计算机组成原理课程设计41846教学文稿
计算机组成原理课程设计
计算机组成原理课程设计1. 引言计算机组成原理是计算机科学与技术专业中一门重要的基础课程。
通过学习计算机组成原理，可以了解计算机的基本组成结构、工作原理和性能提升方法。
为了更好地掌握和应用所学知识，本文将介绍一项针对计算机组成原理课程的设计任务。
2. 任务描述本次课程设计任务要求设计一个简单的单周期CPU，实现基本的指令执行功能。
具体要求如下：•CPU的指令集包括加载（Load）、存储（Store）和算术逻辑运算（ALU）指令，需要支持整数加法、减法、乘法和除法运算。
•CPU需要具备基本的流水线功能，包括取指（Instruction Fetch）、译码（Decode）、执行（Execute）和写回（Write Back）。
•CPU需要支持基本的寄存器操作，包括寄存器读取（Register Read）和寄存器写入（Register Write）。
•CPU的指令和数据存储器使用单端口RAM，指令和数据的访问都需要经过存储器。
3. 设计思路针对上述需求，我们可以采用以下设计思路：3.1 CPU总体设计•CPU采用单周期结构，即每个指令都在一个时钟周期内完成。
•CPU主要分为指令存储器、数据存储器、寄存器文件和控制逻辑四个部分。
3.2 指令存储器设计•指令存储器采用单端口RAM，每个指令的长度为固定的32位。
•指令存储器需要实现读取指令的功能，每次从内存中读取一个指令。
3.3 数据存储器设计•数据存储器也采用单端口RAM，每个数据的长度为固定的32位。
•数据存储器需要实现读取数据和写入数据的功能，执行指令时需要从存储器中读取数据，计算结果需要写回存储器。
3.4 寄存器文件设计•寄存器文件包含若干个通用寄存器，用于存储指令执行过程中的临时数据。
•寄存器文件需要实现读取寄存器和写入寄存器的功能，执行指令时需要读取和写入寄存器。
3.5 控制逻辑设计•控制逻辑负责根据当前指令的操作码和操作数生成控制信号，控制CPU的工作流程。
计算机组成原理课程设计
计算机组成原理课程设计
计算机组成原理课程设计是计算机科学与技术专业的一门核心课程，其目的是帮助学生更深入地理解计算机的组成原理和工作原理，培养学生分析和设计计算机硬件的能力。
在这个课程设计中，我选择了设计一个简单的单周期CPU。
首先，我会设计CPU的指令集，包括处理器指令的类型、指
令格式、寻址方式等。
然后，根据指令集的要求，设计并实现CPU的控制器，控制指令的执行流程。
接着，我会设计并实
现CPU的数据通路，包括寄存器、ALU、存储器等组件，实
现指令的操作。
在设计过程中，我会遵循计算机组成原理的基本原理和设计原则，如冯·诺伊曼体系结构、指令周期、数据通路和控制单元
的相互协调等。
我会使用硬件描述语言，如VHDL或Verilog，进行设计，通过仿真和验证来测试设计的正确性。
同时，我还会考虑CPU的性能和效率，尽量优化各个部分的设计，以提
高CPU的运行速度和处理能力。
在设计完成后，我还会进行性能测试和功能验证，测试CPU
在不同工作负载下的性能表现，并根据测试结果对设计进行优化。
最后，我会编写报告，详细介绍我的设计思路、实现过程和测试结果，以及可能存在的问题和改进的方向。
通过这个课程设计，我将深入理解计算机组成原理的相关知识，并掌握CPU设计的基本方法和技术。
这对于我今后的学习和
工作都具有重要意义，不仅可以加深我对计算机硬件的理解，
还可以提高我的问题分析和解决能力，为我未来的研究和工作奠定坚实的基础。
计算机组成原理教案
计算机组成原理教案一、概述计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门基础课程，主要介绍计算机硬件系统的原理和结构。
本节课程将系统讲解计算机组成原理的相关知识，包括计算机系统的层次结构、指令系统、数据表示、计算机运算、控制单元、存储器等内容。
二、计算机系统的层次结构1. 计算机系统的五大组成部分计算机系统由五大组成部分构成，包括输入设备、输出设备、运算器、控制器和存储器。
其中，输入设备用于接收外部信息，输出设备用于显示处理结果，运算器执行程序运算，控制器控制程序执行，存储器存储数据和程序。
2. 计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构分为硬件层和软件层，硬件层包括处理器、存储器、输入输出设备等；软件层包括系统软件和应用软件。
硬件层和软件层相互配合，共同完成计算机系统的功能。
三、指令系统1. 指令系统的基本概念指令系统是计算机执行程序的基本单位，包括指令集合、地址寻址方式、指令格式等。
指令集合是计算机可以执行的指令的集合，地址寻址方式是指令中操作数的寻址方式，指令格式定义了指令的组成形式。
2. 指令执行过程指令的执行过程包括取指、分析指令、执行指令和结果存储等步骤。
取指是从存储器中读取指令，分析指令是对指令进行解码，执行指令是根据指令操作码执行相应操作，结果存储是将执行结果存储到指定位置。
四、数据表示1. 数字系统数字系统是计算机数据的表示方式，常用的数字系统包括二进制、八进制、十进制和十六进制等。
