1、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(guó)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。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)。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。在教學(xué)過(guò)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。目錄一 總體教學(xué)設(shè)計(jì)71.1教

2、學(xué)目的和要求81.2教學(xué)手段和教學(xué)方法81.2.1教學(xué)手段81.2.2 教學(xué)方法91.3 把前沿內(nèi)容引進(jìn)課堂101.4教材與參考資料101.5教學(xué)內(nèi)容和安排101.5.1課堂教學(xué)內(nèi)容及安排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）

3、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)161.5.2實(shí)踐教學(xué)及安排161）運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)I172）運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)II173）存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)系統(tǒng)184）基礎(chǔ)匯編語(yǔ)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)191.6 研究型教學(xué)201.6.1 研究性教學(xué)訓(xùn)練載體的設(shè)計(jì)201.6.2 研究性教學(xué)實(shí)施計(jì)劃211.6.3. 研究性專題指導(dǎo)書(shū)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

4、專題三：中斷控制器及中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)241.7 成績(jī)考核25二、章節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)262.1 第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論教學(xué)設(shè)計(jì)262.1.1教學(xué)內(nèi)容介紹262.1.2教學(xué)目的262.1.3重難點(diǎn)分析262.1.4案例272.1.5教學(xué)方法和手段272.1.6小結(jié)272.1.7作業(yè)272.2 第二章 計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)282.2.1教學(xué)內(nèi)容介紹282.2.2教學(xué)目的282.2.3教學(xué)方法和手段282.3 第三章 系統(tǒng)總線教學(xué)設(shè)計(jì)282.3.1教學(xué)內(nèi)容介紹282.3.2教學(xué)目的282.3.3重難點(diǎn)分析292.3.4案例292.3.5教學(xué)方法和手段292.3.6小結(jié)302.3.7作業(yè)30第3章題 5

5、、8、14302.4 第四章 存儲(chǔ)器教學(xué)設(shè)計(jì)302.4.1教學(xué)內(nèi)容介紹302.4.2教學(xué)目的302.4.3重難點(diǎn)分析312.4.4案例312.4.5教學(xué)方法和手段312.4.6小結(jié)322.4.7作業(yè)322.5 第五章輸入輸出系統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)322.5.1教學(xué)內(nèi)容介紹322.5.2教學(xué)目的322.5.3重難點(diǎn)分析332.5.4案例332.5.5教學(xué)方法和手段332.5.6小結(jié)342.5.7作業(yè)342.6 第六章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法教學(xué)設(shè)計(jì)342.6.1教學(xué)內(nèi)容介紹342.6.2教學(xué)目的352.6.3重難點(diǎn)分析352.6.4案例352.6.5教學(xué)方法和手段362.6.6小結(jié)362.6.7作業(yè)362.7

6、第七章 指令系統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)362.7.1教學(xué)內(nèi)容介紹362.7.2教學(xué)目的372.7.3重難點(diǎn)分析372.7.4案例372.7.5教學(xué)方法和手段372.7.6小結(jié)382.7.7作業(yè)382.8 第八章 CPU的結(jié)構(gòu)和功能教學(xué)設(shè)計(jì)382.8.1教學(xué)內(nèi)容介紹382.8.2教學(xué)目的382.8.3重難點(diǎn)分析392.8.4案例392.8.5教學(xué)方法和手段392.8.6小結(jié)392.8.7作業(yè)392.9 第九章控制單元的功能教學(xué)設(shè)計(jì)402.9.1教學(xué)內(nèi)容介紹402.9.2教學(xué)目的402.9.3重難點(diǎn)分析402.9.4案例402.9.5教學(xué)方法和手段402.9.6小結(jié)412.9.7作業(yè)412.10 第十章控制單元

7、的設(shè)計(jì)教學(xué)設(shè)計(jì)412.10.1教學(xué)內(nèi)容介紹412.10.2教學(xué)目的412.10.3重難點(diǎn)分析422.10.4案例422.10.5教學(xué)方法和手段422.10.6小結(jié)422.10.7作業(yè)43三、教學(xué)單元設(shè)計(jì)433.1教學(xué)單元1433.2教學(xué)單元2433.3教學(xué)單元3443.4教學(xué)單元4443.5教學(xué)單元5453.6教學(xué)單元6463.7教學(xué)單元7463.8教學(xué)單元8473.9教學(xué)單元9483.10教學(xué)單元10483.11教學(xué)單元11493.12教學(xué)單元12503.13教學(xué)單元13503.14教學(xué)單元14513.15教學(xué)單元15523.16教學(xué)單元16533.17教學(xué)單元17543.18教學(xué)單元185

8、43.19教學(xué)單元19553.20教學(xué)單元20553.21教學(xué)單元21563.22教學(xué)單元22573.23教學(xué)單元23573.24教學(xué)單元2458一 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(guò)程；常用輸入/輸出設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理

9、：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。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)。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。最后介紹硬布線邏輯和微程序控制器的原理。課程按照由系統(tǒng)整體概貌介紹開(kāi)始，沿著核心的部件CPU的功能展開(kāi)，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。 圖1 課程內(nèi)容之間的關(guān)系圖1.1教學(xué)目的和要求1、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，

10、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。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。通過(guò)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。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)。通過(guò)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)。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

11、件系統(tǒng)中的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析、計(jì)算和設(shè)計(jì)。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、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）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。（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。1.2教學(xué)手段和教學(xué)方法1.2.1教學(xué)手段（1） 采用多媒體和板書(shū)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。（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） 理論與實(shí)踐相結(jié)

12、合，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)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(kāi)發(fā)能力。（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(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。（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。（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)。1.2.2 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(guò)語(yǔ)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。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(guò)的知識(shí)為基礎(chǔ)，提出問(wèn)題，并啟發(fā)引導(dǎo)同學(xué)積極思維，調(diào)動(dòng)

