《计算机组成原理》教案（2020年12月整理）.pptx

《《计算机组成原理》教案（2020年12月整理）.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《计算机组成原理》教案（2020年12月整理）.pptx（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、计算机组成原理教案,授课学时：72 学时,1,计算机组成原理,教学内容：研究讨论单台计算机的完整硬件系统的基本组成原理与内部运 行机制。 课程性质：计算机科学与技术及相关专业的基础课程。,2,课程的目的和任务：用层次结构的观点并以信息的加工、处理为主线研究 计算机硬件结构及工作原理；使学生掌握计算机硬件系统中各大部件的组 成原理、逻辑实现、设计方法及互连构成整机的技术；培养学生对硬件系 统的分析、设计、开发、使用和维护方面的能力，建立牢固的整机思想。 课程特点：内容覆盖面广，基本概念多、抽象，难以建立计算机的整机概 念。 教学目标：尽可能清晰而完整地介绍当代计算机系统的性质和特征。 具有挑战性

2、： 计算机系统的多样性：价格、体积、性能和应用等。 计算机技术的飞速发展：低层的集成电路计算机和并行组织技术。 课程内容的工程性、技术性、实用性都比较强，因此，在学习计算机组成 的原理性知识之外，还应有较多的设计与实验技能训练。 课程的教学基本要求:使学生学懂简单、完整的单台计算机的基本部件和 整机系统组成，以及计算机部件连接关系和运行机理，了解计算机系统结 构的入门性知识，掌握使用和简单维护计算机系统的基本技能。 教学方法和教学形式建议:本课程采用远程教学和面授辅导相结合的方式 开展教学。远程教学包括要求学生收看电视录像课、网上的流媒体（IP） 课件、网上教学辅导、实时和非实时答疑等多种教学

3、形式；面授辅导应考 虑学生的在职和成人特点和需求，在业余时间进行有针对性的学习指导。,3,平时作业既是学生自我检验学习水平的一种形式，也是很重要的形成性考 核手段，各级电大教学点应配合面授辅导教师督促学生独立完成并及时批 改和反馈，必要时应要求学生重做。 小组讨论课是在教师引领下对预先布置的主题开展讨论的一种教学活动 形式。这种教学活动能够很好地激发学生的学习兴趣，各级电大教学点应 配合面授辅导教师组织实施。同时，小组讨论课也是一种形成性考核形式， 教师应注意把握“引领”、“提问”和“点评”等多个教学指导环节，并 依据标准给予每个学生合理的学习评价。 课程教学要求的层次: 掌握：属于课程中最重

4、要的内容。要求学生能够熟练运用这部分知识 对相关问题做基本的分析、计算和处理，具有基本的应用能力和举一反三 的能力。 理解：属于课程中较重要的内容。要求学生能够运用这部分知识对相 关问题进行简单的分析、判断和说明，具有区别或区分容易被混淆的概念 的能力，以及读懂原理框图、流程图、程序语句和简单逻辑电路图的能力。 了解：属于课程中与上述“掌握”和“理解”部分相关的较复杂的内 容，作为提高或扩大知识面的内容。要求学生对这部分知识能够初步认识、 学会、记忆或简单理解，具有简要描述、叙述、说明和举例的能力。 学时分配,4,第一章节：计算机系统概述（6 学时） 主要内容： 1、计算机系统的基本组成和它的

5、层次结构 2、计算机硬件系统的 5 个功能部件及其功能计算机硬件的主要的技,5,术和性能指标计算机系统的体系结构、组成和实现概述计算机系统的 发展、应用与分类 教学要求: 了解计算机系统硬软件的组成和它们的层次关系； 理解计算机硬件系统的 5 大功能部件和各自的功能； 理解计算机部件的连接关系和整机运行过程的入门性知识； 了解 3 个级别的计算机语言； 理解计算机系统的主要性能与技术指标； 理解计算机“体系结构”、“组成”和“实现”各自面对的主要问题； 了解计算机发展历程和应用领域； 了解计算机系统分类。 知 识 结 构 图,计,算,机 系 统,硬件,主机,外部设备,外存储器,输入设备,输出设

