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1、教 案授课课程： 计算机组成原理 使用教材： 计算机组成原理 唐朔飞主编 课程类别： 必修课 授课班级： 计算机科学 _ 前 言本教案基于“ 面向21世纪课程教材”-普通高等教育“十一五”国家级规划教材唐朔飞编著的“计算机组成原理”第二版。教案包括：课程总体设计；实验内容设计；研究型教学设计；章节设计；单元设计等。课程总共64学时，其中理论课程48学时，实验16学时。研究型教学内容不占课堂学习学时，在实际教学的执行中，可根据具体情况，选择部分研究型教学内容。在教学过程中，可综合应用各种教学手段和教学模式，包括混合式教学及翻转课堂等，并充分利用慕课、微课等电子资源。目录一 总体教学设计71.1教
2、学目的和要求81.2教学手段和教学方法81.2.1教学手段81.2.2 教学方法91.3 把前沿内容引进课堂101.4教材与参考资料101.5教学内容和安排101.5.1课堂教学内容及安排121）计算机系统概论（2学时）12（1）教学内容12（2）基本要求12（3）重点和难点122）运算方法和运算器（10学时）13（1）教学内容13（2）基本要求13（3）重点和难点133）存储器及存储系统（10学时）13（1）教学内容13（2）基本要求14（3）重点和难点144）指令系统（4学时）14（1）教学内容14（2）基本要求14（3）重点和难点155）中央处理器（10学时）15（1）教学内容15（2）
3、基本要求15（3）重点和难点156）总线系统（2学时）15（1）教学内容15（2）基本要求16（3）重点和难点167）输入输出系统（8学时）16（1）教学内容16（2）基本要求16（3）重点和难点161.5.2实践教学及安排161）运算器实验I172）运算器实验II173）存储器及存储系统184）基础汇编语言程序设计185）微程序验证实验196）微程序设计实验197）输入输出系统191.6 研究型教学201.6.1 研究性教学训练载体的设计201.6.2 研究性教学实施计划211.6.3. 研究性专题指导书22研究性专题一：多体交叉存储器设计22研究性专题二：微程序控制器和微程序设计22研究性
4、专题三：中断控制器及中断服务程序设计241.7 成绩考核25二、章节教学设计262.1 第一章 计算机系统概论教学设计262.1.1教学内容介绍262.1.2教学目的262.1.3重难点分析262.1.4案例272.1.5教学方法和手段272.1.6小结272.1.7作业272.2 第二章 计算机的发展及应用教学设计282.2.1教学内容介绍282.2.2教学目的282.2.3教学方法和手段282.3 第三章 系统总线教学设计282.3.1教学内容介绍282.3.2教学目的282.3.3重难点分析292.3.4案例292.3.5教学方法和手段292.3.6小结302.3.7作业30第3章题 5
5、、8、14302.4 第四章 存储器教学设计302.4.1教学内容介绍302.4.2教学目的302.4.3重难点分析312.4.4案例312.4.5教学方法和手段312.4.6小结322.4.7作业322.5 第五章输入输出系统教学设计322.5.1教学内容介绍322.5.2教学目的322.5.3重难点分析332.5.4案例332.5.5教学方法和手段332.5.6小结342.5.7作业342.6 第六章 计算机的运算方法教学设计342.6.1教学内容介绍342.6.2教学目的352.6.3重难点分析352.6.4案例352.6.5教学方法和手段362.6.6小结362.6.7作业362.7
6、第七章 指令系统教学设计362.7.1教学内容介绍362.7.2教学目的372.7.3重难点分析372.7.4案例372.7.5教学方法和手段372.7.6小结382.7.7作业382.8 第八章 CPU的结构和功能教学设计382.8.1教学内容介绍382.8.2教学目的382.8.3重难点分析392.8.4案例392.8.5教学方法和手段392.8.6小结392.8.7作业392.9 第九章控制单元的功能教学设计402.9.1教学内容介绍402.9.2教学目的402.9.3重难点分析402.9.4案例402.9.5教学方法和手段402.9.6小结412.9.7作业412.10 第十章控制单元
7、的设计教学设计412.10.1教学内容介绍412.10.2教学目的412.10.3重难点分析422.10.4案例422.10.5教学方法和手段422.10.6小结422.10.7作业43三、教学单元设计433.1教学单元1433.2教学单元2433.3教学单元3443.4教学单元4443.5教学单元5453.6教学单元6463.7教学单元7463.8教学单元8473.9教学单元9483.10教学单元10483.11教学单元11493.12教学单元12503.13教学单元13503.14教学单元14513.15教学单元15523.16教学单元16533.17教学单元17543.18教学单元185
