《计算机组成原理实验》教学大纲(信息)

《计算机组成原理实验》教学大纲(信息)（精选15篇）

1.《计算机组成原理实验》教学大纲(信息) 篇一

计算机组成原理实验一

基础汇编语言程序设计

实验目的：

1． 学习和了解TEC-2000十六位机监控命令的用法； 2． 学习和了解TEC-2000十六位机的指令系统； 3． 学习简单的TEC-2000十六位机汇编程序设计；

实验内容：

1． 使用监控程序的R命令显示/修改寄存器内容、D命令显示存储器内容、E命令修改存储器内容； 2． 使用A命令写一小段汇编程序，U命令反汇编刚输入的程序，用G命令连续运行该程序，用T、P命令单步运行并观察程序单步执行情况；

实验要求

在使用该教学机之前，应先熟悉教学机的各个组成部分，及其使用方法。

实验步骤

1． 关闭电源，将大板上的COM1口与PC机的串口“1”相连； 2． 接通电源，在PC机上运行tec-2000文件夹中的PCEC.EXE文件，所用PC机的串口为“1”, 其它的设置一般不用改动,直接回车即可；

3． 置控制开关为00101（连续、内存读指令、组合逻辑、16位、联机），开关拨向上方表示“1”，拨向下方表示“0”，“X”表示任意。其它实验相同； 4． 按一下“RESET”按键,再按一下“START”按键，主机上显示： TEC-2000 CRT MONITOR Version 1.0 April 2001 Computer Architectur Lab.，Tsinghua University Programmed by He Jia > 5． 用R命令查看寄存器内容或修改寄存器的内容 6． 用D命令显示存储器内容

7.用E命令修改存储器内容

注意：用E命令连续修改内存单元的值时，每修改完一个，按一下空格键，系统会自动给出下一个内存单元的值，等待修改；按回车键则退出E命令。

用D命令显示这几个修改内存单元的内容（在实验报告中写明你的实验内容）8.用A命令键入一段汇编源程序，主要是向累加器送入数据和进行运算，执行程序并观察运行结果。

1）在命令行提示符状态下输入：

A 2000↙ ；表示该程序从2000H（内存RAM区的起始地址）地址开始 屏幕将显示： 2000： 输入程序：

（实验报告中写出自己的程序）

程序的最后一个语句，必须为RET指令

直接敲回车键，结束A命令输入程序的操作过程

若输入有误，系统会给出提示并显示出错地址，用户只需在该地址重新输入

正确的指令即可。2）用U命令反汇编刚输入的程序

在命令行提示符状态下输入：

U 2000↙

在相应的地址会得到输入的指令及其操作码（报告中写出执行结果）3）

用G命令运行前面刚键入源程序

G 2000↙

程序运行结束后，可以看到程序的运行结果，屏幕显示各寄存器的值。（实验报告中程序的执行结果，程序运行是否正确）

4）用P或T命令，单步执行这段程序，观察指令执行结果

（实验报告中写出执行过程及结果）

注：T总是执行单条指令，但执行P命令时，则把每一个CALL语句连同被调用的子程序一次执行完成。T、P命令每次执行后均显示所有通用寄存器及状态寄存器的内容，并反汇编出下一条将要执行的指令。

9．举例编写汇编程序, 用“A”命令输入,运行并观察结果（实验报告中写出源程序及执行过程及结果）

参考《TEC-2000A教学计算机系统技术说明与实验指导》第二章及第五章5.1内容，并思考例2后的思考题，在报告中分析并写出执行结果，要求编写在屏幕上输出A-Z26个英文字母，实验报告中写出源程序及运行结果。

例3后的思考题及编写程序，实验报告中写出源程序及运行结果。

认真预习实验，做好实验准备，实验后按要求认真书写实验报告，报告要详细，实验过程及调试好的程序及实验结果，以及实验中遇到的问题，如何解决问题和对本课程及实验的心得体会。

要求每个学生认真上好实验课，做到在规定的时间，规定的实验箱做好实验，实验过程中保持安静。爱护实验设备！

2.《计算机组成原理实验》教学大纲(信息) 篇二

提高实践教学的质量,除了在硬件设施等大环境上做出改善外,还需在主观上改变学生“重课堂理论轻实验实习”的思想,切实改变实验课堂上“教师为主”现状,转变成为以“学生为主,教师为辅”实验教学模式,培养学生自主学习以及创新能力。

本文以我校计算机组成原理实验室为例,结合专业特点,探索实验教学改革。我校计算机组成原理实验室主要面向信息工程学院计算机科学与技术、信息管理与信息系统和物联网等三个专业的本科生。在专业课程结构中,计算机组成原理课程属于必修的专业基础课。该课程能让学生从底层剖析计算机的基本组成及工作原理,掌握基本的设计技术,提高解决数字系统的实际能力,为后续专业课程学习打下基础,是计算机科学与技术专业本科生的核心课程之一,在计算机学科中处于承上启下的地位[1]。计算机组成理论内容比较抽象难懂,很多涉及计算机内部的构造、工作原理等难点只有通过实验加以验证,学生真正理解和掌握。而传统的实践教学方法效果不佳,学生感觉计算机硬件知识抽象,动手能力得不到锻炼[2]。本文从计算机组成原理实验的预习考核、实验教学过程控制等方面出发,在实践教学改革上做了一些有益的探索与尝试,辅助教师有效的安排和组织实验教学过程,彰显实践教学在人才培养中的主导作用。

1 存在的主要问题

1.1学生中普遍存在“重理论轻实践”的观点,实验预习形同虚设

目前各个高校的实验课程预习过程也缺乏模拟演练,都是学生阅读一定的资料后就算完成,无法验证对错,只有在实际动手操作中才能验证对实验内容的理解是否正确,如此预习方法效果不佳[3]。此外学生普遍对理论课程比较重视,而对实验课程抱着敷衍的态度,实验前没有进行预习,实验课上一般也是按照实验指导书上的步骤,或者将其他同学的连线图“依葫芦画瓢”。

1.2实验过程缺乏监控,导致实验效果不理想

在实验课堂上教师的指导任务很重,计算机组成原理实验室一次课安排32名学生实验。教师在实验指导上难免顾此失彼,照顾不到所有学生,导致实验教学效果差。所以考虑由实验技术人员事先培养随堂的勤工俭学学生或者学生志愿者做好教师的实验助手工作。

1.3实验课程结束,实验室环境差。

实验室课程安排紧密,一天里面多个班级做实验,整洁的实验室环境对于老师、学生以及实验效果都会起到积极的作用。这样寻找到切实可行的方法来加强学生的实验仪器操作规范意识和环保意识就非常的重要。

2改革实施后的效果

2.1突破实验空间的限制,辅助教师把好预习关

通过课题研究,课题组通过开发完成了基于PROTEUS软件的网络预习考核系统,该考核系统的界面如图1所示。该考核系统运用虚拟实验软件来搭建计算机内部各个部件的电路构造,用以模拟实验室现场真实的实验环境,让学生在系统所搭建的“虚拟实验台”上进行实验连线,这样完成实验基本的操作步骤,并最终通过系统考核题后才允许进入实验室进行实验。这套网络预习考核系统的运用使学生在进入计算机组成原理实验室前已经对接下来要做的实验任务、所需设备和元器件有了一个初步的理解,进一步保障学生实验预习的真实性和可靠性。同时作为学生实验成绩评定的一个参考,督促学生用好考核系统,认真完成实验预习。组成原理实验预习考核系统功能模块结构图如图2所示。

2.2 结合本实验室特点,加强实验教学的过程监控

高校教学的过程监控有很多环节,有学校学院的两级督导制度,有学生对教师的网上测评系统等。同样实践教学需要良好的过程监控手段,如果该过程控制一旦失衡,实践教学就有可能流于形式形同虚设[4]。本文研究让部分学生辅助教师完成实验辅导的任务,从而实现加强实验教学的过程监控的目的。

在硬件实验上,教师实验指导任务繁重,其中硬件连线检查和仪器设备使用指导工作占了很大比例。通过由实验技术人员在课前预先培养基础较好的学生来熟悉实验环境,通过系统培训让他们了解实验内容,熟悉实验仪器设备的使用,解决实验中出现的问题,这样就有能力在实验课程中去帮助同学解决问题。实践证明,此方案的实施减轻了教师的指导工作量,提高了学生实验的效率,同时也起到监督其他同学端正实验态度作用。

2.3结合本实验分室特点,加强学生和实验技术人员的实验素养

将实验课程涉及的仪器仪表的使用规章、注意事项等以“制度上墙”的方式进行规范。通过教师或者实验技术人员在学期初第一次实验课上对学生进行重点培训。建议教师将学生的实验素养分数记录在册,并在实验成绩里做出体现。

此外培养勤工俭学学生信息员。通过与学生办公室相关老师沟通,每学期挑选实验课程班级的学生参与勤工俭学,负责实验结束后对实验室进行快速整理工作,并在实验课程过程中掌握实验仪器的运行情况,及时与实验技术人员沟通以保证实验正常进行。

3结束语

计算机组成原理课程理论性强、硬件知识抽象,导致实验效果不佳,课题组经过2年的实践积累,不断总结经验,摸索出一系列计算机组成原理实验教学的具体实施方案。通过在传统的实践教学上强化预习环节,保障学生在实验预习的真实性和有效性。通过培养学生信息员来辅助教师完成实验辅导的任务,从而加强实验教学的过程监控的目的。实践证明,改革后的实践教学方法更能适应相关专业学生的学习特点和水平,并且能提高学生的动手设计能力和创新能力,为我校培养应用型创新型人才打下了坚实的基础。

参考文献

[1]张磊,郑榕,田军峰.《计算机组成原理》实验教学改革[J].实验科学与技术,2013(4):221-224.

[2]杨斐.“计算机组成原理”课程的创新性实践教学探索[J].湖北理工学院学报,2013(29):67-69.

[3]迟宗正,赖晓晨.计算机组成原理实验新教学模式研究[J].实验技术与管理,2015,32(5):232-234.

