【正文】 了解各種替換策略的特點(diǎn)。⑤了解雙端口存儲(chǔ)器、多模塊存儲(chǔ)器的組成和工作原理。③了解flash和只讀存儲(chǔ)器的組成和工作原理。（2）．基本要求①了解主存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)與存儲(chǔ)系統(tǒng)的分類、層次化結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。難點(diǎn)：定點(diǎn)運(yùn)算器和浮點(diǎn)運(yùn)算器的工作原理和設(shè)計(jì)方法。⑨了解算術(shù)邏輯單元ALU的功能和結(jié)構(gòu)。⑦掌握浮點(diǎn)運(yùn)算方法，了解浮點(diǎn)運(yùn)算器的組成和原理。⑤理解ALU的功能、設(shè)計(jì)方法和工作原理。③掌握定點(diǎn)數(shù)的移位運(yùn)算、原碼及補(bǔ)碼加減運(yùn)算的方法、溢出的概念與檢測(cè)方法。（2）．基本要求①掌握進(jìn)位計(jì)數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換方法，掌握真值和機(jī)器數(shù)、BCD碼、字符與字符串、校驗(yàn)碼的表示方法。難點(diǎn)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。（3）理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的定義。（2）．基本要求（1）了解計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本組成和指令的執(zhí)行過程，了解軟件的種類和特點(diǎn)?？傮w安排如下：序號(hào)知識(shí)單元（章節(jié)）知識(shí)點(diǎn)要求推薦學(xué)時(shí)1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論馮諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本組成和指令的執(zhí)行過程了解2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)理解2運(yùn)算方法和運(yùn)算器進(jìn)位計(jì)數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換方法；定點(diǎn)小數(shù)和整數(shù)的表示，包括原碼、反碼、補(bǔ)碼和移碼表示掌握10定點(diǎn)數(shù)的移位運(yùn)算、原碼及補(bǔ)碼加減運(yùn)算的方法、溢出的概念與檢測(cè)方法掌握定點(diǎn)乘法運(yùn)算的工作原理掌握ALU的功能、設(shè)計(jì)方法和工作原理理解浮點(diǎn)數(shù)的表示和規(guī)格化表示方法，浮點(diǎn)運(yùn)算方法掌握3存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)系統(tǒng)主存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)與存儲(chǔ)系統(tǒng)的分類、層次化結(jié)構(gòu)特點(diǎn)了解 10SRAM、DRAM的組成和工作原理了解flash和只讀存儲(chǔ)器的組成和工作原理了解主存儲(chǔ)器與CPU的連接的方法掌握雙端口存儲(chǔ)器、多模塊存儲(chǔ)器的組成和工作原理理解Cache的基本工作原理，Cache和主存之間的映射方式, 替換策略掌握虛擬存儲(chǔ)器概念，理解段式、頁式、段頁式虛擬存儲(chǔ)器的工作原理, 替換策略理解4指令系統(tǒng)指令的基本格式及各個(gè)組成部分的功能理解4指令字?jǐn)U展的方法掌握指令和數(shù)據(jù)的尋址方式掌握5中央處理器CPU的基本組成和功能理解10典型指令的指令周期，能夠用方框語言表示指令周期掌握時(shí)序產(chǎn)生器的功能和工作原理了解微程序控制器的工作原理和設(shè)計(jì)方法掌握硬布線控制器的組成和工作原理理解流水線的工作原理了解6總線系統(tǒng)總線的功能、組成及性能指標(biāo)了解4集中仲裁方式和分布仲裁方式同步定時(shí)方式異步定時(shí)方式了解總線的控制方式和總線的通信方式掌握7輸入輸出系統(tǒng)I/O接口的功能和基本結(jié)構(gòu)，主要介紹：1）Cache；2）流水線；3）多體交叉存儲(chǔ)器；4）RISC ；5）MIPS等。充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的作用，通過一系列的實(shí)驗(yàn)，使理論與實(shí)踐相結(jié)合，同學(xué)通過實(shí)際的操作、通過電路和程序的設(shè)計(jì)、調(diào)試，達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)。另外，采用仿真的方法，提高教學(xué)效果。（3） 理論與實(shí)踐相結(jié)合計(jì)算機(jī)組成原理課程的部分內(nèi)容比較復(fù)雜，如微程序設(shè)計(jì)部分的內(nèi)容，比較抽象，不易理解。（2） 任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)法針對(duì)每一章節(jié)的教學(xué)目標(biāo)，都設(shè)置一定數(shù)量的問題和課后習(xí)題，采用任務(wù)式驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，增強(qiáng)學(xué)習(xí)目的性和針對(duì)性。根據(jù)上課的同學(xué)都有數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的特點(diǎn)，為了提高學(xué)習(xí)效率，采用啟發(fā)式的教學(xué)模式，以學(xué)習(xí)過的知識(shí)為基礎(chǔ)，提出問題，并啟發(fā)引導(dǎo)同學(xué)積極思維，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，在引入計(jì)算機(jī)組成原理的知識(shí)點(diǎn)，達(dá)到舉一反三、觸類旁通的目的。