8、43.19教学单元19553.20教学单元20553.21教学单元21563.22教学单元22573.23教学单元23573.24教学单元2458一 总体教学设计本课程讲述单机系统计算机各部件和系统的组成原理及其内部工作机制，使学生能够掌握计算机各大部件的组成原理、逻辑实现、设计方法及其互连构成整机系统的技术。课程主要内容包括：计算机的发展概况、计算机的分类和应用、计算机的层次结构；计算机中数据的表示方法及其主要部件；计算机内部的指令系统；如指令格式、指令类型、寻址方式等、计算机内部的存储系统；存储介质的存储原理以及今后的发展方向；CPU的逻辑组成和工作过程；常用输入/输出设备的结构和工作原理
9、：输入/输出系统的组成，CPU与外设间传送数据的控制方式等。课程首先讲述冯诺依曼结构计算机的五大部件：运算器、控制器、I/O和存储器系统。然后，面向ALU和CU，从数据的表示方法、运算方法、运算部件、控制器讲述计算机的基本运行原理。最后介绍硬布线逻辑和微程序控制器的原理。课程按照由系统整体概貌介绍开始，沿着核心的部件CPU的功能展开，介绍运算器和控制器的工作原理，再分析控制器的设计方法和工作原理，由浅入深、循序渐进，使学生理解计算机各个部件的工作原理，教学整体思路的示意图如图1所示。 图1 课程内容之间的关系图1.1教学目的和要求1、教学目标计算机组成原理是计算机科学与技术专业的专业基础课程，
10、其教学目标是：理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式，具有完整的计算机系统的整机概念。理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。通过本课程的学习，理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式，具有完整的计算机系统的整机概念。对计算机硬件新技术以及发展方向有一定的了解，为进一步学习计算机专业后继课程打下良好基础。通过本课程的学习，学生应达到如下能力：1. 掌握计算机组成的基本理论知识和工程基础知识，了解计算机硬件的发展现状和趋势。2. 能够运用计算机组成的基本原理和方法，对计算机硬
11、件系统中的实际问题进行分析、计算和设计。3. 具有不断自主学习和适应学科发展的能力。2、教学要求（1）了解计算机的发展历史和最新动态，形成对计算机整机系统总体的认识，掌握计算机各个部件的基本工作原理、基本思想与基本设计方法。（2）理解计算机系统中硬件与软件的关系，具有一定的利用算法设计计算机功能部件的能力。（3）掌握典型计算机系统中的控制器的设计方法，具备对整机系统进行分析设计的基本能力。1.2教学手段和教学方法1.2.1教学手段（1） 采用多媒体和板书配合，使用图片、视频等丰富教学演示，激发学生的学习兴趣。（2） 采用案例分析的方法，提高对计算机各个部件工作原理的认识。（3） 理论与实践相结
12、合，加强实践教学，使学生在实验过程中，理解计算机各个部件的工作原理，提高对部件的设计开发能力。（4） 创建仿真环境，使学生能够对部件设计中相关的问题进行设计和调试，提高实验教学的效率。（5） 采用研究型的教学方法，引导学生进行研究型的学习，拓展学生的探索研究能力。（6） 利用网络教学平台进行翻转教学和混合式的教学。1.2.2 教学方法（1） 启发式和研究型的教学方法计算机组成原理属于硬件类的课程，而通过语言描述硬件的构成和原理比较抽象，有时也不太好理解。根据上课的同学都有数字电子技术基础的特点，为了提高学习效率，采用启发式的教学模式，以学习过的知识为基础，提出问题，并启发引导同学积极思维，调动
13、学生学习的积极性、主动性和创造性，在引入计算机组成原理的知识点，达到举一反三、触类旁通的目的。同时，设计适中的探索性的研究题目，这些题目在书本、网络上没有直接的答案，促进自主学习的能力，提高学生分析问题和解决问题的能力。（2） 任务驱动式的教学法针对每一章节的教学目标，都设置一定数量的问题和课后习题，采用任务式驱动教学法，增强学习目的性和针对性。充分利用网络，对同学所做习题中出现的问题及时纠正、反馈，提高学习效率。（3） 理论与实践相结合计算机组成原理课程的部分内容比较复杂，如微程序设计部分的内容，比较抽象，不易理解。为了解决这些问题，一方面采用动画演示的方法，使学生提高感性认识。另外，采用仿
14、真的方法，提高教学效果。提供给学生微程序设计的仿真环境，使他们在仿真环境中，通过跟踪指令的执行过程，理解计算机部件的控制过程和原理。充分发挥实验室的作用，通过一系列的实验，使理论与实践相结合，同学通过实际的操作、通过电路和程序的设计、调试，达到课程的教学目标。1.3 把前沿内容引进课堂在教学中与时俱进，优化课程内容，与计算机发展保持同步，注重介绍计算机系统的最新研究和应用进展。主要介绍：1）Cache；2）流水线；3）多体交叉存储器；4）RISC ；5）MIPS等。1.4教材与参考资料教材：唐朔飞计算机组成原理北京：高等教育出版社，2011主要参考资料：1白中英计算机组成原理北京：科学出版社，20102唐朔飞计算机组成原理
