计算机组成原理教案

123456789 教案 授课班级：计算机科学___ 26前言28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29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。31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32分研究型教学内容。33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34及翻转课堂等，并充分利用慕课、微课等电子资源。 56目录 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【精【精品文档】U230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236图1课程内容之间的关系图2381.1教学目的和要求2391、教学目标243掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。 246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。：2481.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249和趋势。2502.能够运用计算机组成的基本原理和方法，对计算机硬件系统中的实际问题进行251分析、计算和设计。和适应学科发展的能力。2532、教学要求254(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255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。256(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257部件的能力。258(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259的基本能力。2601.2教学手段和教学方法2611.2.1教学手段262(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263兴趣。267(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268实验教学的效率。270能力。271(6)利用网络教学平台进行翻转教学和混合式的教学。 2721.2.2教学方法273(1)启发式和研究型的教学方法述硬件的构成和原理比较抽象，279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。280(2)任务驱动式的教学法283正、反馈，提高学习效率。284(3)理论与实践相结合285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，287外，采用仿真的方法，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289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290路和程序的设计、调试，达到课程的教学目标。2911.3把前沿内容引进课堂294RISC；5)MIPS等。 2951.4教材与参考资料296教材：唐朔飞．计算机组成原理．北京：高等教育出版社，2011．297主要参考资料：[2]唐朔飞．计算机组成原理：学习指导与习题解答．北京：高等教育出版社，[4]薛胜军．计算机组成原理学习指导与实验．武汉：华中科技大学出版社，[5]PattersonDA，HennessyJL．ComputerOrganizationandDesign：TheHardwareSoftwareInterfaceChinaMachinePress06．