《計算機組成原理》教案(48學時)

附件1:教案首頁

教案

2013?2014學年第2學期

課程編號：（2013?2014?2）?ZX1080013?08040?l

授課專業(yè)：計算機科學與技術（軟件方向）

授課班級：12計本（網絡）

任課教師：____________梁海英____________

二級學院：計算機科學與信息工程學院

教研室：物聯網工程

附件2：教案封二

課程基本信息

課程名稱計算機組成原理

必修課公共課（）專業(yè)誄（J）

課程類型

選修課限選課（V）任選課（）

授課方式理論課講授（J）實驗（踐）課（）考核方式考試（J）考查（）

課程教學

48學時學分數3學分

總學時數

學時分配理論講授：48學時實驗（踐）：______學時上機：______學時

基本教材與主要參考資料?：

《計算機組成原理》（第五版）白中英主編，科學出版社，2013.03。

《計算機組成與結構》（第五版）王愛英主編，清華大學出版社2013.01。

課程目標：

本課程旨在讓學生熟悉運算器、存儲器、控制器等部件的構成原理、功能和作用，以便更好地

開發(fā)和利用硬件資源，提高計算機的利用效率。

課程的目的：

1、熟悉計算機組成結構、原理、功能、作用。

2、理解計算機硬件與軟件之間的關系。

3、為計算機系統(tǒng)的學習和應用打下良好的基礎。

教學重點及難點：

教學重點：運算器、存儲器、控制器等部件的構成原理、功能和作用，及各部件之間協調工作。

難點：運算器和控制器的功能、組成及工作原理

注：表中（）選項請打“J”。

附件3：章節(jié)或分次（課時）教案

計算機組成原理課程授課教案

噢理引理論課□討論課口實驗課

周次1課次1課時2俅生口習題課□其他

章節(jié)

第1章計算機系統(tǒng)概論

名稱

教學目的及要求：

目的：掌握訂算機硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的組成與功能

了解計算機系統(tǒng)的五級層次結構

要求：從不同的角度理解并掌握計算機硬件系統(tǒng)結構

教學重點與難點：

重點：計算機硬件系統(tǒng)結構

難點：計算機系統(tǒng)層次結構

教學方式方法、手段：

講授法、歸納法

輔助手段：圖表法

教學過程：

一、計算機硬件系統(tǒng)

如圖1.1和圖1.2所示

算器：算術運算和邏輯運算

CPU.

制器：控制各部件協調工作

主機11、

tAM

內存jRtOM

存儲器

磁盤,存儲程序

硬件系統(tǒng)<r

光盤和數據

外存（

計算機<外設」〔U盤

......J

系統(tǒng)1|小

i入設備：外設=>CPU

I/O設備《用彳出設備；CPU—>外設

1r

操作系統(tǒng)

數據管理系統(tǒng)’’高級語言解釋程序

軟件系統(tǒng)'系統(tǒng)軟件《服務程序

高級語言編譯程序

語言處理程序〈匯編語言匯編程序

連接程序

應用軟件

X—X-、.調試程序

圖1.1計算機系統(tǒng)

圖1.2計算機各硬件之間的通路

二、計算機軟件系統(tǒng)

如圖1.1和圖1.3所示

機器語言：0、1二進制代碼構成的黯,執(zhí)行速度快可移植性

低級語言1一編語言:符號語言,經過匯編程唐陶執(zhí)行速度慢差

解釋方式解雕序

計算機

執(zhí)行的徽語言源程序=====＞結果

語言

高級語言邊解釋邊執(zhí)行

高級語言《

編譯程序連接程序

編譯方式

高級語言源程序=二二二＞目標程序==二河執(zhí)行文件二二〉結果

執(zhí)行的

編譯連接執(zhí)行

高級露

圖1.3計算機語言

三、計算機系統(tǒng)層次結構

級別說明

第5級高級語言級

第4級匯編語言級

第3級操作系統(tǒng)級

第2級機器語言級

第1級微程序級（硬件級）

討論、練習、作業(yè)：

無

教學反思：

能夠清晰地講解課程的重點、難點，內容講解透徹、層次清嘶、邏輯性強、信息量大，時間

分配合理，師生互動效果良好，板書工整。

參考書目資料：

《計算機組成與結構》（第五版）王愛英著，清華大學出版社2013.01

填表說明:

1.每項頁面大小可自行添減，一次課（二或三節(jié)）寫一份上述格式教案。重復班只填寫一份。

2.課次為授課次序，填1、2、3等。

附件3：章節(jié)或分次（課時）教案

計算機組成原理課程授課教案

習理論課□討論課口實驗課

周次1課次2課時2課型

□習題課□其他

章節(jié)