13、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。同時(shí)，設(shè)計(jì)適中的探索性的研究題目，這些題目在書(shū)本、網(wǎng)絡(luò)上沒(méi)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(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。（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(wèn)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。充分利用網(wǎng)絡(luò)，對(duì)同學(xué)所做習(xí)題中出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)糾正、反饋，提高學(xué)習(xí)效率。（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。為了解決這些問(wèn)題，一方面采用動(dòng)畫(huà)演示的方法，使學(xué)生提高感性認(rèn)識(shí)。另外，采用仿

14、真的方法，提高教學(xué)效果。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(guò)跟蹤指令的執(zhí)行過(guò)程，理解計(jì)算機(jī)部件的控制過(guò)程和原理。充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的作用，通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)，使理論與實(shí)踐相結(jié)合，同學(xué)通過(guò)實(shí)際的操作、通過(guò)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)。1.3 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。主要介紹：1）Cache；2）流水線；3）多體交叉存儲(chǔ)器；4）RISC ；5）MIPS等。1.4教材與參考資料教材：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，

15、20102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，20063薛勝軍計(jì)算機(jī)組成原理武漢：華中科技大學(xué)出版社，20104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，20065Patterson D A，Hennessy J LComputer Organization and Design：The Hardware/Software InterfaceChina Machine Press，20061.5教學(xué)內(nèi)容和安排本課程總計(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)。總體安排如下：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

16、機(jī)硬件系統(tǒng)的基本組成和指令的執(zhí)行過(guò)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

17、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(yè)式、段頁(yè)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(yǔ)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)

18、構(gòu)， 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1.5.1課堂教學(xué)內(nèi)容及安排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(guò)程，計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)。（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(guò)程，了解軟件的種類和特點(diǎn)。（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）理解計(jì)算機(jī)

19、系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的定義。（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)。難點(diǎn)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。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）基本要求掌握進(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。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)的表示范圍。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。理解定點(diǎn)乘法運(yùn)算和除法運(yùn)算的工作原理。理解ALU的功能、設(shè)計(jì)方法和工作原理。掌握浮點(diǎn)數(shù)的表示和規(guī)格化表示方法。

20、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。了解文字與字符串的表示方法。了解算術(shù)邏輯單元ALU的功能和結(jié)構(gòu)。（3）重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：機(jī)器碼的轉(zhuǎn)換，定點(diǎn)和浮點(diǎn)運(yùn)算算法。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。3）存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)系統(tǒng)（10學(xué)時(shí)）（1）教學(xué)內(nèi)容存儲(chǔ)器的分類、層次化結(jié)構(gòu)，SRAM、DRAM芯片的結(jié)構(gòu)、工作原理，主存儲(chǔ)器與CPU的連接，雙端口存儲(chǔ)器，多模塊存儲(chǔ)器，高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）和虛擬存儲(chǔ)器。（2）基本要求了解主存儲(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)。 理解SRAM、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。掌握主存儲(chǔ)器與CPU的

21、連接的方法。了解雙端口存儲(chǔ)器、多模塊存儲(chǔ)器的組成和工作原理。掌握Cache的基本工作原理，掌握Cache和主存之間的映射方式，了解各種替換策略的優(yōu)缺點(diǎn)。掌握虛擬存儲(chǔ)器概念，理解段式、頁(yè)式、段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器的工作原理，了解各種替換策略的特點(diǎn)。（3）重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：各種存儲(chǔ)器的工作原理，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。難點(diǎn)：存儲(chǔ)器系統(tǒng)的組織。4）指令系統(tǒng)（4學(xué)時(shí)）（1）教學(xué)內(nèi)容指令的基本格式，擴(kuò)展操作碼指令格式，指令的尋址方式、功能和分類，CISC和RISC的基本概念。（2）基本要求理解指令的基本格式及各個(gè)組成部分的功能。掌握指令字?jǐn)U展的方法。掌握指令和數(shù)據(jù)的尋址方式。（3）重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：指令格式，尋址方式。難點(diǎn)：指

22、令字的擴(kuò)展。5）中央處理器（10學(xué)時(shí)）（1）教學(xué)內(nèi)容CPU的功能和基本組成，機(jī)器指令的執(zhí)行過(guò)程，數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)，控制器的功能和工作原理，指令流水線的基本概念。（2）基本要求掌握CPU的基本組成和功能。掌握典型指令的指令周期，能夠用方框語(yǔ)言表示指令周期。了解時(shí)序產(chǎn)生器的功能和工作原理。掌握微程序控制器的工作原理和設(shè)計(jì)方法。理解硬布線控制器的組成和工作原理。了解流水線的工作原理。（3）重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：CPU的組成和工作原理，指令的執(zhí)行過(guò)程。難點(diǎn)：微程序設(shè)計(jì)原理和方法。6）總線系統(tǒng)（2學(xué)時(shí)）（1）教學(xué)內(nèi)容總線概述，總線仲裁，總線操作和定時(shí)，總線標(biāo)準(zhǔn)。（2）基本要求了解總線的功能、組成及性能

23、指標(biāo)。了解集中仲裁方式和分布仲裁方式。了解同步定時(shí)方式異步定時(shí)方式。掌握總線的控制方式和總線的通信方式。（3）重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：總線的組成和功能。難點(diǎn)：總線的控制方式。7）輸入輸出系統(tǒng)（8學(xué)時(shí)）（1）教學(xué)內(nèi)容I/O系統(tǒng)的基本概念，I/O接口（I/O控制器），I/O方式。（2）基本要求了解I/O接口的功能和基本結(jié)構(gòu)， I/O端口及其編址的基本方法。掌握I/O的程序查詢方式、程序中斷方式、DMA信息交換方式。了解通道方式的基本原理。（3）重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：外部設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行信息交換的原理、接口組成。難點(diǎn)：中斷和DMA控制器的組成和工作原理。1.5.2實(shí)踐教學(xué)及安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排7個(gè)實(shí)驗(yàn)，共16