3.《计算机组成原理实验》教学大纲(信息) 篇三

关键词：计算机组成原理；实验教学；“启发-探究”式教学

基金项目：滨州学院教学研究项目（BYJYYB200918）；滨州学院科研基金项目（BZXYG1102）

TP301-4

0.前言

《计算机组成原理》属于计算机及其相关专业的专业基础课程，更因为被列入计算机专业考研通考专业课而愈来愈被学生重视。课程通过对计算机系统概述、总线系统、存储系统、输入输出系统、CPU、控制单元等主要组成部分的深刻解析和具体讲授，使学生能够形象的理解计算机的基本组成和工作原理[1]。

该课程内容抽象，知识点多，逻辑性强，内容有深度，有难度，芯片工作原理难以理解，教师很难形象的讲授教学内容 [2]。因此，各高校都会开设实验课以辅助理论教学。

1.实验课程教学现状

目前可供选择的计算机组成原理实验箱及实验资料很多，但是很多学生普遍感觉理论课与实验课像两条并行的铁轨，无法有机地联系起来。在实际应用中一遇到计算机硬件便一片茫然，无从下手，考研中的设计题更是得分率低。综合考虑主要存在以下问题：

（1） 课程衔接不良

计算机组成原理的先修课包括电子技术、数字电路、模拟电路等。很多高校计算机专业的学生着重于编程的训练却在硬件电路方面知识薄弱，对于《计算机组成原理》中涉及的电路知识无法理解，致使计算机内部基本部件之间的构成原理及实现方法很难被学生理解，更无法对各大部件进行相关的设计。

（2） “傻瓜式”实验模式

大部分高校使用的《计算机组成原理》实验箱都采用集成化设计，实验箱上集成了计算机的基本功能模块，只是预留一些关键的信号线及总线供学生连接[3]。实验指导书只提供实验内容及实验步骤，对于相关原理介绍甚少，对于数据流如何流动及相关时钟分配无详细介绍。

学生按照实验指导书进行操作，机械地接线、拨动相应开关或做其它操作，直到看到实验结果，如果出现结果错误或做不出结果，不会查找故障，更不知如何解决[4]。

（3） 实验内容与理论教学脱节

目前的试验箱可提供多种多功能试验，厂家提供的配套实验指导书中大多是单个模块的验证性实验介绍，综合性、设计性实验很少。单一的验证性实验无法使学生建立一个“整机”的概念，实验内容与理论教学及考研大纲也存在一定出入。

总之，针对使《计算机组成原理》的实验课真正达到辅助教学的目的，无论在优化实验内容还是改进教学方法等方面均需要积极探索和研究。

2.课程的优化和改进

2.1设计安排更科学合理的实验教学内容

首先，依据理论教学大纲和考研大纲，在原有的基础验证性实验基础上，增加若干设计性或综合性实验，辅助学生深入理解计算机内部各大部件之间如何工作，数据流如何流动，指令如何运行，时钟如何分配等。例如，设计一台硬连线的模型机，包括机器指令的设计，即指令格式，微指令流程图，相关控制信号，分配时序周期，并编写相应的微程序，使用实验箱资源，上机调试实现，并提交实验设计报告。通过实验，使学生将所学的基础理论知识模块和验证试验模块有机地结合起来，形成一个“整体”的概念，了解各个模块的功能、时钟和控制信号。其次，根据理论课程进度适时调整实验项目的顺序，依据教学大纲和考研大纲的变化精心设计每次实验的内容，使实验目的更明确，前后实验内容能够有机地衔接起来，让实验与理论相辅相成。

2.2引进“启发—探究”式教学方法，引导学生自主创新

“启发—探究”式教学旨在培养学生的探索精神和创新意识，基本操作程序如下图所示：

图1 “启发—探究”式教学基本操作程序图

将此种方法应用于实验教学，依据实验的内容和性质将实验分为三类：验证性、设计性和综合性，结合学生整体情况，以“启发—探究”式为主，讲授演示法、自学指导法等多种教学方法相结合的形式指导学生实验。

例如针对验证性实验，采用讲授演示法为主，启发式为辅的教学方法。首先主要讲解电路结构，电路设计思路；设计中需注意的问题；数据在各個部件之间如何流动，时钟如何分配等基本知识。然后对于基本操作进行演示，引领学生按照实验步骤完成基本的实验要求，帮助学生深入理解各芯片控制信号对于芯片所起的作用，相关器件如何配合工作，使其理解指导书上的实验步骤的含义。然后，采用启发式法进一步提升学生的认识。例如：对于算术逻辑运算单元的实验，首先按照实验步骤完成实验指导书上的操作，然后根据试验箱的特点要求学生自行完成1+1和1加1的操作，根据结果要求学生思考为何会出现1+1=1和1加1=0这两种情况，以达到学生对于加法器工作的实现及进位链如何进行工作的理解。

经过3个基本验证性实验后，学生基本上能够看懂功能模块的电路原理图，会按照实验指导书做基础性实验了。此时，引入设计性和综合性实验，主要采用自学指导法和研究式法的教学方法[6]。将教学重点转移到培养学生自学能力和动手能力上。引导学生自主阅读和使用实验指导书，培养他们仅借助手册就能独立操作的能力。列出实验题目，让学生自己设计电路，设计实验步骤，编写程序，然后连线做实验。协助学生排除故障，分析解决实验中所出现的各种问题，并对于最后的设计做出总结评价。

这个阶段，个别辅导是主要的教学手段。这个层次的实验可以培养学生的综合设计和动手能力，发散学生的创新思维，使学生从被动接受知识转变为自主获取知识，学生学习的积极性被极大地调动起来。

2.3注重教学内容的先进性

计算机技术及电子技术的迅速发展，使各种设备、观念和内容不断更新。为了使学生及时关注业界最新动态，在组织教学中要及时补充新技术、新芯片、电路设计等前沿知识，并留出适当的学时，组织学生进行讨论，比较计算机系统新旧技术的优劣特点，畅谈自己对于未来计算机系统发展的展望。

3.结论

实验教学作为学生亲自验证理论、充实知识，尝试设计，掌握核心的重要途径，也是培养应用型人才的实质性内容所在。优化实验内容，改进实验教学方法，提高实验教学水平，无疑将对学生的能力培养起到积极有效的作用。

教学实践证明，《计算机组成原理》实验课相对于以往教学情况，学生的态度从过去的敷衍了事变为积极参与，收到了良好的教学效果，有效促进了理论教学。根据近3年上过该课程的学生调查，大部分学生在实践能力方面有了很大的提高，对于理论知识的掌握也较深入，在考研过程中得分率不断提高。

参考文献：

1.唐朔飞.计算机组成原理[M].高等教育出版社.2008

2.刘建英，徐爱萍. 计算机组成原理实验课教改方案的设计[J]. 实验室研究与探索.2005[24]：2

3.邓丽，邓先瑞.计算机组成原理实验课程教学研究与实践探讨[J].煤炭技术. 2010[29]：3

4.戚梅，东野长磊.构建计算机硬件实验教学体系[J].实验室研究与探索. 2009 [28]：9

5.王诚，宋佳兴.教学计算机系统的设计与实现[J].计算机工程与应用. 2005.12

6.周晓聪.衣杨.赖剑煌.计算机科学与技术专业综合实践课程教学模式探索[J].计算机教育. 2014.1

4.《计算机组成原理实验》教学大纲(信息) 篇四

一．实验要求：利用CPTH 实验仪的开关做为控制信号，将指定寄存器的内容读到数据总线DBUS上。

二．实验目的：

1、了解模型机中多寄存器接数据总线的实现原理。

2、了解运算器中移位功能的实现方法。

三．实验电路：CPTH 中有7 个寄存器可以向数据总线输出数据，但在某一特定时刻只能有一个寄存器输出数据，由X2，X1，X0决定那一个寄存器输出数据。

数据输出选择器原理图

连接线表

四．实验数据及步骤：

实验1：数据输出实验

置下表的控制信号，检验输出结果

实验2：移位实验

ALU直接输出和零标志位产生原理图

ALU左移输出原理图

ALU右移输出原理图

直通门将运算器的结果不移位送总线。当X2X1X0=100 时运算器结果通过直通门送到数据总线。同时，直通门上还有判0 电路，当运算器的结果为全0 时，Z=1，右移门将运算器的结果右移一位送总线。当X2X1X0=101 时运算器结果通过右通门送到数据总线。具体内部连接是：

Cy 与 CN →DBUS7

ALU7→DBUS6

ALU6→DBUS5

ALU5→DBUS4

ALU4 → DBUS3

ALU3 → DBUS2

ALU2 → DBUS1

ALU1 → DBUS0 Cy 与 CN → DBUS7 当不带进位移位时(CN=0)：

0 →DBUS7 当带进位移位时(CN=1)：

Cy →DBUS7

左移门将运算器的结果左移一位送总线。当X2X1X0=110 时运算器结果通过左通门送到数据总线。具体连线是：

ALU6 →DBUS7 ALU5→ DBUS6 ALU4→ DBUS5 ALU3→ DBUS4 ALU2→ DBUS3 ALU1→ DBUS2 ALU0→ DBUS1 当不带进位移位时(CN=0)：

0 → DBUS0 当带进位移位时(CN=1)：

Cy→

DBUS0

将55H写入A寄存器

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据55H

置控制信号为：

按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器A的黄色选择指示灯亮，表明选择A寄存器。放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。

S2S1S0=111 时运算器结果为寄存器A内容

注意观察：

移位与输出门是否打开无关，无论运算器结果如何，移位门都会给出移位结果。但究竟把那一个结果送数据总线由X2X1X0输出选择决定。

五．心得体会：

5.计算机组成原理教学设计 篇五

通电学院 12电信职本班 刘玉婷 20122622

一、教材内容分析

学习计算机组成原理会为今后学习操作系统、编译原理、计算机体系结构、计算机网络、计算机容错、并行计算、分布 式系统等课程打好基础，用层次结构的观点并以信息的加工、处理为主线研究计算机硬件结构及工作原理。本书内容覆盖了教育部“高等学校计算机科学与技术专业规范”对本课程所列知识体系中的全部核心单元及部分选修单元。既强调计算机的基本概念和基础知识，又注重与实际应用相结合，并注意反映当代的最新技术。按横向方式组织课程实例，而不拘泥于某一种具体的机型，以减少局限性。注意由浅入深、循序渐进，概念讲解清楚、通俗易懂。

二、学生分析

本课程授课对象是电子专业的大三年级的学生，在此之前学生已学习过计算机基础等相关课程，而计算机组成原理是更深一步的对计算机的探讨，使学生掌握计算机硬件系统中各大部件的组成原理、逻辑实现、设计方法及互连构成整机的技术；培养学生对硬件系统的分析、设计、开发、使用和维护方面的能力，建立牢固的整机思想。使学生学懂简单、完整的单台计算机的基本部件和整机系统组成，以及计算机部件连接关系和运行机理，了解计算机系统结构的入门性知识，掌握使用和简单维护计算机系统的基本技能。

三、教学目标设计

（1）知识与技能

介绍计算机组成原理的基本概念，包括计算机系统的基本组成和它的层次结构，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、组成和实现概述计算机系统的发展、应用与分类。

（2）过程与方法

通过课件演示、学生交流、师生交流、人机交流等形式，培养学生利用信息技术和概括表达的能力。

（3）情感与价值观

培养学生的科学态度，激发学生的想象能力和探索精神，并激发学生主动学习的兴趣。让学生在自主解决问题的过程中培养成就感，为今后学会自主学习打下良好的基础。通过小组协作活动，培养学生合作学习的意识、竞争参与意识和研究探索的精神，从而调动学生的积极性，激发学生对学习计算机组成的兴趣。

四、教学内容设计

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。

（1）教学重点：计算机的组成概念，计算机系统中信息的表示（2）教学难点：计算机的软件及基本工作原理

五、教学策略分析

1．掌握：属于课程中最重要的内容。要求学生能够熟练运用这部分知识对相关问题做基本的分析、计算和处理，具有基本的应用能力和举一反三的能力。2．理解：属于课程中较重要的内容。要求学生能够运用这部分知识对相关问题进行简单的分析、判断和说明，具有区别或区分容易被混淆的概念的能力，以及读懂原理框图、流程图、程序语句和简单逻辑电路图的能力。

3．了解：属于课程中与上述“掌握”和“理解”部分相关的较复杂的内容，作为提高或扩大知识面的内容。要求学生对这部分知识能够初步认识、学会、记忆或简单理解，具有简要描述、叙述、说明和举例的能力。（1）师生互动探究式教学

以教学大纲为依据，渗透新的教育理念，遵循教师为主导，学生为主体的原则，以学生已有的认知水平开展教学，使得学生老师共同探究学习。（2）情景法

用直观画面和生动有趣的游戏激发学生学习的兴趣，创设和谐的学习氛围。（3）讨论法

学生分成小组形式，各个成员之间进行交流探讨。（4）练习法

有小练习来对这节课程内容进行检验，以此来观察学生是否完全掌握。（5）演示法

通过演示数字排序的一般过程，使得师生共同互动探究计算及工作原理。

六、教学过程

本课程采用远程教学和面授辅导相结合的方式开展教学。远程教学包括要求学生收看电视录像课、网上的流媒体（IP）课件、网上教学辅导、实时和非实时答疑等多种教学形式；面授辅导应考虑学生的在职和成人特点和需求，在业余时间进行有针对性的学习指导。平时作业既是学生自我检验学习水平的一种形式，也是很重要的形成性考核手段，各级电大教学点应配合面授辅导教师督促学生独立完成并及时批改和反馈，必要时应要求学生重做。