在计算机系统中，二进制是最基本的数据表示方式。
2. 数据表示格式数据在计算机中以位、字节、字等单位来表示，位是最小的数据单元，字节由8位组成，字由若干字节构成。
在计算机中，数据的表示格式包括无符号数表示和有符号数表示。
五、计算机运算1. 计算机的算术逻辑单元计算机的算术逻辑单元(ALU)是计算机执行算术和逻辑运算的核心组件，包括加法、减法、与、或、非等运算。
ALU通过控制单元的指令执行相应的运算操作。
2. 运算指令的执行运算指令包括算术运算指令和逻辑运算指令，算术运算指令用于执行加减乘除等算术运算，逻辑运算指令用于执行与或非等逻辑运算。
教案-计算机组成原理(DOC)
计算机组成原理教案（数字媒体专业）第一章计算机系统概论内容简介：计算机系统的层次结构，冯·诺伊曼计算机的硬件结构和主要功能，计算机的工作步骤以及计算机的主要技术指标。
教学目标：了解计算机系统的层次结构；了解冯·诺伊曼计算机的特点及硬件构成；理解计算机的工作步骤，了解计算机的主要技术指标的含义及其对计算机的影响。
教学重点和难点：虚拟机的概念；计算机的硬件构成；计算机的工作步骤。
教学媒体和教学方法：使用幻灯片在多媒体教室进行教学；教学中采用讲授与讨论相结合的方法。
教学过程：一、计算机系统简介1．计算机的软硬件概念（1）硬件（2）软件（3）软硬件的关系2．计算机系统的层次结构（1）虚拟机的概念（2）各层虚拟机及与真实机器的层次关系3．计算机的基本组成（1）冯·诺伊曼计算机的特点（2）计算机硬件结构，总线的构成。
讨论、分析直连结构的问题，提出总线思想，并简单介绍总线结构。
（3）计算机的工作步骤提出计算机解决问题的基本步骤计算机基本构成部件的介绍（运算器、存储器、控制器）以计算ax2+bx+c为例分析计算机工作的过程4．计算机的主要技术指标（1）机器字长计算机同时处理的二进制位机器字长与数据总线宽度、存储字长的关系（2）存储容量存储容量的单位主存容量辅存容量（3）运算速度几种计算运算速度的方法并对它们进行比较运算速度的表示单位第二章计算机的发展及应用内容简介：计算机的发展史；计算机的应用领域；计算机的发展展望。
教学目标：了解计算机的产生和发展以及发展思路；了解计算机的应用领域；了解计算机的发展趋势。
教学重点和难点：计算机的应用领域。
教学媒体和教学方法：使用幻灯片在多媒体教室进行教学；教学中采用讲授与讨论相结合的方法。
教学过程：一、计算机的发展史1．计算机的产生和发展现代计算机的研究工作第一台电子计算机的产生计算机的发展阶段计算机的发展规律计算机的发展趋势2．微型计算机的出现和发展微型计算机的发展阶段微型计算机的发展带来的工作、学习、生活方式的变化3．软件技术的兴起和发展软硬件的融合，简介嵌入式发展方向二、计算机的应用1．科学计算和数据处理通过ENIAC进行计算的一个案例，直观体会计算机的计算能力2．工业控制和实时控制3．网络技术应用4．虚拟现实介绍虚拟现实技术的一些应用5．办公自动化和管理信息系统6．多媒体技术7．人工智能三、计算机发展的展望第三章系统总线内容简介：总线的概念；总线的分类；总线的特性和性能指标；总线结构；总线控制。
《计算机组成原理》教案
《计算机组成原理》教案一、教学目标1. 了解计算机硬件系统的组成及功能2. 掌握数据的表示和运算方法3. 理解存储器的层次结构和工作原理4. 掌握中央处理器（CPU）的工作原理和性能指标5. 了解计算机的输入输出系统及其接口技术二、教学内容1. 计算机硬件系统计算机的组成输入输出设备存储器中央处理器（CPU）2. 数据的表示和运算数制转换计算机中的数据类型算术运算逻辑运算3. 存储器层次结构随机存储器（RAM）只读存储器（ROM）硬盘存储器虚拟存储器4. 中央处理器（CPU）CPU的组成和结构指令集和指令系统指令执行过程CPU性能指标5. 输入输出系统输入输出设备I/O接口技术中断和直接内存访问（DMA）总线和接口三、教学方法1. 采用讲授法，讲解基本概念、原理和方法。
2. 结合实例分析，让学生更好地理解计算机组成原理。
3. 使用实验和实训，培养学生的实际操作能力。
4. 开展课堂讨论和小组合作，提高学生的分析和解决问题的能力。
四、教学资源1. 教材：《计算机组成原理》2. 课件：PowerPoint或其他教学软件3. 实验设备：计算机、内存条、硬盘等4. 网络资源：相关在线教程、视频、论文等五、教学评价1. 平时成绩：课堂表现、作业、实验报告等（30%）2. 期中考试：测试计算机组成原理的基本概念、原理和方法（30%）3. 期末考试：综合测试计算机组成原理的知识点和实际应用（40%）六、教学安排1. 课时：共计48课时，每课时45分钟。
第一章：8课时第二章：6课时第三章：10课时第四章：10课时第五章：4课时第六章：6课时第七章：6课时第八章：4课时第九章：4课时第十章：4课时2. 教学方式：讲授、实验、课堂讨论、小组合作等。