（6） 利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)教學(xué)和混合式的教學(xué)。（4） 創(chuàng)建仿真環(huán)境，使學(xué)生能夠?qū)Σ考O(shè)計(jì)中相關(guān)的問題進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。（2） 采用案例分析的方法，提高對(duì)計(jì)算機(jī)各個(gè)部件工作原理的認(rèn)識(shí)。（3）掌握典型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的控制器的設(shè)計(jì)方法，具備對(duì)整機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)的基本能力。教學(xué)要求（1）了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史和最新動(dòng)態(tài)，形成對(duì)計(jì)算機(jī)整機(jī)系統(tǒng)總體的認(rèn)識(shí)，掌握計(jì)算機(jī)各個(gè)部件的基本工作原理、基本思想與基本設(shè)計(jì)方法。2. 能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)組成的基本原理和方法，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中的實(shí)際問題進(jìn)行分析、計(jì)算和設(shè)計(jì)。對(duì)計(jì)算機(jī)硬件新技術(shù)以及發(fā)展方向有一定的了解，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)專業(yè)后繼課程打下良好基礎(chǔ)。理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次化結(jié)構(gòu)概念，熟悉硬件與軟件之間的界面，掌握指令集體系結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)和基本實(shí)現(xiàn)方法。課程按照由系統(tǒng)整體概貌介紹開始，沿著核心的部件CPU的功能展開，介紹運(yùn)算器和控制器的工作原理，再分析控制器的設(shè)計(jì)方法和工作原理，由淺入深、循序漸進(jìn)，使學(xué)生理解計(jì)算機(jī)各個(gè)部件的工作原理，教學(xué)整體思路的示意圖如圖1所示。然后，面向ALU和CU，從數(shù)據(jù)的表示方法、運(yùn)算方法、運(yùn)算部件、控制器講述計(jì)算機(jī)的基本運(yùn)行原理。課程主要內(nèi)容包括：計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況、計(jì)算機(jī)的分類和應(yīng)用、計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)；計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示方法及其主要部件；計(jì)算機(jī)內(nèi)部的指令系統(tǒng)；如指令格式、指令類型、尋址方式等、計(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)系統(tǒng)；存儲(chǔ)介質(zhì)的存儲(chǔ)原理以及今后的發(fā)展方向；CPU的邏輯組成和工作過程；常用輸入/輸出設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理：輸入/輸出系統(tǒng)的組成，CPU與外設(shè)間傳送數(shù)據(jù)的控制方式等。在教學(xué)過程中，可綜合應(yīng)用各種教學(xué)手段和教學(xué)模式，包括混合式教學(xué)及翻轉(zhuǎn)課堂等，并充分利用慕課、微課等電子資源。課程總共64學(xué)時(shí)，其中理論課程48學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)。教 案授課課程： 計(jì)算機(jī)組成原理 使用教材： 計(jì)算機(jī)組成原理 唐朔飛主編 課程類別： 必修課 授課班級(jí)： 計(jì)算機(jī)科學(xué) ___ 前 言本教案基于“ 面向21世紀(jì)課程教材”普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材唐朔飛編著的“計(jì)算機(jī)組成原理”第二版。教案包括：課程總體設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)；研究型教學(xué)設(shè)計(jì)；章節(jié)設(shè)計(jì)；單元設(shè)計(jì)等。研究型教學(xué)內(nèi)容不占課堂學(xué)習(xí)學(xué)時(shí)，在實(shí)際教學(xué)的執(zhí)行中，可根據(jù)具體情況，選擇部分研究型教學(xué)內(nèi)容。目錄一 總體教學(xué)設(shè)計(jì) 7 8 8 8 教學(xué)方法 9 把前沿內(nèi)容引進(jìn)課堂 10 10 10 121）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論（2學(xué)時(shí)） 12（1）．教學(xué)內(nèi)容 12（2）．基本要求 12（3）．重點(diǎn)和難點(diǎn) 122）運(yùn)算方法和運(yùn)算器（10學(xué)時(shí)） 13（1）．教學(xué)內(nèi)容 13（2）．基本要求 13（3）．重點(diǎn)和難點(diǎn) 133）存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)系統(tǒng)（10學(xué)時(shí)） 13（1）．