计算机组成原理课程介绍市公开课一等奖省赛课微课金奖课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第1页,精品课程建设中体会,哈尔滨工业大学,唐朔飞,年,10,月,30,日,计算机组成原理课程介绍,第2页,精品课程建设中体会,课程目标和定位,课程内容,教材建设,教学方法,教学伎俩,实践教学,教学队伍,计算机组成原理课程,第3页,一、课程目标和定位,同一名称课程，不一样学校，不一样培养目标，不,同学生基础，在课程深度和广度上应该不一样。,计算机组成原理课程,哈工大是国家,“,985,”,重点建设大学，哈工大计算机,科学与技术学科被认定为国家一级重点学科，我们人才,培养理念是,“,研究型、个性化、精英式,”,人才。,第4页,一、课程目标和定位,本课程围绕单,CPU,计算机硬件系统基本组成和工作原理，系统地讲述计算机硬件系统及其功效部件内部结构、功效特征、工作原理、交互方式和基本设计方法，经过课堂教学和实践步骤，使学生系统地,了解,计算机,硬件系统,组织结构,和,工作原理,，,掌握,计算机硬件系统,基本分析与设计方法,，为深入学习计算机系统结构、操作系统等后续课程，全方面培养对计算机软硬件系统,认知,、,设计,与,创新,能力奠定良好基础。,计算机组成原理课程,第5页,一、课程目标和定位,计算机组成原理课程,认知能力：经过对计算机组成原理分析、讲解和配套试验，培养学生计算机硬件系统级认知能力。,设计能力：掌握必要硬件描述语言、设计工具及仿真环境，体验计算机硬件系统设计过程，掌握相关硬件设计技术与方法，到达验证功效部件和系统功效目标。,创新能力：体会前人在特定技术条件下创新思维，结合新技术介绍，大胆畅想未来技术发展趋势，引领学生突破思维定势。,第6页,二、课程内容,计算机组成原理课程,符合教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会公布,高等学校计算机科学与技术专业公共关键知识体系与课程,和,高等学校计算机科学与技术专业实践教学体系和规范,第7页,二、课程内容,计算机组成原理课程,重点：计算机几大部件（存放器、运算器、控制器、输入输出系统及总线）内部结构、组织方式和工作原理，以及部件和单元电路设计思想。,难点：怎样以控制流和数据流为根本，将计算机各大部件联络起来，建立整机概念。如,CPU,与存放器、,CPU,和,I/O,、存放器与,I/O,之间逻辑关系，控制器怎样控制每一条指令执行过程，控制单元设计思想和实现方案等。,第8页,三、教材建设,计算机组成原理课程,贯通,激发,学生主动探求知识理念，采取从整体框架入手，自顶向下，由表及里，层层细化分析方法，详述计算机组成原理，诱发学生主动思索、激励学生主动探求处理各类问题路径和伎俩。,计算机组成原理第,2,版,（唐朔飞编著，高等教育出版社）是“十一五”国家级规划教材，自,年,1,月出版至今，已印刷,5,次，共,90000,余册。,第9页,四、教学方法,计算机组成原理课程,填鸭似,灌入式,学生参加思索,启发式,激发学生主动探求答案主动性,激发式,老师讲课时,在每个章节处安排疑点,在每一堂课前后连接处提出悬念,激发,学生学习兴趣和探索,欲望,，引导学生主动思索,第10页,五、教学伎俩,计算机组成原理课程,配套电子课件（随书出版）,辅助教材,计算机组成原理,学习指导与习题解答,（唐朔飞，高教出版社,年出版）,化解课程中碰到重点和难点，到达,“,自检,”,学习效果,试题库 为教师提供试题参考,教学网站,提供教学纲领、教学设计、教学日历、学习指导试验纲领、,习题精选、互动论坛等,各种教学资源集成发展,有利于学生消化、吸收、了解、掌握课程内容,第11页,六、实践教学,计算机组成原理课程,第一阶段 基本技能培养,第二阶段 部件综合设计能力培养,第三阶段 系统设计能力培养,经过试验课，结合试验台完成验证型、设计型、,综合型三种试验，深入加深课堂教学感性认识,经过课程设计或,“,计算机设计实践,”,后续课完成,经过,“,计算机设计与实践,”,后续课完成,第12页,六、实践教学,计算机组成原理课程,“,计算机设计与实践,”,是一门实践性很强计算机组成原理后续课程，实践步骤占,80%,。