计算机组成原理电子教案.doc

计算机组成原理电子教案课程名称：计算机组成原理适用专业：计算机科学与技术 网络工程课程总学时：80学时编写时间：2006年9月本课程是计算机专业本科生的核心课程，是主干必修课。课程以阐述原理为主，讲述计算机系统及其各功能部件的工作原理以及逻辑实现，计算机系统及其各功能部件的设计原理以及并行处理技术。设置这一课程的目的是使学生掌握计算机的基本工作原理，掌握计算机各主要部件的硬件结构、相互联系和作用，掌握计算机系统的设计原理以及软硬件的界面，从而对整个计算机系统有完整的了解，为计算机专业的后继课程的学习打下基础。一、 本课程得主要内容1、 计算机系统概论2、 运算方法和运算器3、存储器4、计算机指令系统5、控制器6、总线系统7、外围设备8、输入、输出系统二、本课程教学重点与难点重点：信息编码和数据表示控制器存储系统输入输出系统三、教材选用计算机组成原理白中英.科学出版社， 四、参考教材：主要参考书：1、 李亚明.计算机组成与系统结构.清华大学出版社.20012、王爱英.计算机组成与结构.清华大学出版社.1998 3、江义鹏.计算机组成原理.人民邮电出版社.19984、胡越明.计算机组成和系统结构.上海科学技术文献出版社.1999五、教学手段：多媒体课件+版书六、课程内容和学时分配 （整体安排按信息表示、信息处理、信息输出思路。）1、 计算机系统概论 教学内容：1、计算机系统的基本构成2、计算机系统的层次结构3、计算机系统结构、组成及其实现4、计算机的性能评价5、计算机发展简史6、计算机的应用基本要求：通过本章的学习，要求了解整个计算机系统由硬件和软件两部分构成，其中硬件部分包括运算器、控制器、存储器、输入输出设备等五大功能部件构成。通过总线相互连成一个完整的硬件系统；软件部分包括系统软件、应用软件两大部分。通过对计算机层次结构的了解，明确计算机组成原理课程的任务和目的。了解计算机中的一些基本概念，包括性能指标、计算机发展简史以及计算机的应用。教学重点：1、计算机系统的基本构成2、计算机系统的层次结构3、计算机系统结构、组成及其实现教学难点：计算机系统的层次结构、系统结构、组成及其实现的关系。明确计算机组成原理课程的任务和目的。其它：4、计算机的性能评价（字长、容量、速度、时间、MIPS）5、计算机发展简史（ENIAC、冯氏计算机、其它自学）6、计算机的应用（科学计算与数据处理的区别）2、逻辑电路设计基础（复习及提高） 教学内容：1、组合逻辑电路 布尔代数基本公式，逻辑门，卡诺图2、计算机中常用的组合逻辑电路 一位加法器，译码器，编码器，多路选择器，移位器3、时序逻辑电路 D锁存器，D触发器，寄存器，移位寄存器4、时序逻辑电路设计 有限状态机，七段显示十进制数双向计数器设计5、可编程序逻辑阵列（器件）简介PLA，PLD教学重点：与门、或门、异或门、译码器、D锁存器、寄存器、有限状态机的应用教学难点：译码器、有限状态机3、 信息编码和数据表示 教学内容：1、进位计数制以及相转换十进制，二进制，八进制，十六进制 2、数值数据和非数值数据的表示方法数值数据 定点数-原反补移浮点数-IEEE754BCD码 非数值数据 ASCII、汉字基本要求：通过本章内容的学习，要求掌握二进制数据编码的方法，掌握数值数据和非数值据的表示方法。教学重点：原补机器表示，浮点数4、计算机算法和算法逻辑实现 主要内容：1、定点数加减法运算及电路实现补码的加减法运算，全加器，溢出，快速加法运算（进位链），74181ALU2、定点数乘除运算和电路实现原码、补码，布斯算法，原码恢复余数、不恢复余数3、快速乘除法运算技术和电路实现布斯高基乘法，进位保存加法及其构成的乘法器，阵列乘法器，阵列除法器4、浮点数四则运算以及实现加减乘除基本要求：通过本章内容的学习，要求掌握计算机算法。加减乘除运算方法和运算器的构成，能按步骤进行原码和补码的加减乘除四则运算，能够按步骤进行浮点数的四则运算。教学重点：1、定点数加减法运算及电路实现2、定点数乘除运算和电路实现3、快速乘除法运算技术和电路实现教学难点：原码、补码，布斯算法，原码恢复余数、不恢复余数布斯高基乘法5、存储器 主要内容：1、存储器概述外部特性，性能参数，层次结构2、静态存储器和动态存储器存储单元构成 一位存储单元及存储阵列，多端口SRAM，读写时序 3、 半导体ROM存储器 MROM，PROM，EPROM，EEPROM，FLASH 4、存储器芯片构成以及存储器主要技术指标5、存储器扩展技术位、字、字位扩展6、数据校验码 奇偶校验，海明码，CRC码基本要求：通过本章的学习，要求掌握存储器芯片的类型和各主要存储器芯片的工作原理；掌握扩展存储器容量的技术，能够用给定的存储器芯片按要求设计主存，从而深刻理解存储器的构成原理；掌握数据校验码。