小组讨论课是在教师引领下对预先布置的主题开展讨论的一种教学活动形式。这种教学活动能够很好地激发学生的学习兴趣，各级电大教学点应配合面授辅导教师组织实施。同时，小组讨论课也是一种形成性考核形式，教师应注意把握“引领”、“提问”和“点评”等多个教学指导环节，并依据标准给予每个学生合理的学习评价。

七、教学反思

因为整个第一章在整本书占的比重比较重要，入门是关键，学好概念性的东西才会方便日后的更深入的学习，因此吸引学生的注意力是关键问题。

1、用实物观察引入课堂，以引起学生的兴趣；

2、用图片展示计算机的工作原理及构成：

6.组成原理实验总结报告 篇六

计算机组成原理实验报告

课程名称 ： 学院（系）： 专 业 : 班 级 : _ 指导教师 ： 学 号 : 姓 名 : _ ___

计算机组成原理实验

计算机科学与技术学院

计算机科学与技术 _ 计科082 __ 宁爱华 2008311020 __

通过本实验课程训练，我熟悉了典型计算机的基本结构、基本组成和基本功能，掌握了计算机主要组成部件工作原理的基本分析与设计方法，使我对典型计算机系统的分析、设计、开发与使用能力得到训练与提高，在同时学习计算机组成原理这门课程的同时，也加深了对本专业课程的学习理解程度。当然，也对计算机各主要组成部件相互间的有机联系有了较全面的理解；锻炼了实验技能、创新能力、科研能力及解决实际问题方面的能力。

总结了一下这学期的组成原理实验，使我对CPU的结构有了更深的认识，CPU（中央处理器）由运算器和控制器组成,运算器的功能是加工信息包括算术运算和逻辑运算。主要由算术逻辑单元ALU 和寄存器组成。控制器可以产生控制命令来控制全机操作，由微指令产生微命令来产生微程序。从微程序的设计及运行了解了数据通路控制方式，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU 从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。

从运算器实验中.掌握了简单运算器的数据传送通路。验证带进位运算及进位锁存功能时，使我对带进位这个概念透彻的理解了，我记得当次实验并没有注意的一个细节，例如：做加法运算，首先向DR1、DR2 置数，然后使ALU-B=0，S3 S2 S1 S0 M 状态为1 0 0 1 0，此时数据总线上显示的数据为DR1 加DR2 加当前进位标志，这个结果是否产生进位，则要由进位标志灯来显示，若进位标志灯亮，表示无进位；反之，有进位。在移位运算器中，分清了带进位循环左移或右移与循环左移或右移的的概念，循环右移，会把最后1位放到第一位，所以呢，循环右移会改变操作数的符号，如果是不带进位，就会出现正数变负数的情况。如果带进位的话，就是把负数看作是多一位的正数，相当于溢出进位。

存储器实验中，通过查阅教材和相关资料，存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中的全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。本实验涉及到的是静态随机存取存储器RAM，与只读存储器相比，随机存取存储器最大的优点是存取方便、使用灵活，既能不破坏地读出所存信息，又能随时写入新的内容。它可以在任意时刻，对任意选中的存储单元进行信息的存入(写入)或取出(读出)操作。如遇停电，所存内容便全部丢失为其缺点。

在微控制器实验中，掌握了微程序的设计思想和组成原理，微程序控制的基本思想，就是仿照通常的解题程序的方法，把所有的控制命令信号汇集在一起编码成所谓的微指令，再由微指令组成微程序，存放在一个EPROM 里。系统运行时，一条又一条地读出这些微指令，产生执行部件所需要的各种控制信号，从而驱动执行部件进行所规定的操作。控制器通过一条条控制线向执行部件发出各种控制命令，我们把这些控制命令叫做微命令。而执行部件接受微命令所执行的操作叫做微操作。在系统的一个基本状态周期中，一组实现一定操作功能的微命令的组合，微程序是由若干条微指令组成的序列。在计算机中，一条机器指令的功能可由若干条指令组成的微程序来解释和执行。微程序控制器的结构。由控制存储器、微地址寄存器、微命令寄存器和地址转移逻辑几部分组成。微地址寄存器和微命令寄存器两者的总长度即为一条微指令的长度，二者合在一起称为微指令寄存器。在模型机实行的实验中，了解到部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU 从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。还有控制器就是专用于完成此项工作的，它负责协调并控制计算机个部件执行程序的指令序列，其基本功能是取指令，分析指令和执行指令。在做本实验之前，以为PC只有计数功能，通过本实验，还了解到PC存放现行指令的地址，IR存放现行指令。通过本程序的指令流水，不禁感叹如此复杂的指令程序竟然按照顺序一部一部的进行下去了。

通过这次课程，我主要有以下几点收获：体会到了学习和研究中，团队协作的优势，如果没有和同学一起讨论交流，可能大家都很难比较快速和透彻地理解实验中的原理 ；感受到提出猜想、与大家讨论并通过实验证实自己猜想的快乐，并且能够寓教于乐；巩固了之前所学的组成原理的知识，通过这次课程中的讨论和实践，我更加透彻地了解了计算机主要组成部件工作原理。通过这个学期的学习，我了解了更多有关计算机组成原理实验方面的知识，虽然我知道自己还有很多欠缺，但是我相信通过自己努力肯定会学好这些知识的，无论多困难，都要自己好好学，什么都会好的。

在老师的帮助下，我知道了更深一层的计算机的内部和外部结构和它的深层知识，它是我们以前学的知识中最接近计算机的一门学科，所以它是基础也是重点，更是我们对计算机从软件到硬件方向上的最佳转变机会，我在学期初也决定要好好学习它。看着周围同学对组成原理实验的热情，我自己也深受鼓舞，所以在思想上和行动上，我都要求自己去付出努力和汗水。在每次实验课之前都会预习，还会根据教材来看相关的知识点。

在学习组成原理实验时有很多都不知道从何下手。当我通过自己查资料，在老师的讲解和自己看书下，终于理解了这些理论知识，在我们平时的学习中，不仅仅需要付出而且也需要动力还有自己的抑制力，每个人都是会懒惰的，所以要养成勤奋的习惯，好好把握自己，不断的去学习，不断的要求进步。

7.《计算机组成原理实验》教学大纲(信息) 篇七

1 实验仪结构

检修前应了解实验仪的结构及工作原理。我校使用的计算机组成原理实验仪是由启东计算机厂有限公司生产的DVCC-C5JH实验仪，该实验仪采用内外总线结构，由单片机和构成计算机组成的基本单元模块构成，包括微程序控制器、运算器、存储器、输入、输出等部件。实验仪的硬件以微控制器(89C51)为中心，配合其他各种组成部件，实现计算机组成原理实验教学的功能[1]。

2 维修方法

维修方法很多，在实际操作当中，笔者常用的维修方法包括下面几种：

1)目测法[2]：观察实验板上的芯片凹槽是否都与其插槽相对应，芯片引脚是否有明显断缺。因为做实验过程中，常常有学生出于好奇心，将芯片拔出来观看，插上去时却没有留意芯片的方向，把芯片引脚折断或者接触不良，使实验板无法正常工作。

2)手摸法[2]：用手探测芯片的温度，如果芯片太热或者不热都说明芯片极可能有问题。芯片在正常工作时会稍微有一点热，如果手摸烫手，说明很有可能芯片已烧坏，换上一片新的芯片往往可以解决问题。如果一点温度都没有，说明该芯片没有进行工作，这时需分析此芯片不工作的原因，再做进一步的排查。

3)比较法[3]：在损坏的实验仪器旁边，放上同样型号的完好仪器，有次序的逐点测量电压、电流或电阻值，进行对比，当有较大差别处，则再仔细检查该区域内的元器件或芯片。

4)替换法[3]：用好的元器件或芯片替换有故障疑点的元器件或芯片，若故障排除，说明原来的元器件或芯片有问题。

5)原理分析法[3]：根据故障现象，通过分析电路原理图、信号流程的来龙去脉，判断出故障所在的区域，然后在区域范围内逐一排除。如果是芯片的故障，最有效方法是通过有关该芯片的实验，使用示波器、万用表、逻辑笔等工具，来检测其是否有问题。分析法要求有一定的电子线路基础，是一种通用方法，也是一种最可靠的方法。

在上述的维修方法中，有些是最基本的、最常用的维修方法(例如目测法、手摸法)，它们简单、实用而且操作方便。有些则需要依赖电路原理图和逻辑图、适当的仪器设备以及维修者的理论基础和维修技能(例如比较法、原理分析法、替换法)。

3 典型实例

在计算机组成原理实验仪维修过程中，笔者一般以原理分析法为主，结合其它方法的维修方式来进行维修。下面举例说明这种维修方式在实验仪故障检查及维修中的应用。

3.1 故障实例一

故障现象：时序电路中的TS1、TS2、TS3、TS4无输出，造成无法运行程序。

原理分析：TS1～TS4的产生依赖于时钟源和时序电路，实验系统的时钟源由NEC555定时器构成的施密特触发器构成。如图1[4]所示。

时序电路采用一片74LS175四D触发器和一片单D触发器组成移位发生器，经译码逻辑产生四个不受控的等间隔时序信号TS1～TS4，再经启停控制电路运行触发器Cr控制，产生受控的全机工作所需的节拍脉冲信号TS1～TS4。如图2[4]所示。

故障处理：

1)检查接线，是否将“STATE UNIT”中的TS1～TS4接至“W/R UNIT”的T1～T4上，是否将“SWITCH UNIT”中的开关CLR置为“1”;

2)用示波器测量时钟源H24，观察是否有方波波形输出，若无，则调节电位器W2，使H24有输出，若仍然没有波形输出，则NEC555损坏;

3)测量时钟源H23，观察有无方波波形信号输出，若无，则调节电位器W1，使H23有输出，若仍然没有输出，则74LS123损坏;

4)检查时序电路的开关设置，是否将开关STOP置为“RUN”状态。留意开关STEP置为“STEP”状态还是“EXEC”状态，如果置为“STEP”时表示发单脉冲，如果置为“EXEC”时表示发连续脉冲;

5)按动启动开关START时，检查TS1～TS4是否有波形信号输出(单个或连续)，若无，则74LS175损坏，若有，但是波形信号不受控，则74LS74损坏。

3.2 故障实例二

故障现象：联机写入程序时，微程序无法写入，刷新微程序出错。

原理分析：联机时，单片机控制单元(89C51 UNIT)负责把PC机的各种控制信息送到实验系统的各组成模块，同时实时把实验系统传来的数据送给PC机的实验软件模拟出来。其电路构成如图3[4]所示。

微控制器(89C51)有四个并行I/O端口(P0～P3)，每个端口都有8条端口线，用于传送输入/输出数据。其中，P0口通过三个三态缓冲器74LS245与三个微控制存储器的数据端口D0～D7相连，构成24位微代码I/O接口;P2口的P2.0～P2.5直接与28C16的地址端口UA0～UA5相连，构成6位微地址总线。

故障处理：

1)若联机写入程序时，微程序出错，检查接线，是否将“SIGNAL UNIT”中的H24接至“STATE UNIT”的Φ上;

2)操作联机写入程序，用示波器动态检查P0口或者P2口的P2.0～P2.5输出端的信号，判断输出端能否快速响应，否则89C51损坏。一般情况下，单片机89C51不易损坏，目前，笔者还没有发现过有损坏的现象;

