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1、. Word 资料山 西 农 业 大 学教案2014 2015 学年 第 一 学期学院名称软件学院课程名称计算机组成原理课程性质专业必修课授课对象软件 1301-1306 授课教师郝丽职称助教使用教材计算机组成原理 （第 2 版）高等教育出版社唐朔飞编著授课时数64 2014 年 8 月 25 日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 17 页 - - - - - - - - - . Word 资料教案授课时间20142015 学年第一学期教案编写时间2014 年
2、 8 月课程名称计算机组成原理课程编号总学时： 64 讲课： 64 学时实验：0 学时实习：0 学时学 分 数4 课型专业基础必修课任课教师郝丽职称助教授课对象软件 1301-1306 基 本 教 材和 主 要 参考资料使用教材：计算机组成原理 （第 2 版） ，唐朔飞编著，高等教育出版社参考资料：1 计算机组成原理 ，白中英编著，科学出版社，2000.1 2 计算机组成原理 ，新荣，雪威，于瑞国著，机械工业出版社，2009.3 3 计算机组成原理 （第 2 版） ，罗克露，俸志刚编著，电子工业出版社，2010.2 4 电子计算机组成原理, 本珊著，北京理工大学出版社，2004.8 5 计算机
3、组成原理 （第 2 版） ，本珊编著，清华大学出版社，2008.9 6 John L. Hennessy and David A. Patterson, Computer organization and design, the hardware/software interface, Morgan Kaufmann, Second Edition, 1998 7 Patterson and Hennessy, Computer Organization & Design: the Hardware/Software Interface (2nd edition),Morgan Kaufman
4、n Publishers. 教 学 目 的和要求计算机组成原理是软件工程专业本科教学中的一门重要专业基础课，是计算机系统结构 、 操作系统、 嵌入式系统原理及应用等课程的先驱课程。在计算机、网络工程和软件工程等专业的教学计划中占有重要地位和作用。学习本课程旨在使学生掌握运算器、控制器、存储器的构成原理、指令流程、组合逻辑控制、微程序控制、I/O 控制等容；了解数据信息的表示、运算法与各类半导体存储器、辅助存储器，为更深入地学习后继课程打下基础。教学重点、难点了解： 计算机的软硬件概念，计算机系统的层次结构，计算机的发展史，总线概念及分类， RISC技术， CPU 的功能和部结构，微操作命令的分
5、析，微程序设计。理解：计算机的工作过程，总线特性及性能指标，静态和动态RAM、ROM、Cache，I/O 设备与主机的联系式和信息传送控制式，组合逻辑设计。掌握： 诺依曼计算机的特点，总线结构，存储器的分类和层次结构，I/O 接口的功能和组成及类型，机器指令的一般格式及其在存储器中的存放式，机器指令中的寻址式。熟练掌握 ：计算机硬件的主要技术指标，总线的判优控制和通信控制，Cache- 主存地址映射及替换策略，主机与I/O 交换的三种控制式，计算机的运算法，指令期，指令流水及多发技术，中断系统的处理过程，控制单元的功能。教学式电子讲义为主 ：概念和原理、程序及说明；教材为辅 。通过典型例题讲授
6、基本概念和原理名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 17 页 - - - - - - - - - . Word 资料教学进程章序讲课时数实验时数共计时数第 1 章 计算机系统概述2 2 第 2 章 计算机的发展及应用2 2 第 3 章 系统总线6 6 第 4 章 存储器6 6 第 5 章 输入输出系统8 8 第 6 章 计算机的运算法10 10 第 7 章 指令系统8 8 第 8 章 CPU 的结构和功能10 10 第 9 章 控制单元的功能6 6 第 10 章
7、控制单元的设计6 6 总计64 0 64 备注：该课程在讲授期间，结合实例进行分析，所以对应的课时安排中需要灵活安排，具体放在哪次课中，根据学生的实际接受情况而定。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 17 页 - - - - - - - - - . Word 资料教案 1 第1 次 课2 学 时课目、课题第一章计算机系统概论教学目的和要求教学目的： 使学生对计算机的基本组成有个大概的认知，为以后各个部分具体的知识讲解奠定基础。教学要求： 要求学生掌握计算机软硬