24、個(gè)學(xué)時(shí)，具體時(shí)間安排如下：序號(hào) 時(shí)間 內(nèi)容 備注 1 6周周三（4.15）運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)I2學(xué)時(shí)2 7周周三（4.22）運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)II2學(xué)時(shí)3 9周周三（5.6）存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)系統(tǒng)2學(xué)時(shí)4 10周周三（5.13）基礎(chǔ)匯編語(yǔ)言 2學(xué)時(shí)5 12周周三（5.27）微程序驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)3學(xué)時(shí)6 13周周三（6.3）微程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)3學(xué)時(shí)7 15周周三（6.17）中斷實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容介紹：1）運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)I實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饷摍C(jī)操作下AM2901運(yùn)算器的功能與控制信號(hào)的使用，了解運(yùn)算器AM2901的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作時(shí)序，觀察運(yùn)算器運(yùn)算的結(jié)果對(duì)狀態(tài)標(biāo)志的影響。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：AM2901運(yùn)算器的功能，AM2901的級(jí)聯(lián)用法，運(yùn)算器

25、的組成和控制原理。2）運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)II實(shí)驗(yàn)?zāi)康模荷钊肓私釧M2901運(yùn)算器的功能與具體用法，掌握用AM2901完成各種運(yùn)算操作時(shí)各控制信號(hào)的使用，觀察指令執(zhí)行的結(jié)果對(duì)狀態(tài)標(biāo)志的影響；了解4片AM2901的級(jí)聯(lián)方式，深化運(yùn)算器部件的組成、設(shè)計(jì)、控制與使用等諸項(xiàng)知識(shí)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 寄存器的立即數(shù)賦值； 寄存器算數(shù)運(yùn)算；邏輯運(yùn)算移位運(yùn)算聯(lián)合移位運(yùn)算3）存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸诮虒W(xué)計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)并調(diào)試出存儲(chǔ)器容量擴(kuò)展的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。要求：1) 理解計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器的功能、組成知識(shí)；2) 掌握靜態(tài)存儲(chǔ)器芯片的讀寫(xiě)原理及其組成教學(xué)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的方法（即字、位擴(kuò)展技術(shù)），控制其運(yùn)行的方式；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：要完成

26、存儲(chǔ)器容量擴(kuò)展的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，需為擴(kuò)展存儲(chǔ)器選擇一個(gè)地址，并注意讀寫(xiě)和OE等控制信號(hào)的正確狀態(tài)；用監(jiān)控程序的D、E命令對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)，比較RAM（6116）、EEPROM（28系列芯片）在讀寫(xiě)上的異同；用監(jiān)控程序的A命令編寫(xiě)一段程序，對(duì)RAM（6116）進(jìn)行讀寫(xiě)，用D命令查看結(jié)果是否正確；用監(jiān)控程序的A命令編寫(xiě)一段程序，對(duì)擴(kuò)展存儲(chǔ)器EEPROM（28系列芯片）進(jìn)行讀寫(xiě)，用D命令查看結(jié)果是否正確；如不正確，分析原因，改寫(xiě)程序，重新運(yùn)行。4）基礎(chǔ)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)習(xí)和了解TH-union教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件組成；學(xué)習(xí)和了解TH-union教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)監(jiān)控命令的用法；學(xué)習(xí)和了解TH-union教

27、學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的指令系統(tǒng)；學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單的TH-union教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)匯編程序設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：學(xué)習(xí)聯(lián)機(jī)使用TH-union教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和仿真終端軟件PCEC.使用監(jiān)控程序的R命令顯示/修改寄存器內(nèi)容、D命令顯示存儲(chǔ)器內(nèi)容、E命令修改存儲(chǔ)器內(nèi)容；使用A命令寫(xiě)一小段匯編程序，U命令反匯編剛輸入的程序，用G命令連續(xù)運(yùn)行該程序，用T、P命令單步運(yùn)行并觀察程序單步執(zhí)行情況。5）微程序驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解微程序控制器的功能、組成； 理解典型機(jī)器指令的控制流程；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：看懂TH-union教學(xué)計(jì)算機(jī)的功能部件組成和線路邏輯關(guān)系，然后分析教學(xué)計(jì)算機(jī)中已經(jīng)設(shè)計(jì)好并正常運(yùn)行的幾條典型指令（例如，ADD、MVRR、OU

28、T、MVRD、JRC、CALA、RET等指令）的功能、格式和執(zhí)行流程，注意各操作功能所對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)的作用。6）微程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?掌握微程序控制的設(shè)計(jì)方法實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中不存在的機(jī)器指令，寫(xiě)出其指令格式、各個(gè)字段的含義、功能描述，并在教學(xué)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行調(diào)試，驗(yàn)證其正確性。7）輸入輸出系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模杭由罾斫庥?jì)算機(jī)系統(tǒng)中斷工作的原理及處理過(guò)程。學(xué)習(xí)和掌握中斷產(chǎn)生、響應(yīng)、處理等技術(shù)；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：擴(kuò)展開(kāi)中斷指令EI、關(guān)中斷指令DI、中斷返回指令I(lǐng)RET不能用匯編命令輸入，只能用E命令輸入指令的機(jī)器代碼。 確定中斷向量表地址。中斷向量表的高12位由數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)確定為（0010 0100 0000