3)操作联机写入程序，用示波器动态检查24位微代码I/O接口中的3片74LS245的输出端的信号，判断输出端能否快速响应，否则相应的74LS245损坏。

3.3 故障实例三

故障现象：输入设备单元(INPUT DEVICE)的开关数据无法输入到总线。

原理分析：输入设备单元由一片74LS245芯片(三态门)、8个拨动开关和8个显示数据的发光二极管组成，其电路构成如图4[4]所示，SW-B是三态门的控制端，控制输入数据是否传送到数据总线。

为了实现联机和手动两种方式都能操作微代码或机器指令程序的编程、校验、调试功能，实验系统用2片74LS245芯片将一些控制信号进行隔离，如图5[4]所示，其中带“'”的信号为系统原接线端的相应信号，而不带“'”的信号为系统现阶段用户实际接线信号。

故障处理：

1)检查接线，是否将“INPUT DEVICE”的SW-B接至“SWITCH UNIT”的SW-B上;

2)用逻辑笔测量“INPUT DEVICE”的SW-B端的电平，是否为受“SWITCH UNIT”的开关SW-B控制，若不受控制，则G5(74LS245)损坏，更换G5芯片;

3)拔动输入开关，查看是否与显示数据的发光二极管一致，若不一致，则“INPUTDEVICE”的74LS245芯片(三态门)损坏,更换74LS245芯片即可。

4 结束语

虽然计算机组成原理实验仪维修现象多种多样，但是维修工作仍然有规律可循，笔者在多年的维修中总结出一套维修方式：当故障发生时，不要急于动手排查，应当先了解故障现象，细心检查，然后才根据实验仪器的工作原理，分析可能产生故障的原因，借助示波器、逻辑笔、万用表等工具，结合目测、手摸，灵活应用替换法、比较法查找故障，这样能正确、快捷查找到故障点，从而完成实验仪器的维修工作。

笔者采用这套维修方式进行维修，实验仪完好率一直接近100%，从而保障了实验教学的顺利进行。实验仪器的维修是一项技术性、专业性很强的工作[5]，只有掌握好实验仪维修的技术，认真地做好维修工作，提高实验设备的完好率，才能满足实验教学和科研的需要。

摘要：实验设备的完好是实验教学顺利进行的保障。针对如何做好计算机组成原理实验仪的维修工作,结合作者自身的工作实践,介绍了维修的常用方法,列举了维修的典型实例,从而阐述了在维修中存在的普遍规律,总结出一套维修方式,具有一定的借鉴意义。

关键词：计算机组成原理,实验仪,维修技术,示波器,微程序

参考文献

[1]孙静.计算机组成原理实验系统的设计与实现[D].沈阳:东北大学,2005.

[2]曾莲英.谈DVCC-8088实验仪故障的诊断与维修[J].引进与咨询,2003(9):47-49.

[3]刘桂松.笔记本计算机维修[M].成都:电子科技大学出版社,2005:327-331.

[4]张连华.计算机组成原理8051单片机原理及接口技术——实验指导及任务书[M].太原:山西科学技术出版社,2008:15-23.

8.《计算机组成原理实验》教学大纲(信息) 篇八

关键词： 《计算机组成原理》 工程思维 教学探索

《计算机组成原理》是计算机科学与技术及信息类相关专业的一门核心课程，这门课程不针对具体机型，而是从计算机系统的组成和结构角度讲述计算机的基本原理，对计算机系统的硬件设计具有理论指导意义。这门课程涉及的基础理论、基本概念较多，有较强的理论性，如果采用一般的教学方法，学生学习起来感到难懂和枯燥，是公认的学习难度和教学难度较高的一门课程。

如何让学生提高对这门课程的学习兴趣、积极思考，努力投入的硬件知识的学习中，我在十多年的课程教学和科研实践中，探索从“工程思维”的角度引领课程教学，取得较好的教学效果，受到学生的欢迎。

一、《计算机组成原理》课程定位

首先，计算机科学与技术专业是一个工科类的专业，它是在计算机这个工业产品出现后，随着计算机软件、硬件技术飞速发展和广泛应用，从而诞生的一个新兴专业。计算机技术的理论、基本原理都和工程技术密不可分。《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业中有关硬件部分的核心基础课程。

从产品设计的角度看，计算机硬件设计本身就是一个工程项目或者工业产品，《计算机组成原理》涉及的理论、原理都是在计算机产品发展过程中总结、归纳、提升出来的。所以在学习这门课程时，不能用一种纯理论的学习方法学习，而是要用一种“工程思维”的方式学习。比如在工程设计过程中，不能只考虑产品的性能，而是要考虑产品功能的扩展性、可维护性、产品性价比。《计算机组成原理》课程中的总线技术、Cache技术都体现了这样一种设计思想和理念。同时计算机的硬件结构随着现代电子技术的不断进步在不断改变，《计算机组成原理》课程内容不断更新。

由于计算机硬件是和工程实际紧密相连的，作为指导计算机硬件设计的《计算机组成原理》这门课程就不能像《高等数学》、《数据结构》、《数字逻辑》等课程一样，只是偏重从理论上讲解，而是要从工程设计的角度讲解才能使得学生听得懂、有兴趣，同时也有更深刻的理解。

二、“工程思维”引领教学的具体实践

用工程思维的方式引领《计算机组成原理》课程教学，是指要求学生站在一个工程师的角度思考如何设计一个计算机系统？在设计一个计算机系统时需要解决哪些问题？把整个课程的知识点融入项目设计中。这样就带出目前计算机系统是如何解决这些问题的？通过老师在学生积极思考后的讲解，从而学到相关的理论和方法。

这种以“工程思维”作为引领的教学方法的好处是真正激发学生的兴趣，使得学生带着问题学习。在学习过程中不是死记硬背一些知识点，而是结合问题实质提出解决问题的方案，真正调动学生的主动性，增强学习效果。最重要的是，通过这种方法学生形成一种“工程思维”的方式，了解工程项目的设计思路和设计理念，为学生今后成为合格的工程师打好基础。

由于目前在校的大学生，都是从学校到学校，几乎没有任何工程设计实践的概念，所以在教学中要不断强化学生的这种意识。

下面我以计算机中数据表示这一节为例，具体介绍“工程思维”引领的教学方法。

在这节中我们首先会告诉学生计算机采用的是二进制。大多数学生知道计算机使用二进制，但到底是怎么回事是模糊的。这时我们结合计算机主板电路告诉学生：计算机使用二进制是因为二进制是最简单的数制，在电路上只要“0”和“1”两种电平状态表示，世界上第一台电子计算机设计时开始是用的十进制，是工程师们的不断实践，发现用二进制设计电路更简单、可靠，因而改进成二进制，这样生活中的十进制数，如果要用计算机处理，必须转换成二进制。

这时学生会疑惑，那计算机既然使用二进制，为什么要学习十六进制？我们接着会告诉学生：这是因为我们在实际研发计算机产品过程中如果书写二进制，一个简单的十进制数用二进制表示会很长，这样工程师在书写过程中很容易出错，转换成十六进制后书写简单得多，而且二进制和十六进制相互转换方法也简单。

我们会继续提问学生：生活中的十进制数可以通过转换成二进制由计算机处理，但生活中还有正数和负数呢？计算机又该如何解决符号问题呢？这样顺势讲解有符号数和无符号数在计算机中的表示。

计算机解决了符号问题，计算机的设计师们面临的问题如何解决小数点问题呢？我们又从这个角度讲解定点数和浮点数的表示，告诉学生工程师们是如何巧妙解决计算机中小数点的表示问题。

接下来讲解数据的原码、反码、补码时学生会疑惑：不是有二进制了吗？原码表示不是很好吗？为什么又要学习补码呢？这时我们会告诉学生：计算机开始设计时是用原码，但是发现，如果计算机用原码设计加法电路时会很麻烦，你必须先比较被加数和加数的符号，然后才能确定是做加法而是做减法，而且运算结果的符号要单独处理。如果在计算机的运算电路中采用补码，其加法、减法会统一成加法，符号位可以参与运算，在不溢出的情况下结果正确。在课堂上，通过一个原码加法和补码加法的例子，学生感到补码加法的神奇，激发浓厚的学习兴趣。

另外在《计算机组成原理》课程讲解“系统总线”一章时，我们结合实际产品中的PCI-E和USB总线，告诉学生如果产品设计过程中使用“总线”方法连接计算机各个部件比用“分散连接”方法连接各个部件，产品的扩展性、易维护性会好得多，这是会计算机系统会广泛采用总线的原因。这种从“工程思维”角度切入的教学，使得理论变得生动有趣，不再枯燥无味。

在讲授“存储器系统”一章的“存储器的层次结构”时，Cache技术涉及工程设计的思想，也就是说这些设计理论都是为了实现产品的性价比，解决存储器速度、容量、价格的矛盾。这些课程的讲解如果不结合“工程思维”，不强调工程设计意识，对于从未参与实际设计过产品的大学生们是很难理解和意识到的。

总之，如果我们带着学生以一个工程师的角色，学习和了解计算机硬件在发展过程中出现的理论、形成的概念和解决方案，这样学生在学习过程中的参与意识会强得多，学习兴趣会浓厚得多。这种站在更高角度来学习的《计算机组成原理》，可以培养学生工程设计的意识，为学生们毕业后从事产品设计、项目开发都打下良好的基础。

三、结语

根据美国工程教育协会的定义：工程是一种把科学和数学原理、经验、判断和常识用到造福人类的产品制造中的艺术，是生产某种技术产品或系统以满足特定需要的过程。计算机就是这样一种产品或系统。所以在和计算机有关的专业知识学习中应用“工程思维”引领是一种必然，我们需要探索“工程思维”在计算机硬件学习中的价值，以增强教学效果，同时使得学生通过课程学习获得未来工作中需要的工程思维方式和工程设计能力。

参考文献：

[1]姚爱红，武俊鹏，李丽洁，李静梅，张国印.“计算机组成原理”教学改革与实践[J].计算机教育，2011（10）：37-39.

[2]王荣良.信息技术课程之工程思维辨析[J].中国教育技术装备，2012（7）：24-26.

