計(jì)算機(jī)組成原理教案.doc

計(jì)算機(jī)組成原理 授課時(shí)間 2010 2011 年秋 教 案 編寫時(shí)聞 2010 2011 年秋 課程名稱 計(jì)算機(jī)組成原理 課程代碼 06410016 總學(xué)時(shí) 72 講課 54 學(xué) 時(shí) 實(shí)驗(yàn) 18學(xué)時(shí) 學(xué)分 3 課程性質(zhì) 必修課 選修課 理論課 實(shí)驗(yàn)課 任課教師 黃鉑 職稱 講師 授課對(duì)象 專業(yè) 計(jì)算機(jī)所有專業(yè) 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(jì)算機(jī)組成原理(國(guó)家十一五規(guī)劃教材) 清華大學(xué)出版社 2008 主要參考資料 1. 唐 朔飛 編 著 計(jì)算機(jī)組成原理 高等教育出版社 2008年 01月 2. 易小琳 主編 計(jì)算機(jī)組成原理與匯編語(yǔ)言 清華大學(xué)出版社 2009年 03月 3 . 薛宏熙 主編 計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì) 普通高等教育國(guó)家級(jí) “十一五 ”規(guī) 劃教材 2007 4. (美) 帕特森 ，(美) 亨尼希 著， 鄭緯民 等譯 計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)硬件 /軟件接口 /機(jī)械工業(yè)出版社 2007年 04月 網(wǎng)站 教 學(xué) 目 的 和 教 學(xué) 要求 教學(xué)目的 通過學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的基本概念、基本結(jié)構(gòu)、基本算法及實(shí)驗(yàn)，對(duì)組成計(jì)算機(jī)的各個(gè)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(tǒng)的認(rèn)識(shí)，形成較完整的計(jì)算機(jī)組成與工作原理模型。通過實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生硬件的動(dòng)手能力得到完整的計(jì)算機(jī)整機(jī)概念 。 教學(xué)要求 通過教學(xué)使學(xué)生掌握編碼數(shù)據(jù)的運(yùn)算方法和運(yùn)算器的構(gòu)成，掌握隨機(jī)存取存儲(chǔ)器單元電路、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、讀寫時(shí)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(shè)計(jì)方法 。 教 學(xué)重點(diǎn) 和 難點(diǎn) 重點(diǎn) 1.計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)中 數(shù)據(jù)表示 加減乘除運(yùn)算方法 浮點(diǎn)運(yùn)算、 運(yùn)算部件 。 2.存儲(chǔ)器芯片的類型和各主要存儲(chǔ)器芯片的工作原理，擴(kuò)展存儲(chǔ)器容量的技術(shù)。 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(jì)算機(jī)的基本工作原理、微程序設(shè)計(jì)技術(shù) 。 難點(diǎn) 1.加法器，數(shù)據(jù)乘法和除法的運(yùn)算方法、乘法器和除法器的結(jié)構(gòu)原理 。 2.以及糾錯(cuò)碼的編碼。尋址方法的應(yīng)用、指令操作碼的擴(kuò)展編碼技術(shù) 。 3.存儲(chǔ)器芯片的原理、主存的容量擴(kuò)展技術(shù)。 4.指令執(zhí)行過程的理解、微程序設(shè)計(jì)技術(shù)和控制器的設(shè)計(jì) 。 教學(xué)進(jìn)程 第 次課 授課 章 節(jié) 學(xué) 時(shí) 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(shù)值數(shù)據(jù)的表示 2.2機(jī)器數(shù)的定點(diǎn)表 2.3非數(shù)值數(shù)據(jù)的表 2.4數(shù)據(jù)的校驗(yàn) 3.