七、教学重点与难点1. 教学重点：计算机硬件系统的组成及功能数据的表示和运算方法存储器的层次结构和工作原理中央处理器（CPU）的工作原理和性能指标输入输出系统及其接口技术2. 教学难点：存储器的工作原理中央处理器（CPU）的指令执行过程输入输出系统的接口技术八、教学进度计划1. 第一周：计算机硬件系统概述2. 第二周：数据的表示和运算3. 第三周：存储器层次结构4. 第四周：中央处理器（CPU）5. 第五周：输入输出系统6. 第六周：综合练习与实验九、教学实践活动1. 实验：实验一：计算机硬件组成认识实验二：数据表示与运算实验三：存储器测试实验四：CPU性能测试实验五：输入输出系统实验2. 课堂讨论：讨论话题：计算机硬件技术的未来发展讨论形式：小组合作、课堂分享1. 课程结束后，对教学效果进行自我评估和反思。
《计算机组成原理》教案
《计算机组成原理》教案一、课程简介1.1 课程背景计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门核心课程，旨在帮助学生了解和掌握计算机的基本组成、工作原理和性能优化方法。
通过本课程的学习，学生将能够理解计算机硬件系统的整体结构，掌握各种计算机组件的功能和工作原理，为后续学习操作系统、计算机网络等课程打下基础。
1.2 课程目标（1）了解计算机系统的基本组成和各部分功能；（2）掌握计算机指令系统、中央处理器（CPU）的工作原理；（3）熟悉存储器层次结构、输入输出系统及总线系统；（4）学会分析计算机系统的性能和优化方法。
二、教学内容2.1 计算机系统概述（1）计算机的发展历程；（2）计算机系统的层次结构；（3）计算机系统的硬件和软件组成。
2.2 计算机指令系统（1）指令的分类和格式；（2）寻址方式；（3）指令的执行过程。
2.3 中央处理器（CPU）（1）CPU的结构和功能；（2）流水线技术；（3）多核处理器。
2.4 存储器层次结构（1）存储器概述；（2）随机存取存储器（RAM）；（3）只读存储器（ROM）；（4）缓存（Cache）和虚拟存储器。
2.5 输入输出系统（1）输入输出设备；（2）中断和DMA方式；（3）总线系统。
三、教学方法3.1 讲授法通过讲解、举例、分析等方式，使学生掌握计算机组成原理的基本概念、原理和应用。
3.2 实验法安排实验课程，使学生在实践中了解和验证计算机组成原理的相关知识。
3.3 案例分析法分析实际案例，使学生了解计算机组成原理在实际应用中的作用和意义。
四、教学评价4.1 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况、实验报告等。
4.2 期末考试采用闭卷考试方式，测试学生对计算机组成原理知识的掌握程度。
五、教学资源5.1 教材《计算机组成原理》（唐朔飞著，高等教育出版社）。
5.2 辅助资料包括课件、实验指导书、案例分析资料等。
5.3 网络资源推荐学生访问相关学术网站、论坛，了解计算机组成原理的最新研究动态和应用成果。
计算机组成原理(A)》课程教学设计方案
《计算机组成原理〔A〕》课程设计方案—、课程概况1．课程的主要任务本课程是计算机科学与技术专业〔专科起点本科〕的一门统设必修的专业基础课程.通过学习本课程,能使学生理解计算机基本组成与运行原理,为学习本专业后续课程和进行与硬件有关的技术工作打下基础.学习本课程前要求学生具有数字逻辑电路的基础知识,后续课程有操作系统、计算机网络、计算机系统结构等.本课程共72 学时,4 学分.2．课程的主要内容本课程主要讲解简单、单台计算机的完整组成原理和内部运行机制,包括运算器部件、控制器部件、存储器系统、输入/输出系统〔总线与接口等〕与常用的输入/输出设备, 环绕各自的功能、组成、设计、实现、使用等知识进行介绍.3．课程特点本课程教学内容的工程性和技术性较强,而且随着应用技术的发展,课程中涉与到的新技术应用的教学内容随时都在发生日新月异的变化.所以,学习本课程对专科层次所学的计算机硬件基础知识要求较高,对新技术的跟踪和课外文献资料阅读能力也要求较高.为了学好本课程,要求学生必须认真阅读教材,听课,独立完成作业,参加小组讨论课等各种教学活动,有条件的教学点还应利用教学实验设备或者本课程的虚拟仿真软件,达到加强领略教学要求的目的.二、教学内容与要求〔一〕计算机组成概述〔6 学时〕1．教学内容〔1〕计算机系统构成的层次结构,硬件子系统和软件子系统；〔2〕计算机硬件的 5 个功能部件各自的功能和相互间的连接关系；〔3〕计算机系统的性能与技术指标；〔4〕计算机系统的体系结构、组成、实现所涉与的主要内容；〔5〕计算机发展历程和应用领域.2．教学要求〔1〕了解计算机系统硬软件的组成和它们的层次关系；〔2〕理解计算机硬件系统的 5 大功能部件和各自的功能；〔3〕理解计算机各部件的连接关系和整机运行过程的入门性知识；〔4〕了解 3 个级别的计算机语言；〔5〕理解计算机系统的主要性能与技术指标；〔6〕理解计算机"体系结构〞、"组成〞和"实现〞各自面对的主要问题；〔7〕了解计算机发展历程和应用领域；〔8〕了解计算机系统分类.〔二〕数据表示和运算方法〔10 学时〕1．教学内容〔1〕数字化编码的概念,二进制码与不同进制数之间的转换；〔2〕定点数在计算机内的表示与编码；〔3〕浮点数在计算机内的表示；〔4〕文字和多媒体信息的表示与编码；〔5〕检错纠错编码的概念与其基本实现原理；〔6〕二进制数值数据的运算算法.2．