9.计算机组成原理心得 篇九

计算机组成原理综述 内容摘要

计算机从产生到今天不过短短的60多年的时间。但它已经深入到人类生活的每一个角落，现在人类的生活如果离开了计算机是难以想象的。个人计算机（PC）已经是我们日常办公和娱乐的工具。计算机科学与技术也成为了很热门的专业，对于一个计算机科学与技术专业的学生来说，计算机组成原理的学习是至关重要的，作为计算机科学与技术专业的基础课程，这门课会告诉我们计算机的基本组成及其主要部件的工作原理。通过这门课程的学习可以让我们建立计算机系统的整机概念，理解软硬件的关系和逻辑的等价性；了解计算机各部件的组成原理，工作机制以及部件之间的相互关系；加强硬件分析和设计的基本技能和方法，提高硬件方面专业素质和发展潜力；培养和提高计算思维能力。

一、计算机组成原理课程综述

计算机组成原理是计算机科学与技术专业的基础课程之一，它主要告诉我们计算机单系统组成结构，计算机各组成部件内部的运行机制以及相关的基本理论，硬件分析和设计的基本技能和方法。

二、计算机组成原理的主要内容 根据冯·诺依曼机的特点我们知道：

1.计算机有运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成。2.指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻访。3.指令和数据均用二进制数表示。

4.指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。

5.指令在存储器内按顺序存放。通常，指令是顺序执行的，在特定条件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。

6.机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。典型的冯·诺依曼机是以运算器为中心的，现代的计算机已转化为以存储器为中心：

1.运算器用来完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器内。

2.存储器用来存放数据和程序。

3.控制器用来控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果。4.输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式。5.输出设备可将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式。

三、知识点解析

在计算机组成原理方面，主要考查计算机系统基础知识、数据的表示和运算、存储器层次结构、指令系统、中央处理器、总线、输入输出系统。

1、计算机系统概述

学习计算机组成原理之前，我们先要了解计算机的发展历程，搞清楚计算机的系统层次结构，包括计算机硬件的基本组成（五大部件的构成）、计算机软件的分类，以及计算机的基本工作过程。

从体系结构上来看，有多种不同类型的计算机，那么这些不同的计算机谁好谁坏？如何评价？所以，还需要我们了解计算机性能评价指标和相关参数，包括吞吐量、响应时间；cpu时钟周期、主频、CPI、cpu执行时间；MIPS、MFLOPS等。

2、数据的表示和运算

我们日常所使用的是十进制数据，但在计算机中，除了十进制数据外，还有二进制、八进制、十六进制表示方法，我们要掌握这些进位计数制及其相互转换的方法，要搞清楚真值（实际的数值）和机器数（计算机中表示的数值）之间的关系，特别是负数的各种表示。另外，还要理解BCD码、字符与字符串的编码方法，以及数据的校验码（奇偶校验、CRC冗余校验等）。

不管是哪种进制和校验方法，计算机中数据的表示有原码、反码、补码等方法，我们要搞清楚它们之间的关联与区别。

在计算机中对数据进行计算，分为定点表示和浮点表示。

在定点数的表示和运算方面，我们要掌握定点数的表示（无符号数的表示，有符号数的表示）和定点数的运算，包括定点数的位移运算、原码定点数的加/减运算、补码定点数的加/减运算、定点数的乘/除运算、溢出概念和判别方法。在浮点数的表示和运算方面，我们要掌握浮点数的表示（浮点数的表示范围和IEEE754标准）和浮点数的加/减运算。

本知识点的最后一个考点就是算术逻辑单元ALU，我们要掌握串行加法器和并行加法器、算术逻辑单元ALU的功能和结构。

3、存储器层次结构

从整个计算机的存储体系来看，可以看成是一个“Cache—内存—外存”三级结构，在这个层次化结构中，我们要掌握存储器的分类以及各类存储器的基本工作原理，包括半导体随机存取存储器（SRAM、DRAM）、只读存储器（ROM），掌握主存储器（内存）与cpu的连接和数据交换、双口RAM和多模块存储器，还有就是外存储器（在输入输出系统知识点中，做具体讲解）。

在存储器这个知识点中，2个很重要的考点是高速缓冲存储器（Cache）和虚拟存储器（在操作系统课程中，也会讲解有关虚拟存储器的知识点）。

在cpu和内存之间增加一层Cache，其目的是为了解决cpu和内存的速度匹配问题。在这一点，我们要掌握程序访问的局部性原理（时间局部性、空间局部性）、Cache的基本工作原理（命中率）、Cache和主存之间的映射方式、Cache中主存块的替换算法，以及Cache写策略。

虚拟存储器的重点在于“虚拟”二字，我们要掌握虚拟存储器的基本概念及种类，包括页式虚拟存储器、段式虚拟存储器、段页式虚拟存储器、TLB（快表）等，理解这些虚拟存储器的基本原理、碎片的处理，各种方法的优点和缺点。

4、指令系统

在指令系统知识点中，我们要掌握指令的格式（包括指令的基本格式、定长操作码指令格式、扩展操作码指令格式）和各种寻址方式，还要能够区分数据寻址和指令寻址的区别。

本知识点的另外一个重要考点就是CISC（复杂指令系统计算机）和RISC（精简指令系统计算机），我们要掌握它们的基本概念、特征，以及它们之间的主要区别。

5、中央处理器

中央处理器，也就是我们常说的cpu。在这个知识点，我们要掌握cpu的功能和基本结构，以及工作原理，具体包括指令执行过程、数据通路的功能和基本结构、控制器的功能和工作原理（硬布线控制器、微程序控制器）。特别是在微程序控制器考点中，要掌握微程序、微指令和微命令，微指令的编码方式，以及微地址的形式方式。

在这个知识点中，一个最重要的考点是流水线（主要是指令流水线）。我们要搞清楚流水线的基本概念（包括超标量和动态流水线），为什么需要流水线，流水线有哪些优势，哪些因素会影响流水线，等等。在这一点，有可能出现计算题，例如，求流水线的周期、求指令的执行时间。有关流水线，还有一些评价指标，例如流水线的吞吐率、加速比等。

6、总线

总线就是一组进行互连和传输信息（指令、数据和地址）的信号线，我们要掌握总线的基本概念，总线的分类，以及总线的组成和性能指标（例如，各类总线的宽度会影响哪些部件的性能等）。

其次，就是要掌握总线仲裁方法（包括集中仲裁方式和分布仲裁方式）和总线操作和定时（包括同步定时方式和异步定时方式）。

最后，就是要对总线的标准（正式标准和工业标准）有所了解，总线标准主要规定总线的机械结构规范、功能结构规范和电气规范。

7、输入输出系统

在输入输出（I/O）系统知识点，我们首先要掌握I/O系统的基本概念，理解各种外部设备，其中包括输入设备（键盘、鼠标、扫描仪等）、输出设备（显示器、打印机等）、外存储器（硬盘存储器、磁盘阵列、光盘存储器等）。要理解这些设备的基本工作原理和常见的性能指标。例如显示器的分辨率、磁盘的读写时间等，特别是磁盘的有关读写过程（寻道时间、等待时间等），是一定要掌握的。

从上面我们大概的了解了计算机的基本的组成和原理。下面来具体介绍下五大部件，不过在介绍五大部件前我们先介绍一下总线，它是连接五大部件的传输线。

总体来说我看的是指令系统，CPU。刚才看了输入输出，觉得了解了输入输出的实现方式，接口的位置，怎样实现数据的交换。认识了中断程序的源起到执行终端服务程序到返回的一些列过程，与调用的区别。（调用是实现编好的，调用往往和主程序有关，等等。而中断是随机的，中断想断掉，还是接回来。中断可以屏蔽。CPU内都设置一个中断触发器，还有在外部中断源的接口，一般设立中断屏蔽触发器）共同决定一个中断程序是否被执行。而且在指令执行时是不能被允许的，还有同时操作共享的数据区时，就不允许(中断嵌套）。而且IO组织（主机与外设之间的信息交换方式）中DMA式，是通过暂停CPU，借权通过数据总线传输数据实现。

通过这几天的学习，让我知道了计算机并不是那么不可捉摸的。都是人类智慧的结晶。以伟人冯。诺依曼的基本思想“实现将程序和数据存入存储器，在CPU的控制作用下，一步步取指令，分析指令，执行指令，接着下一个，直到所有程序执行完。”指令是编程人员编写的程序，它是命令。而计算机的任务就是执行命令。执行命令又要细化，讲每个指令细化成一个微程序，即由一个或多个微指令构成的微程序）微程序的过程就是机器硬件的具体实行过程。通过分析机器指令，完成相应的操作。同时我们还要知道，机器指令是及其唯一能直接识别的语言。而微程序的设计，则是由硬件到软件的中间过程，或者称之为“桥梁”。不同的计算机，微操作也各不相同。根据需要灵活运动。比如要不要有专门设的乘法器来完成乘法运算。还是通过加法器和移位器来运算。都可以根据需要自己选择。

各个部件也好，组成也好，系统也好，都随着计算机的发展不断优化。使用更方便，通用性也更强。当然，由于计算机的运用十分广泛，所以也不能笼统的说某个系统或逻辑组织是过时的，不可取的。因为各有利弊。所以权衡利弊，让计算机达到完美的组合式是我们永远的追求。比如双极导体和MOS导体。双极导体存取速度快，但是它的容量小，而且价格昂贵。而MOS导体刚好相反，而且MOS导体，可分为静态和动态两种静态只要有电不会变，而动态需要不断刷新（保持电荷。），所以静态存放中间变量等。而控制器也好，系统总线也好，输入输出也好都有了相应的提高。而且随着这些组成部分的发展，也为计算机带来新的思想，新的天地。比如输入输出中的中断程序。现在我们熟知的实时控制，硬件故障处理，并行处理，分时处理，都与之息息相关。

其次，我们要掌握I/O接口（I/O控制器）的功能和基本结构、I/O端口及其编址方式。

在I/O方式中，主要掌握程序查询方式、程序中断方式、DMA方式、通道方式的基本概念、工作原理和过程，以及这些方式之间的区别、各自的优点和缺点、应用场合。在这些方式中，以程序中断方式为考查重点，我们要掌握中断的基本概念、中断响应过程、中断处理过程、多重中断和中断屏蔽的概念。所以总结出;计算机不是神造的，不是不可知，不是那么遥不可及的。它只是运算速度比我们快，其他都是完成一些我们几岁就能做的动作，不断地组合。一点点累计出来的。高性能，可扩展性，高速度，高容量，低价等等，都是我们在计算机领域的追求目标。

10.计算机组成原理课程设计 篇十

任务书

中原工学院计算机学院 2007年6月

前言

“计算机组成原理”是大学本科计算机相关专业的一门核心专业基础课程，必修，在先导课和后继课之间起着承上启下的作用。主要讲授单处理机系统的组成和工作原理，包括运算器、存储器、控制器和输入输出系统，其中控制器的设计是课程的重点和难点。为了让学生能融会贯通各知识点，增强对计算机系统各模块协同工作的认识，充分理解数据通路，掌握控制器的设计技术，课程设计一般也侧重于控制器的设计。考虑到学生的基础和现有实验环境，本次课程设计的题目是“微程序控制器的设计与实现”。通过该课程设计，希望学生在理论与实践相结合的基础上，加深对计算机整机概念，进一步理解计算机的内部结构和时空关系，进一步理解和掌握微程序控制器的设计思想和具体方法、步骤，从而提高自行设计、调试和分析问题的能力。课程设计题目

微程序控制器的设计与实现

目的

 巩固和深刻理解“计算机组成原理”课程所讲解的原理，加深对计算机各模块协同工作的认识

 掌握微程序设计的思想和具体流程、操作方法。 培养学生独立工作和创新思维的能力，取得设计与调试的实践经验。

 尝试利用编程实现微程序指令的识别和解释的工作流程

内容

按照要求设计一指令系统，该指令系统能够实现数据传送，进行加、减运算和无条件转移，具有累加器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存储器直接寻址、立即数寻址等五种寻址方式。

具体要求

 仔细复习所学过的理论知识，掌握微程序设计的思想，并根据掌握的理论写出要设计的指令系统的微程序流程。指令系统至少要包括六条指令，具有上述功能和寻址方式。 根据微操作流程及给定的微指令格式写出相应的微程序  将所设计的微程序在虚拟环境中运行调试程序，并给出测试思路和具体程序段

 尝试用C或者Java语言实现所设计的指令系统的加载、识别和解释功能。 撰写课程设计报告。

设计环境

 伟福COP2000型计算机组成原理实验仪，微机，相关虚拟软件。

 VC开发环境或者Java开发环境。

课程设计时间

 1.5周

课程设计报告要求 完成设计任务后,在课程设计的最后阶段,需要总结全部设计工作,写出完整,规范的设计报告,在指定的时间内提交指导教师.课程设计报告要求有完整的格式,包括封面,目录,正文等,具体如下:

一、封面

包括:课程设计题目,姓名,学号,班级,指导教师,完成日期.二、目录

正文前必须要有目录.三、正文 正文包括的内容有: ⑴ 设计任务与要求;⑵ 设计方案(包括设计思路,采用的微指令格式，每条指令的指令流程及其微程序清单)(3)调试过程(包括实验步骤,出现的问题,解决的方法(4)小结(在整个课程设计过程中的总结和体会)(5)参考资料