29、）。三級(jí)中斷對(duì)應(yīng)的中斷向量為2404H、2408H、240CH。當(dāng)有中斷請(qǐng)求且被響應(yīng)后，將執(zhí)行存放在該中斷的中斷向量所指向的內(nèi)存區(qū)的指令。填寫(xiě)中斷向量表。在上述的2404H、2408H、240CH地址寫(xiě)入三條JR 轉(zhuǎn)移指令，JR指令的OFFSET是偏移量，但在PCEC16中輸入時(shí)，用戶不需要計(jì)算偏移量，直接輸入要轉(zhuǎn)向的絕對(duì)地址即可。編寫(xiě)中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序可以放在中斷向量表之后，中斷服務(wù)程序可實(shí)現(xiàn)在程序正常運(yùn)行時(shí)在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示與優(yōu)先級(jí)相對(duì)應(yīng)的不同字符；寫(xiě)主程序。可編寫(xiě)一死循環(huán)程序，要求先開(kāi)中斷。1.6 研究型教學(xué)計(jì)算機(jī)組成原理研究性教學(xué)是針對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的拓展和

30、延伸，是計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。研究性教學(xué)的指導(dǎo)思想是在本課程理論和基本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造學(xué)生獨(dú)立思考和工程設(shè)計(jì)的實(shí)踐環(huán)境，使學(xué)生在掌握計(jì)算機(jī)各部件的基本結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，幫助同學(xué)建立計(jì)算機(jī)時(shí)間-空間和整機(jī)系統(tǒng)的概念，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和分析解決問(wèn)題能力。通過(guò)研究性教學(xué)，開(kāi)闊學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的知識(shí)面，尤其是硬件領(lǐng)域；了解硬件設(shè)計(jì)的基本工具和基本知識(shí)，掌握計(jì)算機(jī)硬件的設(shè)計(jì)方法，加深對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。 1.6.1 研究性教學(xué)訓(xùn)練載體的設(shè)計(jì)配合理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)，在考慮學(xué)生的能力和時(shí)間的情況下，本課程安排了綜合性的研究性專題，專題名稱、研究?jī)?nèi)容及相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)如下表所示：專題名稱 研究?jī)?nèi)

31、容及要求 相關(guān)知識(shí)點(diǎn) 設(shè)置章節(jié) 1.交叉存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)容量 為64KB的采用低位交叉編址的8體并行結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器。畫(huà)出CPU和存儲(chǔ)芯片（芯片容量自定）的連接圖，并寫(xiě)出圖中每個(gè)存儲(chǔ)芯片的地址范圍（用 十六進(jìn)制數(shù)表示）。交叉存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)器并行工作原理。 譯碼電路設(shè)計(jì)地址、數(shù)據(jù)和控制電路設(shè)計(jì)。第4章2.微程序控制器及微指令設(shè)計(jì)研究微程序控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程和相關(guān)技術(shù)。研究機(jī)器指令格式和微程序的關(guān)系，對(duì)多種尋址方式的指令，設(shè)計(jì)相應(yīng)的微程序。機(jī)器指令和微程序的關(guān)系，微程序和微指令微命令的關(guān)系，微程序的設(shè)計(jì)方法，控制器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法。 第10章 3.中斷控制器及中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)研究多級(jí)中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工

32、作原理，中斷向量，中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)方法，擴(kuò)展中斷隱指令、開(kāi)中斷指令、關(guān)中斷指令、中斷返回指令。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中斷工作的原理，中斷產(chǎn)生、響應(yīng)、處理等技術(shù)；中斷嵌套。第5章1.6.2 研究性教學(xué)實(shí)施計(jì)劃 研究性教學(xué)的實(shí)施，需要與理論課和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)密切結(jié)合。具體實(shí)施計(jì)劃的詳細(xì)時(shí)間見(jiàn)下表。學(xué)生按照教師布置的題目進(jìn)行深入探討，查閱文獻(xiàn)資料，提交研究報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 專題名稱 實(shí)驗(yàn)周次設(shè)置章節(jié) 交叉存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)第十周第十一周第4章微程序控制器及微指令設(shè)計(jì)第十三周第十四周第10章 中斷控制器及中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)第十四周第十五周第5章1.6.3. 研究性專題指導(dǎo)書(shū) 研究性專題一：多體交叉存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)問(wèn)題的提出

33、：并行性是提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)效率的重要途徑。交叉存儲(chǔ)器是采用相同的存儲(chǔ)器，利用并行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，提高存儲(chǔ)器工作效率的一種特殊存儲(chǔ)器。交叉存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在隨堂存儲(chǔ)器擴(kuò)充的基礎(chǔ)上，展開(kāi)研究性教學(xué)，便于學(xué)生拓展知識(shí)面，提高分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。 設(shè)CPU共有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用M/-IO作為訪問(wèn)存儲(chǔ)器或I/O的控制信號(hào)（高電平為訪 存，低電平為訪I/O)，-WR（低電平有效）為寫(xiě)命令，-RD（低電平有效）為讀命令。設(shè)計(jì)一個(gè)容量 為64KB的采用低位交叉編址的8體并行結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器。畫(huà)出CPU和存儲(chǔ)芯片（芯片容量自定）的連接圖，并寫(xiě)出圖中每個(gè)存儲(chǔ)芯片的地址范圍（用 十六進(jìn)制數(shù)表示）。l 要求：

34、參考教材中關(guān)于交叉存儲(chǔ)器的原理，給出系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。包括譯碼芯片的選擇、各個(gè)芯片的工作時(shí)序設(shè)計(jì)。 l 考查知識(shí)點(diǎn)： （1）片選信號(hào)的產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)； （2）地址鎖存電路設(shè)計(jì)； （3）數(shù)據(jù)信號(hào)線的電路設(shè)計(jì)； （4）控制信號(hào)線的設(shè)計(jì)； （5）交叉存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)。 l 需要注意的問(wèn)題： （1）多體存儲(chǔ)器是如何實(shí)現(xiàn)1/8存儲(chǔ)器周期就能夠讀取一次數(shù)據(jù)的； （2）各個(gè)存儲(chǔ)器提的啟動(dòng)信號(hào)和地址、數(shù)據(jù)、片選信號(hào)的關(guān)系； （3）交叉存儲(chǔ)器并行工作原理，與普通存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)上的主要差別。 研究性專題二：微程序控制器和微程序設(shè)計(jì)問(wèn)題的提出：控制器是計(jì)算機(jī)的核心，是計(jì)算機(jī)組成原理的重要內(nèi)容。微程序控制器將全部指令的每個(gè)執(zhí)行步驟所

