計算機組成原理教案?一、課程基本信息1.課程名稱：計算機組成原理2.課程類型：專業(yè)基礎課3.授課對象：[專業(yè)名稱]本科[具體年級]4.學分/學時：[X]學分，[X]學時5.課程目標使學生理解計算機硬件系統(tǒng)的基本組成和工作原理。掌握數(shù)據(jù)的表示與運算方法。熟悉CPU、存儲器、輸入輸出系統(tǒng)等主要部件的結構與功能。培養(yǎng)學生分析和設計簡單計算機硬件系統(tǒng)的能力。二、教學內容與學時安排（一）計算機系統(tǒng)概述（2學時）1.教學目標了解計算機的發(fā)展歷程和分類。掌握計算機系統(tǒng)的層次結構。理解計算機硬件系統(tǒng)的基本組成。2.教學內容計算機的發(fā)展歷程：從第一代電子管計算機到現(xiàn)代的超大規(guī)模集成電路計算機，介紹各階段的主要特點和代表機型。計算機的分類：按處理對象、用途、性能等不同標準進行分類。計算機系統(tǒng)的層次結構：從高級語言虛擬機到微程序機器，闡述各層次的功能和相互關系。計算機硬件系統(tǒng)的基本組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備，介紹各部件的功能和作用。3.教學方法講授法：講解計算機的發(fā)展歷程、分類和系統(tǒng)層次結構等理論知識。演示法：通過圖片、動畫等演示計算機硬件系統(tǒng)的組成結構。（二）數(shù)據(jù)的表示與運算（6學時）1.教學目標掌握數(shù)制與編碼的基本概念。學會不同數(shù)制之間的轉換方法。理解數(shù)據(jù)在計算機中的表示形式。掌握定點數(shù)和浮點數(shù)的運算方法。2.教學內容數(shù)制與編碼：進位計數(shù)制的基本概念，如二進制、八進制、十進制、十六進制；不同數(shù)制之間的轉換規(guī)則；常用編碼，如ASCII碼、BCD碼等。數(shù)據(jù)在計算機中的表示：數(shù)值數(shù)據(jù)的定點表示和浮點表示，包括原碼、補碼、反碼的概念和計算方法；非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示，如字符、漢字的編碼表示。定點數(shù)的運算：定點加法、減法、乘法、除法的運算規(guī)則和實現(xiàn)方法。浮點數(shù)的運算：浮點數(shù)的加減法、乘除法運算步驟和注意事項。3.教學方法講授法：講解數(shù)制、編碼、數(shù)據(jù)表示和運算的基本概念和原理。練習法：布置大量數(shù)制轉換、數(shù)據(jù)表示和運算的練習題，讓學生進行課堂練習和課后作業(yè)，鞏固所學知識。案例分析法：通過實際的數(shù)值計算案例，分析定點數(shù)和浮點數(shù)運算在計算機中的應用。（三）運算器（4學時）1.教學目標了解運算器的基本功能和組成結構。掌握算術邏輯單元（ALU）的工作原理。理解累加器、數(shù)據(jù)緩沖寄存器等部件的作用。2.教學內容運算器的功能和組成：運算器的基本功能是完成各種算術和邏輯運算；運算器的組成部件，如ALU、累加器、數(shù)據(jù)緩沖寄存器、狀態(tài)寄存器等。算術邏輯單元（ALU）：ALU的邏輯結構和工作原理，實現(xiàn)加、減、乘、除、與、或、非等基本運算的邏輯電路。累加器和數(shù)據(jù)緩沖寄存器：累加器的作用是暫存運算結果；數(shù)據(jù)緩沖寄存器用于暫存輸入輸出數(shù)據(jù)，實現(xiàn)CPU與外部設備之間的數(shù)據(jù)傳輸。狀態(tài)寄存器：狀態(tài)寄存器保存運算結果的狀態(tài)信息，如進位、溢出、零標志等，用于控制程序的流程。3.教學方法講授法：講解運算器的功能、組成和工作原理。