要求学生学会一个硬件描述语言，,熟练使用,指定芯片级开发工具和对应调试伎俩，,掌握,系统级设计过程和深入,领会,芯片级设计层次化思想，,设计并实现,指定功效处理器芯片，再利用该芯片搭建一个系统，完成访存控制操作和基本,I/O,控制操作，建立,整机概念,。,第13页,六、实践教学,计算机组成原理课程,经过计算机部件设计和处理器设计，培养学生系统分析与设计能力以及利用知识求解问题能力。,经过硬件描述语言学习和开发工具使用，训练学生系统开发与调试能力，培养理论联络实际能力，提升工程素质。,第14页,七、教学队伍,计算机组成原理课程,教师队伍建设是能否确保教学事业连续发展和不停创新根本确保。,强调教师队伍知识结构。,重视培养年轻教师能力，要求他们不但会“,教还要求他们 会“,导,”，参加本课程各个步骤，（听课、答疑、批改作业、讲习题、指导试验等），落实老带中、中带新，层层有指导，有督察。,第15页,精品课程建设中体会,课程目标和定位,课程内容,教材建设,教学方法,教学伎俩,实践教学,教学队伍,计算机组成原理课程,第16页,计算机组成原理教学设计,哈尔滨工业大学,唐朔飞,年,10,月,30,日,第17页,计算机组成原理教学设计,课程内容体系,教材选择,课程讲授,作业安排,试验步骤,考题设计,成绩评定,第18页,一、课程内容体系,1,基本描述,计算机组成原理教学设计,课程名称：计算机组成原理,课程英文名称：,Principles of Computer Organization,课程性质：计算机科学与技术专业必修关键专业基础课,总课时：,68,讲课课时：,52,试验课时：,16,先修课程：计算机导论、数字逻辑设计、汇编语言程序设计,后续课程：计算机接口技术、计算机系统结构、操作系统等,第19页,一、课程内容体系,2,教学定位,计算机组成原理教学设计,计算机组成原理是计算机科学与技术专业本科教学中一门主要专业基础课，在计算机科学与技术专业教学计划中占有主要地位和作用。学习本课程意在使学生,掌握,计算机硬件各子系统,组成原理,及,实现技术,，建立计算机系统,整体概念,，对培养学生,设计开发,计算机系统能力有主要作用。该课程为今后学习接口技术、计算机系统结构、嵌入式系统、操作系统、计算机网络等后续课程，全方面培养学生计算机软硬件系统,认识,、,设计,与,创新,能力奠定良好基础。,第20页,一、课程内容体系,计算机组成原理教学设计,（,1,）计算机系统基本概念（,3,课时）,计算机软硬件概念；计算机系统层次结构；计算机基本组成；冯,诺依曼计算机特点；计算机硬件框图及工作过程；计算机硬件主要技术指标；计算机发展及应用。,（,2,）总线（,3,课时）,总线基本概念；总线分类；总线特征及性能指标；总线结构；总线判优控制和通信控制。,3,知识点与课时分配,第21页,一、课程内容体系,计算机组成原理教学设计,（,3,）存放器（,10,课时存放器分类和存放器层次结构；主存放器（包含半导体储芯片介绍、静态随机存取存放器和动态随机存取存放器、只读存放器、存放器与,CPU,连接、存放器校验、提升访存速度办法）；高速缓冲存放器（包含,Cache,基本结构及工作原理、,Cache-,主存地址映射、替换算法）；辅助存放器（包含辅助存放器特点及主要技术指标、磁统计原理和统计方式、磁盘存放器结构、光盘存放器存取原理）。,3,知识点与课时分配,第22页,一、课程讲授内容体系,计算机组成原理教学设计,（,4,）输入输出系统（,8,课时）,输入输出系统发展概况及组成、,I/O,与主机编址方式、传送方式、联络方式以及设备寻址；外部设备分类及介绍；,/O,接口功效及基本组成；程序查询方式工作原理及程序查询接口电路；程序中止方式工作原理及程序中止接口电路、中止服务流程；,DMA,方式特点、,DMA,接口电路功效、组成、类型及,DMA,工作过程。