35、需要的全部控制信號(hào)保存在微程序的控制存儲(chǔ)器中，并在控制信號(hào)中明確給出下一條使用的微指令的地址，這樣，控制器可通過(guò)讀取微程序的控制存儲(chǔ)器來(lái)得到指令的控制信號(hào)。微程序控制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于調(diào)試和修改控制器功能等功能。本專題的內(nèi)容為：設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器尋址或存儲(chǔ)器間接尋址機(jī)器指令的微程序，并在教學(xué)計(jì)算機(jī)上加以實(shí)現(xiàn)、通過(guò)調(diào)試，得到正確結(jié)果。要求：微程序存放在控制存儲(chǔ)器中，控制器中的指令寄存器IR和程序計(jì)數(shù)器PC選用運(yùn)算器內(nèi)部的寄存器實(shí)現(xiàn)，微程序的后繼地址由Am2910（微程序定序器）和配套線路（微指令轉(zhuǎn)移條件判斷線路、微指令地址映射部件）實(shí)現(xiàn)。對(duì)每一條指令，合理劃分指令的執(zhí)行步驟。l 考查知識(shí)點(diǎn)： （1）微

36、指令格式； （2）微堆棧功能和使用方法；（3）微地址形成邏輯； （4）控制字段功能； （5）微程序方框圖l 需要注意的問(wèn)題： （1）微指令轉(zhuǎn)移所依據(jù)的判斷條件 （2）CPU內(nèi)部總線數(shù)據(jù)來(lái)源的控制（3）控制字段中，ALU中通用寄存器的使用（4） 微程序的節(jié)拍控制微程序控制的結(jié)構(gòu)如下圖所示：研究性專題三：中斷控制器及中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)問(wèn)題的提出：中斷是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中普遍采用的技術(shù)，是外設(shè)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的重要途徑。中斷技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，既涉及中斷控制器硬件電路，也涉及中斷服務(wù)程序的軟件編程。本專題的內(nèi)容為：分析由分立元件構(gòu)成的中斷控制器的工作原理，研究中斷向量的產(chǎn)生和排隊(duì)器的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，設(shè)計(jì)相應(yīng)的中斷

37、服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)中斷嵌套。l 要求：針對(duì)分立元件構(gòu)成的中斷控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理，編寫(xiě)主程序和中斷服務(wù)程序。達(dá)到的效果如下：主程序顯示某個(gè)字符，當(dāng)按下某個(gè)鍵盤(pán)時(shí)，主程序被中斷，顯示與按鍵所對(duì)應(yīng)的另外一個(gè)字符。持續(xù)一段時(shí)間后，在回到主程序，顯示原來(lái)的字符。定義另外一個(gè)按鍵，使其能夠在第一個(gè)按鍵按下時(shí)，按第二個(gè)鍵時(shí)，終止第一個(gè)鍵顯示的字符，而顯示第二個(gè)鍵所對(duì)應(yīng)的字符，實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。參考教材中關(guān)于交叉存儲(chǔ)器的原理，給出系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。包括譯碼芯片的選擇、各個(gè)芯片的工作時(shí)序設(shè)計(jì)。 l 考查知識(shí)點(diǎn)： （1）現(xiàn)場(chǎng)和屏蔽字； （2）中斷服務(wù)程序?qū)ぶ罚?（3）中斷嵌套； （4）中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)； （5）中斷向量表l

38、 需要注意的問(wèn)題： （1）什么時(shí)間開(kāi)中斷，什么時(shí)間關(guān)中斷？ （2）中斷向量和中斷服務(wù)程序的關(guān)系； （3）中斷嵌套的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)問(wèn)題由分立元件構(gòu)成的中斷控制器結(jié)構(gòu)圖如下：1.7 成績(jī)考核 為培養(yǎng)學(xué)生的研究意識(shí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，在本門(mén)課程的教學(xué)過(guò)程中增加綜合性研究性專題，學(xué)生利用課余時(shí)間，做出設(shè)計(jì)方案，以研究報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式，進(jìn)行總結(jié)。研究性教學(xué)的考核，包括研究報(bào)告或?qū)嶒?yàn)報(bào)告，接受教師和同學(xué)提問(wèn)和答疑等環(huán)節(jié)。研究報(bào)告能夠準(zhǔn)確把握所研究的問(wèn)題，全面、系統(tǒng)地闡述相關(guān)內(nèi)容，觀點(diǎn)新穎，論據(jù)充分，計(jì)算正確。 計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)時(shí)間為每周4學(xué)時(shí)，共計(jì)16周。教學(xué)環(huán)節(jié)主要包括：課堂講授、實(shí)驗(yàn)、研究性專

39、題、作業(yè)和答疑。分?jǐn)?shù)比例見(jiàn)下表。 平時(shí)作業(yè),研究性專題實(shí)驗(yàn) 期末考試 30 20 50 二、章節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)2.1 第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論教學(xué)設(shè)計(jì)2.1.1教學(xué)內(nèi)容介紹（1）計(jì)算機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用。（2）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。（3）計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)：快速性、通用性、準(zhǔn)確性和邏輯性。（4）性能指標(biāo)。（5）計(jì)算機(jī)的分類方法。2.1.2教學(xué)目的理解馮諾依曼計(jì)算機(jī)中的五大部件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所起的作用，每個(gè)部件的基本工作原理。掌握存儲(chǔ)器地址和存儲(chǔ)單元的關(guān)系。理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)及各個(gè)層次間的相互依存關(guān)系。2.1.3重難點(diǎn)分析教學(xué)重點(diǎn)：（1） 計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)。（2） 存儲(chǔ)器地址和單元的關(guān)系。2.1.4案例 通過(guò)