2981.5教学内容和安排知识点知识点冯诺依曼结构计算机硬件系统的基本组成和指令的执行过程计算机系统层次结构进位计数制及其相互转换方定点小数和整数的表示，表示定点数的移位运算、原码及补念与检测方法定点乘法运算的工作原理ALU的功能、设计方法和工作原理浮点数的表示和规格化表示方主存储器的技术指标与存储系统的分类、层次化结构特点SRAMDRAM的组成和工作原理flash只读存储器的组成和工作原理主存储器与CPU的连接的方法的组成和工作原理Cache的基本工作原理，序号知识单元(章节)1计算机系统概论2运算方法和运算器3存储器及存储系统推荐学时2要求掌握 Cache和主存之间的映射方式,替换策略456指令系统总线系统虚拟存储器概念，理解段式、页式、段页式虚拟存储器的工作原理,替换策略指令的基本格式及各个组成部分的功能指令字扩展的方法指令和数据的寻址方式典型指令的指令周期，能够用方框语言表示指令周期时序产生器的功能和工作原理微程序控制器的工作原理和设计方法硬布线控制器的组成和工作原理流水线的工作原理总线的功能、组成及性能指标集中仲裁方式和分布仲裁方式同步定时方式异步定时方式总线的控制方式和总线的通信式4478输入输出系统法IO程序中断通道方式的基本原理运算方法和运算器存储器及存储系统指令系统微程序设计8了解 3001.5.1课堂教学内容及安排3011)计算机系统概论(2学时)302(1)．教学内容点，计算机的工作过程，304计算机的层次结构。305(2)．基本要求309(3)理解计算机系统层次结构的定义。310(3)．重点和难点组成和特点。3132)运算方法和运算器(10学时)314(1)．教学内容ALU。316(2)．基本要求318校验码的表示方法。种机器 320码的特点和数的表示范围。③掌握定点数的移位运算、原码及补码加减运算的方法、溢出的概念与检测方法。原理。解浮点运算器的组成和原理。328(3)．重点和难点算法。运算器的工作原理和设计方法。3313)存储器及存储系统(10学时)332(1)．教学内容334的连接，双端口存储器，多模块存储器，高速缓冲存储器(Cache)和虚拟存储器。335(2)．基本要求储器的技术指标与存储系统的分类、层次化结构特点。模块存储器的组成和工作原理。342策略的优缺点。 344种替换策略的特点。345(3)．重点和难点特点。3484)指令系统(4学时)349(1)．教学内容351RISC的基本概念。352(2)．基本要求356(3)．重点和难点。3595)中央处理器(10学时)360(1)．教学内容CPU路的功能和基本结构，控制362器的功能和工作原理，指令流水线的基本概念。 363(2)．基本要求指令周期，能够用方框语言表示指令周期。方法。370(3)．重点和难点3736)总线系统(2学时)374(1)．教学内容和定时，总线标准。376(2)．基本要求381(3)．重点和难点 3847)输入输出系统(8学时)385(1)教学内容387(2)基本要求391(3)重点和难点和系统进行信息交换的原理、接口组成。3941.5.2实践教学及安排6周周三(4.15)7周周三(4.22)9周周三(5.6)10周周三(5.13)12周周三(5.27)13周周三(6.3)15周周三(6.17)存储器及存储系统基础汇编语言微程序验证实验微程序设计实验246 397实验内容介绍：3981)运算器实验I399实验目的：401部结构及工作时序，观察运算器运算的结果对状态标志的影响。402实验内容：4042)运算器实验II405实验目的：408式，深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等诸项知识。409实验内容：410①寄存器的立即数赋值；411②寄存器算数运算；412③逻辑运算413④移位运算414⑤联合移位运算4153)．存储器及存储系统416实验目的：417在教学计算机上设计、实现并调试出存储器容量扩展的实验内容。要求：4181)理解计算机内存储器的功能、组成知识；4192)掌握静态存储器芯片的读写原理及其组成教学计算机存储器系统的方法(即字、420位扩展技术)，控制其运行的方式；421实验内容：422①要完成存储器容量扩展的教学实验，需为扩展存储器选择一个地址，并注意读 RAMEEPROM425列芯片)在读写上的异同；427果是否正确；429读写，用D命令查看结果是否正确；如不正确，分析原因，改写程序，重新运430行。4314)．基础汇编语言程序设计432实验目的：437实验内容：438①学习联机使用TH-union教学实验系统和仿真终端软件PCEC.440命令修改存储器内容；4435)．微程序验证实验器指令的控制流程；447实验内容： 看懂TH-union教学计算机的功能部件组成和线路逻辑关系，然后分析教学计449算机中已经设计好并正常运行的几条典型指令(例如，ADD、MVRR、OUT、MVRD、450JRC、CALA、RET等指令)的功能、格式和执行流程，注意各操作功能所对应的控制51信号的作用。4526)．微程序设计实验454实验内容：455设计实验系统中不存在的机器指令，写出其指令格式、各个字段的含义、功能456描述，并在教学计算机上进行调试，验证其正确性。