教案(計(jì)算機(jī)原理)

《計(jì)算機(jī)原理》教案周次第1周、第1次課備注章節(jié)名稱第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述授課方式課堂講授教學(xué)時數(shù)2節(jié)教學(xué)目的及要求通過這一章的學(xué)習(xí)，了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬軟件的組成和它們的層次關(guān)系；②計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的5個功能部件及其功能計(jì)算機(jī)硬件的主要的技術(shù)和性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、組成教學(xué)內(nèi)容提要教學(xué)重點(diǎn)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的5大功能部件教學(xué)難點(diǎn)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的5大功能部件討論、練習(xí)、作業(yè)習(xí)題1.1－1.2參考資料第一章：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和它的層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件軟件主機(jī)外部設(shè)備外存儲器輸入設(shè)備輸出設(shè)備中央處理器內(nèi)存儲器運(yùn)算器控制器系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)語言處理程序服務(wù)性程序通用軟件用戶程序構(gòu)成計(jì)算機(jī)硬件和軟件的6個層次5、高級語言層5、高級語言層4、匯編語言層3、操作系統(tǒng)層2、指令系統(tǒng)層1、微體系結(jié)構(gòu)層0、數(shù)字邏輯層軟件部分硬件部分計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的5個功能部件及其功能計(jì)算機(jī)主機(jī)計(jì)算機(jī)主機(jī)CPU計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備接口線路（輸出設(shè)備）接口線路（輸入設(shè)備）運(yùn)算器部件存儲器部件控制器部件數(shù)據(jù)總路線地址總路線控制總路線計(jì)算機(jī)硬件的主要的技術(shù)和性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)字長計(jì)算機(jī)普遍使用二進(jìn)制，只有0和1兩個值，相鄰數(shù)位之間采用“逢二進(jìn)一”的規(guī)則處理，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部，通常選用多少個二進(jìn)制位來表示一個數(shù)據(jù)或一條指令是一個關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，例如16位、32位或者64位，這個位數(shù)被稱為計(jì)算機(jī)字長。CPU速度衡量CPU速度，通常有兩種方式。第一種方式使用CPU主頻。第二種方式使用CPU每一秒鐘能執(zhí)行的指令條數(shù)，單位是MIPS。存儲容量計(jì)算機(jī)中的存儲器通常包括內(nèi)存儲器和外存儲器兩大類。算機(jī)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、組成和實(shí)現(xiàn)概述計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)通常是指涉及機(jī)器語言或者匯編語言的程序設(shè)計(jì)人員所見到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，更多說的是計(jì)算機(jī)的外特性，是硬件子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)概念及其功能特性。計(jì)算機(jī)組成是在依據(jù)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)確定并且分配了硬件子系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu)和功能特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)各部件的具體組成、它們之間的連接關(guān)系、實(shí)現(xiàn)機(jī)器指令級的各種功能和特性。計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)。