2.1數據的表示

名稱

教學目的及要求：

目的：掌握數制及數制之間的轉換方法

掌握帶符號數的四種編碼表示方法及其相互轉換

要求：熟練進行數制轉換、編碼轉換

教學重點與難點：

重點：原碼、反碼、補碼、移碼之間的相互轉換

難點：帶符號定點數的四種編碼與真值之間的轉換

教學方式方法、手段：

講授法、歸納法

輔助手段：圖表法

教學過程：

一、數制及其轉換方法

（一）數制

基本數碼

數制基數位權位值權展開式

位系數K

i

十進制1010Ki*10

i

二進制0、122，Ki*2辦*2'

i-m

n-\

八進制0?788，Ki*8，Z"

十六進制0?9、A?F1616辦,*16‘

（二）數制之間的轉換（等值、相互）

1.十進制與N進制之間的轉換（N為2、8、16）

1）十進制〈一N進制（按權相加法）

即將N進制數的權展開式寫出來，然后用十進制的運算規(guī)則進行運算，最后相

加得到的和，即為該N進制數轉換到的等值十進制數。

2）十進制一＞N進制

（1）整數部分1除基逆取余，商為零止）

用該十進制的整數部分，除以要轉換到的進制的基數，除到商為零時停止,

然后按逆序取每次得到的余數，即為該十進制數轉換到的等值N進制數。

（2）小數部分（乘基順取余，達精度止）

用該十進制的小數部分，乘以要轉換到的進制的基數，乘到滿足精度要求

為止，然后按順序取每次得到的整數，即為該十進制數轉換到的等值N進

制數。

2.二進制與2"進制之間的轉換（ni為3、4）

1）二進制<一2”進制（m位變1位）

對二進制數以小數點為界，向左右兩側進行分組，每m位為1組，1組轉換成1

位2m進制的數。

2）二進制一>2”進制（1位變m位）

用除基逆取余法，將1位2n進制的數轉換成m位二進制數。

二、帶符號定點數的編碼表示及其相互轉換

（一）定點數的概念（小數點位置固定的數，表示時可省略小數點）

1.定點整數：小數點位置固定在數值位的末尾

2.定點小數：小數點位置固定在數值位的前面

3.定點數表示方法

類別符號位數值位說明

定點整數XnXn-!Xn-2……X.XoN位定點整數

定點小數XoX-1X-2……X-(^nXFM位定點小數

（二）帶符號定點數的編碼表示（適用于定點整數和定點小數）

1.帶符號數的機器碼

1）真值：帶“十、一”號的數

2）符號數值化：即用0和1表示“十、一”號

3）用二進制數表示

4）有四種編碼方式：原碼、反碼、補碼、移碼

2.原碼（符號位連接絕對值的數值位|X）

[X]^0|X|,X>0

[X]?=1|X|,X<0

定點字節(jié)整數原碼表示數的范圍如表2.2所示，范圍為：一（2即[1）?+（28-'-1）,

則n位定點整數原碼表示數的范圍為：一（2自-1）?+（2n-,-l）,其中+0和一0的原

碼是不相同的。

二進制數原碼范圍反碼范圍補碼范圍個數

00000000+0+0+0

個

????????????????????????128

正數

01111111+127+127+127

10000000-0-127-128

128個

???????......????????????