40、對(duì)兩種機(jī)器結(jié)構(gòu)：馮諾依曼的基本結(jié)構(gòu)和改進(jìn)型的馮諾依曼結(jié)構(gòu)的分析和對(duì)比，說(shuō)明兩種結(jié)構(gòu)的區(qū)別和各自的特點(diǎn)，從并行性角度，分析不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)器性能的影響。2.1.5教學(xué)方法和手段1）用視圖的方法，讓學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)各個(gè)部件的關(guān)系和原理建立直觀和形象的認(rèn)識(shí)。2）采用啟發(fā)式教學(xué)法，從數(shù)字電子技術(shù)課程已經(jīng)學(xué)過(guò)的對(duì)基本運(yùn)算部件的控制，引導(dǎo)學(xué)生理解從一般器件層依次向更高的層次：匯編語(yǔ)言層次、操作系統(tǒng)層次和高級(jí)語(yǔ)言層次。再?gòu)慕M合邏輯和時(shí)序電路控制角度，啟發(fā)學(xué)生由一般機(jī)器層次向下理解微程序控制層次。2.1.6小結(jié)（1）從系統(tǒng)的觀點(diǎn)，理解計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分所構(gòu)成，而如果按功能再細(xì)分，可分

41、為第零級(jí)是硬聯(lián)邏輯級(jí)，第一級(jí)是微程序級(jí)，第二級(jí)是傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)，第三級(jí)是操作系統(tǒng)級(jí)，第四級(jí)是匯編語(yǔ)言級(jí)，第五級(jí)是高級(jí)語(yǔ)言級(jí)，第六級(jí)是應(yīng)用語(yǔ)言級(jí)。把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按功能分為多級(jí)層次結(jié)構(gòu)，就是有利于正確理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作過(guò)程，明確軟件，硬件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位和作用。（2）隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)算機(jī)的常用指標(biāo)會(huì)不斷的提高。（3）組成原理是講解計(jì)算機(jī)的一般組成方法，而不是針對(duì)某一類計(jì)算機(jī)而言。2.1.7作業(yè)1.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從功能上可劃分為哪些層次？各層次在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中起什么作用？ 1.5 馮.諾依曼計(jì)算機(jī)體系的基本思想是什么？按照此思想設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)應(yīng)由哪些部件組成？各起什么作用？1.11. 指令和數(shù)

42、據(jù)都存于存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它們？【計(jì)算機(jī)內(nèi)部由哪兩種信息在流動(dòng)？它們彼此有什么關(guān)系？】2.2 第二章 計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)2.2.1教學(xué)內(nèi)容介紹（1）計(jì)算機(jī)的發(fā)展史；（2）計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域；（3）計(jì)算機(jī)的展望。2.2.2教學(xué)目的（1）了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展史（2）了解計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域（3）了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 2.2.3教學(xué)方法和手段 自學(xué)2.3 第三章 系統(tǒng)總線教學(xué)設(shè)計(jì)2.3.1教學(xué)內(nèi)容介紹（1）總線及分類。（2）總線特性及性能指標(biāo)。（3）總線結(jié)構(gòu):單總線結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)和三總線結(jié)構(gòu)。（4）總線連接方式: 串行傳送、并行傳送和分時(shí)傳送。（5）總線的控制：鏈?zhǔn)讲樵兎绞健⒂?jì)數(shù)定時(shí)查詢方式和

43、獨(dú)立請(qǐng)求方式。（6）總線的通信：同步通信和異步通信。2.3.2教學(xué)目的了解總線的功能、分類、性能指標(biāo)和典型的結(jié)構(gòu)。了解集中仲裁方式和分布仲裁方式。掌握總線的控制方式了解同步、異步、半同步通信、分離式通信方式。2.3.3重難點(diǎn)分析使用總線的關(guān)鍵在于判別連接到總線的各個(gè)設(shè)備或部件的優(yōu)先權(quán)；設(shè)備或部件取得總線控制權(quán)后，以什么通信方式與總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。總線的控制包括鏈?zhǔn)讲樵兎绞健⒂?jì)數(shù)定時(shí)查詢方式和獨(dú)立請(qǐng)求方式。要講清楚他們的工作原理和總線的控制過(guò)程，并比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。鏈?zhǔn)讲樵兎绞剑菏褂玫木€數(shù)少，優(yōu)先級(jí)固定不能改變，對(duì)查詢鏈的敏感性強(qiáng)。計(jì)數(shù)定時(shí)查詢方式：使用的線數(shù)中，優(yōu)先級(jí)容易改變，但速度比較慢。獨(dú)

44、立請(qǐng)求方式：使用的線數(shù)多，優(yōu)先級(jí)容易改變，速度也快。總線的通信方式包括：同步、半同步、異步等通信方式。同步通信由統(tǒng)一時(shí)標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳送；異步通信采用應(yīng)答方式 ，沒(méi)有公共時(shí)鐘；半同步通信方式是同步和異步的結(jié)合。2.3.4案例介紹微機(jī)系統(tǒng)中常用的PCI總線。PCI的中文意思是“外圍器件互聯(lián)”是一種局部并行總線標(biāo)準(zhǔn)，由ISA總線發(fā)展而來(lái)的，ISA并行總線有8位和16位兩種模式，時(shí)鐘頻率為8MHz，工作頻率為33MHz/66MHz。是一種同步的獨(dú)立于處理器的32位或64位局部總線。從結(jié)構(gòu)上看，PCI是在CPU的供應(yīng)商和原來(lái)的系統(tǒng)總線之間插入的一級(jí)總線，具體由一個(gè)橋接電路實(shí)現(xiàn)對(duì)這一層的管理，并實(shí)現(xiàn)上下之間