圖示法：通過繪制運算器的結構框圖，直觀展示各部件之間的連接關系和工作流程。實驗法：安排簡單的運算器實驗，讓學生通過硬件電路實現(xiàn)基本的算術和邏輯運算，加深對運算器工作原理的理解。（四）控制器（6學時）1.教學目標理解控制器的基本功能和工作原理。掌握指令周期的概念和組成。熟悉控制器的組成部件，如程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器等。了解微程序控制器的工作原理。2.教學內容控制器的功能和工作原理：控制器的主要功能是控制計算機各部件協(xié)調工作，完成指令的執(zhí)行；控制器的工作過程，包括取指令、分析指令和執(zhí)行指令。指令周期：指令周期的概念，包括取指周期、間址周期、執(zhí)行周期和中斷周期；不同類型指令的指令周期組成?？刂破鞯慕M成部件：程序計數(shù)器（PC）用于存放將要執(zhí)行的指令地址；指令寄存器（IR）用于存放當前執(zhí)行的指令；指令譯碼器對指令進行譯碼，確定指令的操作類型和操作數(shù)地址；操作控制器根據(jù)譯碼結果產生各種控制信號，控制計算機各部件完成指令規(guī)定的操作。微程序控制器：微程序控制器的基本概念，微指令、微程序的組成和執(zhí)行過程；微程序控制器的設計方法。3.教學方法講授法：講解控制器的功能、工作原理、指令周期和組成部件等知識。流程圖法：繪制指令執(zhí)行流程圖和微程序執(zhí)行流程圖，幫助學生理解控制器的工作流程。討論法：組織學生討論微程序控制器與硬布線控制器的優(yōu)缺點，培養(yǎng)學生的分析和比較能力。（五）存儲器（6學時）1.教學目標了解存儲器的分類和層次結構。掌握隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）的工作原理和特點。理解存儲器的擴展方法，包括位擴展和字擴展。熟悉Cache存儲器的工作原理和性能分析。2.教學內容存儲器的分類和層次結構：按存儲介質、存取方式、信息保存時間等對存儲器進行分類；存儲器的層次結構，包括高速緩沖存儲器（Cache）、主存儲器和輔助存儲器，介紹各層次的作用和特點。隨機存取存儲器（RAM）：RAM的工作原理，靜態(tài)RAM（SRAM）和動態(tài)RAM（DRAM）的特點和區(qū)別；RAM的基本存儲單元電路，如六管靜態(tài)存儲單元和單管動態(tài)存儲單元。只讀存儲器（ROM）：ROM的工作原理，掩膜ROM、可編程ROM（PROM）、可擦除可編程ROM（EPROM）和電可擦除可編程ROM（EEPROM）的特點和應用。存儲器的擴展：存儲器擴展的必要性，位擴展和字擴展的方法和原理，通過實例說明如何實現(xiàn)存儲器容量的擴展。Cache存儲器：Cache的工作原理，Cache與主存之間的映射方式，如直接映射、全相聯(lián)映射和組相聯(lián)映射；Cache的替換策略，如先進先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）等；Cache的性能分析，包括命中率、平均訪存時間等。3.教學方法講授法：講解存儲器的分類、工作原理、擴展方法和Cache存儲器等知識。實驗法：安排存儲器擴展實驗，讓學生通過硬件電路實現(xiàn)存儲器容量的擴展，加深對存儲器擴展方法的理解。模擬演示法：使用模擬軟件演示Cache存儲器的工作過程，幫助學生直觀理解Cache的性能和作用。（六）輸入輸出系統(tǒng)（4學時）1.教學目標了解輸入輸出系統(tǒng)的基本概念和功能。掌握程序查詢方式、程序中斷方式和DMA方式的工作原理和特點。熟悉常用的輸入輸出設備，如鍵盤、鼠標、顯示器、打印機等的工作原理。2.