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要 求 3.2指令格式 與指令系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式 3.4堆棧尋址方式 3.5典型指令 4.1定點(diǎn)運(yùn)算 4.2浮點(diǎn)加減 法、 乘 4.3運(yùn)算器的組成 5.1存儲(chǔ)器概述 5.2存儲(chǔ)器 構(gòu)造 5.3高速的存儲(chǔ)器 5.4虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng) 5.5磁表面存儲(chǔ)器 6.1CPU的功能和組成 6.2指令周期 6.3時(shí)序信號(hào)發(fā)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(xué)，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(xué)生了解一些原理結(jié)論的推導(dǎo)，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(dòng)畫及圖片。 本課程中所涉及的所有電路都可通過實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)備平臺(tái)完成，并可由學(xué)生自己制作完成，理論課堂上只對(duì)比較重要的電路進(jìn)行軟件環(huán)境仿真，其效果 在排 除信號(hào)干擾 因素外 和實(shí)際基本一致 。 教 案 章節(jié)備課 8 學(xué)時(shí) 章節(jié) 第六章 中央處理器 教學(xué)目的 和要求 通過講解 CPU電構(gòu)造及工作方式使學(xué)生了解為什么計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制 。 要求學(xué)生了解 CPU的主要構(gòu)成，理解指令的執(zhí)行過程，掌握微程序控制器的組成及工作原理。 教學(xué) 重點(diǎn) 難點(diǎn) 重點(diǎn) 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(shè)計(jì)方法，深入了解計(jì)算機(jī)中一條指令的完整執(zhí)行過程。 難點(diǎn) 對(duì)于指令執(zhí) 行過程的理解、微程序設(shè)計(jì)技術(shù)和控制器的設(shè)計(jì)方法。 教學(xué)進(jìn)程 含章節(jié) 教學(xué)內(nèi)容、 學(xué)時(shí)分配、 教學(xué)方法、 輔助手段 6.1CPU的組成和功能 3學(xué)時(shí) 6.1.1CPU主要硬件 部 件 構(gòu)造原理 6.1.2CPU控制原理 1學(xué)時(shí) 6.2指令周期 2學(xué)時(shí) 6.2.1主頻和 機(jī)器周期 6.2.2指令周期的四個(gè)階段 6.3時(shí)序信號(hào)發(fā)生器 0.5學(xué)時(shí) 6.4組合邏輯控制器 1學(xué)時(shí) 6.5 組合邏輯控制器和 PLA 控制器 1 學(xué)時(shí) 6.6 典型的 CPU 舉例 0.5 學(xué)時(shí) 作業(yè) 1 詳細(xì)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(jìn)。 3 舉例 說(shuō)明一條指令的在執(zhí)行的整個(gè)生命周期過程中的詳細(xì)步驟。 4 思考計(jì)算機(jī)如何解決時(shí)間精確控制問題。 5 設(shè)計(jì)一個(gè)控制器的簡(jiǎn)單模型 主要 參考資料 1.唐 朔飛 編 著 計(jì)算機(jī)組成原理 高等教育出版社 2008 年 01 月 2.薛宏熙 主編 計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì) 普通高等教育 國(guó)家級(jí) “十一五 ”規(guī) 劃教材 2007 備注 本課程采用板書加多媒體 教學(xué)，板書分析 電路原理，多媒體演示動(dòng)畫及進(jìn)行電路仿真。硬件實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室完成。 教案 課時(shí)備課 第 23 次課 1 學(xué)時(shí) CPU主要部件 及其 構(gòu)造原理 第 1小節(jié) 一、 教學(xué)目的和要求 通過講解 CPU的主要部件讓學(xué)生初步了解 CPU的構(gòu)成，著重分析程序指令計(jì)數(shù)器控制部件和寄存器部件，讓學(xué)生理解 CPU中的信號(hào)如何形成和傳遞。 