4577)．输入输出系统458实验目的：459加深理解计算机系统中断工作的原理及处理过程。学习和掌握中断产生、响应、处460理等技术；461实验内容：464②确定中断向量表地址。中断向量表的高12位由数据开关确定为(0010断请求且被响应后，将执行存放在该中断的中断向量所指向的内存区的467指令。470算偏移量，直接输入要转向的绝对地址即可。471④编写中断服务程序。中断服务程序可以放在中断向量表之后，中断服务472程序可实现在程序正常运行时在计算机屏幕上显示与优先级相对应的不473同字符； 474⑤写主程序。可编写一死循环程序，要求先开中断。4751.6研究型教学476计算机组成原理研究性教学是针对《计算机组成原理》的理论和实验教学内容的477拓展和延伸，是计算机组成原理教学的重要环节。478研究性教学的指导思想是在本课程理论和基本实验的基础上，创造学生独立思考479和工程设计的实践环境，使学生在掌握计算机各部件的基本结构和工作原理的基础480上，帮助同学建立计算机时间-空间和整机系统的概念，培养学生的实验操作能力和分481析解决问题能力。通过研究性教学，开阔学生对计算机领域的知识面，尤其是硬件领482域；了解硬件设计的基本工具和基本知识，掌握计算机硬件的设计方法，加深对计算483机系统的认识。4841.6.1研究性教学训练载体的设计485配合理论教学和实验，在考虑学生的能力和时间的情况下，本课程安排了综合性研究研究内容及要求设计一个容量为芯片(芯片容量自定)址范围(用十六进制相关知识点交叉存储器结构和存储器并行工作原译码电路设计地址、数据和控制专题名称 研究微程序控制器的机器指令和微程序的关系，微程序和第10章术。研究机器指令格微指令微命令的关计式和微程序的关系，对多种寻址方式的指令，设计相应的微程系，微程序的设计方法，控制器的结级中断系统的计算机系统中断工作的原理，中断产生、响应、处理等的设计方法，扩展7898901研究性教学的实施，需要与理论课和基础实验课程的教学密切结合。具体实施计划的详细时间见下表。学生按照教师布置的题目进行深入探讨，查阅文献资料，提交专题名称专题名称节 微程序控制器及微指中断控制器及中断服十一周第十四周第十五周4921.6.3.研究性专题指导书493研究性专题一：多体交叉存储器设计494问题的提出：495并行性是提高计算机系统效率的重要途径。交叉存储器是采用相同的存储器，利496用并行结构设计方法，提高存储器工作效率的一种特殊存储器。497交叉存储器的结构复杂，在随堂存储器扩充的基础上，展开研究性教学，便于学生拓498展知识面，提高分析问题解决问题的能力。500信号(高电平为访存，低电平为访I/O)，-WR(低电平有效)为写命令，-RD(低电平503(用十六进制数表示)。504要求：参考教材中关于交叉存储器的原理，给出系统设计方案。包括译码芯片的选择、各个芯片的工作时序设计。506考查知识点：507(1)片选信号的产生电路设计；508(2)地址锁存电路设计；509(3)数据信号线的电路设计；510(4)控制信号线的设计；511(5)交叉存储的实现。512需要注意的问题： 513(1)多体存储器是如何实现1/8存储器周期就能够读取一次数据的；514(2)各个存储器提的启动信号和地址、数据、片选信号的关系；515(3)交叉存储器并行工作原理，与普通存储器结构上的主要差别。516研究性专题二：微程序控制器和微程序设计517问题的提出：518控制器是计算机的核心，是计算机组成原理的重要内容。微程序控制器将全部519指令的每个执行步骤所需要的全部控制信号保存在微程序的控制存储器中，并在控520制信号中明确给出下一条使用的微指令的地址，这样，控制器可通过读取微程序的521控制存储器来得到指令的控制信号。微程序控制器具有结构简单、便于调试和修改522控制器功能等功能。本专题的内容为：设计存储器寻址或存储器间接寻址机器指令523的微程序，并在教学计算机上加以实现、通过调试，得到正确结果。524要求：525微程序存放在控制存储器中，控制器中的指令寄存器IR和程序计数器PC选用运算526器内部的寄存器实现，微程序的后继地址由Am2910(微程序定序器)和配套线路(微527指令转移条件判断线路、微指令地址映射部件)实现。