教學(xué)內(nèi)容 13（2）．基本要求 14（3）．重點(diǎn)和難點(diǎn) 144）指令系統(tǒng)（4學(xué)時(shí)） 14（1）．教學(xué)內(nèi)容 14（2）．基本要求 14（3）．重點(diǎn)和難點(diǎn) 155）中央處理器（10學(xué)時(shí)） 15（1）．教學(xué)內(nèi)容 15（2）．基本要求 15（3）．重點(diǎn)和難點(diǎn) 156）總線系統(tǒng)（2學(xué)時(shí)） 15（1）．教學(xué)內(nèi)容 15（2）．基本要求 16（3）．重點(diǎn)和難點(diǎn) 167）輸入輸出系統(tǒng)（8學(xué)時(shí)） 16（1）教學(xué)內(nèi)容 16（2）基本要求 16（3）重點(diǎn)和難點(diǎn) 16 161）運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)I 172）運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)II 173）．存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)系統(tǒng) 184）．基礎(chǔ)匯編語言程序設(shè)計(jì) 185）．微程序驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 196）．微程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 197）．輸入輸出系統(tǒng) 19 研究型教學(xué) 20 研究性教學(xué)訓(xùn)練載體的設(shè)計(jì) 20 研究性教學(xué)實(shí)施計(jì)劃 21. 研究性專題指導(dǎo)書 22研究性專題一：多體交叉存儲(chǔ)器設(shè)計(jì) 22研究性專題二：微程序控制器和微程序設(shè)計(jì) 22研究性專題三：中斷控制器及中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì) 24 成績(jī)考核 25二、章節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì) 26 第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論教學(xué)設(shè)計(jì) 26 26 26 26 27 27 27 27 第二章 計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì) 28 28 28 28 第三章 系統(tǒng)總線教學(xué)設(shè)計(jì) 28 28 28 29 29 29 30 30第3章題 14 30 第四章 存儲(chǔ)器教學(xué)設(shè)計(jì) 30 30 30 31 31 31 32 32 第五章輸入輸出系統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì) 32 32 32 33 33 33 34 34 第六章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法教學(xué)設(shè)計(jì) 34 34 35 35 35 36 36 36 第七章 指令系統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì) 36 36 37 37 37 37 38 38 第八章 CPU的結(jié)構(gòu)和功能教學(xué)設(shè)計(jì) 38 38 38 39 39 39 39 39 第九章控制單元的功能教學(xué)設(shè)計(jì) 40 40 40 40 40 40 41 41 第十章控制單元的設(shè)計(jì)教學(xué)設(shè)計(jì) 41 41 41 42 42 42 42 43三、教學(xué)單元設(shè)計(jì) 43 43 43 44 44 45 46 46 47 48 48 49 50 50 51 52 53 54 54 55 55 56 57 57 58一 總體教學(xué)設(shè)計(jì)本課程講述單機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)各部件和系統(tǒng)的組成原理及其內(nèi)部工作機(jī)制，使學(xué)生能夠掌握計(jì)算機(jī)各大部件的組成原理、邏輯實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)方法及其互連構(gòu)成整機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)。課程首先講述馮諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的五大部件：運(yùn)算器、控制器、I/O和存儲(chǔ)器系統(tǒng)。最后介紹硬布線邏輯和微程序控制器的原理。 圖1 課程內(nèi)容之間的關(guān)系圖教學(xué)目標(biāo)計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)目標(biāo)是：理解單處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件的內(nèi)部工作原理、組成結(jié)構(gòu)以及相互連接方式，具有完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)概念。通過本課程的學(xué)習(xí)，理解單處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件的內(nèi)部工作原理、組成結(jié)構(gòu)以及相互連接方式，具有完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)概念。