二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 重點(diǎn) 1 .CPU主要部件構(gòu)造及工作原理 2. CPU中程序指令計(jì)數(shù)器 如何實(shí)現(xiàn)程序控制 難點(diǎn) 程序地址計(jì)數(shù)器部件的電路構(gòu)造及工作原理 三、 教學(xué)進(jìn)程 教學(xué)安排 教學(xué)方法 輔助手段 師生互動(dòng) 時(shí)間分配 回顧前序相關(guān)章節(jié)內(nèi)容 回顧 根據(jù)課堂需要臨時(shí)把握進(jìn)行互動(dòng) 0-5 分鐘 講解 CPU主要部件構(gòu)造 及工作 原理 講授 舉例 多媒體動(dòng)畫演示(原創(chuàng)制作) 6-18 分鐘 重點(diǎn)分析程序指令計(jì)數(shù)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(jié) 解說(shuō) 模擬實(shí)驗(yàn)室仿真 多媒體仿真 36-45分鐘 四、教學(xué)內(nèi)容 1、回顧前續(xù)章節(jié)已學(xué)過的 兩大 計(jì)算機(jī)組成部件及功能 運(yùn)算器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)運(yùn)算 存儲(chǔ)器負(fù)責(zé)存儲(chǔ)程序 和數(shù)據(jù)，并 能將其取出或改寫 引出計(jì)算機(jī)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(jì)數(shù)器 又稱指令計(jì)數(shù)器，用來(lái)存放正在執(zhí)行的指令 地址或接著要執(zhí)行的下條指令地址。 Acc累加寄存器 用來(lái)暫時(shí)存放 ALU運(yùn)算的結(jié)果信息。 IR指令寄存器 用來(lái)存放從存儲(chǔ)器中取出的指令。 MDR內(nèi)存數(shù)據(jù)寄 器 用來(lái)暫時(shí)存放由內(nèi)存取出或向內(nèi)存存入的一條指令(或一個(gè)數(shù)據(jù)) MAR存儲(chǔ)器地址寄存器 用來(lái)保存當(dāng)前 CPU所訪問的主存單元的地址 PSWR狀 態(tài)標(biāo)志寄存器 用來(lái)存放程序狀態(tài)字 ( ALU) 運(yùn)算器 3、動(dòng)畫演示 CPU執(zhí)行一個(gè)小加法程序的過程 通過演示讓學(xué)生了解以上這些部件是如何配合工作的。 4、 引發(fā)思考這些電路是如何實(shí)現(xiàn)讓 CPU如此工作的呢，其內(nèi)部構(gòu)造是怎樣的呢(具體分析其中的 程序指令計(jì)數(shù)器部件電路為例) 指令計(jì)數(shù)器部件 講解 基本構(gòu)成器件 JK觸發(fā)器 符號(hào) 功能 鐘控 J-K觸發(fā)器功能表 相關(guān)術(shù)語(yǔ)解釋 數(shù)字信號(hào) 、 高電頻( 1) 、 低電頻( 0) 、 下降沿 、 時(shí)鐘信號(hào) CP 計(jì)數(shù)器部件電路分析 信號(hào)連接分析 波形分析 功能分析 J K CP Q Q 功能說(shuō)明 0 0 Q 不變 0 1 0 置 0 1 0 1 置 1 1 1 Q 翻轉(zhuǎn) 5.實(shí)驗(yàn)環(huán)境模擬電路仿真 軟件介紹 仿真展示 6 小節(jié) CPU內(nèi)部由兩大部分構(gòu)成運(yùn)算器、控制器 運(yùn)算器負(fù)責(zé)運(yùn)算數(shù)據(jù) ； 控制部件負(fù)責(zé)控制程序執(zhí)行 其中控制部件又分為程序計(jì)數(shù)器部件，指令譯碼部件 程序計(jì)數(shù)器部件按一定順序依次取出指令和數(shù)據(jù) 指令譯碼部件將取出的指令和數(shù)據(jù)按照指令要求轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂菩?號(hào)去執(zhí)行 作業(yè) 1. 詳細(xì)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(jìn)。 主要參考資料 1.唐 朔飛 編 著 計(jì)算機(jī)組成原理 高等教育出版社 2008年 01月 2.薛宏熙 主編 計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì) 普通高等教育國(guó)家級(jí) “十 一五 ”規(guī)劃教材 2007

總結(jié)

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