負數

11111111-127-0-1

3.反碼（位數的反碼為其原碼數值位按位取反，符號位不變）

[X]反二0|X|,X>0

[X]反=1|右，X<0

定點字節(jié)整數反碼表示數的范圍如表2.2所示，范圍為：一（21-1）?+（28"-1）,

則n位定點整數反碼表示數的范圍為：一（2自-1）?+（2n,-l）,其中+0和一0的反

碼是不相同的。

4.補碼（負數的補碼為其反碼數值位末位加1,符號位不變）

[X]補=0|X|,X>0

[X]補=1（|右+1）,X<0

定點字節(jié)整數補碼表示數的范圍如表2.2所示，范圍為：-?+（28-'-1）,則n位

定點整數補碼表示數的范圍為：-2,一+（2nl-l）,其中+0和-0的補碼是相同的。

5.移碼（也叫增碼，移碼為其補碼符號位取反，數值位不變）

[X]M1|XRX>0

[X]?=O（|X1+1）,X<0

移碼只用來表示浮點數階碼，只進行加減運算。

（三）帶符號定點數的編碼之間的轉換

1.正數的原碼、反碼和補碼是一樣的，符號位固定為0

2.負數的原碼、反碼和補碼關系為：

1）符號位固定為1

2）負數的反碼為其原碼數值位按位取反，符號位不變

3）負數的補碼為其反碼數值位末位加1,符號位不變

4）負數的原碼為其補碼數值位末位減1再變反，或者補碼數值位變反末位加1,符號

位不變

3.移碼和補碼的關系為：移碼為補碼符號位取反，數值位不變

討論、練習、作業(yè)：

62頁第1、2題

教學反思：

能夠清晰地講解課程的重點、難點，內容講解透徹、層次清晰、邏輯性強、信息量大，時間

分配合理，師生互動效果良好，板書工整。

參考書目資料：

《計算機組成與結構》（笫五版）王愛英著，清華大學出版社2013.01

填表說明：

1.每項頁面大小可自行添減，一次課（二或三節(jié)）寫一份上述格式教案。重復班只填寫一份。

2.課次為授課次序，填1、2、3……等。

附件3：章節(jié)或分次（課時）教案

計算機組成原理課程授課教案

習理論課□討論課口實驗課

周次2課次3課時2課型

□習題課□其他

章節(jié)

2.2定點加法、減法運算

名稱

教學目的及要求：

目的：熟練掌握用補碼定點加法、補碼定點減法運算的方法

要求：熟練進行定點加法運算、定點減法運算

教學重點與難點：

重點：定點加法、減法運算

難點：定點加法、減法運算方法

教學方式方法、手段：

講授法、歸納法

輔助手段：圖表法

教學過程：

一、定點加法運算

（-）補碼加法

1.公式：［X］補+［Y］產［X+Y］補（mod2m）

2.例題:27頁例11和例12題

（二）補碼加法溢出檢測方法

1.溢出的概念：超出所能表示數的范圍

2.溢出檢測方法

（1）雙符號位法：也稱變形補碼法

兩個加數X和Y分別用雙符號位補碼進行運算，00表示正數，11表示負數，若相

加結果兩符號位相同，則沒有溢出，否則有溢出，10表示負溢，01表示正溢。

溢出標志v=sfl?sf2

例題:29頁例17和例18

（2）單符號法

兩個加數X和Y分別用單符號位補碼進行加法運算，。表示正數，1表示負數，若

相加結果最高數值位進位標志C。和符號位進位標志C「不一致，則有溢出，否則無

溢出。

溢出標志V=C十Co

（四）基本的二進制加法/減法器

1.一位全加器

AiIBi

2.n位串行（行波）進位加法器

CnSn-ISn-2SISO

二、定點減法運算

L公式：［X—Y］產［X］補+［—Y］補

2.［—Y］補的求法：將［Y］補所有位（包括符號位）變反，末位加1。此過程叫做求補運算,

不是求補碼。

3.例題:28頁例13和例14題

討論、練習、作業(yè):

62頁第5、6題

教學反思：

能夠清晰地講解課程的重點、難點，內容講解透徹、層次清晰、邏輯性強、信息量大，時間

分配合理，師生互動效果良好，板書工整。

參考書目資料：

《計算機組成與結構》（第五版）王愛英著，清華大學出版社2013.01

填表說明：

1.每項頁面大小可自行添減，一次課（二或三節(jié)）寫一份上述格式教案。重復班只填寫一份。

2.課次為授課次序，填1、2、3……等。

附件3：章節(jié)或分次（課時）教案

計算機組成原理課程授課教案

習理論課□討論課口實驗課

周次3課次4課時2課型

□習題課□其他

章節(jié)

2.3定點乘法（上）

名稱

教學目的及要求：

目的：熟練掌握用原碼乘法運算的方法

要求：熟練進行定點乘法運算

教學重點與難點：

重點：定點乘法運算

難點：定點陣列乘法運算方法

教學方式方法、手段:

講授法、歸納法

輔助手段：圖表法

教學過程：

定點原碼并行乘法運算

1.不帶符號的陣列乘法器

己知：被乘數知］原被fXm_l..X］Xo＞乘數［丫］族=YfYn-l........YiYo

則:乘積⑵片（Xf-Yf）（「……X.Xo）*（V,……YM）

其中：Xf和匕分別7被乘蘇g乘數的符號位；乘積數值位被乘數與乘數的數值位之和,

即m+n位。

運算規(guī)則：

1）乘積的符號位為兩數的符號位異或，即ZLXI十Yf

2）乘積的數值部分則是兩個正數相乘之積

即2n??????Z.Zo=(X,HX(Xo)*(YnT??????YM)