6、备,中央处理器,内存储器,运算器,控制器,系统软件,操作系统,语言处理程序,6,一、计算机系统的基本组成和它的层次结构 构成计算机硬件和软件的 6 个层次,5、高级语言层,4、汇编语言层,3、操作系统层,2、指令系统层,1、微体系结构层,0、数字逻辑层 二、 计算机硬件系统的 5 个功能部件及其功能,软件部分,硬件部分,计算机主机,CPU,运算器 部件,存储器 部件,控制器 部件,数据总路线,地址总路线,控制总路线,7,三、 计算机硬件的主要的技术和性能指标 1、计算机字长 计算机普遍使用二进制，只有 0 和 1 两个值，相邻数位之间采用“逢 二进一”的规则处理，在计算机系统内部，通常选用多少

7、个二进制位 来表示一个数据或一条指令是一个关键技术指标，例如 16 位、32 位 或者 64 位，这个位数被称为计算机字长。 2、 CPU 速度 衡量 CPU 速度，通常有两种方式。 第一种方式使用 CPU 主频。 第二种方式使用 CPU 每一秒钟能执行的指令条数，单位是 MIPS。 3、存储容量 计算机中的存储器通常包括内存储器和外存储器两大类。 四、 算机系统的体系结构、组成和实现概述计算机的体系结构 通常是指涉及机器语言或者汇编语言的程序设计人员所见到的计算机 系统的属性，更多说的是计算机的外特性，是硬件子系统的结构概念 及其功能特性。,8,2、计算机组成 是在依据计算机体系结构确定并且

8、分配了硬件子系统的概念结构和功 能特性的基础上，设计计算机各部件的具体组成、它们之间的连接关 系、实现机器指令级的各种功能和特性。 3、计算机实现 是计算机组成的物理实现。 五、 算机系统的发展、应用与分类计算机发展： 自计算机诞生以来，大约每 58 年，计算机的运算速度可提高 10 倍，可 靠性可提高 10 倍，体积可缩小至原来的 1/10，成本也降低为原来的 1/10。 自 20 世纪 70 年代以来，计算机的产量以每年 25的速度递增。 具体可分为五个发展阶段： 第一阶段：电子管计算机（19461959） 第二阶段：晶体管计算机（19591964） 第三阶段：中小规模集成电路计算机(19

9、641975) 第四阶段：大规模集成电路计算机（19751990） 第五阶段：新一代计算机（1990现在） 计算机的分类 按照功能划分： 通用计算机：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机、单片机 专用计算机：有效、经济、快速 按照信息的形式和处理方法分： 电子模拟计算机,9,电子数字计算机 第六章：数据表示和运算方法（10 学时） 主要内容： 1、二进制码与不同进制数之间的转换 2、定点数在计算机内的表示与编码 3、浮点数在计算机内的表示 4、文字和多媒体信息的表示与编码 5、数据校验码 6、二进制数值数据的运算算法 教学要求: 1掌握数制及数制转换的基本概念，熟练运用各种进制数间的转换 规

10、则进行手工转换运算； 2掌握原码、反码和补码的基本概念和定义，并能熟练完成定点数 的原码、反码和补码之间的转换； 3理解常用二-十进制数编码的特点，能够说明各种不同编码的实用 意义； 4理解浮点数在计算机内的表示方法，能够说明阶码和尾数的位数 与数值范围和数值精度的关系； 5了解浮点数的规格化和隐藏位的含义，会判断浮点数的溢出； 6掌握十进制数与浮点数间的转换运算； 7了解文字和多媒体信息的表示的基本概念；,8理解检错纠错编码的用途，能够区分几种常见的校验码，能够说 明奇偶校验码的实现方法，能够说明海明码及循环码实现检错和纠错的道 理； 9掌握运用定点数的补码加减法运算规则进行基本的运算和溢出