教学要求〔1〕掌握数制与数制转换的基本概念,熟练运用各种进制数间的转换规则进行手工转换运算；〔2〕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；〔3〕理解常用二-十进制数编码的特点,能够说明各种不同编码的实用意义；〔4〕理解浮点数在计算机内的表示方法,能够说明阶码和尾数的位数与数值 X 围和数值精度的关系；〔5〕了解浮点数的规格化和隐藏位的含义,会判断浮点数的溢出；〔6〕掌握十进制数与浮点数间的转换运算；〔7〕了解文字和多媒体信息的表示的基本概念；〔8〕理解检错纠错编码的用途,能够区分几种常见的校验码,能够说明奇偶校验码的实现方法,能够说明海明码与循环码实现检错和纠错的道理；〔9〕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；〔9〕了解定点数的原码一位乘、除法的可行算法.〔三〕运算器部件〔8 学时〕1．教学内容〔1〕定点运算器中ALU 的功能和实现原理；〔2〕计算机的定点运算器；〔3〕浮点运算和浮点运算器.2．教学要求〔1〕掌握定点运算器中ALU 的功能；〔2〕了解定点运算器中ALU 的实现原理；〔3〕掌握定点运算器的功能与组成,了解运算器在整机系统中的地位；〔4〕理解 MIPS 计算机的运算器实例的组成特点；〔5〕了解定点运算器 Am2901 芯片的内部结构框图,以与用该芯片构建运算器部件的方法；〔6〕理解浮点数的表示方式,会运用浮点数的运算规则作简单算术运算；〔7〕了解浮点运算器的功能与组成；〔8〕了解 CPU 芯片内的运算器部件的普通组成.〔四〕指令系统和汇编语言程序设计〔9 学时〕1．教学内容〔1〕指令、计算机指令系统概述；〔2〕指令格式与寻址方式；〔3〕指令系统举例,PentiumⅡ、 MIPS32 和教学示例计算机的指令系统；〔4〕汇编语言程序设计简介.2．教学要求〔1〕理解指令的功能、构成格式、操作码和操作数地址两个字段的内容和组织方式；〔2〕了解指令分类的方案和分类结果；〔3〕了解指令周期对计算机性能和硬件结构的影响；〔4〕理解并记忆指令中的形式地址和物理地址的概念；〔5〕理解并叙述几种常用的寻址方式的用法与其编码表示；〔6〕了解几种常用指令系统的组成概貌；〔7〕理解 3 个级别的计算机语言之间的关键区别和各自的应用场合；〔8〕了解程序中常用到的几种流程结构与其相应的指令或者语句；〔9〕初步学会设计简单的汇编语言程序与其调试方法.〔五〕控制器部件〔9 学时〕1．教学内容〔1〕控制器的功能与组成概述；〔2〕硬连线控制器的组成与运行原理；〔3〕微程序控制器组成与运行原理；〔4〕指令流水线的概念和实现技术.2．教学要求〔1〕理解并记忆计算机控制器的功能与基本组成,体味控制器在计算机整机中的地位；〔2〕理解并记忆硬连线控制器部件的实际组成与其各子部件的功能；〔3〕了解MIPS32 计算机系统与其控制器部件的运行原理；〔4〕了解控制器部件的设计过程和基础技术；〔5〕理解并记忆微程序控制器的普通组成和基本运行原理；〔6〕理解并叙述微指令中的下地地址字段、微命令字段的内容与其控制功能；〔7〕了解微程序控制器与硬连线控制器在组成与性能方面的异同之处；〔8〕理解并记忆指令流水线的概念,关键技术指标；〔9〕了解指令流水线的实现思路,3 类相关问题与其解决方案；〔9〕了解指令级并行技术的概念.〔六〕存储器系统〔12 学时〕1．教学内容〔1〕多级结构的存储器系统综述；〔2〕半导体存储器芯片的内部结构和记忆信息的原理；〔3〕主存储器的技术指标、基本组成与运行原理；〔4〕辅助存储器的种类与指标要求,硬盘存储器和磁盘阵列的组成和工作原理；〔5〕光盘机的组成与运行原理简介；〔6〕Cache 存储器的功能、运行原理与基本结构,Cache 的地址映像方式；〔7〕虚拟存储器的概念与实现；〔8〕Pentium 计算机中的存储器系统.2．教学要求〔1〕了解存储器的分类与各类存储器的特点；〔2〕理解并记忆存储器系统的分层结构与原则；〔3〕了解半导体存储器芯片的内部结构和实现记忆的原理；〔4〕掌握主存储器的组成、技术指标和运行原理；〔5〕理解并记忆硬盘存储的基本组成和读写过程；〔6〕了解磁盘阵列技术的相关概念；〔7〕了解光盘存储器的组成和运行原理；〔8〕掌握并描述 Cache 的功能与工作原理；〔9〕理解 Cache 的 3 种地址映像方式；〔9〕了解 Cache 的基本结构；〔11〕了解虚拟存储器的基本概念与实现方法.〔七〕计算机输入/输出系统〔12 学时〕1．教学内容〔1〕输入/输出设备综述；〔2〕常用设备的功能和基本工作原理简介；〔3〕输入/输出接口综述、端口的编址方式、几种标准接口的特点；〔4〕常用输入/输出方式的控制原理；〔5〕中断的基本类型、优先级别、完整的中断过程；〔6〕DMA 的基本概念与传送过程；〔7〕总线的功能、组成,总线仲裁和数据传送控制；〔8〕总线标准简介〔9〕Pentium 计算机中的总线系统简介.2．教学要求〔1〕了解几种常用输入/输出设备的功能和基本工作原理,区分它们的不同种类；〔2〕理解接口的含义、信息交换的过程、具有的功能和类型；〔3〕了解接口电路的两种端口编址方式的特点；〔4〕理解并区别几种标准接口的不同特点；〔5〕理解并区别几种输入/输出方式的不同特点；〔6〕理解与中断和 DMA 相关的一些重要的基本概念；〔7〕理解并能解释中断全过程中涉与到的一些重要名词和结论；〔8〕掌握 DMA 控制器的功能、组成、数据传送方法和过程；〔9〕理解与总线相关的一些重要的基本概念；〔9〕掌握总线仲裁和数据传送控制等基本的工作原理；〔11〕了解几种常用的总线标准和 Pentium 计算机的总线系统.