數值相乘的過程與手工乘法類似：

X)

XT。X^Yo……X.YoXoYo

……X.Y,X、

+)X"Ynl(『一XYTXX-

Zfn+n-lZ.Zo

上述過程說明了與門電路產生被加數的過程及mXn乘法陣列實現被加數求知過程，實

現電路如下圖所示：

被乘數乘數

Xm-1…XIXOYn-I—Y1Y0

▼▼▼▼w▼▼

mxn個與門電路被加數產生部件

Xm-lYn▼-1…X_1Y*0——*X_OYO

mx（n-l）個全加器陣列被加數求和部件

mxn陣列乘法器

Zm+n-1ZlZ0

▼▼▼

乘積

例題：34頁例19題

討論、練習、作業(yè):

62頁第7題

教學反思：

能夠清晰地講解課程的重點、難點，內容講解透徹、層次清晰、邏輯性強、信息量大，時間

分配合理，師生互動效果良好，板書工整。

參考書目資料：

《計算機組成與結構》（第五版）王愛英著，清華大學出版社2013.01

填表說明：

1.每項頁面大小可自行添減，一次課（二或三節(jié)）寫一份上述格式教案。重復班只填寫一份。

2.課次為授課次序，填1、2、3……等。

附件3：章節(jié)或分次（課時）教案

計算機組成原理課程授課教案

3課次5課時2課型需螳黑〃□實驗課

周次

章節(jié)

2.3定點乘法（下）

名稱

教學目的及要求：

目的：熟練掌握用原碼乘法運算的方法

要求：熟練進行定點乘法運算

教學重點與難點：

重點：定點乘法運算

難點：定點陣列乘法運算方法

教學方式方法、手段：

講授法、歸納法

輔助手段：圖表法

教學過程：

定點原碼并行乘法運算

2.帶符號的陣列乘法器

已知:被乘數X=XaX1H……X.Xo,乘數Y=YMT……YlYo

則:乘積Z=（Xn十Yn）（Xi……X.Xo）*（Yn-）……Y.Yo）

Zn?nZ|??n-lZ[Z（j

其中：X“和Yn分別為被乘數與乘數的符號位，Zm“為乘積的符號位；乘積數值位是被乘

數與乘數的數值位之和，即m+n位。

運算規(guī)則：

1）算前求補：將兩個操作數X和Y先變成正整數

2）不帶符號的乘法陣列：對兩個正整數相乘

3）算后求補：當兩個輸入操作數的符號不一致時，把運算結果變換成帶符號的數

帶符號的陣列乘法器（也稱符號求補的陣列乘法器，或者稱帶求補級的陣列乘法器）

如下圖所示：

帶求補級的陣列乘法器既適用于原碼乘法，也適用于間接的補碼乘法。

在原碼乘法中，算前求補和算后求補都不需要，因為輸入數據都是立即可用的。

在間接的補碼陣列乘法卻需要使用三個求補器，算前求補器將輸入的兩個乘數補

碼求出對應的絕對值，送入不帶符號乘法陣列器中運算；算后求補器，將不帶符號乘

法陣列運算得到的值，轉換為乘積的補碼。

例題：35頁例20、21題

討論、練習、作業(yè)：

62頁第7題

教學反思：

能夠清晰地講解課程的重點、難點，內容講解透徹、層次清晰、邏輯性強、信息量大，時間

分配合理，師生互動效果良好，板書工整。

參考書目資料：

《計算機組成與結構》（第五版）王愛英著，清華大學出版社2013.01

填表說明：

1.每項頁面大小可自行添減，一次課（二或三節(jié)）寫一份上述格式教案。重復班只填寫一份。

2.課次為授課次序，填1、2、3……等。

附件3：章節(jié)或分次（課時）教案

計算機組成原理課程授課教案

習理論課□討論課口實驗課

周次4課次6課時2課型

□習題課□其他

章節(jié)

2.4定點除法運算

名稱

教學目的及要求：

目的：熟練掌握定點除法運算的方法

要求：熟練進行定點除法運算

教學重點與難點：

重點：定點除法運算

難點：定點陣列除法運算方法

教學方式方法、手段:

講授法、歸納法

輔助手段：圖表法

教學過程：

一、定點除法運算

（一）原碼除法算法原理

運算規(guī)則：兩個原碼表示的數相除時，商的符號由兩數的符號按位相加求得.商的數值

部分由兩數的數值部分相除求得。

設有n位定點小數（定點整數也同樣適用）：

被除數［X］原％XnT……X.Xo,除數［Y］原=Yf,Yg……Y.Yo

則：商［Q］原=（Xf-Yf）（O.Xg……X,Xo）/（0.Yn-.……Y,Yo）

二Qr.Qm...Q.Qu

其中：X「和丫：分別為被除數與除數的符號位，商的符號Qf=X,十

原碼除法手算的過程：

例：設被除數x=0.1001,除數y=0.1011,手算求x+y。

0.11016商q

0.1011J0.10010x（r0）被除數小于除數，商0

-0.010112"y除數右移1位，減除數，商1

0.001110rl得余數rl

-0.0010112%除數右移1位，減除數，商1

0.00001100r2得余數r2

-0.000010112'y除數右移1位，減除數，商1

0.00000001r4得余數r4

得x+y的商q=0.110L余數為r=0.00000001

在計算機中，小數點是固定的，不能簡單地采用手算的辦法。為便于機器操作，使“除

數右移”和“右移上商”的操作統(tǒng)一起來。機器除法運算的特點：先減，后判斷。

（二）定點原碼并行除法器

1.可控加法/減法（CAS）單元

有四個輸出端和四上輸出端。當輸入線P=0是，CAS做加法運算：當P=1時，CAS做減

法運算。Bi除數右移。

2.不恢復余數的陣列除法器（也稱加減交替法陣列除法器）

不恢復余數法的除法陣列由一組可控加法/減法（CAS）單元的陣列來構成。在不恢復余數

的除法陣列中，每一行所執(zhí)行的操作究竟是加法還是減法，取決于前一行輸出的符號與

被除數的符號是否一致。當出現不夠減時，部分余數相對于被除數來說要改變符號。這

時產生一個商位“0”，除數首先沿對角線右移，然后加到下一行的部分余數上。當部

分余數不改變它的符號時，即產生一個商位“1”，下一行的操作應該是減法。

在不恢復余數的除法陣列中，完成定點數除法數值運算過程如下：

(1)初始操作是被除數X減除數Y,即［X］補+［-Y］補

(2)若余數為負，則商上0,除數右移一位，下一步做加法：

(3)若余數為正，則商上1,除數右移一位，下一步做減法；

(4)循環(huán)n+1次

例題:已知x=0.101001,y=0.Ill,求x4~y

解：［|y|］補=。111［Ty|］補=1.001［|x|］補=0.101001

0.101001

+[-|y|］補1.001

1.110001r0<0,商0

+Uy|]補。0111

0.001101rl>0,商1

+[-?門補1.11001

1.111111r2<0,商0

±[|yI]補0.000111

0.000110r3>0,商1

Qs=XsSYs=0?0=0Rs=Xs=0

所以，商聯0.101,余數r=0.000110

討論、練習、作業(yè):

