《计算机组成原理》教案(48学时)Word格式文档下载.doc

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考核方式

考试（√）考查（）

课程教学

总学时数

48学时

学分数

3学分

学时分配

理论讲授：

　48　学时实验（践）：

　　　学时上机：

　　　学时

基本教材与主要参考资料：

《计算机组成原理》（第五版）白中英主编，科学出版社，2013.03。

《计算机组成与结构》（第五版）王爱英主编，清华大学出版社2013.01。

课程目标：

本课程旨在让学生熟悉运算器、存储器、控制器等部件的构成原理、功能和作用，以便更好地开发和利用硬件资源，提高计算机的利用效率。

课程的目的：

1、熟悉计算机组成结构、原理、功能、作用。

2、理解计算机硬件与软件之间的关系。

3、为计算机系统的学习和应用打下良好的基础。

教学重点及难点：

教学重点：

运算器、存储器、控制器等部件的构成原理、功能和作用，及各部件之间协调工作。

难点：

运算器和控制器的功能、组成及工作原理

注：

表中（）选项请打“√”。

附件3：

章节或分次（课时）教案

　　　计算机组成原理　课程授课教案

周次

1

课次

课时

2

课型

√理论课□讨论课□实验课□习题课□其他

章节

名称

　第1章计算机系统概论

教学目的及要求：

目的：

掌握计算机硬件系统和软件系统的组成与功能

了解计算机系统的五级层次结构

要求：

从不同的角度理解并掌握计算机硬件系统结构

教学重点与难点：

重点：

计算机硬件系统结构

计算机系统层次结构

教学方式方法、手段：

讲授法、归纳法

辅助手段：

图表法

教学过程：

一、计算机硬件系统

如图1.1和图1.2所示

图1.1计算机系统

图1.2计算机各硬件之间的通路

二、计算机软件系统

如图1.1和图1.3所示

图1.3计算机语言

三、计算机系统层次结构

级别

说明

第5级

高级语言级

第4级

汇编语言级

第3级

操作系统级

第2级

机器语言级

第1级

微程序级（硬件级）

讨论、练习、作业：

无

教学反思：

能够清晰地讲解课程的重点、难点，内容讲解透彻、层次清晰、逻辑性强、信息量大，时间分配合理，师生互动效果良好，板书工整。

参考书目资料：

《计算机组成与结构》（第五版）王爱英著，清华大学出版社2013.01

填表说明：

1.每项页面大小可自行添减，一次课（二或三节）写一份上述格式教案。

重复班只填写一份。

2.课次为授课次序，填1、2、3……等。

　2.1数据的表示

掌握数制及数制之间的转换方法

掌握带符号数的四种编码表示方法及其相互转换

熟练进行数制转换、编码转换

原码、反码、补码、移码之间的相互转换

带符号定点数的四种编码与真值之间的转换

一、数制及其转换方法

（一）数制

数制

基本数码

位系数Ki

基数

位权

位值

权展开式

十进制

0～9

10

10i

Ki*10i

二进制

0、1

2i

Ki*2i

八进制

0～7

8

8i

Ki*8i

十六进制

0～9、A～F

16

16i

Ki*16i

（二）数制之间的转换（等值、相互）

1.十进制与N进制之间的转换（N为2、8、16）

1）十进制<

－N进制（按权相加法）

即将N进制数的权展开式写出来，然后用十进制的运算规则进行运算，最后相加得到的和，即为该N进制数转换到的等值十进制数。

2）十进制－>

N进制

（1）整数部分（除基逆取余，商为零止）

用该十进制的整数部分，除以要转换到的进制的基数，除到商为零时停止，然后按逆序取每次得到的余数，即为该十进制数转换到的等值N进制数。

（2）小数部分（乘基顺取余，达精度止）

用该十进制的小数部分，乘以要转换到的进制的基数，乘到满足精度要求为止，然后按顺序取每次得到的整数，即为该十进制数转换到的等值N进制数。

2.二进制与2m进制之间的转换（m为3、4）

1）二进制<

－2m进制（m位变1位）

对二进制数以小数点为界，向左右两侧进行分组，每m位为1组，1组转换成1位2m进制的数。

2）二进制－>

2m进制（1位变m位）