〔八〕并行计算机体系结构〔6 学时〕1．教学内容〔1〕并行处理的概念,需要解决的问题和实现途径；〔2〕向量处理机的构成；〔3〕多处理机系统；〔4〕多计算机系统.2．教学要求〔1〕了解并行处理的概念,需要解决的问题和实现途径；〔2〕了解向量处理机的普通组成和工作原理；〔3〕了解多处理机系统可行的构建方式和运行原理；〔4〕了解多计算机系统可行的构建方式和运行原理.三、课程教学媒体选择〔一〕教学媒体1．文字教材《计算机组成原理〔本科〕》王诚主编中央广播电视大学出版2．录相教材 4 讲王诚主讲中央广播电视大学音像出版3．流媒体〔IP〕课件王诚主讲中央电大电大在线课程学习平台4．网上辅导中央电大电大在线课程学习平台和莱钢电大在线课程学习平台5．形考作业《计算机组成原理形成性考核作业册》中央电大电大在线课程学习平台6．复习资料《计算机组成原理期末复习指导》中央电大电大在线课程学习平台7．网络课程电大在线主页"网络课程〞栏目〔二〕各种媒体之间的关系本课程文字教材作为学习的主要媒体,系统和完整地反映了课程教学内容,是教师授课和学生自学的首选必读的课本.录相课较文字教材的起点较高,是学科专家站在本课程学科高度为电大系统教师和学生提供的专题讲座,属于本课程学习内容和学习目标的提高和拓展.流媒体〔IP〕课件是以本课程的教学大纲和考核说明为依据,以系统讲授的方式为学生自学本课程提供较完整的辅导课录相.网上辅导以文本方式按章节为学生提供重点和难点内容的辅导,并作为文字教材的补充为学生提供一定量的例题.网络课程为学生提供了交互式的学习体验与虚拟实验.四、教学安排建议〔一〕教学进度安排本课程应以一学期 18周安排教学进度,考虑在职成人学习的特点和因素,教学形式可采用面授辅导+自主学习+网上集中答疑+网上个别指导等多种方式相结合,平均每周教学时数不应少于4学时.教学进度具体建议见下表.周次章教学内容形考建议1．计算机系统构成的 6 层次结构,硬件子系统和软件子系统；2．计算机硬件的 5 个功能部件各自的功能和相互间的连接关系；1~2 3~4 5~6 7~8 9~10 第1 章第2 章第2 章第3 章第4 章第4 章第5 章3．计算机系统的性能与技术指标；4．计算机系统的体系结构、组成、实现所涉与的主要内容；5．计算机发展历程和应用领域；6．数字化编码的概念,二进制码与不同进制数之间的转换.1．定点数在计算机内的表示与编码；2．浮点数在计算机内的表示；3．文字和多媒体信息的表示与编码；4．检错纠错编码的概念与其基本实现原理；5．二进制数值数据的运算方法.1．定点运算器中ALU 的功能和路线实现原理；2．计算机的定点运算器；3．浮点运算和浮点运算器.1．指令、计算机指令系统概述；2．指令格式与寻址方式；3．指令系统举例,PentiumⅡ、MIPS32 和教学示例计算机的指令系统.1．汇编语言程序设计简介；2．控制器的功能与组成概述；3．硬连线控制器的组成与运行原理；布置形考作业一中的第2 章部份的练习题布置形考作业一中的第3 章部份的练习题收形考作业一并点评；布置形考作业二中的第4 章部份的练习题发布形考第一次小组讨论主题和讨论要求；11~12 13~14 15~16 17~18 第6 章第6 章第7 章第7 章第8 章4．微程序控制器组成与运行原理；5．指令流水线的概念和实现技术.1．多级结构的存储器系统综述；2．半导体存储器芯片的内部结构和记忆信息的原理；3．主存储器的技术指标、基本组成与运行原理；4．第一次小组讨论活动.1．辅助存储器的种类与指标要求,硬盘存储器和磁盘阵列的组成和工作原理；2．光盘机的组成与运行原理简介；3．Cache 存储器的功能、运行原理与基本结构,Cache的地址映像方式；4．虚拟存储器的概念与实现；5．Pentium 计算机中的存储器系统.1．输入/输出设备综述；2．常用设备的功能和基本工作原理简介；3．输入/输出接口综述、端口的编址方式、几种标准接口的特点；4．常用输入/输出方式的控制原理；5．中断的基本类型、优先级别、完整的中断过程；6．DMA 的基本概念与传送过程.1．总线的功能、组成,总线仲裁和数据传送控制；2．总线标准简介；3．Pentium 计算机中的总线系统简介；4．并行处理的概念,需要解决的问题和实现途径；5．向量处理机的构成；6．多处理机系统；7．多计算机系统；8．第二次小组讨论活动.布置形考作业二中的第 5 章部份的练习题收形考作业二并点评布置形考作业三中的第6 章部份的练习题发布形考第二次小组讨论主题和讨论要求；布置形考作业三中的第 7 章部份的练习题收形考作业三并点评〔二〕网上辅导充分利用电大在线的网络资源,定期与不定期的在网上提供有关的课程辅导材料,根据教学需要,适当安排网上辅导和考前答疑活动.具体安排如下：1 ．教学文件包括课程说明、教学大纲、教学设计方案、考核说明等.2 ．课程辅导包括课程作业、专题辅导.3．网络课堂包括流媒体〔IP〕课件、直播课堂和午间直播课堂.4．