对每一条指令，合理划分指令529考查知识点：530(1)微指令格式；531(2)微堆栈功能和使用方法；532(3)微地址形成逻辑；533(4)控制字段功能；534(5)微程序方框图535需要注意的问题：536(1)微指令转移所依据的判断条件537(2)CPU内部总线数据来源的控制538(3)控制字段中，ALU中通用寄存器的使用微程序的节拍控制540微程序控制的结构如下图所示： 微下地址微下地址/VECTCI3~CI0微程序定序器Am2910/CC/CCEN条件判断线路微命令微指令寄存器控制存储器16位32位程序计数器微地址映射部件MAPROM指令寄存器/MAP微地址PLOEIRHSCC541图2-10微程序控制器的基本组成542研究性专题三：中断控制器及中断服务程序设计543问题的提出：544中断是现代计算机中普遍采用的技术，是外设与计算机系统进行数据交换的重要途545径。中断技术的实现，既涉及中断控制器硬件电路，也涉及中断服务程序的软件编546程。本专题的内容为：分析由分立元件构成的中断控制器的工作原理，研究中断向量547的产生和排队器的实现问题，设计相应的中断服务程序实现中断嵌套。548要求：549针对分立元件构成的中断控制器的结构和工作原理，编写主程序和中断服务程550序。达到的效果如下：主程序显示某个字符，当按下某个键盘时，主程序被中551断，显示与按键所对应的另外一个字符。持续一段时间后，在回到主程序，显示552原来的字符。定义另外一个按键，使其能够在第一个按键按下时，按第二个键553时，终止第一个键显示的字符，而显示第二个键所对应的字符，实现中断嵌套。554参考教材中关于交叉存储器的原理，给出系统设计方案。包括译码芯片的选择、556考查知识点：557(1)现场和屏蔽字；【精【精品文档】558(2)中断服务程序寻址；559(3)中断嵌套；560(4)中断服务程序设计；561(5)中断向量表需要注意的问题：563(1)什么时间开中断，什么时间关中断？564(2)中断向量和中断服务程序的关系；565(3)中断嵌套的现场保护问题566由分立元件构成的中断控制器结构图如下：5681.7成绩考核569为培养学生的研究意识，提高学生学习的主动性，在本门课程的教学过程中增加570综合性研究性专题，学生利用课余时间，做出设计方案，以研究报告和实验报告的形571式，进行总结。 572研究性教学的考核，包括研究报告或实验报告，接受教师和同学提问和答疑等环573节。研究报告能够准确把握所研究的问题，全面、系统地阐述相关内容，观点新颖，574论据充分，计算正确。576堂讲授、实验、研究性专题、作业和答疑。分数比例见下表。平时平时作业,研究性专题二、章节教学设计一章计算机系统概论教学设计(1)计算机的发展与应用。(2)计算机系统的层次结构。(3)计算机的特点：快速性、通用性、准确性和逻辑性。(4)性能指标。(5)计算机的分类方法。理解冯诺依曼计算机中的五大部件在计算机系统中所起的作用，每个部件的基本(1)计算机的层次结构。(2)存储器地址和单元的关系。 5932.1.4案例596响。5972.1.5教学方法和手段5981)用视图的方法，让学生对计算机各个部件的关系和原理建立直观和形象的认识。5992)采用启发式教学法，从数字电子技术课程已经学过的对基本运算部件的控制，602控制层次。6032.1.6小结604(1)从系统的观点，理解计算机的层次结构。计算机系统由硬件和软件两大部分608统的工作过程，明确软件，硬件在计算机系统中的地位和作用。的发展计算机的常用指标会不断的提高。(3)组成原理是讲解计算机的一般组成方法，而不是针对某一类计算机而言。6112.1.7作业6121.2计算机系统从功能上可划分为哪些层次？各层次在计算机系统中起什么作613用？6141.5冯.诺依曼计算机体系的基本思想是什么？按照此思想设计的计算机硬件系6161.11.指令和数据都存于存储器中，计算机如何区分它们？【计算机内部由哪两617种信息在流动？它们彼此有什么关系？】 6182.2第二章计算机的发展及应用教学设计6192.2.1教学内容介绍620(1)计算机的发展史；621(2)计算机的应用领域；622(3)计算机的展望。6232.2.2教学目的(1)了解计算机的发展史(2)了解计算机的应用领域(3)了解计算机的发展趋势6272.2.3教学方法和手段628自学6292.3第三章系统总线教学设计6302.3.1教学内容介绍631(1)总线及分类。632(2)总线特性及性能指标。633(3)总线结构:单总线结构、双总线结构和三总线结构。634(4)总线连接方式:串行传送、并行传送和分时传送。635(5)总线的控制：链式查询方式、计数定时查询方式和独立请求方式。636(6)总线的通信：同步通信和异步通信。6372.3.2教学目的638①了解总线的功能、分类、性能指标和典型的结构。 639②了解集中仲裁方式和分布仲裁方式。640③掌握总线的控制方式641④了解同步、异步、半同步通信、分离式通信方式。