成绩评定

11.《计算机组成原理实验》教学大纲(信息) 篇十一

关键词:计算机组成原理;课程改革;实践教学

一、引言

《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业和软件工程专业的专业主干课,本课程围绕计算机的5大部件全面地阐述计算机的组成和工作原理,以及各大部件之间的关系,进一步引申出各大部件的设计实现方法。

在教学过程中发现,学生在学习这门核心课程的过程中普遍感到很吃力,究其原因,是因为《计算机组成原理》这门课本身在计算机科学与技术专业的系列课程中起着承上启下的作用,涉及内容较多。另外,这门课程还是一门强调动手实践能力的课程,由于硬件课程实践本身的复杂性,从而降低了学生的学习兴趣,导致学生“重软件、轻硬件”的现象。为此,针对本课程教与学中存在的问题,《计算机组成原理》课程组全体教师对教学内容、教学方法、实践环节进行了改革,以提高教学质量和教学效果。

二、教学内容的改革

为了更好的提高教学效果,在教学内容上提出了:选用优秀教材,去繁就简强调基础,以“计算机整机的概念与设计”为核心,理论实践并重的教学理念。

1.选用优秀的教材。

教材是学生接触这门专业课程的第一份资料,教材的优劣直接影响到学生的学习兴趣。好的教材最基本的要求应该是具有良好的可读性。首先要求教材要主线清晰、组织衔接合理得当,应该能够把一个深奥的问题说的浅显易懂,这样,对于基础不深的学生也可以理解;其次要求教材应该涉及面广泛,尤其要及时引入本专业的前沿知识;第三要求教材具有权威性,要选用国家级规划教材。如果教材的可读性良好,学生自学也可以完成,那么无疑培养了学生自我学习的兴趣和能力,对以后他们的工作学习都会有极大的帮助。

目前,我们选用的是普通高等教育“十一五”国家级规划教材,国家精品课程主讲教材《计算机组成原理(第二版)》,该教材出版于2008年1月,作者唐朔飞长期从事计算机科学研究工作,她主编的《计算机组成原理》曾经获得教育部2002年全国普通高校优秀教材二等奖,2005年以该教材为核心的“计算机组成原理”课程被评为国家精品课程。

2.以知识结构为基础,合理安排教学内容。

要很好地组织教学,必须合理地组织知识结构,研究课程内容的联系,精炼出课程、章、节等各层的知识结构,构建一个知识的层次框架,形成知识的逻辑关系,逐步展开各层次的知识点的教学。在组织教学过程中,应该合理安排教学内容,重点难点多讲细讲,重要概念、重要原理讲细讲透,使学生能很好地理解和掌握;易懂的内容少讲粗讲,有些问题交给学生课下解决。

3.理论实践并重。

教学实践是计算机组成原理课程教学内容的一个十分重要的环节,经过计算机组成原理的课程学习,学生应该了解整个计算机的组成原理、工作过程及设计方法。在课程的教学过程中,采用了理论指导实践、实践促进理论教学的改革方案。最典型的例子就是在讲授控制器原理的部分,为了便于学生理解,在课堂上为学生设计了一个与实验用模型相同的模型机,充分做到让学生了解计算机的每个部件。这样即促进了学生的理论学习,也促进了学生的实验学习,二者互补并重。同时,在设计CPU的过程中涉及到数据表示、指令系统、运算电路、控制方式、指令流程、微操作流程等等的知识恰好可以与此前所学的理论知识呼应,做到了“学而时习之”。

此外,我们还时时注意在授课过程中引入新技术新理论,把基础理论知识和新技术、新知识有机的结合在一体。

三、教学方法的改革

在教学方法上我们提出了:采用“任务驱动”教学法拓展学生思维,采用CAI课件增加学生记忆,采用网络资源巩固学生知识的方法。

1.采用“任务驱动”教学法拓展学生思维。

为了提高学生对知识的理解,采用“任务驱动”的方式来拓展学生思维。具体方法是在学生充分掌握了基础知识的前提下,增加课堂讨论思考题目。

例如:运算器是计算机组成的五大部件之一,是《计算机组成原理》这门课程的重要部分,由于教学时间紧张,我们在讲明运算器的工作原理的基础上,要求学生自行设计运算器电路,以及运算器中的移位器电路。学生在自己设计电路的过程中对运算器的工作原理进行深入思考,使细节问题清晰化明朗化,既学到了知识,又提高了创新能力。

再例如:指令译码器是计算机控制器中的一个重要器件,通过它对指令进行译码,决定控制器对运算器的控制。译码器的电路直接影响到控制器的工作情况,也就影响整个CPU的效率,学生通过设计译码器,可以拓展思路,加深对控制器功能的思考,提高学习兴趣。

通过这样的训练,提高了学生的创新能力,形成了教与学的互动。

2.采用CAI课件增加学生记忆。

《计算机组成原理》这门课中,涉及到的知识点多,运用的方法也比较复杂,为了能够让学生快速的记忆各个知识点,我们在讲授过程中结合实际情况适当增加了一些CAI课件辅助教学。

例如在定点数乘法除法的运算中,增加了CAI课件使学生更直观地看到了该运算方法执行的过程,再例如在控制器部分,通过CAI课件显示出指令流、数据流流动的方向,便于学生加深对知识的理解。

3.采用网络资源巩固学生知识。

随着信息社会的发展,网络成为了一个新的巨大载体,各高校都组建了自己的校园网络。为了巩固学生所学的知识,我们也建立了《计算机组成原理》网络资源,资源中有教学笔记,教学课件,课后练习及答案等。教学笔记是课程组教师的学习笔记心得,即可以作为青年教师的教学指导也可以做学生的参考资料,更有利于对教材的理解。课后练习可以提供给学生一个自主练习的机会,因为每道习题都配有详细答案,充分弥补了课堂上讲解例题较少的缺憾。

此外,我们还注重学生双语方面的能力,由于课程内容较难,我们只采取了关键词用双语的初级双语模式,为学生以后阅读外文资料奠定基础。

四、实践教学的改革

实验、课程设计环节是教学工作的一个重要环节,是学生把理论知识与实际应用结合的机会,作为计算机科学与技术专业的核心课程,《计算机组成原理》这门课程必须开设课程设计。

课程组先后开发了《计算机组成原理创新性实验仿真系统》和《计算机组成原理课程设计实验仿真系统》,前者可以支持创新性实验,实现了让计算机硬件“动”起来的目的,后者可以在仿真系统上,进行CPU的设计,实现了一个能“算”起来的小型计算机系统。通过创新性实验和课程设计把原本枯燥的理论知识变成了灵活的应用,使学生的理解能力增强了,学习兴趣提高了。通过这些仿真系统进行课程设计,使学生综合分析问题和解决问题的能力得到了很大的提升,在这个环节中,教师可以因材施教,根据不同层次的学生安排相关难度的题目,充分发挥出学生的创新潜能。

目前,学院开设了Verilog HDL硬件描述语言课程,课程组利用新的实验设备进行真正的CPU设计,实现真正的小型计算机系统。把学生分成若干小组,按CPU模型理论设计、CPU模型Verilog HDL软件设计、Verilog HDL软件调试分工,每组3人,共同设计一个8位或16位的计算机系统。此课程设计独立设课,独立核算学分。这不仅促进学生的理论知识、实践能力,也是对他们合作能力的一种考察。

五、结束语

近几年来,课程组全体教师对《计算机组成原理》课程进行改革与实践,本课程正朝着理论与实践结合更紧密,课程内容更完善的目标前进。2002年,《计算机组成原理创新性实验仿真系统》获黑龙江大学教学成果二等奖;2006年,《计算机组成原理》课程被评为黑龙江大学校级精品课;2007年,《计算机组成原理课程设计实验仿真系统》获黑龙江大学CAI课件成果二等奖。课程组全体教师正在为早日使《计算机组成原理》课程成为黑龙江省省级精品课而努力。

参考文献:

[1]唐朔飞.计算机组成原理(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2008.

[2]易小琳,彭一凡.基于Verilog HDL的流水线模型机的设计与实现[J].北京工业大学学报,2007(10):1096-1101.

[3]易小琳,朱文军,鲁鹏程,等.计算机组成原理实践教学的研究[J].计算机教育,2006(8):152~154.

12.《计算机组成原理》课程教学探讨 篇十二

1《计算机组成原理》课程的理论教学

当前的大学教育往往只重视知识的简单传授,忽略讲课的受体,教学过程好像是模式化的生产线,不注重学生实际能力的培养。作者在教学实践中深刻认识到:在讲授组成原理这门课时,应注重学生理论联系实际的能力,真正让学生体会到学习这门课程的必要性,让学生有主动探求知识的冲动,从而提高学习效率。

1.1 引导式教学

在课堂上,从身边的现象入手引导学生主动提出问题,解决问题。例如讲外部设备章节时,从每个学生都接触到的硬盘容量问题入手,逐步推出硬盘的内部结构和容量的计算方法。在讲授运算器章节时,从每个人都使用过的计算器入手,推演出加法器的实现。教学中应多采用提出问题和比较归纳的教学方法,引导学生主动学习,但也要注意所提问题要在学生理解能力之内,避免出现一些太过抽象的问题。

1.2 将计算机最新前沿知识引入课堂教学

计算机教材的出版周期跟不上计算机技术的发展,使得教材中部分知识显得老化甚至过时,因此,在教学过程中,要尽量补充有关的前沿知识,使学生既学习了理论知识,又开阔了视野,了解到最新的技术发展。例如讲授总线时,不是仅就教材提供的个别抽象图形进行讲解,而是通过补充各时期计算机主板的总线逻辑结构以及当前流行主板结构中的前端总线等内容,使学生在学习总线结构和标准时有所参照,降低了学习的难度。再例如讲授总线性能时,可以补充前端总线的相关发展,加深学生对知识点的理解,还让他们对当前流行的技术和参数具体化,与最新的知识接轨。再例如讲授外设时,补充诸如通用串行接口,显示器的最新产品和技术等。在讲授CPU的工作原理时,补充当前多核处理器的发展,手机控制器的快速发展等。这些最新的设备或技术其实学生平时都能接触到,无形中就拉近了学生和所学知识的距离,提高了学生的学习兴趣。通过补充新知识,使学生对知识能进行关联记忆,降低学习难度,提高授课效果。

1.3 充分利用多媒体技术扩充课堂教学知识容量

组成原理课程使用多媒体教学有着传统“粉笔加黑板”的课堂教学模式无法比拟的优势。传统课堂要浪费大量时间绘制数量繁多的硬件图、电路图,费时又费力。多媒体图文并茂、直观性强和大容量的特点,给组成原理的教学带来了极大的方便。。一些用语言很难描述清楚的设备工作过程利用多媒体工具制作成动态的效果图,可以收到事半功倍的教学效果。但多媒体教学也有其不足之处,比如多媒体课件容量极大,但学生每节课的接受能力有限,往往是上课看得挺热闹,下课什么也没记住,所以不能过分依赖多媒体课件,而应将传统教学方法和新技术有效结合,这样才能取得更好的教学效果。

1.4 改进思维方法

学生对《计算机组成原理》这门课普遍存有恐惧心理,这既说明该课程的确难学,但也跟不当的学习方法和教学方法有着密切关系。人们容易对枯燥的内容产生倦怠,一旦兴趣丧失,学习自然变成了一种痛苦。所以在教学过程中一定要注意因材施教,及时跟学生有效沟通,了解学生真实的思想,积极及时加以引导,使学生克服浮躁情绪,踏踏实实学习。学生在平时已对计算机的相关部件,如鼠标、键盘、机箱、显示器等有一定的了解,形成了对计算机的初步认识,但实际的学习跟表象有着比较大的差异,必须通过大量的实例分析,克服灌输式教学模式,引导学生从自己熟悉的内容入手,逐步深入,养成良好的思维习惯,掌握一定的解决问题的方法,从而进一步深化计算机体系结构的相关概念。

