计算机组成原理与汇编 教学大纲

第页计算机组成原理与汇编一、课程说明课程编号：090222Z10课程名称：计算机组成原理与汇编/PrinciplesofComputerCompositionandAssemblyLanguage课程类别：专业教育课程学时/学分：64/4先修课程：数字电子技术适用专业：计算机科学与技术、信息安全、物联网工程教材、教学参考书：1.唐朔飞.计算机原理(第二版).北京:高等教育出版社,2012年2.白中英.计算机原理(第三版).北京:科学出版社,2015年3.沈美明.IBMPC汇编语言程序设计(第二版),清华大学出版社,2012年4.（美）KipR.Irvine著,温玉杰译.Intel汇编语言程序设计(第四版),电子工业出版社,2012年二、课程设置的目的意义计算机原理课程从计算机部件及其行为层次上阐明电子数字计算机中央处理器（CPU）的工作原理，讲解计算机中央处理器各个组成部分的结构、功能及实现方法，最终了解和掌握计算机整机的组成和工作原理，为进一步学习计算机课程，包括计算机系统结构、计算机操作系统等等，打下必要的基础。汇编语言课程是面向机器的低级语言，通过学习汇编语言，才能真正理解计算机的工作原理和工作过程，才能深入地了解高级语言的一些概念。应用汇编语言，程序员可以直接操纵计算机的硬件，用汇编语言，才能编写出运行速度快、占有空间小的高效程序。即便是在高级语言功能非常强大的今天，一些程序设计语言不断被淘汰，新的优秀的编程语言不断出现，汇编语言仍然处于重要地位，发挥着它的重要作用，并且不能由其它语言所替代。通过本课程学习，使学生深刻理解计算机原理，建立完整的计算机系统的概念，掌握汇编指令系统，熟练编制程序，为以后系统软硬件开发应用奠定良好的基础。三、课程的基本要求知识：理解计算机系统的层次结构、计算机体系结构和计算机组成、冯·诺依曼计算机的特点；掌握总线的基本概念、总线特性及性能指标、总线结构、总线控制；熟练掌握存储器的层次结构、存储器与CPU的连接、存储器的校验、提高访存速度的措施、高速缓冲存储器磁表面存储器的记录方式；熟练掌握输入输出系统的组成、I/O与主机的联系方式、I/O与主机信息传送的控制方式接口的功能和组成、I/O接口、程序查询方式、程序中断方式、DMA方式；熟练掌握计算机的运算方法；熟练掌握CPU的结构和功能，控制单元的设计；理解计算机组织结构，中央处理器各寄存器结构、标志寄存器；熟练掌握存储器的编址与组织管理，寻址机制；熟练掌握汇编指令系统指令使用；熟练掌握循环、分支、调用等程序设计方法；熟练掌握高级宏汇编技术；熟练掌握磁盘文件系统组织和设计能力：掌握计算机原理和汇编语言程序设计方法和技术，将计算机原理和汇编语言程序设计应用软件和系统设计；用系统总线技术，培养计算机系统总线设计的能力；掌握存储器体系理念，针对具体存储器要求提出分析解决方案，提高存储器系统设计的能力；利用控制单元设计原理，学会计算机指令系统，控制器设计方法；掌握汇编语言程序设计方法，在针对具体实际问题给出汇编语言程序设计；在计算机原理和汇编语言程序设计知识的讨论中培养创新意识，提高分析、发现、研究和解决问题的能力；素质：建立计算机原理和汇编语言程序设计的观念，通过课程中的分析讨论辩论培养分析沟通交流素质，建立计算机原理和汇编语言程序设计的思维模式，提升理解计算机原理和汇编语言程序设计的基本素质。通过课外导学的模式，提升自主学习和终身学习的意识，形成不断学习和适应发展素质。四、教学内容、重点难点及教学设计章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难点教学方案设计（含教学方法、教学手段）讲课(含研讨)实践第1章计算机系统概论计算机系统的层次结构、计算机体系结构和计算机组成、冯·诺依曼计算机的特点、计算机硬件的主要技术指标22计算机系统的层次结构、冯·诺依曼计算机的特点计算机系统的层次结构、冯·诺依曼计算机的特点课程导学：用典型计算机发展历史事件和数据结合现状和发展讲解计算机原理与汇编语言程序设计的重要意义和研究内容。教学思路：由冯·诺依曼计算机的特点引入计算机系统的层次结构概念；用计算机体系结构说明计算机组成论；用对比的方法突出计算机硬件的主要技术指标。教学模式：1学时课程讲授；1学时专题讨论。第2章系统总线总线的基本概念、总线的分类、总线特性及性能指标、总线结构、总线控制22总线特性及性能指标、总线结构、总线控制。总线结构、总线控制器的功能与设计教学思路：由信息通讯引入总线的基本概念；用总线结构说明总线控制方式；用对比的方法突出总线特性及性能指标。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；1学时课程讲授；1学时典型结构分析。