8、件的概念，计算机系统的层次结构，了解计算机组成和计算机体系结构，掌握.诺依曼计算机的特点，熟悉计算机的硬件框图，了解计算机的工作步骤。掌握计算机硬件主要技术指标的原理及运算法。重点难点重点：计算机软硬件的概念计算机系统的层次结构.诺依曼计算机的特点计算机硬件的主要技术指标难点：计算机系统的层次结构计算机硬件主要技术指标的运算法教学进程教学容辅助手段教学法时间分配计算机软硬件的概念多媒体讲授法5min 计算机系统的层次结构多媒体讲授法举例法15min 计算机组成和体系结构多媒体讲授法举例法10min .诺依曼计算机特点多媒体讲授法举例法15min 计算机的硬件框图多媒体讲授法举例法5min 计算
9、机解决问题上机前的准确多媒体讲授法举例法5min 计算机解决问题上机运行多媒体讲授法25min 计算机的硬件指标多媒体讲授法15min 小结多媒体讲授法5min 作业布置1.3，1.4，1.5，1.7， 1.11，1.12 主要参考资料计算机系统概论 ，Yale N. Patt, Sanjay J. Patel 主编，梁阿磊等译，机械工业出版社名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 17 页 - - - - - - - - - . Word 资料PPT+ 讲解+
10、实例1.1 计算机系统简介1、计算机的软硬件概念计算机系统由软件和硬件两大部分组成。硬件指计算机的实体部分。软件是具有各类特殊功能的程序。软件分为系统软件和应用软件。系统软件的作用是管理整个计算机系统，监视服务，使系统资源得到合理调度，高效运行。应用软件是用户根据需要所编写的程序。2. 计算机系统的层次结构微程序机器 M0 （微指令系统）传统机器 M1 （机器语言机器）操作系统 M2 虚拟机器 M3 （汇编语言机器）虚拟机器 M4 （高级语言机器）3. 计算机组成和计算机体系结构的区别结构是程序员所能看到的计算机系统的属性，如指令集、 数据类型、存储器寻址技术、I/O 处理。组成是如实现这些属
11、性。1.2 计算机的基本组成1. .诺依曼计算机的特点2. 计算机的硬件框图3. 计算机的工作步骤上机前准备建立模型确定计算法编写程序上机运行1.3 计算机硬件指标机器字长CPU一次能处理的信息的位数， 通常与 CPU寄存器的位数有关。各种 语言的例子名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 17 页 - - - - - - - - - . Word 资料存储容量主存容量 =存储字长 *存储单元个数赋存容量运算速度1.4 本书结构本书分四篇：第一篇：计算机系统概论第
12、二篇：计算机的组成，包括CPU，存储器， I/O 以及连接它们的系统总线。第三篇： CPU 第四篇：控制单元自顶向下，由表及里的层次结构， 向读者战士计算机的组成及其工作原理。课 后 自 我总结分析名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 17 页 - - - - - - - - - . Word 资料教案 3 第3 次 课2 学 时课目、课题第三章系统总线教学目的和要求教学目的：要求学生能对系统总线在计算机硬件结构中的地位和作用有所了解教学要求：要求学生掌握总线概
13、念，总线作用，总线连接部件的式（两种）；掌握总线的分类：片总线，系统总线，通信总线。掌握总线的特性，性能指标，总线标准的概念，了解各个标准总线。重点难点重点：总线的作用，概念，连接各部件的式总线的分类：片总线，系统总线，通信总线总线的特性及性能指标难点：总线中的系统总线教学进程教学容辅助手段教学法时间分配总线的作用及概念多媒体讲授法10min 各部件之间的互联式多媒体讲授法举例法25min 总线的分类：片总线多媒体讲授法举例法5min 总线的分类：系统总线多媒体讲授法举例法15min 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - -
14、- 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 17 页 - - - - - - - - - . Word 资料总线的分类：通信总线多媒体讲授法举例法5min 总线的功能多媒体讲授法举例法20min 总线的性能指标多媒体讲授法举例法10min 总线标准多媒体讲授法举例法5min 小结多媒体讲授法5min 作业布置3.1, 3.2, 3.5, 3.10, 3.13, 3.14 主要参考资料计算机系统概论 ，Yale N. Patt, Sanjay J. Patel 主编，梁阿磊等译，机械工业出版社课后自我总结分析上来直接分析这三种组合逻辑的电路图，让学生有些疑惑，下次应先介绍背景，