,3,知识点与课时分配,第23页,一、课程内容体系,计算机组成原理教学设计,（,6,）计算机中数表示（,4,课时）,计算机中有符号数（原码、补码、反码、移码）和无符号数表示；计算机中数定点表示和浮点表示。,（,7,）计算机运算方法和运算器（,8,课时）,定点运算（算术移位和逻辑移位、补码加减、原码补码乘法、原码补码除法）及对应硬件配置；浮点四则运算；算术逻辑单元及进位链。,3,知识点与课时分配,第24页,一、课程内容体系,计算机组成原理教学设计,（,7,）指令系统（,4,课时）,机器指令普通格式；操作数类型和操作类型；指令地址格式和寻址方式；指令格式举例；,RISC,技术概述。,（,8,）,CPU,结构和功效（,4,课时）,CPU,功效及结构框图；指令周期；指令流水；中止系统（包含引发中止各种原因，中止系统所需处理共性问题，如：中止请求标识、中止判优、中止响应、中止服务、中止返回、多重中止等）。,3,知识点与课时分配,第25页,一、课程内容体系,计算机组成原理教学设计,（,9,）控制单元（,4,课时）,微操作命令分析（按取指周期、间指周期、执行周期和中止周期分析不一样指令微操作命令）；控制单元外特征；多级时序系统；控制方式；控制信号实例分析。,3,知识点与课时分配,第26页,一、课程内容体系,计算机组成原理教学设计,（,10,）控制单元设计（,4,课时）,组合逻辑设计：组合逻辑控制单元框图、微操作节拍安排、组合逻辑设计举例。,微程序设计：微程序控制单元框图及工作原理、微指令编码方式、微指令地址形成方式、微指令格式、微程序设计举例。,3,知识点与课时分配,第27页,二、教材选择,选取普通高等教育“十一五”国家级规划教材,计算机组成原理第,2,版,（唐朔飞编著，高等教育出版社，,年,1,月）该教材是面向,21,世纪课程教材,计算机组成原理,第,2,版。,该教材根本上扭转了从二进制数制码制开始，接着按运算器、存放器、控制器、输入输出系统次序，逐一讲述计算机中各部件传统写法，致使学生往往学了半个学期，仍不知其所以然，直到最终才将全部内容连贯起来。这种自底向上讲述方法，不易激发学生主动探求知识，也不利于“,以学生为主,”教学方式。,计算机组成原理课程,第28页,二、教材选择,本教材定位在原理和性能分析上。首先把学生领到计算机整体框架制高点上，然后率领学生,自顶向下,，,由表及里,，,层层细化,，一步一步进入到计算机内核，更有利于学生对计算机工作原理了解。在深化过程中，每走一步会出现一系列,悬念,，每一个悬念又都启发学生主动从下一篇章寻求答案。所以在大框架指导下，在深入细化过程中，学生自觉加深了对计算机了解。在此过程中，因为突出了,激发式,教育，学生经过主动探求，使知识掌握得愈加牢靠。,计算机组成原理课程,第29页,三、课程讲授,1,重点与难点,计算机组成原理教学设计,第,1,章 计算机系统概论,重点：计算机组成概貌和框图,；,主机完成一条指令,信息流程,难点：怎样区分存放在存放器中指令和数据,第,2,章 计算机发展及应用,本章属于综述性内容不存在重点及重点,第30页,三、课程讲授,1,重点与难点,计算机组成原理教学设计,第,3,章 系统总线,重点：总线功效与结构,；,总线性能指标,；,总线,判优控制和通信控制,；,怎样克服总线瓶颈,难点：总线通信控制,第31页,三课程讲授,1,重点与难点,计算机组成原理教学设计,第,4,章 存放器,重点：存放系统层次结构,；,主存、,Cache,工作原理及,技术指标,；,半导体体存放芯片外特征及与,CPU,连接,；,提升访存速度办法。,难点：对于一定容量存放器，按字节或字访问寻址范,围；多体并行结构存放器次序编址和交叉编址对访,存速度影响,；,Cache,主存地址映射。,第32页,三、课程讲授,1,重点与难点,计算机组成原理教学设计,第,5,章 输入输出系统,重点：主机与,I/O,交换信息三种控制方式,；,程序查询,方式、程序中止方式和,DMA,方式各自特点、,接口电路和工作原理。