第3章80x86计算机组织汇编语言的特点、存储器的逻辑地址与物理地址、中央处理器结构、80x86的寄存器结构、标志寄存器22存储器的逻辑地址与物理地址、80x86的寄存器结构、标志寄存器80x86的寄存器结构和标志寄存器教学思路：由80x86的寄存器结构引入存储器的逻辑地址与物理地址概念；用二进制计算特性说明标志寄存器；用对比的方法突出汇编语言的特点。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；1学时课程讲授；1学时专题讨论。第4章存储器存储器分类、存储器的层次结构、主存的基本组成、主存的技术指标、静态RAM读时序、静态RAM写时序、动态RAM刷新、存储器与CPU的连接、存储器的校验、提高访存速度的措施、高速缓冲存储器、Cache到主存的地址映像、Cache替换算法、磁表面存储器的记录方式1082静态RAM读、写时序、动态RAM刷新、存储器与CPU的连接，存储器的校验、高速缓冲存储器磁表面存储器的记录方式存储器与CPU的连接、高速缓冲存储器、磁表面存储器的记录方式教学思路：由存储器的层次结构引入主存的基本组成和主存的技术指标；用存储器的特性说明静态RAM读时序、静态RAM写时序、动态RAM刷新；用存储器特性和CPU的结构说明存储器与CPU的连接方法；用存储器的层次结构说明提高访存速度的措施；用对比的方法突出Cache到主存的地址映像和Cache替换算法。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；5学时课程讲授；1学时典型结构分析；1学时专题讨论；1学时大型作业展示。第5章80x86的指令系统和寻址方式立即寻址方式、寄存器寻址方式、直接寻址方式、寄存器间接寻址、寄存器相对寻址方式、基址变址寻址方式、相对基址变址寻址方式、数据传送指令、算术指令、逻辑指令、串处理指令、循环指令、子程序调用和返回指令、中断指令、标志处理指令、无条件转移指令、条件转移指令88080x86的指令系统和寻址方式80x86的指令系统和寻址方式教学思路：由80x86的寄存器结构引入寻址方式概念；用汇编特性说明80x86的指令系统；用对比的方法突出80x86的指令特点。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；4学时课程讲授；1学时典型结构分析；1学时专题讨论；2学时大型作业展示。第6章输入输出系统输入输出系统的组成、I/O与主机的联系方式、I/O与主机信息传送的控制方式、接口的功能和组成、I/O接口、程序查询方式、程序中断方式、DMA方式422I/O与主机的联系方式、I/O与主机信息传送的控制方式、接口的功能和组成、输入输出控制方式I/O与主机的联系方式、I/O与主机的连接方式、输入输出控制方式教学思路：由输入输出系统的组成引入I/O与主机的联系方式；用I/O与主机信息传送的控制方式说明接口的功能和组成；用对比的方法突出程序查询方式、程序中断方式和DMA特点。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；1学时课程讲授；1学时专题讨论。第7章汇编语言程序格式汇编语言程序格式、程序运行步骤及生成的文件、伪操作（伪指令）220汇编语言程序格式、伪操作（伪指令）、汇编语言程序格式、伪操作（伪指令）教学思路：由汇编语言程序格式引入伪操作（伪指令）概念；用汇编语言特点说明伪操作特点。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；1学时课程讲授；1学时专题讨论。第8章计算机的运算方法无符号数和有符号数、原码表示法、补码表示法、反码表示法、定点表示、浮点表示、补码加减运算公式、原码一位乘运算规则、原码两位乘运算规则、Booth算法、恢复余数法、不恢复余数法、补码除法、算术逻辑单元862数的定点表示和浮点表示，定点运算乘法运算、定点运算除法运算和算术逻辑单元定点运算乘法运算、定点运算除法运算教学思路：由二进制数的表示引入原码表示法、补码表示法和反码表示法概念；用二进制数的运算规则说明补码加减运算公式、原码一位乘运算规则、原码两位乘运算规则、Booth算法、恢复余数法、不恢复余数法、补码除法；用对比的方法突出原码乘法除法运算规则、补码乘法除法运算规则特点。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；4学时课程讲授；1学时专题讨论；1学时大型作业展示。