2《计算机组成原理》课程实践教学方法

计算机组成原理课程是一门需要理论与实践相结合的课程,组成原理实验在教学计划中占据相当大的比重。只有抓住实践环节,才能使学生把理论知识真正转化成自己的能力。在实验教学中,实验内容的安排应遵从由简单到复杂、由局部到整体、由个人实验到小组实验的规律,引导学生稳步提高实验能力。实验初期可以进行运算器、存储器等功能部件的功能验证,当学生掌握了基本实验技能后,再加入综合性的实验,如模拟机的设计等,最后对部分有余力的同学实施开放式实验,让他们随心所欲地做自己感兴趣的实验,通过阶梯式的实验内容,使学生对组成原理这门课程加深印象,提高兴趣。

2.1 加大模拟实验软件在实践教学中的应用力度

模拟实验软件是组成原理实验教学手段的有效补充。绝大部分学校的实验设备都无法百分之百满足所有学生需求,而且组成原理的实验设备还具有更新快、价格昂贵等难以克服的问题,模拟实验软件以其低成本,高效率成为组成实验教学不可或缺的部分。随意的模拟元件和参数设置提高了实验的灵活性,降低了学校的实验成本,还可以有效避免实验中真实物理器件的损耗,扩充组成实验的范围和空间。

2.2 充分利用校园网络系统作为课堂教学的有益补充

组成原理是计算机专业的重要专业基础课,但有一定的难度,如果可以对学生进行针对性的辅导或组织各种课题讨论,对提高教学质量无疑是有益的,但随着高校多年的扩招,学生人数庞大,在课堂教学中难以实现这些教学手段。校园网络的发展使之得以实现。通过创建组成原理学习网站,教学资源得到有效共享,师生沟通更加顺畅,学生可以进行自主学习,不再受时间和空间的局限。

3 总结

《计算机组成原理》是计算机专业重要的专业基础课程,其教学内容和教学方法应该不是一成不变的。随着新技术的不断涌现,只有不断思考,不断实践,不断总结,才能使组成原理的教学工作更上层楼。

摘要：《计算机组成原理》是计算机专业重要的专业基础课,具有概念多、结构复杂、抽象等特点,教师需要不断改进教学手段、创新教学方法才能使教学质量不断提高。该文结合本人教学实践经验,从理论教学和实践教学两个方面对如何做好《计算机组成原理》教学进行了阐述。

关键词：组成原理,教学手段,教学质量

参考文献

[1]蒋本珊.计算机组成原理[M].北京:清华人学出版社,2008.

[2]王爱英.计算机组成与结构[M].北京:清华人学出版社,2001.

[3]白中英.计算机组成原理[M].北京:科学出版社,2008.

[4]伍铁斌.电路课程教学探讨[J].电脑知识与技术,2012(17):4184-4185.

13.计算机组成原理课程论文 篇十三

一、计算机系统概论：

主要介绍了计算机的组成概貌以及工作原理，旨在使读者对计算机总体结构有一个概括的了解，为学习后面内容打下基础。

计算机系统由硬件和软件两大部分组成，它们共同决定了计算机性能的好坏。计算机系统的层次结构经过了多次的发展由最初的一级层次结构发展到了如今的多层次结构。

紧接着，就谈到了著名的冯*诺依曼计算机，它的特点：

1、计算机是由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成。

2、指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻址。

3、指令和数据均用二进制数表示。

4、指令由操作码和地址码组成，操作码是用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。

5、指令在存储器内按顺序存放。

6、机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。现在的计算机由三大部分组成：CPU、I/O设备以及主存储器，以存储器为系统中心。CPU和主存储器合起来称为主机，I/O设备又称为外部设备。计算机硬件的主要技术指标有机器字长（指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关）、存储容量（包括贮存容量和辅存容量）、运算速度（与很多因素有关，如机器的主频、执行什么样的操作、主存本身速度都有关）。

二、系统总线

总线是连接多个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质。当多个部件与总线相连时，如果出现两个或两个以上部件同时向总线发送信息，必将导致信号冲突，传输失效。因此，在某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接受相同的信息。

总线按传送方式可分为并行传输总线和串行传输总线；按使用范围可分为计算机总线、测控总线、网络通信总线等；按连接部件可分为片内总线、系统总线和控制总线，本书重点介绍。总线的性能指标：总线宽度、总线带宽、时钟同步/异步、总线复用、信号线数、总线控制方式等。总线的结构通常分为单总线结构和多总线结构。总线的控制主要包括判优控制和通信控制，总线判优控制分为集中式判优（链式查询、计数器定时查询和独立查询）和分布式判优（自举分布式和冲突检测分布式）。总线通信控制主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，以及双方如何协调配合，通常用四种方式：同步通信、异步通信、半同步通信和分离式通信。

三、存储器

存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。按存储介质分类可分为半导体存储器、磁表面存储器、磁芯存储器和光盘存储器，按存取方式分为随机存储器、只读存储器、串行访问存储器，按在计算机中分类分为主存储器、辅助存储器、缓冲存储器。存储器有三个性能指标：速度、容量和每位价格。存储器的扩展通常有位扩展和字扩展，位扩展即增加存储字长,如将8片16K*1位的存储芯片连接，可组成一个16K*8位的存储器。字扩展是指增加存储字的数量，如2片1K*8位的存储芯片可组成一个2K*8位的存储器。在与存储器外部设备交换信息时，可采用高速原件、使用层次结构、调整主存的结构来提高访存速度。

四、输入输出系统

I/O系统是操作系统的一个重要的组成部分，负责管理系统中所有的外部设备。计算机外部设备。在计算机系统中除CPU和内存储外所有的设备和装置称为计算机外部设备（外围设备、I/O设备）。I/O设备：用来向计算机输入和输出信息的设备，如键盘、鼠标、显示器、打印机等。I/O设备与主机交换信息有三种控制方式：程序查询方式，程序中断方式，DMA方式。程序查询方式是由CPU通过程序不断的查询I/O设备是否做好准备，从而控制其与主机交换信息。程序中断方式不查询设备是否准备就绪，继续执行自身程序，只是当I/O设备准备就绪并向CPU发出中断请求后才给予响应，这大大提高了CPU的工作效率。在DMA方式中，主存与I/O设备之间有一条数据通路，主存与其交换信息时，无需调用中断服务程序。

五、运算器

计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较和传送等操作，亦称算术逻辑部件（ALU）。运算器由：算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。加减法主要采用补码定点加减法进行运算，乘法可视为加法和移位，主要方法有原码一位乘、原码两位乘、补码一位乘、补码两位乘等，乘积的符号位由两个数的符号位异或运算结果决定。除法运算可视为减法和移位，主要方法有恢复余数法、加减交替法，其中原码除法的符号位单独处理，补码除法的符号位参与运算并最终获得结果。浮点加减法可分为

1、对阶，使两数的小数点位置对其；

2、尾数求和，将对阶后的两尾数按定点加减运算规则求和或差；

3、规格化；

4、舍入，要考虑尾数右移时失去的数值位；

5、溢出判断。浮点乘除运算，乘积的阶码应为相乘两数的阶码之和，乘积的尾数应为相乘两数的尾数之积，商的阶码为被除数的阶码减去减数的阶码，尾数为被除数的尾数除以除数的尾数所得的商。

六、指令系统 一条指令就是机器语言的一个语句，它是一组有意义的二进制代码，指令的基本格式如：操作码字段+地址码字段，其中操作码指明了指令的操作性质及功能，地址码则给出了操作数或操作数的地址。指令包括操作码域和地址域两部分。根据地址域所涉及的地址数量，常见的指令格式有以下几种：三地址指令、二地址指令、单地址指令、零地址指令。根据指令内容确定操作数地址的过程称为寻址。可分为指令寻址和数据寻址两大类。其中数据寻址可再细分为：

1、立即寻址：立即寻址的特点是操作数本身设在指令字内，即形式地址A不是操作数地址，而是操作数本身，又称之为立即数。数据采用补码形式存放；

2、直接寻址：特点是指令字中的形式地址A就是操作数的真实地址EA，即EA=A；

3、隐含寻址：隐含寻址是指指令中不明显给出操作数的地址，其中操作数的地址隐含在操作码或某个寄存器中；

4、间接寻址：有效地址是由形式地址间接给出来的，即EA=（A）；

5、寄存器寻址：在寄存器寻址的指令字中，地址码字段直接指出了寄存器的的编号，即EA=Ri；

6、寄存器间接寻址：Ri中内容不是操作数，而是操作数所在主存单元的地址号，即有效地址EA=（Ri）；

7、基址寻址：基址寻址需设有基址寄存器BR，其操作数的有效地址EA等于指令字中的形式地址与基址寄存器中的内容相加，即EA=A+(BR)；变址寻址：变址寻址与基址寻址极为相似，其有效地址EA等于指令字中的形式地址A与变址寄存器IX的内容相加之和，即EA=A+(IX)。

七、CPU的结构和功能

CPU具有控制程序的顺序执行（指令控制）、产生完成每条指令所需的控制命令（操作控制）、对各种操作加以时间上的控制（时间控制）、对数据进行算术运算和逻辑运算（数据加工）以及处理中断等功能。一条指令的执行过程按时间顺序可分为以下几个步骤：

1、CPU发出指令地址。将指令指针寄存器（IP）的内容——指令地址，经地址总线送入存储器的地址寄存器中。

2、从地址寄存器中读取指令。将读出的指令暂存于存储器的数据寄存器中。

3、将指令送往指令寄存器。将指令从数据寄存器中取出，经数据总线送入控制器的指令寄存器中。

4、指令译码。指令寄存器中的操作码部分送指令译码器，经译码器分析产生相应的操作控制信号，送往各个执行部件。

5、按指令操作码执行。

6、修改程序计数器的值，形成下一条要取指令的地址。若执行的是非转移指令，即顺序执行，则指令指针寄存器的内容加1，形成下一条要取指令的地址。指令指针寄存器也称为程序计数器。中断的作用：一方面，有了中断功能，PC系统就可以使CPU和外设同时工作，使系统可以及时地响应外部事件。而且有了中断功能，CPU可允许多个外设同时工作。这样就大大提高了CPU的利用率，也提高了数据输入、输出的速度；另一方面，有了中断功能，就可以使CPU及时处理各种软硬件故障。计算机在运行过程中，往往会出现事先预料不到的情况或出现一些故障，如电源掉电、存储出错，运算溢出等等。计算机可以利用中断系统自行处理，而不必停机或报告工作人员。

八、控制单元

控制单元是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)和操作控制器0C(Operation Controller)三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。它根据用户预先编好的程序，依次从存储器中取出各条指令，放在指令寄存器IR中，通过指令译码(分析)确定应该进行什么操作，然后通过控制总线送至相应部件实现功能。常见的控制方式有同步控制、异步控制、联合控制和人工控制。控制单元的设计有两种方法：组合逻辑设计和微程序设计。组合逻辑设计首先要确定控制方式，然后决定微操作的节拍安排，再根据微操作列出微操作命令的操作时间表、求出最简逻辑表达式并画出微操作的逻辑图。这种方法思路清晰，但每一个微操作都对应一个逻辑电路，最终的控制单元会十分庞杂。微程序设计是指将一条机器指令编写成一个微程序，每一个微程序包含若干条微指令，每一条微指令对应一个或几个微操作命令，然后把这些微程序存到一个控制存储器中，用寻找用户程序机器指令的方法来寻找每一个为程序中的微指令。这些微指令以二进制代码形式表示，每位代表一个控制信号，因此逐条执行每一条微指令，也就相应的完成了一条机器指令的全部操作。微指令的编码方式有直接编码、字段直接编码、字段间接编码、混合编码等，微指令格式有水平型微指令和垂直型微指令。