《計(jì)算機(jī)原理》教案周次第1周、第2次課備注章節(jié)名稱第二章：數(shù)據(jù)表示和運(yùn)算方法(一)授課方式課堂講授教學(xué)時數(shù)2節(jié)教學(xué)目的及要求通過這一章的學(xué)習(xí)，熟悉二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制和十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換；教學(xué)內(nèi)容提要教學(xué)重點(diǎn)二進(jìn)制與十進(jìn)制之間互換教學(xué)難點(diǎn)二進(jìn)制與十進(jìn)制之間互換討論、練習(xí)、作業(yè)習(xí)題2.3－2.4參考資料第二章節(jié)：數(shù)據(jù)表示和運(yùn)算方法進(jìn)制碼與不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制到二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制與二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換要分為整數(shù)與小數(shù)兩種情況分別轉(zhuǎn)換。=1\*GB3①整數(shù)的轉(zhuǎn)換：采用除2取余，高位至下，直到商為0時結(jié)束。=2\*GB3②小數(shù)的轉(zhuǎn)換：采用乘2取整，高位至上，位數(shù)達(dá)到要求或小數(shù)部分為0時結(jié)束。例：用2輾轉(zhuǎn)相除至結(jié)果為1，將余數(shù)和最后的1從下向上倒序?qū)?，就是結(jié)果。例如302轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)302/2=151余0151/2=75余175/2=37余137/2=18余118/2=9余09/2=4余14/2=0余02/2=1余01/2=0余1故二進(jìn)制為100101110二進(jìn)制到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換通常按公式（2、2）對二進(jìn)制數(shù)各位的實(shí)際值累加求和完成。例：（10110）2=1×24+0×23+1×22+1×21+0×20=22八進(jìn)制到二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換因?yàn)?3=8，故1個八進(jìn)制位對應(yīng)3個二進(jìn)制位，可以把1個八進(jìn)制位數(shù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分的每一位分別轉(zhuǎn)換成3個二進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制到八進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換因?yàn)?3=8，故3個二進(jìn)制位對應(yīng)1個八進(jìn)制位，可以從小數(shù)點(diǎn)位置分別向左和向右把每3位二進(jìn)制數(shù)劃分為一組，并轉(zhuǎn)換成1位八進(jìn)制數(shù)。注意：小數(shù)部分分組時若低位不足3位時要用0補(bǔ)足，否則會出錯。十六進(jìn)制到二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換因?yàn)?4=16，故1個十六進(jìn)制位對應(yīng)4個二進(jìn)制位，可以把1個十六進(jìn)制數(shù)的整數(shù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分的每一位分別轉(zhuǎn)換成4位二進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制制到十六進(jìn)數(shù)的轉(zhuǎn)換因?yàn)?4=16，故4個二進(jìn)制位對應(yīng)1個十六進(jìn)制位，可以從小數(shù)點(diǎn)位置分別向左和向右把每4位二進(jìn)制數(shù)劃分為一組，并轉(zhuǎn)換成1位十六進(jìn)制數(shù)。注意：小數(shù)部分分組時若低位不足4位要用0補(bǔ)足，否則會出錯。7、八、十六到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換按照公式2、2的規(guī)定，用對各位實(shí)際值累加求和的方法完成。8、十到八、十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換可先將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的八、十六進(jìn)制數(shù)；也可以將1個十進(jìn)制數(shù)直接轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的八進(jìn)制或十六進(jìn)制，例如對整數(shù)，采用除8取余、高位在下的原則得到八進(jìn)制數(shù)；或采用除16取余、高位在下的原則得到十六進(jìn)制數(shù)。