网上论坛主要为学生提供一个教学交流的平台,可以对教学内容、学习方法与组织管理做必要的沟通,教师也可通过论坛为学生提供必要的学习心理咨询和其他各种匡助.中央电大教师和主讲教师会在论坛每学期安排两次实时辅导答疑,第 1 次为学习指导,第 2 次为期末复习指导.具体时间安排见电大在线主页. 各级电大教师均应按照学生需要安排多次实时和全程非实时的网上答疑和辅导活动.〔三〕形成性考核1．平时作业本课程的平时作业由网上辅导栏目发布,必要时也将通过《中国远程教育》杂志社出版《计算机组成原理形成性考核作业册》.作业成绩计入课程总成绩.2 ．小组讨论本课程的小组讨论课由教学点组织、在面授教师主持下完成,每一个学生必须按照小组讨论课要求完成课前准备,讨论课以课堂面对面形式开展,教师要把握好"引领〞、"提问〞和"评价〞等环节,使学生能够理论联系实际进行紧扣主题的讨论.要为每次讨论课录音并做好发言记录.每一个学生的讨论课成绩计入课程总成绩.中央电大将不定期地抽查作业的完成和评价情况,随时抽取小组讨论课的录音资料和文档记录以调整本课程的考核评价策略.有关本课程的具体考核内容和要求,参见中央电大教学文件"计算机组成原理课程考核说明〞 .五、教学方法的建议根据本课程特点,教学和学习上应该注意以下几点：1．注重强调计算机整机的完整组成,教学上以硬件的原理知识为主,同时结合一些软件知识和硬件的实际应用现状的介绍,以提高学生的学习兴趣,并加深对计算机基本组成原理与运行机制的理解；2．教学过程应以基本原理为主线索,配合应用实例的讲解,以加强学生对理论知识的领略；3．在教学要求上还应加强基本概念的叙述和运行原理的描述,以达到将来更好地理解计算机系统结构理论和软件系统知识打下良好基础的目的；4．独立完成作业是对每位学生学习本课程的最基本要求,与时布置作业、批改作业和反馈给每一个学生作业中存在的问题,是每一个教师应尽的责任,惟独大家都做到了这一点,才干真正实现本课程的教学目标；4．小组讨论课能够激发在职成人学生的主动学习的热情,能够培养学生互帮互学的团队意识,能够训练学生运用各种工具和途径搜索并获取信息的能力,这些都是信息时代作为一位大学生应该具有的基本能力和素质,所以小组讨论课的安排应该严格要求每一位学生并鼓励他们充分地展示自己.六、教学反馈各级电大的教师和学生均可通过电子、、网上论坛,将教学过程中遇到的问题与时反馈给中央电大课程组..课程组长：陶水龙中央电大工学院主持教师：宁晨、何晓新中央电大工学院：复兴门内大街 160 号中央电大工学院,__100031 联系：010－66490686,66490550电子：网上论坛：:// openedu。
计算机组成原理教学设计
计算机组成原理教学设计1. 简介计算机组成原理是计算机相关专业的一门重要课程，它主要涉及计算机硬件组成、原理和结构以及计算机系统的层次结构等，是学习计算机科学与技术的基础性课程之一。
本文将从教学目标、教学内容、教学方法、教学评价等方面进行计算机组成原理教学设计的详细介绍。
2. 教学目标本课程的教学目标主要包括以下几个方面：1.掌握计算机硬件组成的基本知识，了解计算机系统的层次结构、指令系统和CPU的工作原理等；2.熟练掌握计算机组成原理中的基本概念、术语和计算机的数据表示方式；3.能够使用计算机所需要的各种硬件和软件资源，对计算机操作系统有一定的了解；4.具备分析、设计和实现简单的计算机系统和组成部分的能力；5.加深对计算机硬件的理解和兴趣，为进一步学习计算机科学和技术打下基础。
3. 教学内容本课程主要包括以下几个方面：1.计算机系统的层次结构；2.指令系统和CPU的工作原理；3.存储系统；4.I/O系统；5.总线系统；6.计算机的组成部件；7.计算机原理问题。
4. 教学方法在教学方法上，本课程采用多种教学模式，主要包括：1.讲授和演示；2.实践操作和课堂练习；3.课程设计和讨论；4.实验教学和开发项目。
在教学过程中，重点注重学生的动手实践和设计能力，帮助学生理解计算机硬件组成和结构，提高学生的解决问题能力和独立思考能力。
5. 教学评价为了全面评价学生的学习情况和提高教学效果，本课程特别注重教学评价。
教学评价主要包括以下几个方面：1.课堂作业和小组讨论；2.平时考核和实验操作；3.期末考试；4.课程设计和综合实验等。
在教学评价中，注重学生的学习效果和实际能力的提高，并充分考虑学生的个性差异和兴趣特点，为学生提供个性化的教学服务和教学指导。
6. 结论计算机组成原理是一门重要的计算机基础课程，对于计算机相关专业的学生来说具有重要意义。
本文从教学目标、教学内容、教学方法和教学评价等角度进行了计算机组成原理的教学设计，并提出了相应的教学策略和方法，旨在帮助学生掌握计算机组成原理的基本知识和基本概念，为进一步学习计算机科学和技术打下坚实的基础。