教學內容輸入輸出系統(tǒng)的基本概念和功能：輸入輸出系統(tǒng)的作用是實現(xiàn)計算機與外部設備之間的數(shù)據(jù)傳輸；輸入輸出系統(tǒng)的組成，包括接口電路、設備控制器和輸入輸出設備。程序查詢方式：程序查詢方式的工作原理，CPU通過不斷查詢I/O設備的狀態(tài)來決定是否進行數(shù)據(jù)傳輸；程序查詢方式的優(yōu)缺點。程序中斷方式：程序中斷的概念，中斷源、中斷向量、中斷響應和中斷處理過程；程序中斷方式的工作原理和特點，與程序查詢方式的比較。DMA方式：直接存儲器存取（DMA）的概念，DMA控制器的組成和工作原理；DMA方式的數(shù)據(jù)傳輸過程，與程序中斷方式的比較。常用輸入輸出設備：鍵盤、鼠標、顯示器、打印機等設備的工作原理和接口技術，如鍵盤的掃描碼、鼠標的串行通信接口、顯示器的顯示原理和打印機的打印控制等。3.教學方法講授法：講解輸入輸出系統(tǒng)的基本概念、工作方式和常用設備的工作原理。動畫演示法：通過動畫演示程序查詢方式、程序中斷方式和DMA方式的數(shù)據(jù)傳輸過程，幫助學生理解。案例分析法：結合實際的計算機系統(tǒng)，分析輸入輸出系統(tǒng)在不同應用場景下的工作方式和性能特點。三、教學資源1.教材：[教材名稱]，[作者]，[出版社]，[出版年份]2.參考書籍[參考書籍1名稱]，[作者]，[出版社]，[出版年份][參考書籍2名稱]，[作者]，[出版社]，[出版年份]3.多媒體課件：制作詳細的PPT課件，包含教學內容的文字、圖片、圖表、動畫等，便于學生理解。4.實驗設備：計算機組成原理實驗箱、示波器、邏輯電平測試筆等，用于開展實驗教學。四、教學方法與手段1.教學方法講授法：系統(tǒng)講解課程的基本概念、原理和知識點。練習法：通過布置課堂練習和課后作業(yè)，讓學生鞏固所學知識，提高解題能力。討論法：組織學生討論一些熱點問題或難點問題，培養(yǎng)學生的思維能力和團隊合作精神。案例分析法：結合實際案例，分析計算機組成原理在實際系統(tǒng)中的應用，提高學生的實際應用能力。實驗法：安排實驗教學，讓學生通過動手實踐，加深對理論知識的理解，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。2.教學手段多媒體教學：利用PPT課件、視頻、動畫等多媒體資源，豐富教學內容，提高教學效果。網(wǎng)絡教學平臺：利用網(wǎng)絡教學平臺發(fā)布教學資料、作業(yè)、測試等，方便學生自主學習和交流。五、教學評價1.平時成績（30%）課堂表現(xiàn)（10%）：包括出勤情況、課堂參與度、回答問題等。作業(yè)完成情況（10%）：認真批改學生的課后作業(yè)，根據(jù)作業(yè)的完成質量和準確率進行評分。實驗成績（10%）：根據(jù)學生在實驗中的操作技能、實驗報告完成情況等進行評分。2.期末考試成績（70%）：采用閉卷考試的方式，考查學生對課程知識的掌握程度和綜合應用能力?？荚囶}型包括選擇題、填空題、簡答題、計算題和設計題等。六、教學進度安排|周次|教學內容|學時||||||1|計算機系統(tǒng)概述|2||2|數(shù)據(jù)的表示與運算（數(shù)制與編碼）|2||3|數(shù)據(jù)的表示與運算（數(shù)據(jù)表示與定點數(shù)運算）|2||4|數(shù)據(jù)的表示與運算（浮點數(shù)運算）|2||5|運算器|4||6|控制器（指令周期與控制器組成）|4||7|控制器（微程序控制器）|2||8|存儲器（存儲器分類與層次結構）|2||9|存儲器（隨機存取存儲器與只讀存儲器）|2||10|存儲器（存儲器擴展與Cache存儲器）|2||11|輸入輸出系統(tǒng)（輸入輸出系統(tǒng)基本概念與程序查詢方式）|2||12|輸入輸出系統(tǒng)（程序