用除基逆取余法，将1位2m进制的数转换成m位二进制数。

二、带符号定点数的编码表示及其相互转换

（一）定点数的概念（小数点位置固定的数，表示时可省略小数点）

1.定点整数：

小数点位置固定在数值位的末尾

2.定点小数：

小数点位置固定在数值位的前面

3.定点数表示方法

类别

符号位

数值位

定点整数

Xn

Xn-1Xn-2……X1X0

N位定点整数

定点小数

X0

X-1X-2……X-（m-1）X-m

M位定点小数

（二）带符号定点数的编码表示（适用于定点整数和定点小数）

1.带符号数的机器码

1）真值：

带“＋、－”号的数

2）符号数值化：

即用0和1表示“＋、－”号

3）用二进制数表示

4）有四种编码方式：

原码、反码、补码、移码

2.原码（符号位连接绝对值的数值位|X|）

[X]原=0|X|，X>

[X]原=1|X|，X<

定点字节整数原码表示数的范围如表2.2所示，范围为：

－（28-1-1）～＋（28-1-1），则n位定点整数原码表示数的范围为：

－（2n-1-1）～＋（2n-1-1），其中＋0和－0的原码是不相同的。

二进制数

原码范围

反码范围

补码范围

个数

00000000

＋0

128个

正数

……

01111111

＋127

10000000

－0

－127

－128

负数

11111111

－1

3.反码（负数的反码为其原码数值位按位取反，符号位不变）

[X]反=0|X|，X>

[X]反=1，X<

定点字节整数反码表示数的范围如表2.2所示，范围为：

－（28-1-1）～＋（28-1-1），则n位定点整数反码表示数的范围为：

－（2n-1-1）～＋（2n-1-1），其中＋0和－0的反码是不相同的。

4.补码（负数的补码为其反码数值位末位加1，符号位不变）

[X]补=0|X|，X>

[X]补=1（+1），X<

定点字节整数补码表示数的范围如表2.2所示，范围为：

－28-1～＋（28-1-1），则n位定点整数补码表示数的范围为：

－2n-1～＋（2n-1-1），其中＋0和－0的补码是相同的。

5.移码（也叫增码，移码为其补码符号位取反，数值位不变）

[X]移=1|X|，X>

[X]移=0（+1），X<

移码只用来表示浮点数阶码，只进行加减运算。

（三）带符号定点数的编码之间的转换

1.正数的原码、反码和补码是一样的，符号位固定为0

2.负数的原码、反码和补码关系为：

1）符号位固定为1

2）负数的反码为其原码数值位按位取反，符号位不变

3）负数的补码为其反码数值位末位加1，符号位不变

4）负数的原码为其补码数值位末位减1再变反，或者补码数值位变反末位加1，符号位不变

3.移码和补码的关系为：

移码为补码符号位取反，数值位不变

62页第1、2题

3

　2.2定点加法、减法运算

熟练掌握用补码定点加法、补码定点减法运算的方法

熟练进行定点加法运算、定点减法运算

定点加法、减法运算

定点加法、减法运算方法

一、定点加法运算

（一）补码加法

1.公式：

[X]补＋[Y]补=[X＋Y]补（mod2n+1）

2.例题：

27页例11和例12题

（二）补码加法溢出检测方法

1.溢出的概念：

超出所能表示数的范围

2.溢出检测方法

（1）双符号位法：

也称变形补码法

两个加数X和Y分别用双符号位补码进行运算，00表示正数，11表示负数，若相加结果两符号位相同，则没有溢出，否则有溢出，10表示负溢，01表示正溢。

溢出标志V＝Sf1⊕Sf2

例题：

29页例17和例18

（2）单符号法

两个加数X和Y分别用单符号位补码进行加法运算，0表示正数，1表示负数，若相加结果最高数值位进位标志C0和符号位进位标志Cf不一致，则有溢出，否则无溢出。

溢出标志V＝Cf⊕C0

（四）基本的二进制加法/减法器

1.一位全加器

2.n位串行（行波）进位加法器

二、定点减法运算

1.公式：

[X－Y]补=[X]补＋[－Y]补

2.[－Y]补的求法：

将[Y]补所有位（包括符号位）变反，末位加1。

此过程叫做求补运算，不是求补码。

3.例题：

28页例13和例14题

62页第5、6题