63頁第8題

教學反思：

能夠清晰地講解課程的重點、難點，內容講解透徹、層次清晰、邏輯性強、信息量大，時間

分配合理，師生互動效果良好，板書工整。

參考書目資料：

《計算機組成與結構》（第五版）王愛英著，清華大學出版社2013.01

填表說明：

1.每項頁面大小可自行添減，一次課（二或三節(jié)）寫一份上述格式教案。重復班只填寫一份。

2.課次為授課次序，填1、2、3……等。

附件3：章節(jié)或分次（課時）教案

計算機組成原理課程授課教案

周次5課次7課時2課型馴縉上乎課口實驗課

2.5定點運算器的組成

教學目的及要求：

目的：了解定點運算器的組成

要求：了解定點運算器的組成

教學重點與難點：

重點：了解定點運算器的組成

難點：了解定點運算器的組成

教學方式方法、手段：

講授法、歸納法

輔助手段：圖表法

教學過程：

基本組成包括：

1）算術邏輯運算單元ALU：核心部件

2）暫存器：用來存放參與計算的數據及運算結果，它只對硬件設計者可見，即只被控

制器硬件邏輯控制或微程序所訪問。

3）通用寄存器堆：用7存放程序中用到的數據，它可以被軟件設計者訪問。

4）內部總線：用于連接各個部件的信息通道。

（一）邏輯運算（沒有進位）

所謂邏輯數，是指不帶符號的二進制數，是非數值型數據，表示的是計算機所要處理的

一些狀態(tài)信息。利用邏輯運算可以進行兩個數的比較，或者從某個數中選取某幾位等操

作。計算機中的邏輯運算，主要是指邏輯非、邏輯加、邏輯乘、邏輯異四種基本運算。

（二）多功能算術/邏輯運算單元（ALU）

本節(jié)我們介紹的多功能算術/邏輯運算單元（ALU）不僅具有多種算術運算和邏輯運算的

功能，而且具有先行進位邏輯，從而能實現高速運算。它的邏輯功能圖如下圖所示：

74181是一個四位的ALU,它有兩種工作方式。對正邏輯操作數來說，算術運算稱高電

平操作，邏輯運算稱正邏輯操作（即高電平為“1”）。對于負邏輯操作數來說，正好相

反。

由于S。?S3有16種狀態(tài)組合，因此，ALU有16種算術運算和16種邏輯運算功能?？刂?/p>

端M用于控制ALU是進行算術運算還是邏輯運算。當M=0時，進行算術運算。當乂=

1時，進行邏輯運算。

（三）內部總線

總線是計算機內各部件之間傳送信息的公用的一組連線。

根據總線所在位置，總線分為內部總線和外部總線兩類。內部總線是指CPU內各部件的

連線，而外部總線是指系統(tǒng)總線，即CPU與存儲器、I/O系統(tǒng)之間的連線。

按總線的邏輯結構來說，總線可分為單向傳送總線和雙向傳送總線。所謂單向總線，就

是信息只能向一個方向傳送。所謂雙向總線，就是信息可以分兩個方向傳送,既可以發(fā)

送數據，也可以接收數據。

（四）定點運算器的基本結構

運算器包括ALU、陣列乘/除法器、寄存器組、多路開關、三態(tài)緩沖器、數據總線等邏

輯部件。

運算器的設計，主要是圍繞ALU和寄存器組與數據總線之間如何傳送操作數司運算結果

的。計算機的運算器有如下三種結構形式。

1.單總線結構的定點運算器

在單總線結構中，輸入數據和輸出操作結果需要三次串行的選通操作?？刂齐娐繁容^簡

單。

2.雙總線結構的定點運算器

在雙總線結構中，操作的控制要分兩步完成：（1）在ALU的兩個輸入端輸入操作數，形

成結果并送入緩沖寄存器；（2）把結果送入目的寄存器。

3.三總線結構的定點運算器

在三總線結構中，ALU的兩個輸入端分別由兩條總線供給，而ALU的輸出則與第三條總

線相連。這樣，算術邏輯操作就可以在一步的控制之內完成。另外，設置了一個總線旁

路器。如果一個操作數不需要修改，而直接從總線2傳送到總線3,那么可以通過控制

總線旁路器把數據傳出。操作時間快。

討論、練習、作業(yè)：

63頁第8題

教學反思：

能夠清晰地講解課程的重點、難點，內容講解透徹、層次清晰、邏輯性強、信息量大，時間

分配合理，師生互動效果良好，板書工整。

參考書目資料：

《計算機組成與結構》（第五版）王愛英著，清華大學出版社2013.01

填表說明：

1.每項頁面大小可自行添減，一次課（二或三節(jié)）寫一份上述格式教案。重復班只填寫一份。

2.課次為授課次序，填1、2、3……等。

附件3：章節(jié)或分次（課時）教案

計算機組成原理課程授課教案

習理論課□討論課口實驗課

周次5課次8課時2課型

□習題課□其他

章節(jié)

2.6浮點運算方法（上）

名稱

教學目的及要求：

目的：掌握浮點數的加減法運算

要求：熟練浮點數的加減法運算

教學重點與難點：

重點：浮點數的加減法運算

難點：浮點數的加減法運算

教學方式方法、手段:

講授法、歸納法

輔助手段：圖表法

教學過程：

一、浮點數加法、減法運算

設有兩個浮點數x和/,它們分別為x=2"?比和y=2'y?M＞.