15、再分析电路图，再写真值表。教案 8 第8 次 课2 学 时课目、课题第三章存储单元教学目的和要求讲授计算机中N 型和 P- 型 MOS 晶体管的基本原理以及由它们组成的逻辑门，逻辑结构。通过本章的学习，使同学们理解N 型和 P-型 MOS 晶体管的基本原理，掌握由 P型和 N 型 MOS 晶体管如组成逻辑门，包括非门、或门、或非门、与门和与非门。掌握两种逻辑结构，组合逻辑结构和存储单元。掌握如由组合逻辑与存储单元构成时序逻辑电路。 掌握有限状态机。 最后，使同学们会看电路图，以及根据真值表会画电路图。重点难点重点： R-S 锁存器的三种状态，门控D 锁存器，由门控D 锁存器组成的寄存器及存。难
16、点：由门控D 锁存器组成的存的读写和存取。教学进程教学容辅助手段教学法时间分配R-S 锁存器的简介多媒体讲授法5min R-S 锁存器三种有效状态多媒体讲授法举例法5min 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 17 页 - - - - - - - - - . Word 资料门控 D 锁存器的简介多媒体讲授法举例法20min 门控 D 锁存器的两种状态，写和读多媒体讲授法举例法5min 寄存器的简介多媒体讲授法举例法5min 寄存器的写多媒体讲授法举例法20mi
17、n 寄存器的读取多媒体讲授法举例法5min 存的简介多媒体讲授法5min 存的写与读取多媒体讲授法25min 小结多媒体讲授法5min 作业布置23,27 主要参考资料计算机系统概论 ，Yale N. Patt, Sanjay J. Patel 主编，梁阿磊等译，机械工业出版社课后自我总结分析只分析了R-S 锁存器和门控D 锁存器的电路图，没有介绍它们的区别，下次课复习的时候加上。教案 9 第9 次 课2 学 时课目、课题第三章时序逻辑电路教学目的和要求讲授计算机中N 型和 P- 型 MOS 晶体管的基本原理以及由它们组成的逻辑门，逻辑结构。通过本章的学习，使同学们理解N 型和 P-型 MOS
18、 晶体管的基本原理，掌握由 P型和 N 型 MOS 晶体管如组成逻辑门，包括非门、或门、或非门、与门和与非门。掌握两种逻辑结构，组合逻辑结构和存储单元。掌握如由组合逻辑与存储单元构成时序逻辑电路。 掌握有限状态机。 最后，使同学们会看电路图，以及根据真值表会画电路图。重点难点重点：时序逻辑电路和组合逻辑电路的区别，组合锁，密码锁，有限状态机，状态图。难点：时序锁的状态图，交通灯的状态图。教学进程教学容辅助手段教学法时间分配时序逻辑电路的简介多媒体讲授法5min 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - -
19、 - - - - - 第 9 页，共 17 页 - - - - - - - - - . Word 资料时序逻辑电路的组成多媒体讲授法举例法15min 时序逻辑电路和组合逻辑电路区别多媒体讲授法举例法10min 组合锁和密码锁多媒体讲授法举例法5min 有限状态机多媒体讲授法举例法15min 状态图多媒体讲授法举例法10min 时钟多媒体讲授法举例法5min 时序锁的状态图多媒体讲授法5min 交通灯的状态图和电路图多媒体讲授法25min 小结多媒体讲授法5min 作业布置28,30,31,34 主要参考资料计算机系统概论 ，Yale N. Patt, Sanjay J. Patel 主编，梁阿
20、磊等译，机械工业出版社课后自我总结分析基本讲述清楚，下次在有限状态机的概念及表示上多用一些时间。教案 10 第10 次 课2 学 时课目、课题第四章 . 诺依曼模型教学目的和要求讲授诺依曼模型的五个重要组成部分：输入设备， 存，处理器， 控制器和输出设备；LC-3 相应的五个组成部分；计算机的执行单元指令，指令期的六个节拍：取指令，译码，地址计算，取操作数，执行，存储结果。重点难点重点：诺曼模型的五个组成部分，存的两个接口（MAR,MDR） ，处理器和控制器的组成部分及控制器的工作原理，LC-3 的五个组成部分，指令期。难点：控制器的工作原理，指令期。教学进程教学容辅助手段教学法时间分配复习上
21、节课容多媒体讲授法5min 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 17 页 - - - - - - - - - . Word 资料.诺依曼模型多媒体讲授法举例法15min 输入设备和输出设备多媒体讲授法举例法10min 存的组成部分： MAR, MDR,存储单元；存的读写步骤，寻址空间、能力。多媒体讲授法举例法25min 处理器的组成部分：逻辑功能单元和临时寄存器。多媒体讲授法举例法20min 控制单元的组成部分：IR 和 PC，以及其工作原理。多媒体讲授法举
