计算机组成原理电子教案.docx
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计算机组成原理电子教案
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
1
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。
1、计算机系统概论
2、
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
重点：
信息编码和数据表示
控制器
存储系统
输入输出系统
《计算机组成原理》白中英.科学出版社，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
2
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（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
：
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。
：
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
：
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）
3
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
：
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
：
译码器、有限状态机
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-----IEEE754
BCD码
非数值数据ASCII、汉字
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。
原补机器表示，浮点数
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），74181ALU
2、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
4、浮点数四则运算以及实现
加减乘除
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。
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
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
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
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。
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
5
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
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。
：
1、指令构成与指令编码
2、操作数存储及寻址方式
寻址方式
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
6
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
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。
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
数据路径、时序、微程序控制器
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
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。
1、流水线处理机的数据路径
2、流水线处理机的控制
流水线各级的操作，流水线各级信号的产生，时序图，时空图
7
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、LRU
4、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
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
地址映象，地址变换，多级页表，TLB
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
理解输入输出设备的工作原理总线的基本概念；
分类信息交换代码和传送格式I/O设备的层次
：
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
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6、中断方式
7、DMA传送方式
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。
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
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
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