其中：Ex和弧分別為數x和y的階碼

Mx和My分別為數x和y的尾數。

（一）運算規(guī)則

Ex

1.當Ex=Ey=E時，xly=2（Mx1My）

2.當ExNE、時，先對階，使X和Y的階碼相同，然后按照上式計算。

（二）浮點數加、減法運算步驟

1.對階（小階向大階看齊）

先求階差△E=ELEY

①若△￡=（）,則不必對階

②若△￡＞（）,則氏＞E。階碼向區(qū)看齊，Mv右移位

③若△￡＜（）,則LVEY.階碼向E、看齊，Mx右移AE位

2.尾數相加減

M±My］補=［MJ卜十［土My土

3.結果規(guī)格化

因為尾數用補碼表示，所以將尾數變?yōu)?.1…或1.0…的形式

1）右規(guī)格化:尾數結果為10.…或01.…時進行

處理方法:將尾數右移1位，并且階碼加1。

2）左規(guī)格化:尾數結果為0.0…或1.1…時進行

處理方法:尾數每左移1位，階碼減1,重復直到結果尾數為0.1…或1.0…為止。

4.舍入處理（“0舍1入”法）

如果右移時被丟掉數位的最高位為0則舍去，為1則將尾數的末位加“1”，

5.判斷溢出

浮點數的溢出通常是以其階碼的溢出表現出來的。在規(guī)格化和舍入時都可能發(fā)生溢出，

若階碼正常，力口/減運算正常結束。若階碼下溢，則置運算結果為機器零，若上溢，則

置溢出標志。

討論、練習、作業(yè)：

63頁第9題

教學反思：

能夠清晰地講解課程的重點、難點，內容講解透徹、層次清晰、邏輯性強、信息量大，時間

分配合理，師生互動效果良好，板書工整。

參考書目資料：

《計算機組成與結構》（第五版）王愛英著，清華大學出版社2013.01

填表說明：

1.每項頁面大小可自行添減，一次課（二或三節(jié)）寫一份上述格式教案。重復班只填寫一份。

2.課次為授課次序，填1、2、3……等。

附件3：章節(jié)或分次（課時）教案

計算機組成原理課程授課教案

習理論課□討論課口實驗課

周次6課次9課時2課型

□習題課□其他

章節(jié)

2.6浮點運算方法（下）

名稱

教學目的及要求：

目的：掌握浮點數的乘除法運算

要求：熟練浮點數的乘除法運算

教學重點與難點：

重占.渾占新的癡陣涉云篁

難高浮譚數的乘范法運算，移碼加減運算及溢出判斷

教學方式方法、手段：

講授法、歸納法

輔助手段：圖表法

教學過程：

二、浮點數的乘、除法運算

（一）運算規(guī)則

Ey

設有兩個浮點數*和y：x=2%?Mx和y=2?My

浮點乘法運算的規(guī)則是：xXy=2（Ex+Ey>-（MQAL）

浮點除法運算的規(guī)則是：x+y=2島」八?（ME）

（二）乘、除法運算步驟

1.階碼加/減操作

移碼加、減法運算的公式為：

[x±y]移=[x]移+[±y]補

雙符號位的階碼加法器：規(guī)定移碼的最高符號位恒用0參加加減運算。

2.尾數乘/除操作

3.結果規(guī)格化

4.舍入處理

5.判斷溢出

溢出條件是階碼結果的最高符號位為1。此時，當低位符號位為0時，表明結果上溢，

為1時，表明結果下溢。當最高符號位為。時，表明沒有溢出。此時，當低位符號位為

1，表明結果為正；為0時，表明結果為負。

討論、練習、作業(yè)：

63頁第9、10題

教學反思:

能夠清晰地講解課程的重點、難點，內容講解透徹、層次清晰、邏輯性強、信息量大，時間

分配合理，師生互動效果良好，板書工整。

參考書目資料：

《計算機組成與結構》（第五版）王愛英著，清華大學出版社2013.01

填表說明:

1.每項頁面大小可自行添減，一次課（二或三節(jié)）寫一份上述格式教案。重復班只填寫一份。

2.課次為授課次序，填1、2、3……等。

附件3：章節(jié)或分次（課時）教案

計算機組成原理課程授課教案

習理論課□討論課口實驗課

□習題課□其他

3.1存儲器概述

教學目的及要求：

目的：掌握存儲器的分類、分級、技術指標

要求：掌握存儲器的分類、分級、技術指標

教學重點與難點：

重點：存儲器的分類、分級、技術指標

難點：掌握存儲器的分類、分級、技術指標

教學方式方法、手段：

講授法、歸納法

輔助手段：圖表法

教學過程：

一、存儲器分類

存儲器中最小的存儲單位可存儲一個二進制代碼。由若干個存儲元組成一個存儲單元，

再由許多存儲單元組成一個存儲器。

1.按存儲介質分

半導體存儲器：用半導體器件組成的存儲器。

磁表面存儲器：用磁性材料做成的存儲器。

2.按存儲方式分

隨機存儲器：任何存儲單元的內容都能被隨機存取，且存取時間和存儲單元的物理位置

無關。

順序存儲器：只能按某種順序來存取，存取時間和存儲單元的物理位置有關。

3.按存儲器的讀寫功能分

只讀存儲器（ROM）：存儲的內容是固定不變的，只能讀出而不能寫入的半導體存儲器。

隨機讀寫存儲器（RAM）：既能讀出又能寫入的半導體存儲器。

4.按信息的可保存性分

非永久記憶的存儲器：斷電后信息即消失的存儲器，

永久記憶性存儲器：斷電后仍能保存信息的存儲器，

5.按在計算機系統(tǒng)中的作用分

根據存儲器在計算機系統(tǒng)中所起的作用，可分為主存儲器、輔助存儲器、高速緩沖存儲

器、控制存儲器等。

二、存儲器的分級結構

為了解決對存儲器要求容量大，速度快，成本低三者之間的矛盾，目前通常采用多級存

儲器體系結構，即使用高速緩沖存儲器、主存儲器和外（輔助）存儲器構成的多級（三

級）存儲體系結構。

CPU能夠直接訪問的存儲器稱為內存儲器（內存）.

CPU不能直接訪問外存儲潛，外存儲器上的信息必須調入內存后才能由CPU處理。

高速緩沖存儲器（Cache）：是CPU與主存儲器間的一個高速小容量的半導體存儲器。通

過Cache可以使CPU高速存取主存儲器中的指令和數據。

特點：存取速度快，但存儲容量小。

主存儲器（主存）：存放計算機運行期間的大量程序和數據。

特點：存取速度較快，存儲容量不大。

外存儲器（輔助存儲器）：外存存放系統(tǒng)程序和大型數據文件及數據庫。

特點：存儲容量大，成本低，速度慢。

在多級存儲器管理系統(tǒng)中，各級存儲器承擔不同的職能：Cache提速；外存提供大容量；

主存提供運行程序和數據的存儲。

三、存儲器基本概念及技術指標

1.基本概念

記憶元件（存儲介質）：組成存儲器的物理器件

位：一位二進制

存儲單元：若干存儲位構成的存儲單元

字節(jié)單元：8位二進制構成的存儲單元

字（存儲）單元：存放一個字的存儲單元

存儲體：許多存儲單元構成的集合

地址：存儲單元的編號，用于識別不同單元

字節(jié)地址：每個單元存放一個字節(jié)時，則相應地址為字節(jié)地址

字地址：每個單元存放一個機器字時，則相應地址為字地址

2.技術指標

存儲容量：存儲器具有的存儲單元總的數量。

一般可通過地址的位數反映出單元數的多少，與每個單元存取信息量的二進制位數的乘

積，它反應了存儲器存儲信息的能力。其單位通常為：KB,MB,GB,TBo

1K=210=10241M=2201G=230

IK單元有10位地址，IM單元有20位地址，1G單元有30位地址。

存取時間：啟動到完成一次存儲器操作所經歷的時間。分為讀出時間和寫入時間。

存儲周期：連續(xù)啟動兩次讀（寫）操作所需間隔的最小時間。通常存儲周期略大于存取

時間。

存儲器帶寬：單位時間里存儲器所存取的信息量，（單位為MB/s,每秒多少兆字節(jié)），反應

了存儲器的整體速度。

討論、練習、作業(yè)：

111頁第1、2、4（1）題

教學反思：

能夠清晰地講解課程的重點、難點，內容講解透徹、層次清晰、邏輯性強、信息量大，時間

分配合理，師生互動效果良好，板書工整。

參考書目資料：

《計算機組成與結構》（第五版）王愛英著，清華大學出版社2013.01___________________

填表說明：

1.每項頁面大小可自行添減，一次課（二或三節(jié)）寫一份上述格式教案。重復班只填寫一份。

2.課次為授課次序，填1、2、3……等。

附件3：章節(jié)或分次（課時）教案

計算機組成原理課程授課教案

習理論課□討論課口實驗課

周次7課次11課時2課型

□習題課□其他

章節(jié)

3.2SRAM存儲器

名稱

教學目的及要求：

目的：掌握存儲器的分類、分級、技術指標、RAM的種類及擴展

要求：熟練進行RAM容量擴展

教學重點與難點：

重點：存儲器的分類、分級、技術指標、RAM的種類及擴展

難點：進行RAM容量擴展

教學方式方法、手段:

講授法、歸納法

輔助手段：圖表法

教學過程：

目前廣泛采用的半導體存儲器是MOS半導體存儲器。根據存儲信息的原理不同，分為

靜態(tài)M0S存儲器（SRAM）和動態(tài)M0S存儲器（DRAM）。

一、基本的靜態(tài)存