(新)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。
教学目标：
理解总线的概念；
了解总线的分类；
了解总线的结构及几种常用总线结构；
掌握总线的判优控制机制和通信控制过程。
教学重点和难点：
总线的判优控制和通信控制。
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、总线的基本概念
1．分散连接结构的计算机
分散连接结构的缺点：
增删设备不方便
扩展性差
2．总线结构的计算机
工作效率提高
要解决总线的使用冲突的问题
二、总线的分类
1．片内总线
芯片内部的的总线，用于连接芯片内部的各部件，如CPU内部总线。
2．系统总线
根据传输信息的不同，分为三类：
数据总线、地址总线、控制总线
数据总线：传输数据，双向
地址总线：传输地址，单向
控制总线：传输控制信号和状态信息号，双向
3．通信总线
用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统之间的通信。远距离传输。
三、总线特性及性能指标
1．总线特性
四个基本特性：
机械特性
电气特性
功能特性
时间特性
2．总线性能指标
主要性能指标有：
总线宽度
总线带宽
时钟同步/异步
总线复用
信号线数
总线控制方式
其他指标
3．总线标准
（1）总线标准的概念
系统与模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面
（2）介绍常见的总线标准
简介ISA、MCA、EISA、VESA、STD、PCI、AGP、USB、IEEE1394 四、总线结构
1．单总线结构
所有设备和部件都使用一组总线。
优点：结构简单，便宜于扩充，成本低
缺点：设备冲突成为瓶颈，系统带负载能力差
适用：小型或微型计算机
2．多总线结构
不同的设备连接在几条总线上。
几种多总线结构：
双总线结构
三总线结构
3．总线结构举例
（1）举例
传统微机总线结构
VL-BUS总线结构
PCI总线结构
（2）总线分层的优点
减少设备使用决线的冲突
提高系统整体带负载能力
五、总线控制
1．为什么要进行总线控制？
绘制一个用总线连接的局部示意图，分析数据传输的过程，明确控制在总线传输中的作用。
2．判优控制
（1）基本概念
主设备、从设备、判优控制
（2）链式查询方式
原理：由响应信号决定使用总线的优先顺序。
优点：电路简单
缺点：判优速度慢
（3）计数器定时查询
原理：由计数值决定响应哪个设备优点：电路较简单，有一定灵活性缺点：判优速度慢
（4）独立请求方式
原理：由判优电路决定优先顺序优点：判优速度快
缺点：电路复杂，成本低
2．通信控制
（1）总线周期的4个阶段
申请分配阶段
寻址阶段
传数阶段
结束阶段
（2）总线通信的4种方式
同步通信
外同步，内同步
异步通信
半同步通信
分离式通信
第四章存储器
内容简介：
主存储器，高速缓冲存储器，辅助存储器。
教学目标：
理解主存储器（RAM和ROM）基本工作原理；
熟练掌握内存芯片的扩展连接方法；
理解高整缓存的作用及Cache-主存地址映射方式；
理解辅助存储器的原理基本工作原理。
教学重点和难点：
主存储器的原理、CPU与存储器的连接、Cache-主存地址映射、辅助存储器的原理。
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、存储器概述
1．存储器的分类
介绍存储器分类的几种方法以及每一类存储器的基本特性。
2．存储器的层次结构
介绍计算机的存储器按层次分布情况和特点。
二、主存储器
1．主存概述
主存的基本构成
主存中的存储单元地址的分配
主存的主要技术指标
2．半导体存储器芯片简介
半导体存储芯片的基本结构
半导体存储芯片的译码驱动方式
3．随机存取存储器
（1）静态RAM
静态RAM的基本单元电路组成
静态RAM的基本存储原理
静态RAM的芯片举例
静态RAM的读/写时序分析
（2）动态RAM
动态RAM的基本单元电路组成：三管动态RAM的基本单元电路、单管动态RAM的基本单元电路
动态RAM芯片举例
动态RAM读/写时序
动态RAM的刷新
4．只读存储器ROM
掩膜ROM
PROM
EPROM
EEPROM
EPROM芯片简介
5．存储器与CPU的连接
存储容量扩展的方法
存储器的几类线与CPU的连接（地址线、数据线、读/写控制线、片选线）
芯片的选择
内存连接举例
6．存储器的校验
纠错理论
汉明码的形成步骤、方法及举例
汉明码的纠错过程
7．提高访存速度的措施
（1）三类方法
采用高速元件
改变存储系统的层次结构
调整主存结构
（2）单体多字系统
（3）多体并行系统
（4）高性能存储芯片简介
三、高速缓冲存储器
1．概述
问题的提出
高速缓存的理论依据
高速缓存的工作原理
命中率和平均访问时间的计算高速缓存的基本构成
高速缓存的读写操作
高速缓存的改进措施2．Cache与主存的地址映射直接映射
全相联映射
组相联映射
3．替换策略
先进先出算法
近期最少使用算法
四、辅助存储器
1．概述
辅助存储器的特点及类型
磁表面存储器的主要技术指标2．磁记录原理和记录方式
读写操作的基本原理
六种常用的记录方式
3．硬磁盘存储器
（1）硬磁盘存储器的类型
从磁头考虑：固定磁头、移动磁头从盘片考虑：固定盘片、可换盘片（2）硬磁盘存储器的结构
磁盘驱动器
磁盘控制器
盘片
（3）硬磁盘存储器的发展
（4）磁道记录格式
4．软磁盘存储器
概述
盘片
软盘驱动器和控制器
5．光盘存储器
光盘存储器的三种类型
光盘的存取原理
第五章输入输出系统
内容简介：
输入输出系统概述，I/O设备，I/O接口，程序查询方式，程序中断方式，DMA方式。
教学目标：
了解输入输出系统的发展；
了解输入输出系统的构成及工作原理；
掌握三种典型的输入输出控制方式的工作原理；
了解常用的I/O设备及其基本的工作原理；
理解I/O接口的作用、构成及工作原理。
教学重点：
程序查询方式、程序中断方式、DMA方式。
教学难点：
周期窃取、CPU响应中断和允许周期挪用的时间。
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、输入输出系统概述
1．输入输出系统的发展
早期阶段
接口模块和DMA阶段
具有通道结构的阶段
IOP阶段
2．输入输出系统的组成（1）I/O软件
I/O指令
通道指令
（2）I/O硬件
3．I/O设备与主机的联系方式（1）编址方式
统一编址
不统一编址（独立编址）（2）设备寻址
（3）传送方式
并行方式
串行方式
（4）联络方式
立即响应方式
异步应答方式
同步方式
（5）连接方式
辐射式
总线式
4．信息传送的控制方式
程序查询方式
程序中断方式
DMA方式
二、I/O设备
1．I/O设备概述
三类：人机交互设备，计算机信息的存储设备，机—机信息设备2．输入设备
键盘
鼠标
触摸屏
其他输入设备
3．输出设备
显示设备
打印设备
4．其他I/O设备
终端设备
A/D、D/A转换器
汉字处理设备
5．多媒体技术
（1）定义
（2）多媒体技术的特点
（3）多媒体计算机的关键技术
压缩与解压缩
多媒体专用芯片
大容量存储器
多媒体软件
三、I/O接口
1．概述
接口的定义
设备接口的原因
2．接口的功能和组成
（1）总线连接方式的I/O接口电路
数据线
设备选择线
命令线
状态线
（2）接口的功能和组成
选址功能
传送命令的功能
传送数据的功能
反映I/O设备工作状态的功能
3．接口类型
按数据传送方式分：并行接口、串行接口