25分钟）

＞字符表示（字符串）

ASCII

承128个”，MSBzO

0Fw(»0000Q00to1f111112'・120

注■:3用帆学字再却0^.不“

r«ASCIIR8Bit,么＜P

介绍ASCII码表示标准，注意最高有效位MSB=O。以全零的ASCII字符表示什

么意思为问题引发学生思考，引出C语言中字符串表示问题。

＞汉字编码

介绍GB2312标准，强调编码与ASCII编码的差异，解释区位码和机内码的区

别，要求学生利用实脸实现二者的转换。

GB1SO3O2OCM),1/2/4”・«)

进一步引出当前的汉字国家标准以及UTF标准，帮助学生理解常用汉字编码

标准之间的差异，

（4）数据信息的校验（160分钟）

＞码距与校验（20分钟）

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-X(A-WJmod11

1

以身份证编码最后一位的x问题引出校脸的基本原理与实际应用。

阐述数据校脸的目的一-解决编码在时间空间上的传输可靠行问题（具体对应

存储和网络传输），介绍数据校脸的基本原理。

介绍码距的基本概念，在黑板上给出实例，以图片解释码距与抗干扰能力的关

系。

解释校验码实际应用的完整流程，帮助学生加深理解。

＞奇偶校验（15分钟）

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介绍奇偶校脸规则，校脸位以及检错位逻璋表达式。

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1

介绍奇偶校脸基本流程，启发学生思考检缙码为零是否表示数据正确？

平・纠・，桢nm.・mmi

进一步用实际例子解释奇偶校验只能识别寺数错的检错特性。

介绍分组交叉奇偶校脸如何提升奇偶校验检错能力，引导学生思考，进一步引

出海明校脸，一种特殊的分组交叉奇偶校验方去。

＞海明校验（45分钟）

介绍海明校验码编码规则，检错机制（检缗码的值为1位错位置）。

根据海明编码的规则，推导海明编码中数据位和校脸位宽度的关系，引出4位

数据位海明编码如何分组的问题。

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根据海明编码的规则，推导4位数据位海明编码如何进行分组。

(n.k)取外的■》计方法

讲解完4位数据位海明编码如何进行分组的思路后，进一步推广到(n,k)码的

分组规则，帮助学生掌握海明编码设计的能力。

介绍海明编码实验框架，根据课程安排酌恃布矍海明编码设计实验，可要求学

生设计16位汉字编码的海明编解码方案，要求能检测两位错，纠正1位错。

＞循环冗余校验（80分钟）

讲解CRC循环冗余校验码编码规则，其中重点介绍模2运算规则，生成多项式

的基本概念，帮助学生理解CRC循环冗余校险码的计算规则。

利用上图讲CRC循环冗余校脸码的编解码全过程，注意原始数据再进行编码

时要补上r个零，编解码双方采用相同的生成多项式。

以上图为例详细介绍CRC编码计算全过程。

a，—MramutG（X）.IOII

动画展示CRC编码余数循环的机制。

号00出口■耳TWmi（A«）

三0W余所ra为零MAI.A2.A4（科*stt・）

探讨CRC校脸码出现多位错时余数的情况，分析检错能力。

介绍模2除法运算的结合律，由此可以通过事先求解多个常量的余数进一步

求解任意数据的CRC余数。

mBiSSKMI(OOOIOOO)2(MQ010000)

以具体例子展示CRC检错过程中1位错和2位错的检错情况。

CM(akHMMHlBr-n-k

简单介绍CRC编码的检错特性以及应用领域.。

分析CRC串行编解码电路的工作原理和特性。

介绍CRC编码实验框架，讲解如何利用组合电路实现CRC编解码电路，讲解

CRC编码快速求解方法，揭示CRC编解码也是一种交叉奇偶校脸编码的本质。根据

课程安排酌情布建CRC编码设计实脸，可要求学生设计16位汉字编码的CRC编解

码方案，要求能检测两位错，纠正一位错。

对所学的几种校脸码进行总结对比。

运算方法与运算器

1.参考学时

7学时。

2.教学目标（能力要求）

•理解高级语言中不同运算符的底层逻辑实现：可将不同数据类型的运算符转换成

对应机器指令，并指出对应的硬件实现逻辑。

•掌握定点加减法运算与溢出检测规则：了解补码运算在计算机中的重要性，能熟练

利用补码运算规则进行定点数加减法运算，可利用三种方法进行定点数溢出检测。

•掌握定点加减法的逻辑实现：能给出一位全加器输出信号的逻辑表达式，了解如何

通过级联多个全加器实现多位串行进位加法器,并能分析其时间延迟特性与性能缺

陷；能阐述可控加减法电路的设计原理，理解其在计算机运算器实现中的重要意义。

•理解先行进位以及快速加法器原理：能概述先行进位加法器的设计原理，理解硬件

性能优化的基本怨路，并能利用相关原理在实验中构造16位、32位、64位先行进

位电路，且能分析其时间延迟特性。

•掌握定点乘法运算方法与逻辑实现：能利用原码一位乘法和补码一位乘法的规则

进行正确的手工运算，并能运用相关原理设计对应的实睑电路。理解无符号阱列乘

法器的构成原理，并能简单分析其时间延迟特性，可在实验框架中设计实现一个5

位无符号阵列乘法器；了解乘法流水线提升乘法运算吞吐率的基本原理。

•掌握定点除法运算方法：能利用原码恢复余数法和不恢复余数法进行正确的手工

除法运算，能区分二者的性能差异，能给出原码不恢复数法的基本逻辑框图。

•掌握浮点数运算方法：能按照对阶、尾数求和、规格化、舍入、溢出判断等步骤手

工进行浮点加减法运算；了解浮点数乘除运算的基本步骤。

•理解运算器构成的基本原理：能描述运算器的基本构成,能区分不同总线结构对运

算器的影响，可根据相关原理构建具有特定功能的定点运算器实验系统。

3.教学重点和难点

教学重点：补码可控加减法运算电路实现，浮点加减法运算。

教学难点：快速加法器设计、补码一位乘法运算

4.教学主要内容

（1）计算机中的运算（20分钟）

＞C语言中的位运算

＞C语言中的逻辑运算

＞C语言中的移位运算

＞C语言中的算术运算

（2）定点加减法运算（100分钟）

＞补码加/减法运算方法（10分钟）

＞补码运算溢出及检测（7分钟）

＞加减法的逻辑实现（82分钟）

■一位全加器（8分钟）

■多位用彳丁加法/（7分钟）

■可控加减法电路（7分钟）

■标志位（6分钟）

■先行进位加法器（55分钟）

（3）定点乘法运算（120分钟）

＞原码一位乘法（45分钟）

＞补码一位乘法（25分钟）

＞阵列乘法器（21分钟）

＞补码阵列乘法器（4分钟）

＞乘法器性能优化（25分钟）

（4）定点除法运算（35分钟）

＞原码一位除法（27分钟）

＞阵列除法器（8分钟）

（5）浮点运算（45分钟）

A浮点数的加/减运算（38分钟）

＞浮点数的乘/除运算（7分钟）

（6）运算器（45分钟）

＞定点运算器（30分钟）

>定点运算器实验（12分钟）

>浮点运算器（3分钟）

5.教学过程与方法

（1）计算机中的运算（20分钟）

系统梳理C语言中的各类运算符，启发学生思考运算符后面的底层逻辑。

>C语言中的位运算