教学重点：外部特性，性能参数，存储器芯片构成以及存储器主要技术指标 存储器扩展技术;技术指标，位、字、字位扩展，海明码，CRC码6、计算机指令构成和寻址方式 主要内容：1、指令系统概述 2、指令构成与指令编码操作码、地址码定长指令和不定长指令格式，定长操作码，操作码扩展技术 3、操作数存储及寻址方式 操作数类型，边界对齐，大数端、小数端，常见的寻址方式以及实例 4、指令系统指令类型，五类基本指令，RISC技术基本要求：通过本章的学习，要求掌握指令中包含的各种信息，数据在存储器中的存放，了解常用指令以及指令格式，深入理解常用的寻址方法以及用途。了解常用指令的种类和功能。了解CISC和RISC系统的概念和特征。教学重点：1、指令构成与指令编码 2、操作数存储及寻址方式教学难点：寻址方式7、处理机设计 1、处理机的基本构成单总线、专用通路结构模型2、指令的执行过程运算指令，访存指令，控制指令3、 ALU、寄存器堆的设计4 、处理机的数据路径取指令电路，算术逻辑操作电路，存储器访问电路，转移控制电路，总体数据路径5、单周期处理机的控制部件设计控制信号定义，处理机执行指令的步骤（ALU指令，存储器访问指令，转移指令）控制信号的产生，单周期处理机的缺点6、多周期处理机的控制部件设计多周期处理机的总体电路，处理机执行指令的5个周期，状态转移图及状态转移表，输出控制表，性能7、硬布线控制器的构成及时序8、微程序控制器微程序控制器基本概念微程序控制器的原理及电路，增量方式，断定方式，多周期处理机微程序控制器实现，微程序设计技术9、异常事件处理基本要求：通过本章的学习，要求掌握CPU的功能和组成方法，掌握控制器的控制方式，掌握硬布线控制器和微程序控制器的工作原理和设计方法，深入理解计算机中一条机器指令的完整执行过程。要求掌握计算机中指令的执行过程，各部件的工作过程，控制器的原理以及控制信号是如何产生，建立计算机硬件结构的完整概念。教学重点：1、指令的执行过程 2、处理机的数据路径3、控制部件设计4、硬布线控制器的构成及时序5、微程序控制器教学难点：数据路径、时序、微程序控制器8、流水线处理机 1、流水线处理机的基本概念 2、流水线处理机的数据路径流水线级，流水线各级的操作3、流水线处理机的控制运算指令，访存指令，转移控制指令，流水线各级信号的产生，时序图，时空图4、流水线处理机的相关 结构相关，数据相关，转移相关基本要求： 通过本章的学习，要求掌握流水线处理机的数据路径，建立指令流水线中指令如何重叠执行和流动，了解流水线工作原理以及相关问题。教学重点：1、流水线处理机的数据路径 2、流水线处理机的控制教学难点：流水线各级的操作，流水线各级信号的产生，时序图，时空图9、存储系统 教学内容：1、 存储器层次概述存储器层次结构及其工作原理，CACHE和虚拟存储器的性能 2、CACHE结构设计直接、全相联、组相联，地址映象，地址变换 3、CACHE的替换策略RAND、FIFO、LRU4、CACHE的写策略写透，写回 5、虚拟存储器及其管理分段管理，分页管理，段页式管理，多级页表，TLB 基本要求：理解存储器的构成原理；掌握Cache和虚拟存储器的构成原理以及工作原理，能够分析Cache和虚拟存储器的命中情况。通过对命中情况的分析，加深对Cache和虚拟存储器工作原理的理解和认识。教学重点：工作原理，性能，地址映象，地址变换，FIFO、LRU，分页管理教学难点：地址映象，地址变换，多级页表，TLB 10、输入输出设备 教学内容：1、概述 分类 信息交换代码和传送格式 I/O设备的层次2、输入设备 键盘，鼠标 3、输入设备 显示器，打印机4、存储设备 硬盘，光盘存储设备基本要求：理解输入输出设备的工作原理总线的基本概念； 教学重点：分类 信息交换代码和传送格式 I/O设备的层次教学难点： 11、 输入输出系统 1、概述 主机与外围设备的连接模式及组织管理 总线类型与标准 2、总线操作与时序 总线的基本概念 分类，信息传输方式，通信同步方式3、总线控制 链式查询方式，计数器定时查询方式，独立请求方式4、输入输出接口 功能和分类 串行总线接口，并行总线接口5、程序查询方式 6、中断方式7、DMA传送方式基本要求：通过本章的学习，要求掌握计算机输入输出系统的基本功能和工作原理，理解CPU与外围设备的交换数据的方法；掌握数据传输的控制方式、中断的概念、DMA以及输入输出通道的原理；掌握各种输入输出方式的特点，分析和设计中断判优电路。掌握串行并行同步异步工作原理。教学重点： 1、总线操作与时序 信息传输方式，通信同步方式2、输入输出接口 3、程序查询方式、中断方式、DMA传送方式教学难点：串行并行同步异步、中断方式说明：本教案充分考虑以下情况安排教学内容1、学生状况2、本专业的课程设置情况3、本课程实验、实践教学4、前期和后期课程的关系5、计算机发展技术6、本课程的学时数7、本课程的教学部分内容可根据具体情况进行一定增删9