22、例法15min LC-3 的五个组成部分多媒体讲授法举例法10min 指令的概念及注意事项多媒体讲授法10min 作业布置4.3,4.5,4.8 主要参考资料计算机系统概论 ，Yale N. Patt, Sanjay J. Patel 主编，梁阿磊等译，机械工业出版社课后自我总结分析该部分讲述比较清楚，下次让学生自己介绍存单元的读写过程，增强他们的理解。教案 11 第11 次 课2 学 时课目、课题第四章 . 诺依曼模型教学目的和要求讲授诺依曼模型的五个重要组成部分：输入设备， 存，处理器， 控制器和输出设备；LC-3 相应的五个组成部分；计算机的执行单元指令，指令期的六个节拍：取指令，译码，
23、地址计算，取操作数，执行，存储结果。重点难点重点：诺曼模型的五个组成部分，存的两个接口（MAR,MDR） ，处理器和控制器的组成部分及控制器的工作原理，LC-3 的五个组成部分，指令期。难点：控制器的工作原理，指令期。教学进程教学容辅助手段教学法时间分配复习上节课容多媒体讲授法5min 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 17 页 - - - - - - - - - . Word 资料指令的基本概念多媒体讲授法举例法15min 指令期之取指令多媒体讲授法举例
24、法10min 指令期之译码多媒体讲授法举例法25min 指令期之地址计算多媒体讲授法举例法20min 指令期之取操作数多媒体讲授法举例法15min 指令期之执行及存储结果多媒体讲授法举例法10min 如停机多媒体讲授法10min 作业布置4.11， 4.13 ，4.15 主要参考资料计算机系统概论 ，Yale N. Patt, Sanjay J. Patel 主编，梁阿磊等译，机械工业出版社课后自我总结分析停机过程讲的很仓促，下次放慢一些。教案 12 第12 次 课2 学 时课目、课题第五章LC-3 结构教学目的和要求通过本节课的学习，学生需要掌握ISA （指令集结构） 的概念及组成部分：存组
25、织，寄存器和指令集，掌握指令集的组成部分：操作码，数据类型和寻址模式。重点难点重点： ISA 的概念，存和寄存器的组织形式，指令集的组成部分。难点：指令集的数据类型和寻址模式。教学进程教学容辅助手段教学法时间分配名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 17 页 - - - - - - - - - . Word 资料复习上节课容多媒体讲授法15min ISA 的概念多媒体讲授法举例法5min 存组织（寻址空间，寻址能力）多媒体讲授法举例法20min 寄存器（ LC
26、-3 有 8 个通用寄存器）多媒体讲授法举例法15min 指令集的操作码多媒体讲授法举例法20min 指令集的数据类型（补码）多媒体讲授法举例法15min 指令集的寻址模式的概念及作用多媒体讲授法举例法10min 指令集的寻址模式的分类（存，寄存器和立即数）多媒体讲授法10min 作业布置5.1,5.3,5.7,5.9 主要参考资料计算机系统概论 ，Yale N. Patt, Sanjay J. Patel 主编，梁阿磊等译，机械工业出版社课后自我总结分析指令集的数据类型都是补码，下次将为什么是补码详细介绍一下，并再复习一下补码的表示法。教案 13 第13 次 课2 学 时课目、课题第五章LC
27、-3 结构教学目的和要求通过本节课的学习，使学生们掌握LC-3 结构三种操作指令的概念，掌握运算指令，数据迁移指令的步骤及作用。重点难点重点： LC-3 结构的运算指令和数据迁移指令。难点：ADD 与 AND 指令的两种形式，Load 指令和 Store 指令的区别及它们的三种实现式。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 17 页 - - - - - - - - - . Word 资料教学进程教学容辅助手段教学法时间分配复习上节课容多媒体讲授法5min 运算指
28、令ADD 的两种形式多媒体讲授法举例法15min 运算指令AND 的两种形式多媒体讲授法举例法10min 运算指令NOT 的步骤多媒体讲授法举例法5min 数据迁移指令的类型（两种）多媒体讲授法举例法20min 数据迁移的LD 和 ST指令的步骤及存运算式（ PC+offset ）多媒体讲授法举例法15min 数据迁移的LDI 和 STI 指令的步骤及存运算式（ PC+offset算得操作数的地址的地址）多媒体讲授法举例法10min 数据迁移的LDR和 STR指令的步骤及存运算式（ PC+offset算得操作数的地址的地址）多媒体讲授法举例法10min 立即数寻址指令LEA 与 LD 指令的区
