教案计算机原理.docx

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教案计算机原理

《计算机原理》教案

周次

第1周、第1次课

备注

章节名称

第1章计算机系统概述

授课方式

课堂讲授

教学时数

2节

教学目的及要求

1通过这一章的学习，了解计算机系统硬软件的组成和它们的层次关系；

②计算机硬件系统的5个功能部件及其功能计算机硬件的主要的技术和性能指标计算机系统的体系结构、组成

教学内容提要

教学重点

计算机硬件系统的5大功能部件

教学难点

计算机硬件系统的5大功能部件

讨论、练习、作业

习题1.1－1.2

参考资料

第一章：

计算机系统概述

一、计算机系统的基本组成和它的层次结构

构成计算机硬件和软件的6个层次

二、计算机硬件系统的5个功能部件及其功能

三、计算机硬件的主要的技术和性能指标

a）计算机字长

计算机普遍使用二进制，只有0和1两个值，相邻数位之间采用“逢二进一”的规则处理，在计算机系统内部，通常选用多少个二进制位来表示一个数据或一条指令是一个关键技术指标，例如16位、32位或者64位，这个位数被称为计算机字长。

b）CPU速度

衡量CPU速度，通常有两种方式。

第一种方式使用CPU主频。

第二种方式使用CPU每一秒钟能执行的指令条数，单位是MIPS。

c）存储容量

计算机中的存储器通常包括内存储器和外存储器两大类。

四、算机系统的体系结构、组成和实现概述

a）计算机的体系结构

通常是指涉及机器语言或者汇编语言的程序设计人员所见到的计算机系统的属性，更多说的是计算机的外特性，是硬件子系统的结构概念及其功能特性。

b）计算机组成

是在依据计算机体系结构确定并且分配了硬件子系统的概念结构和功能特性的基础上，设计计算机各部件的具体组成、它们之间的连接关系、实现机器指令级的各种功能和特性。

c）计算机实现

是计算机组成的物理实现。

《计算机原理》教案

周次

第1周、第2次课

备注

章节名称

第二章：

数据表示和运算方法

（一）

授课方式

课堂讲授

教学时数

2节

教学目的及要求

通过这一章的学习，熟悉二进制数与十进制数、八进制和十六进制之间的转换；

教学内容提要

教学重点

二进制与十进制之间互换

教学难点

二进制与十进制之间互换

讨论、练习、作业

习题2.3－2.4

参考资料

第二章节：

数据表示和运算方法

一、进制码与不同进制数之间的转换

1、十进制到二进制数的转换

十进制与二进制数的转换要分为整数与小数两种情况分别转换。

整数的转换：

采用除2取余，高位至下，直到商为0时结束。

小数的转换：

采用乘2取整，高位至上，位数达到要求或小数部分为0时结束。

例：

　用2辗转相除至结果为1，将余数和最后的1从下向上倒序写，就是结果。

　例如302转换为二进制数

　　302/2=151余0

　　151/2=75余1

　　75/2=37余1

　　37/2=18余1

　　18/2=9余0

　　9/2=4余1

　　4/2=0余0

　　2/2=1余0

　　1/2=0余1

　　故二进制为100101110

2、二进制到十进制数的转换

二进制到十进制数的转换通常按公式（2、2）对二进制数各位的实际值累加求和完成。

例：

（10110）2=1×24+0×23+1×22+1×21+0×20=22

3、八进制到二进制数的转换

因为23=8，故1个八进制位对应3个二进制位，可以把1个八进制位数的整数部分和小数部分的每一位分别转换成3个二进制数。

4、二进制到八进制数的转换

因为23=8，故3个二进制位对应1个八进制位，可以从小数点位置分别向左和向右把每3位二进制数划分为一组，并转换成1位八进制数。

注意：

小数部分分组时若低位不足3位时要用0补足，否则会出错。

5、十六进制到二进制数的转换

因为24=16，故1个十六进制位对应4个二进制位，可以把1个十六进制数的整数的整数部分和小数部分的每一位分别转换成4位二进制数。

6、二进制制到十六进数的转换

因为24=16，故4个二进制位对应1个十六进制位，可以从小数点位置分别向左和向右把每4位二进制数划分为一组，并转换成1位十六进制数。

注意：

小数部分分组时若低位不足4位要用0补足，否则会出错。

7、八、十六到十进制数的转换

按照公式2、2的规定，用对各位实际值累加求和的方法完成。