第9章指令系统机器指令、操作数类型和操作类型、寻址方式、指令格式、RISC技术220机器指令、操作数类型和操作类型、寻址方式、指令格式和RISC技术机器指令、操作数类型和操作类型、寻址方式、指令格式和RISC技术教学思路：由机器指令引入操作数类型和操作类型；用指令格式说明RISC技术；用对比的方法突出RISC指令特点。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；1学时课程讲授；1学时专题讨论。第10章循环与分支程序设计循环程序设计方法、二进制数以十六进制的形式输出、从键盘接收十进制数、从键盘接收十六进制数、多重循环、分支程序设计、折半查找算法、选择排序算法、多重分支程序设计642循环程序设计、分支程序设计循环程序设计、分支程序设计教学思路：由汇编语言程序特点引入循环程序和分支程序设计方法；用程序设计实例说明循环程序和分支程序设计技术；用对比的方法突出多重高循环程序和分支程序设计特点。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；4学时课程讲授；1学时典型结构分析；1学时专题讨论。第11章子程序结构过程定义伪操作、子程序的调用与返回、保存与恢复寄存器、通过寄存器传送参数、通过存储器传送参数、通过地址表传送参数地址、通过堆栈传送参数或参数地址、多个模块之间的参数传送642过程定义与调用、子程序的参数传送过程定义与调用、子程序的参数传送教学思路：由过程定义引入过程定义伪操作、子程序的调用与返回概念；用参数传送方式说明堆栈传送参数技术；用对比的方法突出多个模块之间的参数传送特点。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；2学时课程讲授；1学时典型结构分析；1学时专题讨论。第12章高级汇编语言技术宏汇编、重复汇编、条件汇编440宏汇编、重复汇编和条件汇编宏汇编、重复汇编和条件汇编教学思路：由汇编语言的特性引入宏汇编概念；用对比的方法突出重复汇编和条件汇编特点。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；2学时课程讲授；1学时典型结构分析；1学时专题讨论。第13章CPU的结构和功能CPU的结构、指令周期、中断系统22CPU的结构、指令周期、中断系统CPU的结构、指令周期、中断系统教学思路：由CPU的结构引入指令周期概念；用中断说明中断结构和功能；用对比的方法突出中断特点。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；1学时课程讲授；1学时专题讨论。第14章控制单元的功能操作命令的分析、组合电路的分析、常用组合电路芯片、组合电路的设计方法22组合逻辑设计、控制单元的功能组合逻辑设计、控制单元的功能教学思路：由操作命令引入组合电路概念；用组合电路理论说明组合电路芯片设计方法；用对比的方法突出组合电路的特点。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；1学时课程讲授；1学时专题讨论。第15章控制单元的设计组合逻辑控制单元、微操作的节拍安排、组合逻辑设计步骤、微程序控制单元及工作原理、微指令的编码方式（控制方式）、微指令序列地址的形成、微指令格式22组合逻辑设计、微程序设计组合逻辑设计、微程序设计教学思路：由微操作引入组合逻辑概念；用微操作的节拍安排说明组合逻辑设计；用对比的方法突出微指令序列。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；1学时课程讲授；1学时专题讨论。第16章磁盘文件系统文件分配表、文件管理功能调用、文件系统程序设计220文件管理功能调用、文件系统程序设计文件管理功能调用、文件系统程序设计教学思路：由磁盘文件结构引入文件分配表概念；用文件管理功能说明文件管理功能调用；用对比的方法突出文件系统程序设计特点。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；1学时课程讲授；1学时专题讨论。合计645410注：实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求实验名称实验内容学时基本要求求100以内的素数，以十进制形式输出。对于100的整数判断是否是素数，如果是素数，以十进制形式输出。每行输出10个数。2掌握多重循环编程，条件分支程序设计，以及数制转换技术求前100个Fibonacci数,以十进制数输出。使用递归方法求前100个Fibonacci数，以十进制形式输出。每行输出10个数。3掌握递归方法和参数传送技术，以及大数据的运算方法。存储器系统设计。给定的存储器芯片和CPU，译码器，以及其他相关芯片，对于给定存