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计算机组成原理课程设计41846山东英才学院课程设计（论文）设计题目：微程序控制运算器的设计课程名称：计算机组成原理院 (系) 部：信息工程学院学生姓名：邵帅班级： 11科计技本科班专业：计算机科学与技术成绩：指导教师：王若成设计时间： 2013年12月山东英才学院教务处制二O一三年十二月微程序控制的运算器的设计摘要本设计详细介绍了在可编程ispLSI1032E系统下，采用层次化设计方法，通过把八位全加器、八位计数器、八位寄存器作为底层电路，以设计八位计算机运算器的设计原理和设计过程，其中ALU为8位的加法器，具有加法和加1功能，两操作数由八位寄存器R0、R1提供，其结果放入R2中，具体何种操作可由微命令任意设定。
AbstractThe detailed design of the programmable ispLSI1032E system, the use of hierarchical design method, the eight bit full adder, eight bit counter, eight bit registers as the underlying circuit, the design of eight bit computing the design principle and the design process, where ALU is a 8 bit adder, additive and plus 1function, the two operand is provided by the eight bit registers R0, R1, and the results in R2, which can be set arbitrarily by micro operation command.目录一、设计任务与要求 01、运算器的结构 02、微程序控制器 03、微指令格式 (1)4、编写微指令 (1)5、调试步骤 (1)二、设计方案与论证 (2)1、确定总体结构 (2)2、寄存器设置 (2)3、微程序计数器的设置 (2)4、加法器设置 (2)三、逻辑设计 (3)1、微程序计数器的设计 (3)2、八位寄存器的设计 (5)3、加法器的设计 (6)四、设计过程与步骤 (7)1、创建新项目 (7)2、选择虚拟器件 (8)3、设计原理图输入 (8)4、源文件编译 (9)5、设计项目适配 (9)6、编程下载 (10)7、在实验箱上进行逻辑验证 (11)五、所遇到的问题及解决办法 (11)六、结论与心得 (11)七、参考文献 (13)八、教师评语 (14)九、附录 (15)附录一：微程序控制的运算器设计原理图 (15)附录二：本课程设计软硬件平台介绍 (18)一、设计任务与要求设某计算机运算器，其中ALU为8位的加法器，具有加法和加1功能，两操作数由八位寄存器R0、R1提供，其结果放入R2中，具体何种操作可由微命令任意设定。
1、运算器的结构运算器的结构,如图1所示。
2、微程序控制器微程序控制器的结构图，如图2所示。
当模式开关置于统调时，控制存储器ROM2#、ROM1#、IR15-8、IR7-0、L15-8、L7-0、CPIR、A0～A7均连入1032E系统中。
其中，自行设计的微程序计数PC图1.运算器的结构图图2.微程序控制器框图向控制存储器提供8位微地址，在控存读信号的作用下，读出一条长16位的微指令代码，并在打入命令CPIR的作用下，送入IR15-8、IR7-0。
L15-8、L7-0用于显示微指令寄存器IR15-8、IR7-0的内容。
每当按一次脉冲键便产生一个负脉冲，该脉冲的作用是：1.作为读控存的命令。
2.负脉冲当作CPIR将读出的微指令打入微指令寄存器IR。
3.负脉冲的上升沿使PC＋1形成下一条微指令的地址。
4.负脉冲反相后的上升沿作为寄存器打入脉冲。
3、微指令格式微指令格式，如图3所示。
图3.微指令格式字段分配：μIR15-μIR8：定义为8位操作数；μIR7：为1，C0=1；为0 C0=0；μIR6：为1，产生CPR0；μIR5：为1，产生CPR1；μIR4：为1，产生CPR2；4、编写微指令实验要求：用二进制代码写出下面3 条指令的微程序:例如55+AA→R2执行过程55→R0 AA→R1 R0+R1→R2结束。
0101 0101 0100 00001010 1010 0010 00000000 0000 0001 00005、调试步骤首先，将模式开关置于统调，涉及运算器和uPC逻辑线路并下载至1032E中；再将模式开关置于分调，键入微指令十六进制代码至空存ROM2#、ROM1#中，微指令从0号单元开始存放。
然后，将模式开关置于统调，按一次RET2键将uPC置零，每按一次脉冲键读出一条微指令。
当微程序执行完时检查并记录结果。
二、设计方案与论证1、确定总体结构程序设计的总体结构，如图4所示。
图4.系统的总体结构2、寄存器设置R0、R1、R2为8位的通用寄存器；R0、R1 R2为不带复位的寄存器。
系统中R0、R1为通用寄存器，可存放源操作数、R2为通用寄存器，可存放中间结果或最终结果；每个寄存器均由8个D触发器构成。
3、微程序计数器的设置uPC采用的是8位二进制异步加法计数器，微程序计数器的值通过加1实现的。
复位信号有效时，计数器uPC清零。
4、加法器设置采用8位带串行进位的并行加法器。
为实现加、减法运算，系统用于计算的操作数一律采用补码表示。