,难点：处理,I/O,中止各类软、硬件技术利用,；,DMA,与主存交换数据三种方法各自特点,；,周期窃取,含义,；,CPU,响应中止请求和,DMA,请求时间。,第33页,三、课程讲授,1,重点与难点,计算机组成原理教学设计,第,6,章 计算机运算方法,重点：有符号数、无符号数、定点数和浮点数表示；移,位运算、定点补码加、减、乘、除运算；浮点补码,加减运算,；,提升运算速度办法。,难点：机器字长相同条件下，补码比原码和反码能多表,示一个负数；区分浮点数和补码表示浮点规格化,数；在定点机和浮点机中，怎样判断运算结果溢出；,不一样机器数运算规则不一样，直接影响运算器硬件,组成。,第34页,三、课程讲授,1,重点与难点,计算机组成原理教学设计,第,7,章 指令系统,重点：指令格式，寻址方式,难点：设计指令格式,扩展操作码技术利用,在可按字节和字寻址存放器中，不一样机器,其数据存放方式是不一样,第35页,三、课程讲授,1,重点与难点,计算机组成原理教学设计,第,8,章,CPU,结构和功效,重点：,CPU,功效和硬件组成,；,CPU,工作周期和指令,周期概念,；,一个完整指令周期中信息流程,；,指令流水,；,中止系统需要处理问题及实施方案。,难点：影响指令流水线性能原因；超标量、超流水、,超长指令字特点,；,各种中止技术和实现多重中止,所需配置硬件,；,响应优先级和处理优先级区分。,第36页,三、课程讲授,1,重点与难点,计算机组成原理教学设计,第,9,章 控制单元功效,重点：控制单元对不一样指令在取指、间址和中止周期中，,发出哪些相同操作命令；多级时序系统；控制单,元控制方式（同时、异步、联合）。,难点：指令周期、机器周期、时钟周期与控制信号关系；,中央控制和局部控制相结合同时控制方式；不一样,结构计算机（总线结构和非总线结构）控制信号,特点。,第37页,三、课程讲授,1,重点与难点,计算机组成原理教学设计,第,10,章 控制单元设计,重点：微操作命令节拍安排；两种控制器设计思想、,设计步骤、组成原理；两种控制单元微操作命令,节拍安排区分。,难点：微指令控制方式（编码方式）及后续微指令地址,形成方式；编写微指令码点第38页,三、课程讲授,2,讲授中应注意方法,计算机组成原理教学设计,教师本身必须对本课程基本内容非常熟悉，并能融会贯通,讲授本课程必须从宏观到微观，使学生学会用辩证唯物主义思维方法去认识、了解并掌握计算机组成及其工作原理,在宏观认识整机概貌基础上，率领学生逐层剖析计算机基本组成，使学生更牢靠地树立唯物主义观念去从事计算机开拓研究工作,采取多媒体教学伎俩，配合板书讲授,设置疑点，提出悬念，激发学生主动探求答案,第39页,四、作业安排,计算机组成原理教学设计,依据教学进度和课时，合理选择书上习题，以到达深入加深了解课堂讲授内容。每一章讲授结束，收一次作业，给出成绩，并作一次集体答疑，讲解作业中共性问题。作业成绩记入总成绩内。没有作业成绩者不得参加考试。,第40页,五、试验步骤,计算机组成原理教学设计,为了加强实践步骤，强调对学生个性化培养，为每,15,名学生安排,1,名教师或,TA,作详细指导。要求每个学生试验前必须预习，最终试验成绩按预习情况、详细操作及试验汇报综合评定，试验成绩记入总成绩内。没有试验成绩者不得参加考试。,第41页,六、考题设计,计算机组成原理教学设计,考题设计指导思想是重视,能力考评,，而不是,记忆考评,。本课程考题内容应包含：基本概念，要求叙述准确；运算方法，要求掌握几个惯用方法；基本电路设计，要求掌握设计思想和设计方法；综合能力，由此衡量各类不一样学生对课程了解和掌握程度。,考试题大致可分为四种类型：概念型、计算型、设计型、综合型，重点考查学生对基本概念、基本方法、基本技术掌握和综合应用能力。,第42页,七、成绩评定,计算机组成原理教学设计,采取累加式考试形式，综合成绩由三部分组成：,书面考试占总成绩,70%,平时作业占总成绩,10%,试验能力占总成绩,20%,总计满分为,100,分,第43页,计算机组成原理教学设计,课程内容体系,教材选择,课程讲授,作业安排,试验步骤,考题设计,成绩评定,第44页,