8、十到八、十六进制数的转换

可先将十进制数转换为二进制，再转换成对应的八、十六进制数；也可以将1个十进制数直接转换为对应的八进制或十六进制，例如对整数，采用除8取余、高位在下的原则得到八进制数；或采用除16取余、高位在下的原则得到十六进制数。

《计算机原理》教案

周次

第1周、第3次课

备注

章节名称

第二章：

数据表示和运算方法

（二）

授课方式

课堂讲授

教学时数

2节

教学目的及要求

通过这一章的学习，掌握原码、反码和补码的基本概念和定义，并能熟练完成定点数的原码、反码和补码之间的转换；并熟悉浮点数在计算机内的表示方法。

教学内容提要

教学重点

定点数的原码、反码和补码之间的转换；

教学难点

定点数的原码、反码和补码之间的转换；

讨论、练习、作业

习题2.6－2.7

参考资料

二、定点数在计算机内的表示与转换

定点数

定点数是指小数点固定在某个位置上的数据，一般有小数和整数两种表示形式。

定点小数是把小数点固定在数据数值部分的左边，符号位的右边；整数是把小数点固定在数据数值部分的右边。

我们在前面讨论的数据都是定点数。

1.原码、反码、补码

我们已经知道计算机中，所有数据最终都是使用二进制数表达。

我们也已经学会如何将一个10进制数如何转换为二进制数。

不过，我们仍然没有学习一个负数如何用二进制表达。

比如，假设有一int类型的数，值为5，那么，我们知道它在计算机中表示为：

00000000000000000000000000000101；5转换成二制是101，不过int类型的数占用4字节（32位），所以前面填了一堆0。

现在想知道，-5在计算机中如何表示？

在计算机中，负数以其正值的补码形式表达。

什么叫补码呢？

这得从原码，反码说起。

原码：

一个整数，按照绝对值大小转换成的二进制数，称为原码。

比如00000000000000000000000000000101是5的原码。

反码：

将二进制数按位取反，所得的新二进制数称为原二进制数的反码。

取反操作指：

原为1，得0；原为0，得1。

（1变0;0变1）

比如：

将00000000000000000000000000000101每一位取反，得11111111111111111111111111111010。

称：

11111111111111111111111111111010是00000000000000000000000000000101的反码。

反码是相互的，所以也可称：

11111111111111111111111111111010和00000000000000000000000000000101互为反码。

补码：

反码加1称为补码。

也就是说，要得到一个数的补码，先得到反码，然后将反码加上1，所得数称为补码。

比如：

00000000000000000000000000000101的反码是：

11111111111111111111111111111010。

那么，补码为：

11111111111111111111111111111010+1=11111111111111111111111111111011

所以，-5在计算机中表达为：

11111111111111111111111111111011。

转换为十六进制：

0xFFFFFFFB。

三、浮点数在计算机内的表示

浮点数

浮点数是指小数点位置可浮动的数据，通常以下式表示：

N=M*RE

其中，N为浮点数，M（mantissa）为尾数，E（exponent）为阶码，R（radix）称为“阶的基数（底）”，而且R为一常数，一般为2、8或16。

在一台计算机中，所有数据的R都是相同的，于是不需要在每个数据中表示出来。

因此，浮点数的机内表示一般采用以下形式:

Ms是尾数的符号位，设置在最高位上。

E为阶码，有n+1位，一般为整数，其中有一位符号位，设置在E的最高位上，用来表示正阶或负阶。

M为尾数，有m位，由Ms和M组成一个定点小数。

Ms=0，表示正号，Ms＝1，表示负号。

为了保证数据精度，尾数通常用规格化形式表示：

当R＝2，且尾数值不为0时，其绝对值应大于或等于（0.5）10。

对非规格化浮点数，通过将尾数左移或右移，并修改阶码值使之满足规格化要求。

假设浮点数的尾数为0.0011，阶码为0100（设定R=2），规格化时，将尾数左移2位，而成为0．1100，阶码减去（10）2，修改成0010，浮点数的值保持不变。