6422.3.3重难点分析644总线控制权后，以什么通信方式与总线进行数据交换。645总线的控制包括链式查询方式、计数定时查询方式和独立请求方式。要讲清楚他646们的工作原理和总线的控制过程，并比较它们的优缺点。链式查询方式：使用的线数647少，优先级固定不能改变，对查询链的敏感性强。计数定时查询方式：使用的线数648中，优先级容易改变，但速度比较慢。独立请求方式：使用的线数多，优先级容易改649变，速度也快。650总线的通信方式包括：同步、半同步、异步等通信方式。同步通信由统一时标控651制数据传送；异步通信采用应答方式，没有公共时钟；半同步通信方式是同步和异步652的结合。6532.3.4案例658具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传660接显示卡、网卡、声卡。6612.3.5教学方法和手段662(1)结合图片形象地演示总线的结构，帮助学生理解总线的工作原理。663(2)结合案例教学，理解总线在实际系统中的应用。 664(3)采用翻转教学的方法，留一定的时间，给同学进行讨论和提问，促进学生自665主学习和独立思考，加深对于相关知识点的理解。6662.3.6小结667总线是连接各个部件的信息传输线，总线包括：片内总线、系统总线和通信总线。668总线的性能指标包括机械特性、电气特性、功能特性和时间特性。669总线结构：单总线，双总线，三总线。671三种：包括链式查询方式、计数定时查询方式和独立请求方式。的通信方式包括：同步、半同步、异步等通信方式。6732.3.7作业6752.4第四章存储器教学设计6762.4.1教学内容介绍677存储器是现代计算机的五大组成部分之一,本章主要介绍存储器的基本工作原理。678首先从存储器概述入手，介绍存储器的分类和层次结构，通过主存的单元、地址、技术6822.4.2教学目的的基686本原理及地址交叉方法。具体要求为： 687(1)理解存储器的分类和分级结构；688(2)掌握主存储器的技术指标、基本结构和基本操作；689(3)理解半导体存储器的基本组成和工作原理；690(4)掌握主存储器组织；691(5)掌握CACHE的功能、基本原理、地址映像(直接映像方式)和替换策略；692(6)掌握多体交叉存储器的基本原理及地址交叉方法。6932.4.3重难点分析e696和低位交叉编址的多体存储器的存储原理、编址方式以及对存储带宽的影响。6982.4.4案例l702(2)存储器组织案例：通过位并联法和地址串联法实现小容量的存储芯片构成大703容量的存储空间。705连接方式和访问方式。7062.4.5教学方法和手段707(1)结合多媒体资源，形象地演示存储器的结构和访存过程，帮助学生理解存储708器的工作原理。710理论到实践，由简入难的递进理解基本原理，并掌握实际设计方法。711(3)结合实验教学，通过存储器扩展实验提高实际动手能力，掌握实践技能。 712(4)采用混合式教学，充分利用数字化教学资源包括文本、电子课件、视频等帮713助学生提高自学习能力，加深对于相关知识点的理解。7142.4.6小结715本章主要讲授存储器的分类和分级结构、主存储器的技术指标、基本结构和基本操7182.4.7作业7232.5第五章输入输出系统教学设计7242.5.1教学内容介绍726要内容是计算机输入输出系统的硬件工作原理和软件设计思路。首先介绍了输入输出系7312.5.2教学目的732本章教学的目的是通过对输入输出系统的介绍，使学生掌握计算机中信息交互过程 735(2)掌握程序查询方式的工作流程和查询接口电路的工作原理；736(3)掌握中断的基本概念、中断排队、中断向量地址的形成方法；737(4)掌握中断接口电路的工作原理和数据传输过程；738(5)掌握中断系统的构成与中断屏蔽技术；7402.5.3重难点分析、中742断排队、中断向量地址的形成方法，中断接口电路的工作原理和数据传输过程，中断屏难点：中断向量地址的形成方法，中断接口电路的工作原理和中断屏蔽技术。7452.5.4案例746(1)查询接口案例：说明在程序查询方式下，查询接口如何完成数据的交换。747(2)中断向量地址的形成案例：通过中断排队电路、中断向量地址形成部件和中748断向量表完成进入中断服务程序的方法。749(3)中断接口案例：通过中断接口电路输入数据的工作过程，描述了当中断发生751(4)中断屏蔽技术案例：通过屏蔽技术来改变中断源的优先级，从而改变CPU的752运行轨迹。753(5)DMA接口案例：通过多路外设(磁盘、磁带、打印机)申请DMA请求，描述多754路型DMA接口的工作原理。