加法器由8个一位全加器构成，一位全加器之间采用串行进位。
微程序设计技术，是利用软件设计方法来设计硬件的一门技术。
基本思想是仿照通常的编制程序的方法，把操作控制信号编成所谓的“微指令”，存放到一个只读存储器里，当机器运行时，又一条一条读出这些微指令，并由此产生全机所需的各种微操作控制信号，使相应部件执行所规定的操作。
该课程设计采用微程序设计方法，通过确定总体结构、逻辑设计、确定控制方式、测试用例等几个步骤，完成简单运算器及其外围设备的电路设计，实现55→R 0 AA →R 1 R 0+R 1→R 2等指令的简单功能，该方案是可行的。
三、逻辑设计1、微程序计数器的设计在数字电路中，把记忆输入CP 脉冲个数的操作叫做计数，能实现技术操作的电子电路称为计数器。
主要特点：1.一般的说，计数器除了输入计数脉冲cp 信号之外，很少有另外的输入信号，其输出通常也都实现态的函数，而输入计数脉冲CP 是当作触发器的时钟信号对待的。
2.从电路组成看，其主要组成单元是时钟触发器。
计数就是计CP 脉冲的个数，每来一个CP 脉冲，计数器就加一个1，随着输入计数脉冲个数的增加,计数器中的数值也增大，当计数器计满时再来CP 脉冲，计数器归零的同时给高位进位。
根据二进制递增计数规律。
以三位二进制加法计数器为例，如其状态图如图5所示.a)选择触发器D 触发器,凡是具有置0 置1功能的电路,都叫D 触发器 特性方程: Q n+1=DCP 上升沿时刻有效100 110 /1 /1 /1 101111 /1 /1 000001010011 /1 /1 210 图5. 三位二进制加法计数器状态图b)求时钟方程由于要求构成的是异步计数器,显然各个触发器的时钟信号都应使用输入计数脉冲CP.c)求输出方程C=Q2n Q1n Q0nd)求状态方程QQ nn1=+CP↑QQ nn111=+↑Q nQQ nn212=+↑Q n1根据状态图的规定，可画出异步三位二进制计数器的原理图，如图6所示。
同理，八位二进制计数器原理图如图7所示：图6.异步三位二进制计数器的原理图八位二进制计数器电子元器件生成，如图8所示：2、八位寄存器的设计寄存器：具有寄存功能的电路。
寄存器是一种基本的时序电路，在各种数字系统中几乎无所不在，因为任何数字系统，都必须把需要处理的数据，代码寄存器来，以便随时取用。
特点：（1）具有存储功能的触发器组合构成。
（2）任务是暂时存储二进制数据或代码，部队存储内容进行处理，逻辑功能比较单一。
本实验要求设计一个8位的寄存器，其中d 7—d 0、q 7—q 0分别为寄存器的输入和输出，cp 为寄存器的时钟脉冲。
图电路为8位寄存器的线路原理图,如图9所示。
图7. 八位二进制计数器原理图 图8. 八位二进制计数器电子元器件图9. 八位寄存器的线路原理图八位寄存器电子元器件生成，如图10所示：图10. 八位寄存器电子元器件3、加法器的设计在项目管理器窗口中，打开菜单中的Source项，选择new命令，在弹出对话框中选择Schematic，并按OK随即弹出一个对话框，要求输入原理图名称，只要在文件名栏输入如：Add8.sch并按保存按钮即进入原理图编辑窗口。
将如下八位全加器原理图输入即可。
加法器的原理图，如图11所示。
当将八位全加器原理图编辑完成并确认没有错误之后，在原理图编辑窗口中，打开File菜单，点击其中的Matching Symbol菜单项，此时，便生成了新的Add8元器件，出现在Local库中。
如图12所示：四、设计过程与步骤1、创建新项目（1）启动ispEXPERT SYSTEM；在Windows98下，选Lattice Semiconductor 项的ispEXPERT SYSTEM，单击后进入ispEXPERT SYSTEM Project Navigator 窗口。
（2）建立新项目，建立新项目的方法是：选择项目管理其窗口中上排的菜单选项用鼠标单击File菜单下的New Project···，弹出Create New Project对话框，首先从最上部的小窗口选择驱动器（假设使用D盘），然后用鼠标左键单击建“新文件夹”按钮，在对话框的提示栏中键入USER，并选择OK，这样就在D盘的根目录下建立了一个“USER”文件夹.（3）在“文件名”窗口键入项目名“wcxkzysq.syn”以取代原来默认的New.syn，按“打开”确认，新项目建立完毕并自动进入项目管理器。
图11. 全加器原理图图12. 全加器Add8电子元器件2、选择虚拟器件进入项目管理器之后，在其左边窗口可以看到虚拟器件：Virtual Device。
现在需要选择使用的具体目标器件，双击Virtual Device，弹出Choose Device对话框。
我们的实验平台所用的器件为ispLSI1032E，则可在Device family窗口中选择ispLSI1000（1000系列），再在Device窗口中按动Device器件目录中滚动条找到ispLSI1032E-70LJ84并选择OK即可。
如图13所示：3、设计原理图输入在ispEXPERT中如何使用原理图输入的方法进行设计，主要步骤如下：（1）原理图命名在项目管理器窗口下，选择总菜单Source项下的New选项，此时将出现New Source对话框。