11、检 查的方法； 10了解定点数的原码一位乘、除法的可行算法 知 识 结 构 图,一、 进制码与不同进制数之间的转换 1、十进制到二进制数的转换 十进制与二进制数的转换要分为整数与小数两种情况分别转换。 整数的转换：采用除 2 取余，高位至下，直到商为 0 时结束。 小数的转换：采用乘 2 取整，高位至上，位数达到要求或小数部分 为 0 时结束。,数据表示 和 运算方法,各种数制间的转换,10,补码加减法、原码一位 乘除法的运算方法,码,11,2、二进制到十进制数的转换 二进制到十进制数的转换通常按公式（2、2）对二进制数各位的实际 值累加求和完成。 例：（10110） =124+023+122

12、+121+020=22 2 3、八进制到二进制数的转换 因为 23=8，故 1 个八进制位对应 3 个二进制位，可以把 1 个八进制位 数的整数部分和小数部分的每一位分别转换成 3 个二进制数。 4、二进制到八进制数的转换 因为 23=8，故 3 个二进制位对应 1 个八进制位，可以从小数点位置分 别向左和向右把每 3 位二进制数划分为一组，并转换成 1 位八进制数。 注意：小数部分分组时若低位不足 3 位时要用 0 补足，否则会出错。 5、十六进制到二进制数的转换 因为 24=16，故 1 个十六进制位对应 4 个二进制位，可以把 1 个十六进 制数的整数的整数部分和小数部分的每一位分别转换

13、成 4 位二进制 数。 6、二进制制到十六进数的转换 因为 24=16，故 4 个二进制位对应 1 个十六进制位，可以从小数点位置 分别向左和向右把每 4 位二进制数划分为一组，并转换成 1 位十六进 制数。注意：小数部分分组时若低位不足 4 位要用 0 补足，否则会出 错。 7、八、十六到十进制数的转换 按照公式 2、2 的规定，用对各位实际值累加求和的方法完成。,12,8、十到八、十六进制数的转换 可先将十进制数转换为二进制，再转换成对应的八、十六进制数；也 可以将 1 个十进制数直接转换为对应的八进制或十六进制，例如对整 数，采用除 8 取余、高位在下的原则得到八进制数；或采用除 16

14、取余、 高位在下的原则得到十六进制数。 二、 定点数在计算机内的表示与转换 定点数定点数是指小数点固定在某个位置上的数据，一般有小数和整 数两种表示形式。定点小数是把小数点固定在数据数值部分的左边， 符号位的右边；整数是把小数点固定在数据数值部分的右边。我们在 前面讨论的数据都是定点数。 原码、反码、补码 结束了各种进制的转换，我们来谈谈另一个话题：原码、反码、补码。 我们已经知道计算机中，所有数据最终都是使用二进制数表达。 我们也已经学会如何将一个 10 进制数如何转换为二进制数。 不过，我们仍然没有学习一个负数如何用二进制表达。 比如，假设有一 int 类型的数，值为 5，那么，我们知道它

15、在计算机 中表示为： 00000000 00000000 00000000 00000101 5 转换成二制是 101，不过 int 类型的数占用 4 字节（32 位），所以前 面填了一堆 0。 现在想知道，-5 在计算机中如何表示？ 在计算机中，负数以其正值的补码形式表达。,13,什么叫补码呢？这得从原码，反码说起。 原码：一个整数，按照绝对值大小转换成的二进制数，称为原码。 比如 00000000 00000000 00000000 00000101 是 5 的 原码。 反码：将二进制数按位取反，所得的新二进制数称为原二进制数的反 码。 取反操作指：原为 1，得 0；原为 0，得 1。（1

16、 变 0; 0 变 1） 比如：将 00000000 00000000 00000000 00000101 每一位取反，得 11111111 11111111 11111111 11111010 。 称 ：11111111 11111111 11111111 11111010 是 00000000 00000000 00000000 00000101 的反码。 反码是相互的，所以也可称： 11111111111111111111111111111010和0000000000000000 00000000 00000101 互为反码。 补码：反码加 1 称为补码。 也就是说，要得到一个数的补码，先得到反码，然后将反码加上 1， 所得数称为补码。 比如：00000000 00000000 00000000 00000101 的反码是：11111111 11111111 11111111 11111010。 那么，补码为： 11111111