7552.5.5教学方法和手段7561，结合多媒体资源，形象地演示中断入口地址的形成过程和进入中断服务程序的7582，结合案例教学，通过查询接口案例、中断向量地址的形成案例、中断接口案例、760法。 7613，结合实验教学，通过中断实验加深了对中断接口工作原理的认识，提高实际动762手能力，掌握实践技能。7634，采用混合式教学，充分利用数字化教学资源包括文本、电子课件、视频等帮助764学生提高自学习能力，加深对于相关知识点的理解。7652.5.6小结766本章主要讲授了计算机输入输出系统的硬件工作原理和软件设计思路。包括输入输768DMA方式的硬件组成和接口的数据传输控制过程，中断的概念、中断排队、中断入口地769址的形成、中断系统的分级和中断的屏蔽技术等内容。7702.5.7作业773完成配套教材习题。77533；7772.6第六章计算机的运算方法教学设计7782.6.1教学内容介绍780效的运算方法。本章主要讨论了运算方法和运算器的工作原理。首先介绍了原码、补781码、反码和移码的表示方法，各种码制与真值间的转换关系和它们的表示范围，以及定 7862.6.2教学目的787本章教学的目的是通过对运算方法和运算器的介绍，使得学生掌握计算机中数的表788示，定点数和浮点数的加、减、乘等运算方法，定点数和浮点数的溢出判别，以及提高790(1)掌握定点数的真值、原码、补码、反码和移码的表示和相互转换方法；791(2)掌握定点数的移位运算、原码及补码加减运算以及溢出的概念与检测方法；792(3)掌握定点原码和补码的乘法运算方法；793(4)掌握浮点数的表示和规格化表示方法，浮点数的运算方法；7952.6.3重难点分析8002.6.4案例801(1)真值转换成原码、补码、反码和移码案例：通过这些案例，理解真值到各种802码制的变换以及各种码制的转换方法；804位符号法”和“二位符号法”的含义，理解运算溢出后的现象以及运算溢出的实质。805(3)定点数原码一位乘法案例：通过原码乘法运算过程描述原码的符号位和数值806为分开运算，移位是按逻辑右移进行。807(4)定点数补码一位乘法案例：通过补码乘法运算过程描述补码的符号位和数值808为一起参加运算，移位是按算术右移进行。809(5)浮点数补码加减运算案例：通过浮点数补码加减运算过程描述了对阶、尾数 810加减、规格化、舍入等过程。8122.6.5教学方法和手段8152，结合案例教学，通过真值转换成原码、补码、反码和移码案例，定点数的溢出817过程，以便尽快的掌握这些运算方法。819提高实际动手能力，掌握实践技能。8204，采用混合式教学，充分利用数字化教学资源包括文本、电子课件、视频等帮助821学生提高自学习能力，加深对于相关知识点的理解。8222.6.6小结823本章主要讲授了运算方法和运算器的工作原理。包括原码、补码、反码和移码的表8282.6.7作业830浮点数的加减乘运算等)完成配套教材习题。 8332.7第七章指令系统教学设计8342.7.1教学内容介绍837指令系统的基本框架，加深软硬件结合的理解。8382.7.2教学目的840的介绍，使学生掌握指令的一般格式、多地址指令格式和指令的扩展方法，掌握操作数841类型和操作类型，掌握指令寻址和数据寻址方式，掌握指令格式的举例。具体要求：842(1)掌握指令的一般格式，多地址指令格式和指令的扩展方法；843(2)掌握操作数类型和操作类型；844(3)掌握指令寻址和数据寻址方式；845(4)掌握指令格式的举例。8462.7.3重难点分析848型、指令的寻址和数据的寻址、指令的格式举例。8502.7.4案例851(1)指令扩展案例：定长、变长操作码的设计实例。852(2)寻址方式案例：指令寻址、数据寻址；8532.7.5教学方法和手段 855(2)理论与实践相结合：以具体的指令系统为例帮助学生理解指令系统设计的原则856以及各种指令系统产品的特点。857(3)翻转式课堂教学：由学生自主预习实际指令系统中各种寻址方式的工作原理和858特点，采用先学后教的模式，提高学生的学习能力。8592.7.6小结860本章主要讲授指令的一般格式及多地址指令格式和指令的扩展方法、操作数类型和861操作类型、指令的寻址和数据的寻址、指令的格式举例等。8622.7.7作业863配合知识点(指令的格式、操作数类型和操作类型、指令的寻址和数据的寻址等)864完成配套教材习题。8662.8第八章CPU的结构和功能教学设计8672.8.1教学内容介绍871状态寄存器等。873期、CPU周期和节拍脉冲的基准信号。指令的执行需要从指令周期、机器周期(CPU周874期)和节拍脉冲来理解。875多条指令重叠运行，构成指令流水线。