29、别及操作步骤多媒体讲授法举例法10min 小结多媒体讲授法举例法10min 作业布置5.15, 5.17, 5.19 主要参考资料计算机系统概论 ，Yale N. Patt, Sanjay J. Patel 主编，梁阿磊等译，机械工业出版社课后自我总结分析讲述清楚，下次引领学生分析指令的结构。教案 14 第14 次 课2 学 时课目、课题第五章LC-3 结构教学目的和要求通过本节课的学习，使学生们掌握LC-3 结构第三种指令控制指令的概念及分类，掌握条件转移指令的原理及跳转式，掌握无条件跳转指令的跳转步骤，了解TRAP指令通过陷入矢量来决定的三种代表性操作（输入（x23） ，输出(x21) 及
30、停机 (x25)） 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 17 页 - - - - - - - - - . Word 资料重点难点重点：条件跳转指令，无条件跳转指令，TRAP指令。难点：条件码和检测码的区别。教学进程教学容辅助手段教学法时间分配复习上节课容多媒体讲授法5min 条件码的概念及设定依据多媒体讲授法举例法15min 条件码和检测码的区别多媒体讲授法举例法10min 条件跳转的式（BR 指令）多媒体讲授法举例法25min 无条件跳转指令的跳转步骤（
31、JMP）多媒体讲授法举例法20min TRAP指令的简介多媒体讲授法举例法15min 陷入矢量的作用多媒体讲授法举例法10min 小结多媒体讲授法10min 作业布置5.21，5.30 主要参考资料计算机系统概论 ，Yale N. Patt, Sanjay J. Patel 主编，梁阿磊等译，机械工业出版社课后自我总结分析条件码和检测码的区别是重点难点，这个知识点应花一些时间并通过实例给学生讲清楚。教案 15 第15 次 课2 学 时课目、课题第五章LC-3 结构名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 -
32、- - - - - - 第 15 页，共 17 页 - - - - - - - - - . Word 资料教学目的和要求通过本节课三个例子的学习，使学生学会分析指令编写的程序。重点难点重点：两个求和程序的分析（一个是计数器，一个是哨兵法）。难点：字符数统计的例子。教学进程教学容辅助手段教学法时间分配复习上节课容多媒体讲授法5min 计数器控制循环的基本原理多媒体讲授法举例法15min 计数器求和的指令分析多媒体讲授法举例法15min 哨兵法控制循环的基本原理多媒体讲授法举例法10min 哨兵法求和的指令分析多媒体讲授法举例法15min 字符数统计的基本原理多媒体讲授法举例法10min 字符数统
33、计的指令分析多媒体讲授法举例法20min 小结多媒体讲授法10min 作业布置5.31，5.33 主要参考资料计算机系统概论 ，Yale N. Patt, Sanjay J. Patel 主编，梁阿磊等译，机械工业出版社课后自我总结分析实例程序的讲解应该着重原理，先把原理讲清楚，例子的讲解会容易一些，学生理解起来也轻松一些。教案 16 第16 次 课2 学 时名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 17 页 - - - - - - - - - . Word 资料
34、课目、课题第五章LC-3 结构教学目的和要求通过本节课的学习，了解LC-3 的数据通路。重点难点重点：数据通路的基本部件。难点：指令期个部件的工作流程。教学进程教学容辅助手段教学法时间分配复习上节课容多媒体讲授法5min 数据通路的全局总线多媒体讲授法举例法15min 数据通路的存多媒体讲授法举例法15min 数据通路的ALU 和寄存器文件多媒体讲授法举例法10min 数据通路的PC 和 PCMUX 多媒体讲授法举例法15min 数据通路的MARMUX 多媒体讲授法举例法10min 通过指令期看数据通路多媒体讲授法举例法20min 小结多媒体讲授法10min 作业布置5.34, 5.37 主要参考资料计算机系统概论 ，Yale N. Patt, Sanjay J. Patel 主编，梁阿磊等译，机械工业出版社课后自我总结分析基本清楚，需要学生自己多分析，给学生一些独立思考的时间。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 17 页 - - - - - - - - -