《計(jì)算機(jī)原理》教案周次第1周、第3次課備注章節(jié)名稱第二章：數(shù)據(jù)表示和運(yùn)算方法(二)授課方式課堂講授教學(xué)時數(shù)2節(jié)教學(xué)目的及要求通過這一章的學(xué)習(xí)，掌握原碼、反碼和補(bǔ)碼的基本概念和定義，并能熟練完成定點(diǎn)數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼之間的轉(zhuǎn)換；并熟悉浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示方法。教學(xué)內(nèi)容提要教學(xué)重點(diǎn)定點(diǎn)數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼之間的轉(zhuǎn)換；教學(xué)難點(diǎn)定點(diǎn)數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼之間的轉(zhuǎn)換；討論、練習(xí)、作業(yè)習(xí)題2.6－2.7參考資料定點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示與轉(zhuǎn)換定點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)數(shù)是指小數(shù)點(diǎn)固定在某個位置上的數(shù)據(jù)，一般有小數(shù)和整數(shù)兩種表示形式。定點(diǎn)小數(shù)是把小數(shù)點(diǎn)固定在數(shù)據(jù)數(shù)值部分的左邊，符號位的右邊；整數(shù)是把小數(shù)點(diǎn)固定在數(shù)據(jù)數(shù)值部分的右邊。我們在前面討論的數(shù)據(jù)都是定點(diǎn)數(shù)。1.原碼、反碼、補(bǔ)碼我們已經(jīng)知道計(jì)算機(jī)中，所有數(shù)據(jù)最終都是使用二進(jìn)制數(shù)表達(dá)。我們也已經(jīng)學(xué)會如何將一個10進(jìn)制數(shù)如何轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。不過，我們?nèi)匀粵]有學(xué)習(xí)一個負(fù)數(shù)如何用二進(jìn)制表達(dá)。比如，假設(shè)有一int類型的數(shù)，值為5，那么，我們知道它在計(jì)算機(jī)中表示為：00000000000000000000000000000101；5轉(zhuǎn)換成二制是101，不過int類型的數(shù)占用4字節(jié)（32位），所以前面填了一堆0?，F(xiàn)在想知道，-5在計(jì)算機(jī)中如何表示？在計(jì)算機(jī)中，負(fù)數(shù)以其正值的補(bǔ)碼形式表達(dá)。什么叫補(bǔ)碼呢？這得從原碼，反碼說起。原碼：一個整數(shù)，按照絕對值大小轉(zhuǎn)換成的二進(jìn)制數(shù)，稱為原碼。比如00000000000000000000000000000101是5的原碼。反碼：將二進(jìn)制數(shù)按位取反，所得的新二進(jìn)制數(shù)稱為原二進(jìn)制數(shù)的反碼。取反操作指：原為1，得0；原為0，得1。（1變0;0變1）比如：將00000000000000000000000000000101每一位取反，得11111111111111111111111111111010。稱：11111111111111111111111111111010是00000000000000000000000000000101的反碼。反碼是相互的，所以也可稱：11111111111111111111111111111010和00000000000000000000000000000101互為反碼。補(bǔ)碼：反碼加1稱為補(bǔ)碼。也就是說，要得到一個數(shù)的補(bǔ)碼，先得到反碼，然后將反碼加上1，所得數(shù)稱為補(bǔ)碼。比如：00000000000000000000000000000101的反碼是：11111111111111111111111111111010。那么，補(bǔ)碼為：11111111111111111111111111111010+1=11111111111111111111111111111011所以，-5在計(jì)算機(jī)中表達(dá)為：11111111111111111111111111111011。轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制：0xFFFFFFFB。浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)是指小數(shù)點(diǎn)位置可浮動的數(shù)據(jù)，通常以下式表示：N=M*RE其中，N為浮點(diǎn)數(shù)，M(mantissa)為尾數(shù)，E(exponent)為階碼，R(radix)稱為“階的基數(shù)(底)”，而且R為一常數(shù)，一般為2、8或16。在一臺計(jì)算機(jī)中，所有數(shù)據(jù)的R都是相同的，于是不需要在每個數(shù)據(jù)中表示出來。因此，浮點(diǎn)數(shù)的機(jī)內(nèi)表示一般采用以下形式:Ms是尾數(shù)的符號位，設(shè)置在最高位上。E為階碼，有n+1位，一般為整數(shù)，其中有一位符號位，設(shè)置在E的最高位上，用來表示正階或負(fù)階。M為尾數(shù)，有m位，由Ms和M組成一個定點(diǎn)小數(shù)。Ms=0，表示正號，Ms＝1，表示負(fù)號。為了保證數(shù)據(jù)精度，尾數(shù)通常用規(guī)格化形式表示：當(dāng)R＝2，且尾數(shù)值不為0時，其絕對值應(yīng)大于或等于(0.5)10。對非規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)，通過將尾數(shù)左移或右移，并修改階碼值使之滿足規(guī)格化要求。