45、的接口以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳送。PCI總線已成為了計(jì)算機(jī)的一種標(biāo)準(zhǔn)總線。已成為局部總線的新標(biāo)準(zhǔn)，主要用于連接顯示卡、網(wǎng)卡、聲卡。2.3.5教學(xué)方法和手段（1）結(jié)合圖片形象地演示總線的結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生理解總線的工作原理。（2）結(jié)合案例教學(xué)，理解總線在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用。（3）采用翻轉(zhuǎn)教學(xué)的方法，留一定的時(shí)間，給同學(xué)進(jìn)行討論和提問(wèn)，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考，加深對(duì)于相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解。2.3.6小結(jié)總線是連接各個(gè)部件的信息傳輸線，總線包括：片內(nèi)總線、系統(tǒng)總線和通信總線。總線的性能指標(biāo)包括機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和時(shí)間特性。總線結(jié)構(gòu)：?jiǎn)慰偩€，雙總線，三總線。總線判優(yōu)有兩種方法：集中仲裁方式和分布仲裁方式。集

46、中仲裁方式的具體實(shí)現(xiàn)有三種：包括鏈?zhǔn)讲樵兎绞健⒂?jì)數(shù)定時(shí)查詢方式和獨(dú)立請(qǐng)求方式。總線的通信方式包括：同步、半同步、異步等通信方式。2.3.7作業(yè) 第3章題 5、8、142.4 第四章 存儲(chǔ)器教學(xué)設(shè)計(jì)2.4.1教學(xué)內(nèi)容介紹存儲(chǔ)器是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的五大組成部分之一,本章主要介紹存儲(chǔ)器的基本工作原理。首先從存儲(chǔ)器概述入手，介紹存儲(chǔ)器的分類和層次結(jié)構(gòu)，通過(guò)主存的單元、地址、技術(shù)指標(biāo)等概念引入半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片，靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM的讀寫(xiě)時(shí)序以及動(dòng)態(tài)刷新的基本原理。重點(diǎn)介紹存儲(chǔ)器與 CPU 的連接，掌握主存儲(chǔ)器的組織方法。然后介紹提高訪存速度的兩個(gè)措施：Cache和多體交叉存儲(chǔ)器，重點(diǎn)掌握Cache的原理和地

47、址映射方法。2.4.2教學(xué)目的本章教學(xué)的目的是通過(guò)對(duì)主存儲(chǔ)器，高速緩沖存儲(chǔ)器，輔助存儲(chǔ)器等的介紹，使得學(xué)生掌握主存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)、基本結(jié)構(gòu)和基本操作，掌握主存儲(chǔ)器組織，掌握CACHE的功能、基本原理、地址映像（直接映像方式）和替換策略，掌握多體交叉存儲(chǔ)器的基本原理及地址交叉方法。具體要求為：（1）理解存儲(chǔ)器的分類和分級(jí)結(jié)構(gòu)；（2）掌握主存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)、基本結(jié)構(gòu)和基本操作；（3）理解半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的基本組成和工作原理；（4）掌握主存儲(chǔ)器組織；（5）掌握CACHE的功能、基本原理、地址映像（直接映像方式）和替換策略；（6）掌握多體交叉存儲(chǔ)器的基本原理及地址交叉方法。2.4.3重難點(diǎn)分析重點(diǎn)：緩存-

48、主存及主存-輔存結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、讀寫(xiě)時(shí)序、存儲(chǔ)器字位擴(kuò)展時(shí)與CPU的連接方式、Cache的原理和地址映像方法、多體并行系統(tǒng)的高位交叉編址的多體存儲(chǔ)器和低位交叉編址的多體存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)原理、編址方式以及對(duì)存儲(chǔ)帶寬的影響。難點(diǎn)：靜態(tài)RAM的讀寫(xiě)時(shí)序、動(dòng)態(tài)RAM的刷新原理以及Cache的地址映像方法。2.4.4案例（1）RAM和ROM的讀寫(xiě)時(shí)序案例：靜態(tài)RAM (SRAM)：Intel2114外特性、Intel2114 RAM矩陣、靜態(tài)RAM (2114)讀寫(xiě)時(shí)序；動(dòng)態(tài)RAM芯片：三管動(dòng)態(tài)RAM芯片(Intel 1103)讀寫(xiě)、單管動(dòng)態(tài)RAM 4116外特性、4116芯片讀寫(xiě)原理；（2）存儲(chǔ)器組織案例：通

49、過(guò)位并聯(lián)法和地址串聯(lián)法實(shí)現(xiàn)小容量的存儲(chǔ)芯片構(gòu)成大容量的存儲(chǔ)空間。（3）Cache地址映像案例：直接映像和全相聯(lián)映像方式下，CPU與Cache和主存的連接方式和訪問(wèn)方式。2.4.5教學(xué)方法和手段（1）結(jié)合多媒體資源，形象地演示存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)和訪存過(guò)程，幫助學(xué)生理解存儲(chǔ)器的工作原理。（2）結(jié)合案例教學(xué)，通過(guò)讀寫(xiě)時(shí)序案例、存儲(chǔ)器組織案例、Cache地址映像案例從理論到實(shí)踐，由簡(jiǎn)入難的遞進(jìn)理解基本原理，并掌握實(shí)際設(shè)計(jì)方法。（3）結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過(guò)存儲(chǔ)器擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)提高實(shí)際動(dòng)手能力，掌握實(shí)踐技能。（4）采用混合式教學(xué)，充分利用數(shù)字化教學(xué)資源包括文本、電子課件、視頻等幫助學(xué)生提高自學(xué)習(xí)能力，加深對(duì)于相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的