14.《计算机组成原理实验》教学大纲(信息) 篇十四

执行一条指令时，先把它从内存中取到缓冲寄存器，再送到指令寄存器，然后它的操作码给到指令译码器，操作码经译码后就可向操作控制器发出具体操作命令。3，存储器在计算机中的作用是什么？ 用来存放程序（机器指令）和数据。4，寄存器的多少在执行指令时有什么好处？

5，ALU的算逻功能与指令的功能存在什么关系？

算术.逻辑功能的执行需要不同的指令去实现，指令上操作码不同，决定了到底是执行算术还是逻辑运算。6，总线在计算机组成中起什么作用？

借助于总线连接，计算机在各系统功能部件之间实现地址，数据和控制信息的交换，并在争用资源的基础上进行工作。7，微程序的各位定义与什么有关？

微指令字长为24位，它由操作控制和顺序控制两个部分组成。操作控制部分用来发出管理和指挥全机工作的控制信号：该字段有17位，每一位表示一个微命令，当某一位是1时，表示发出命令，为0时，表示不发出。顺序部分用来决定下一条指令的地址。8，时序电路在执行指令时起到什么作用？

几个微命令信号一齐发出时，既不能来的太早，也不能来得太晚，为此，要求这些微命令信号还要加入时间控制，保证运算器在一定时间内进行运算，完了之后，总线上输出稳定结果再打入相应寄存器。9，如果扩充指令，有什么办法？怎样安排指令代码及其微程序？

10，在指令读取和执行期间，每个CPU周期都怎样安排时钟脉冲的（T1，T2，T3，T4）？

取指阶段：T1：程序计数器PC的内容装入地址寄存器AR；程序计数器内容加一，为取下一条指

令做好准备；T2：地址寄存器内容送总线；所选存储器单元的内容经过数据总线，送到数据缓冲寄存器DR；T3：缓冲寄存器内容送指令寄存器IR；T4：指令寄存器中操作码被译码或测试；CPU识别是该指令。（大部分指令此操作相同）

执行阶段：T1：操作控制器送一控制信号给算术逻辑运算单元ALU；ALU响应该控制信号，执行相应操作。（针对不同的指令的读取，时钟脉冲不太相同，可以在运行时候，观察。）如果是如ADD指令，执行阶段有两个周期，第一个是把指令寄存器中地址码装入地址寄存器。第二个：把地址寄存器中操作数地址送地址总线；由存储器单元读出操作数，经过数据总线送缓冲寄存器；执行加操作。

11，指出所设计的计算机的基本结构都有那些部件组成？

控制器：程序计数器，指令寄存器，指令译码器，时序产生器，操作控制器； 运算器：算术逻辑单元ALU，累加寄存器，数据缓存寄存器，状态寄存器。12，各部件之间是怎样通过数据总线交换信息的？指出信息的流向。13，对存储器操作有几种？每种操作是如何实现的？

送和取的操作。在存储器中取出指令，送出指令和数据内容到数据总线。14，在模型机中的ALU前端有暂存器，暂存器的作用是什么？

暂时存储从IN读出的数据，以便下一次操作送到哪个运算单元。15，指出寄存器的基本属性？

暂时存放相应数据或者地址或者指令。16，如何检验指令执行的结果？ 观察实验设备上的输出…… 17，微指令的下一个微地址是如何形成的？通过前一条微指令码后六位决定。18，指令代码对微地址有什么对应关系？后六位就是下一条微地址。19，微指令寄存器与微程序存储器有什么关系？各起什么作用？

15.《计算机组成原理实验》教学大纲(信息) 篇十五

“计算机组成原理”是研究生入学考试的必考科目。该课程以冯·诺依曼型计算机为基础,围绕计算机的运算器、控制器、存储器和输入输出设备等五大部件详细介绍它们的工作原理与算法以及具体实现的电路结构。通过学习本课程,要求学生熟练掌握单总线结构CPU的工作原理和设计实现的方法,同时要求学生初步掌握精简指令系统、流水线结构、多体并行存储器、中断的工作原理等知识,为后续课程“微机原理与接口技术”、“计算机系统结构”做好准备。该课程首先讲授了8086CPU的编程结构,然后引申出8086汇编语言的寻址方式和指令系统,学生在掌握上述知识的基础上,进行汇编语言程序设计。汇编语言程序设计可以让学生加深对程序设计方法的理解,同时程序的编写和调试使学生对计算机硬件有一个感性的认识,为以后他们学习“微机原理与接口技术”、“操作系统”等课程做准备。

根据国家教育部高教教执委发布的新的教学改革精神,结合我院的具体情况,我院将“计算机组成原理”与“汇编语言”两门课程合并成一门全新的“计算机组成原理”课程。在新的教学体系中,我们将两门课程有效地结合起来去糟取精删繁就简,舍去了两门课程中的重叠部分而突出重点,形成了一套新的教学体系。

二、“计算机组成原理”与“汇编语言”教学内容的融合

在传统的“计算机组成原理”课程中,教师始终围绕着计算机的五大部件按照运算器、存储器、控制器、输入输出系统这个顺序进行讲解,在讲授过程中经常会用到一些实例进行说明,而很多时候是以汇编语言做例子讲解的,两门课程融合在一起的最大好处就是教师在讲授“汇编语言”的部分时,可以更好地兼顾“计算机组成原理”,让这两门课程做到无缝对接。

在基础知识部分,我们首先要介绍冯·诺依曼型计算机的特点。冯·诺依曼型计算机是串行计算机的始祖,所有的串行计算机都要符合冯·诺依曼型计算机的特点,这是“计算机组成原理”基础知识部分的重点。在课程讲授过程中,教师都会画一幅五大部件的关系图,通过图形示意来表示一条指令是如何在五大部件之间流动的,从而使用户从外部观察到计算机处于运行状态。我们考虑从这里引入8086CPU的编程结构,从计算机组成原理过渡到汇编语言,让指令举例更加具体化,再结合指令的寻址方式,借机说明8086的汇编语言指令是如何在CPU中执行的。

在接下来的讲授过程中,我们将介绍8086汇编语言的寻址方式和指令系统。由于在计算机组成原理课程中也有一章介绍指令系统,我们可以把这个部分与汇编语言的内容合并,以计算机组成原理的部分强调基本概念,以汇编语言的内容来强调具体应用,把内容更加具体化,举例更具有针对性,可以使学生更好地理解寻址方式和指令系统。在这里我们在教学上做了一点改变,我们考虑到汇编语言指令数目较多的特点将指令分类,每类指令选出一到两个具有代表性的指令进行详细说明,其他略讲,然后采用写出指令执行结果的方式进行大量练习,从而巩固这部分知识。

在讲授了汇编语言的程序设计方法之后,再讲授计算机组成原理部分的运算器与运算方法部分。在这部分我们可以利用学过的汇编语言知识,结合布斯算法和加减交替法编写定点数乘除法的汇编语言程序,还可以编写浮点数运算的模拟程序。在讲授控制器的部分时,我们可以设计一个类8086的CPU,把它作为课堂上的CPU设计举例,这样把一条8086汇编语言指令放在这个CPU中运行,可以更直观地反映指令的工作细节,促进学生对控制器的工作原理和汇编语言的理解。

三、“计算机组成原理”与“汇编语言”实验内容的融合

“计算机组成原理”与“汇编语言”都有实验课,由于在讲授上先讲“汇编语言”的内容,因此相关实验先进行,然后进行“计算机组成原理”的实验。我院的“计算机组成原理”实验课程使用的是由清华大学计算机学院研制开发的TH-union+教学实验系统,该系统主要用于“计算机组成原理”课程的硬件教学实验,还支持监控程序、汇编语言程序设计。在硬件上同时实现了硬布线方式和微程序方式两种控制器结构,既支持用中小集成度的芯片实现CPU的方案,又支持用高集成度的FPGA门阵列实现CPU的方案。在软件上可实现指令级模拟,也可以软件模拟硬布线和微程序的操作,为学生学习硬件理论知识起到了重要的辅助作用。但是该实验系统的汇编语言指令与8086汇编语言是不兼容的,这使学生在短期内很难快速掌握实验系统的汇编语言指令,因此经课程组全体教师研究决定,另外开发一款新的汇编语言转换软件,用来实现两种不同种类的汇编语言互相转换。

该软件是利用linux模拟环境Cygwin开发实现的。Cygwin是cygnus solutions公司开发的一个在windows平台上运行的类UNIX模拟环境。在这里我们主要使用了Cygwin开发环境里的flex和gcc两个工具软件。利用flex工具软件编写的源代码必须转换成c语言代码格式,然后由linux下的c语言编译器gcc编译成可执行文件,完成最后的开发。

由于TH-union+教学实验系统的汇编语言指令共48条,采用精简指令系统,每条指令的寻址方式是固定的,因此不单独设置关于寻址方式的标志位,当指令进行译码操作的时候,实验系统电路通过分析指令的操作码既了解了指令的操作功能也了解了指令操作数的寻址方式。而8086汇编语言指令是一个复杂的指令系统,每条指令对应着多种不同的寻址方式,因此我们把教学实验系统的汇编语言看成是8086汇编指令系统的子集。通过对转换程序my的使用,帮助学生对比两种汇编语言之间的相同点和不同点,通过对比学习,学生可以更快速地熟悉实验系统汇编语言。

在这里对于不可转换的汇编语言指令可采取两种处理方式:方式一,发出警告提示并忽略此条指令;方式二,发出错误提示并强行结束程序转换。转换程序your分析了操作码之后开始分析操作数的寻址方式。在这里,我们假设所有指令都采用双操作数,因此在结构体中设置了两个对应寻址方式的变量。具体操作时,如果分析出该操作数的寻址方式可以被实验平台支持,那么就将对应数值保存在结构体的对应变量中以便转换,如果不是实验平台支持的寻址方式,系统将提示用户:“你的程序中使用了不可转换的寻址方式”,并强行结束转换。在寻址方式转换过程中,有一些特殊情况需要系统自动追加指令。

最后,要对输入输出指令单独处理。输入输出操作是后续课程“微机原理与接口技术”的重要知识点。在编写汇编语言程序过程中,当遇到输入和输出操作都是直接调用DOS中断或BIOS中断来实现的。但是教学实验系统没有任何中断程序辅助操作,遇到输入和输出操作只能由学生自己编写。在编写8086汇编语言程序过程中,凡是遇到输入和输出操作都通过调用这两个宏来实现。每次进行输入输出操作时必须先对指定的状态寄存器的标志位进行判断,以确定硬件是否准备好,是否可以进行输入输出操作。具体做法是使标号由英文字母和数字构成,每次产生新的标号,后面的数字部分就加1,保证新标号与旧标号不同。

“计算机组成原理”和“汇编语言”是计算机科学与技术、软件工程专业的专业课程,这两门课程存在着很多联系同时也有一些区别,把这两门课程合并成一门全新的“计算机组成原理”课是我院一项新的教学改革方案。如何把两门课程很好地融合在一起就成了课程组面临的一个新的挑战,本文结合课程组全体教师的多年教学经验,抛砖引玉,初步提出了一些在教学和实验上的改革方案,希望各界同人多提宝贵意见。

参考文献

[1]唐朔飞.计算机组成原理:第二版[M].北京:高等教育出版社,2008.

[2]王诚,刘卫东,宋佳兴.计算机组成与设计:第三版[M].北京:清华大学出版社,2008.

[3]沈美明,温冬婵.IBM PC汇编语言程序设计:第二版[M].北京:清华大学出版社,2001.