假設(shè)浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)為0.0011，階碼為0100(設(shè)定R=2)，規(guī)格化時，將尾數(shù)左移2位，而成為0．1100，階碼減去(10)2，修改成0010，浮點(diǎn)數(shù)的值保持不變。當(dāng)一個浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)為0(不論階碼是何值)，或階碼的值比能在機(jī)器中表示的最小值還小時，計(jì)算機(jī)都把該浮點(diǎn)數(shù)看成零值，稱為機(jī)器零。根據(jù)IEEE754國際標(biāo)準(zhǔn)，常用的浮點(diǎn)數(shù)有兩種袼式：(1)單精度浮點(diǎn)數(shù)(32位)，階碼8位，尾數(shù)24位(內(nèi)含1位符號位)。(2)雙精度浮點(diǎn)數(shù)(64位)，階碼11位，尾數(shù)53位(內(nèi)含1位符號位)。在多數(shù)通用機(jī)中，浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)用補(bǔ)碼表示，階碼用補(bǔ)碼或移碼表示?！队?jì)算機(jī)原理》教案周次第1周、第3次課備注章節(jié)名稱第二章：授課方式課堂講授教學(xué)時數(shù)2節(jié)教學(xué)目的及要求了解文字和多媒體信息的表示的基本概念；理解檢錯糾錯編碼的用途，能夠區(qū)分幾種常見的校驗(yàn)碼。掌握運(yùn)用定點(diǎn)數(shù)的補(bǔ)碼加減法運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行基本的運(yùn)算和溢出檢查的方法；教學(xué)內(nèi)容提要教學(xué)重點(diǎn)定點(diǎn)數(shù)的補(bǔ)碼加減法運(yùn)算教學(xué)難點(diǎn)定點(diǎn)數(shù)的補(bǔ)碼加減法運(yùn)算討論、練習(xí)、作業(yè)習(xí)題2.10－2.11參考資料文字和多媒體信息的表示與編碼西文字符的編碼西文是由拉丁字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號及一些特殊的符號所組成的，它們統(tǒng)稱為“字符”（character），主要用于外部設(shè)備和計(jì)算機(jī)之間的信息交換。所有字符的集合叫做“字符集”。漢字的編碼漢字輸入碼、漢字內(nèi)碼、漢字字形碼（輸出碼）多媒體信息的編碼=1\*GB3①圖的編碼表示：一幅圖在計(jì)算機(jī)內(nèi)部有兩個表示方式：“圖像(image)”方式和“圖形(graphics)”方式=2\*GB3②聲音的編碼表示：計(jì)算機(jī)處理的聲音可以分為3種：一種是語音，即人的說話聲；第二種是音樂；即各種樂器演奏出的聲音；第三種是效果聲，如掌聲、打雷、爆炸等聲音。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部可以用波形法和合成法兩種方法表示聲音。所有的聲音都可以用波形法來表示，但更多用于語音和效果聲，對于音樂聲，則用合成法表示更好一些。=3\*GB3③視頻信息的編碼表示：視頻獲取設(shè)備將視頻信號轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示的二進(jìn)制數(shù)字信息的過程被稱為視頻信息的“數(shù)字化”。視頻信息的數(shù)字化過程比聲音更復(fù)雜一些，它是以一幅幅彩色畫面為單位進(jìn)行的。數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼所謂校驗(yàn)碼，又稱檢錯碼，是指具有發(fā)現(xiàn)某些錯誤或自動改正錯誤能力的一種數(shù)據(jù)編碼方法，用于檢查或糾正讀寫和傳送數(shù)據(jù)的過程中可能出現(xiàn)的錯誤。常見的校驗(yàn)碼有：奇偶校驗(yàn)碼，海明校驗(yàn)碼（漢明碼），循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。二進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù)的運(yùn)算算法補(bǔ)碼加法與減法運(yùn)算規(guī)則運(yùn)算規(guī)則：加減法運(yùn)算是計(jì)算機(jī)中最基本的運(yùn)算，通常選用補(bǔ)碼實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)的算法是：[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)（MOD2）[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)（MOD2）【例1】X=+0110011,Y=-0101001，求[X+Y]補(bǔ)解：[X]補(bǔ)=00110011[Y]補(bǔ)=11010111[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)=00110011+11010111=00001010注：因?yàn)橛?jì)算機(jī)中運(yùn)算器的位長是固定的，上述運(yùn)算中產(chǎn)生的最高位進(jìn)位將丟掉，所以結(jié)果不是100