当一个浮点数的尾数为0（不论阶码是何值），或阶码的值比能在机器中表示的最小值还小时，计算机都把该浮点数看成零值，称为机器零。

根据IEEE754国际标准，常用的浮点数有两种袼式：

（1）单精度浮点数（32位），阶码8位，尾数24位（内含1位符号位）。

（2）双精度浮点数（64位），阶码11位，尾数53位（内含1位符号位）。

在多数通用机中，浮点数的尾数用补码表示，阶码用补码或移码表示。

《计算机原理》教案

周次

第1周、第3次课

备注

章节名称

第二章：

授课方式

课堂讲授

教学时数

2节

教学目的及要求

1.了解文字和多媒体信息的表示的基本概念；

2.理解检错纠错编码的用途，能够区分几种常见的校验码。

3.掌握运用定点数的补码加减法运算规则进行基本的运算和溢出检查的方法；

教学内容提要

教学重点

定点数的补码加减法运算

教学难点

定点数的补码加减法运算

讨论、练习、作业

习题2.10－2.11

参考资料

四、文字和多媒体信息的表示与编码

1、西文字符的编码

西文是由拉丁字母、数字、标点符号及一些特殊的符号所组成的，它们统称为“字符”（character），主要用于外部设备和计算机之间的信息交换。

所有字符的集合叫做“字符集”。

2、汉字的编码

汉字输入码、汉字内码、汉字字形码（输出码）

3、多媒体信息的编码

图的编码表示：

一幅图在计算机内部有两个表示方式：

“图像（image）”方式和“图形（graphics）”方式

声音的编码表示：

计算机处理的声音可以分为3种：

一种是语音，即人的说话声；第二种是音乐；即各种乐器演奏出的声音；第三种是效果声，如掌声、打雷、爆炸等声音。

在计算机内部可以用波形法和合成法两种方法表示声音。

所有的声音都可以用波形法来表示，但更多用于语音和效果声，对于音乐声，则用合成法表示更好一些。

视频信息的编码表示：

视频获取设备将视频信号转换为计算机内部表示的二进制数字信息的过程被称为视频信息的“数字化”。

视频信息的数字化过程比声音更复杂一些，它是以一幅幅彩色画面为单位进行的。

五、数据校验码

所谓校验码，又称检错码，是指具有发现某些错误或自动改正错误能力的一种数据编码方法，用于检查或纠正读写和传送数据的过程中可能出现的错误。

常见的校验码有：

奇偶校验码，海明校验码（汉明码），循环冗余校验码。

六、二进制数值数据的运算算法

1、补码加法与减法运算规则

运算规则：

加减法运算是计算机中最基本的运算，通常选用补码实现，实现的算法是：

[X+Y]补=[X]补+[Y]补（MOD2）

[X-Y]补=[X]补+[-Y]补（MOD2）

【例1】X=+0110011,Y=-0101001，求[X+Y]补

　解：

[X]补=00110011

[Y]补=11010111

[X+Y]补=[X]补+[Y]补=00110011+11010111=00001010　　注：

因为计算机中运算器的位长是固定的，上述运算中产生的最高位进位将丢掉，所以结果不是100001010，而是00001010。

2、补码减法

　[X-Y]补=[X]补-[Y]补=[X]补+[-Y]补

　其中[-Y]补称为负补，求负补的方法是：

负数的绝对值的原码所有位按位取反；然后整个数加1。

　　【例2】-7-（-10）[十进制]

解：

　-7的补码：

11111001

　　-10的补码：

11110110

-（-10）：

按位取反再加1实际上就是其负值的补码，为00001010　　-7-（-10）=-7+10=3

11111001+00001010=00000011

　　转换成十进制为3