50、理解。2.4.6小結(jié)本章主要講授存儲(chǔ)器的分類和分級(jí)結(jié)構(gòu)、主存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)、基本結(jié)構(gòu)和基本操作、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的基本組成和工作原理、主存儲(chǔ)器組織、CACHE的功能、基本原理、地址映像（直接映像方式）和替換策略、多體交叉存儲(chǔ)器的基本原理及地址交叉方法等。2.4.7作業(yè)配合知識(shí)點(diǎn)（緩存-主存及主存-輔存結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、靜態(tài)RAM的讀寫(xiě)時(shí)序、存儲(chǔ)器字位擴(kuò)展時(shí)與CPU的連接方式、Cache的原理和地址映射方法等）完成配套教材習(xí)題。習(xí)題：第4章題1、3、5、6、7、9、11、14、15、16、23、24、28、29、31。2.5 第五章輸入輸出系統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)2.5.1教學(xué)內(nèi)容介紹輸入輸出是計(jì)算機(jī)中的重要組成部件

51、，它提供了人與計(jì)算機(jī)的交互的接口。本章主要內(nèi)容是計(jì)算機(jī)輸入輸出系統(tǒng)的硬件工作原理和軟件設(shè)計(jì)思路。首先介紹了輸入輸出系統(tǒng)的概念和組成，I/O設(shè)備和主機(jī)的信息傳輸與控制方式；在此基礎(chǔ)上對(duì)查詢方式、中斷方式和DMA方式的硬件組成和接口的數(shù)據(jù)傳輸控制過(guò)程進(jìn)行了討論，重點(diǎn)針對(duì)中斷的概念、中斷排隊(duì)、中斷入口地址的形成、中斷系統(tǒng)的分級(jí)和中斷的屏蔽技術(shù)進(jìn)行了講解。2.5.2教學(xué)目的本章教學(xué)的目的是通過(guò)對(duì)輸入輸出系統(tǒng)的介紹，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)中信息交互過(guò)程中的控制方式以及硬件接口電路的工作原理。具體要求為：（1）理解輸入輸出系統(tǒng)的概念和組成，I/O設(shè)備和主機(jī)的信息傳輸與控制方式；（2）掌握程序查詢方式的工作流程和

52、查詢接口電路的工作原理；（3）掌握中斷的基本概念、中斷排隊(duì)、中斷向量地址的形成方法；（4）掌握中斷接口電路的工作原理和數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程；（5）掌握中斷系統(tǒng)的構(gòu)成與中斷屏蔽技術(shù)；（6）理解DMA方式的特點(diǎn)、DMA的工作過(guò)程和DMA接口的功能與組成。2.5.3重難點(diǎn)分析重點(diǎn)：程序查詢方式的工作流程和查詢接口電路的工作原理，中斷的基本概念、中斷排隊(duì)、中斷向量地址的形成方法，中斷接口電路的工作原理和數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，中斷屏蔽技術(shù)，DMA控制數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)等。難點(diǎn)：中斷向量地址的形成方法，中斷接口電路的工作原理和中斷屏蔽技術(shù)。2.5.4案例（1）查詢接口案例：說(shuō)明在程序查詢方式下，查詢接口如何完成數(shù)據(jù)的交換。（2

53、）中斷向量地址的形成案例：通過(guò)中斷排隊(duì)電路、中斷向量地址形成部件和中斷向量表完成進(jìn)入中斷服務(wù)程序的方法。（3）中斷接口案例：通過(guò)中斷接口電路輸入數(shù)據(jù)的工作過(guò)程，描述了當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，外設(shè)的數(shù)據(jù)如何通過(guò)中斷接口電路進(jìn)入到CPU的全過(guò)程。（4）中斷屏蔽技術(shù)案例：通過(guò)屏蔽技術(shù)來(lái)改變中斷源的優(yōu)先級(jí)，從而改變CPU的運(yùn)行軌跡。（5）DMA接口案例：通過(guò)多路外設(shè)（磁盤(pán)、磁帶、打印機(jī)）申請(qǐng)DMA請(qǐng)求，描述多路型 DMA 接口的工作原理。2.5.5教學(xué)方法和手段1，結(jié)合多媒體資源，形象地演示中斷入口地址的形成過(guò)程和進(jìn)入中斷服務(wù)程序的方法，幫助學(xué)生理解中斷的過(guò)程和中斷接口的工作原理。2，結(jié)合案例教學(xué)，通過(guò)查詢接口案例、中斷向量地址的形成案例、中斷接口案例、中斷屏蔽技術(shù)案例、DMA接口案例，描述計(jì)算機(jī)輸入輸出接口的工作原理和數(shù)據(jù)空是方法。3，結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過(guò)中斷實(shí)驗(yàn)加深了對(duì)中斷接口工作原理的認(rèn)識(shí)，提高實(shí)際動(dòng)手能力，掌握實(shí)踐技能。4，采用混合式教學(xué)，充分利用數(shù)字化教學(xué)資源包括文本、電子課件、視頻等幫助學(xué)生提高自學(xué)習(xí)能力，加深對(duì)于相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解。2.5.6小結(jié)本章主要講授了計(jì)算機(jī)輸入輸出系統(tǒng)的硬件工作原理和軟件設(shè)計(jì)思路。包括輸入輸出系統(tǒng)的概念和組成，I/O設(shè)備和主機(jī)的信息傳輸與控制方式；查詢方式、中斷方式和DMA方式的硬件組成和接口的數(shù)據(jù)傳輸控制過(guò)程，中斷的概念