8762.8.2教学目的 878②了解时序产生器的功能，掌握典型指令的指令周期，机器周期(CPU周期)和879节880拍脉冲的关系。881③了解指令流水线的工作原理*(会计算：吞吐率、加速比和效率)8822.8.3重难点分析884中断周期，发布各种微命令控制数据流按照预定的通路传送，实现对指令的控制。8872.8.4案例888把指令分为六个阶段FI、DI、CO、FO、EI、WO和FO，构成六级流水线，介889绍指令重叠的工作过程。8902.8.5教学方法和手段891(1)采用启发式教学方法，通过回顾手动方式使运算器执行R0+R1R1所涉及的用。893(2)通过图片直观地介绍取指令周期的数据流、间址周期的数据流、执行周期的894数据流和中断周期的数据流。895(3)通过具体的案例，说明流水线的工作原理。8962.8.6小结897计算机每执行一条指令都可分为三个阶段进行。即取指令-分析指令-执行指令。899存器。分析指令阶段的任务是：将指令寄存器中的指令操作码取出后进行译码，分析900其指令性质。如指令要求操作数，则寻找操作数地址。计算机执行程序的过程实际上 9022.8.7作业、24、25、26、27、289042.9第九章控制单元的功能教学设计9052.9.1教学内容介绍906(1)微操作命令的分析：包括取指令周期、间接寻址周期、执行周期和中907断周908期的微操作命令序列。909(2)控制单元的外特性：输入信号、指令寄存器、标志、来自总线的控制910信号和输出信号。911(3)多级时序系统：指令周期、机器周期、节拍和时钟周期。912(4)控制方式：包括同步控制、异步控制、联合控制和人工控制。9132.9.2教学目的914(1)理解数据通路的概念。915(2)掌握取指周期、间址周期、执行周期和中断周期的操作命令系列。916(3)理解控制器的控制方式。9172.9.3重难点分析918控制器的控制信号繁多，是本单元的教学难点。面向ALU、寄存器、存储器和IO920同阶段，其数据通路和控制信号也不同。9212.9.4案例通过非总线结构和总线结构的两个案例，分析微操作命令序列。 9232.9.5教学方法和手段924(1)结合图片，直观地介绍取指令周期、间址周期、执行周期和中断周期的控制925序列。926(2)以案例的形式，面向具体的结构，说明不同指令的控制序列。9272.9.6小结930寻址周期、执行周期和中断周期的微操作命令序列。932有统一的时钟，各个部件在同一时标下有序工作，适合设备之间速度差别不大的情况；934式：同步控制和异步控制的综合控制方式。9352.9.7作业1、129372.10第十章控制单元的设计教学设计9382.10.1教学内容介绍(1)微程序控制单元的工作原理。(2)微指令的编码方式。(3)微指令序列地址的形成。(4)微指令格式(5)静态和动态微程序设计(6)毫微程序设计(7)串行和并行微程序控制(8)组合逻辑控制单元的工作原理 947(9)微操作的节拍安排和组合逻辑控制器的设计步骤9482.10.2教学目的(1)理解机器指令与微程序的关系。(2)了解微程序控制单元结构。(3)理解微指令格式，掌握微指令的编码方式。(4)掌握微程序控制器的工作原理和设计方法。(5)理解组合逻辑控制器的组成和工作原理。9542.10.3重难点分析955重点是对相容性和相斥性的理解，微指令的编码方式；难点是微指令地址的形成。9562.10.4案例ALDA9592.10.5教学方法和手段960(1)采用启发式教学方法，说明传统上由硬件电路产生的微操作控制信号可以通961过软件设计的方法-微程序来实现，进而得到结论：软硬件之间没有严格的界限。从实962际的例子说明微程序的开发方法，并配合我们自己用Java语言设计的仿真环境，引导963学生进行微程序的设计。964(2)通过实验系统，使学生通过对十六教学计算机对机器指令的设计、调试，理965解微程序控制的设计方法。966(3)通过研究型学习，以教学计算机实验平台为基础，拓展思路，提出系统中没析问题和解决问题的能力。 三、教学单元设计 2、多媒体教学：视频资源(计算机各部件的工作原理)本组成，引入计算机的五大组成与本章运算方法和运算1、无符号数和有符号数：介绍机器数与真值、原码表示、补码表示、反码和移码及各种码制对应的真值范围。 课程复习定点数和浮点表示，移位、1、课堂讲授电子教案结合混合式教学(视频资源：定点数与浮点数的补码加课程复习点数乘法运算。 2、原码的两位乘法运算：符号位和数值分开运算，移位采用补码右移，被乘数采运算，移位采用补码右移。2、案例教学：定点数原码一位乘法案例和定点数补码一位乘法案例说明原码、补运算方法。1、浮点数的加减运算：介绍浮点数加减运算中的对阶、尾数加减、规格