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)達(dá)到如下能力：1. 掌握計(jì)算機(jī)組成的基本理論知識(shí)和工程基礎(chǔ)知識(shí)，了解計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)。3. 具有不斷自主學(xué)習(xí)和適應(yīng)學(xué)科發(fā)展的能力。（2）理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中硬件與軟件的關(guān)系，具有一定的利用算法設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)功能部件的能力。（1） 采用多媒體和板書配合，使用圖片、視頻等豐富教學(xué)演示，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。（3） 理論與實(shí)踐相結(jié)合，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，理解計(jì)算機(jī)各個(gè)部件的工作原理，提高對(duì)部件的設(shè)計(jì)開發(fā)能力。（5） 采用研究型的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究型的學(xué)習(xí)，拓展學(xué)生的探索研究能力。 教學(xué)方法（1） 啟發(fā)式和研究型的教學(xué)方法計(jì)算機(jī)組成原理屬于硬件類的課程，而通過語言描述硬件的構(gòu)成和原理比較抽象，有時(shí)也不太好理解。同時(shí)，設(shè)計(jì)適中的探索性的研究題目，這些題目在書本、網(wǎng)絡(luò)上沒有直接的答案，促進(jìn)自主學(xué)習(xí)的能力，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。充分利用網(wǎng)絡(luò)，對(duì)同學(xué)所做習(xí)題中出現(xiàn)的問題及時(shí)糾正、反饋，提高學(xué)習(xí)效率。為了解決這些問題，一方面采用動(dòng)畫演示的方法，使學(xué)生提高感性認(rèn)識(shí)。提供給學(xué)生微程序設(shè)計(jì)的仿真環(huán)境，使他們?cè)诜抡姝h(huán)境中，通過跟蹤指令的執(zhí)行過程，理解計(jì)算機(jī)部件的控制過程和原理。 把前沿內(nèi)容引進(jìn)課堂在教學(xué)中與時(shí)俱進(jìn)，優(yōu)化課程內(nèi)容，與計(jì)算機(jī)發(fā)展保持同步，注重介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最新研究和應(yīng)用進(jìn)展。教材：唐朔飛．計(jì)算機(jī)組成原理．北京：高等教育出版社，2011．主要參考資料：[1]白中英．計(jì)算機(jī)組成原理．北京：科學(xué)出版社，2010．[2]唐朔飛．計(jì)算機(jī)組成原理：學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答．北京：高等教育出版社，2006．[3]薛勝軍．計(jì)算機(jī)組成原理．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010．[4]薛勝軍．計(jì)算機(jī)組成原理學(xué)習(xí)指導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006．[5]Patterson D A，Hennessy J L．Computer Organization and Design：The Hardware/Software Interface．China Machine Press，2006．本課程總計(jì)64課時(shí)，其中課堂講授48課時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)16課時(shí)。I/O端口及其編址的基本方法了解8I/O的程序查詢方式、程序中斷方式、DMA信息交換方式掌握通道方式的基本原理了解8實(shí)驗(yàn)運(yùn)算方法和運(yùn)算器掌握16存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)系統(tǒng)掌握指令系統(tǒng)了解微程序設(shè)計(jì)掌握中斷實(shí)驗(yàn)掌握1）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論（2學(xué)時(shí)）（1）．教學(xué)內(nèi)容計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程，計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)，計(jì)算機(jī)的工作過程，計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)。（2）掌握描述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能參數(shù)，包括：吞吐量、響應(yīng)時(shí)間；CPU時(shí)鐘周期、主頻、CPI、CPU執(zhí)行時(shí)間、MIPS等。（3）．重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：馮諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的組成和特點(diǎn)。2）運(yùn)算方法和運(yùn)算器（10學(xué)時(shí)）（1）．教學(xué)內(nèi)容數(shù)制與編碼，定點(diǎn)數(shù)的表示和運(yùn)算，浮點(diǎn)數(shù)的表示和運(yùn)算，算術(shù)邏輯單元ALU。②掌握定點(diǎn)小數(shù)和整數(shù)的表示，包括原碼、反碼、補(bǔ)碼和移碼表示，掌握各種機(jī)器碼的特點(diǎn)和數(shù)的表示