2024～2025第一学期

《计算机组成原理实验》教学实施方案

计算机科学与技术系 何施茗

一、基本情况

课程名称：计算机组成原理实验

课程编号：0812000887

学    时：16

学    分：0.5

课程类别：专业基础课、必修课

选课对象：四年制大三本科专业学生

班级代号： 002

学生人数：127人

专    业：计算机科学

1、先修课程：计算机组成原理及其实验、计算机组成原理

2、后续课程： 嵌入式系统

二、课程性质及主要教学目的

计算机组成原理实验是《计算机组成原理》课程的主要实践环节，通过实验巩固、加深、理解和验证理论课程中所学的运算器、存储器、控制器的工作原理和设计方法等知识，熟悉计算机硬件设计的开发环境和设计流程，提高对硬件设计、分析、调试能力，并为后续课程的学习，打下坚实的基础。

通过实验，要求学生达到以下教学目的：

 1．掌握硬件设计仿真软件Logisim的使用方法；

2．掌握计算机五大功能部件的工作原理、逻辑实现、设计方法以及相互连接构成整机的方法，并能在Logsim平台上进行计算机功能部件的设计，用于对计算机系统多种设计方案进行分析、比较和评价，建立软硬件协同工作的系统观；

3．能独立写出严谨的、有理论分析的实事求是的文理通顺的实验报告。

通过实验，培养学生具备如下能力：

(1) 掌握相关工程知识

1.1 掌握计算机五大功能部件的工作原理。

1.2 掌握计算机部件的分析与设计方法。

(2) 掌握研究工程问题的方法

能够将计算机部件连接构成整机，对计算机系统多种设计方案进行分析、比较和评价，建立软硬件协同工作的系统观。

三、课程选用教材

1、谭志虎主编，计算机组成原理实验指导与习题解析，人民邮电出版社，2022年2月 

2、谭志虎主编，计算机组成原理（微课版）科学出版社，2021年3月

四、实验教学特点及教学方式

实验教学是整个教学环节的主要组成部分，是联系课堂理论教学的桥梁,又是培养学生实践动手能力的重要途径。它不但可以巩固学生的理论知识，提高理论与实践相联系的水平，同时能提高学生对计算机部件进行设计的能力，建立计算机软硬件协同工作的系统观，从而为后续专业课程打下坚实的基础。教学过程以老师讲授为辅，以学生动手设计、调试为主。学生的主要任务如下：

1．实验准备：根据实验目的、实验要求及实验内容，通过对相关理论知识的运用，认真完成预习报告；

2．设计：根据各实验需要完成的功能进行逻辑设计，并调试通过；

3．实验报告：完成整个实验之后，对实验过程及结果进行分析和总结。

五、实验内容、目的及重点难点

1、Logisim平台使用/求补器设计

实验内容：

Logisim平台的使用、常用组件的用法，并设计一个求补器。

实验目的：

1）理解补码的基本特性，能分析简单C语言程序中与数据表示相关的执行行为，并通过实际执行验证真实计算机中数据表示的编码体系，掌握C语言变量机器码的方法，培养数据表示层面基本的软硬件协同的系统观；

2）掌握计算机硬件设计的一般步骤和方法。

主体设备或软件环境要求：配置了Logisim平台的计算机一台

重点难点：Logisim平台的使用，利用与门、或门、非门等基本组件，设计一个8位数据的求补器。

2、多位串行进位加/减可控带溢出检测的加法器设计

实验内容：

设计一位全加器的子电路，利用子电路设计多位可控加减法的串行进位、并行进位的加法器。

实验目的：

1）掌握一位全加器的实现逻辑；

2）利用一位全加器的子电路，掌握16位或32位串行进位可控加减法且带溢出检测电路的实现逻辑；

3）分析时间延迟。

主体设备或软件环境要求：配置了Logisim平台的计算机一台

重点难点：如何利用一位全加器的子电路来实现多位可控加减法电路。

3、多位并行进位加法器设计

实验内容：

设计4位并行进位加法器的子电路，利用该子电路设计16位或32位的组内/组间均并行的加法器。

实验目的：

1）掌握4位并行进位加法器的实现逻辑；

2）利用4位并行进位加法器，设计16位或32位组内/组间均并行的加法器电路；

3）分析时间延迟。

主体设备或软件环境要求：配置了Logisim平台的计算机一台

重点难点：如何利用4位并行进位加法器，设计16位或32位组内/组间均并行的加法器。

4、阵列乘法器设计

利用1位全加器子电路，设计5 ᵡ 5的斜向进位的原码阵列乘法器。

实验目的：

1）利用1位全加器子电路，设计5 ᵡ 5的斜向进位的原码阵列乘法器；

2）分析斜向进位和横向进位的时间延迟。

主体设备或软件环境要求：配置了Logisim平台的计算机一台

重点难点：利用1位全加器子电路，设计5 ᵡ 5的斜向进位的原码阵列乘法器。

5、海明码编码及解码设计

实验内容：

设计一个奇偶校验的子电路；利用这个子电路来设计(12，8)分组码海明编码、校验和传输电路。

实验目的：

1）掌握奇偶校验的实现逻辑；

2）掌握(12，8)分组码海明校验的实现逻辑。

主体设备或软件环境要求：配置了Logisim平台的计算机一台

重点难点：利用奇偶校验的子电路来实现(12，8)分组码海明校验线路。

6、字、位扩展存储器设计

实验内容：

设计字扩展、位扩展和字位扩展方式的存储器，将已存入存储器中的汉字或数字读出，比较读出结果的不同。

实验目的：

1）掌握字扩展的实现逻辑；

2）掌握位扩展的实现逻辑；

3）掌握字位均扩展的实现逻辑。

主体设备或软件环境要求：配置了Logisim平台的计算机一台

重点难点：字扩展和位扩展方式的实现逻辑。

六、教学进度

该课程教学总学时为16学时，0.5学分。教学安排在年度第一学期7-14周进行。具体实验项目名称和学时分配如表1所示。

表1 实验项目名称与学时分配

七、考核方式

实验课成绩分为两个部分：一部分为当场实验验收成绩，另一部分为报告成绩。验收包括学生答辩、教师质询和测试。

实验课成绩为以上两部分总和，按等级给出成绩。

八、课程教学目标与工程教育认证标准之毕业要求的关系

如表2所示：

表2 《计算机组成原理实验》课程教学目标—毕业要求关系表

注：表中“H（高）、M（中）、L（弱）”表示课程与各项毕业要求的关联度。

九、教学意见反馈

1、学生可登陆学校数字化教学平台进入本课程的网络教学界面后下载教学课件与教学大纲、观看教学视频内容、提交实验报告、询问疑难问题、查询实验通知等。

2、学生还可通过“学宝”下载教学资源，与老师进行互动，提交实验报告等。

3、学生还可以直接将教学反馈意见以电子邮件的形式发到任课教师的私人邮箱中：

E-mail ：heshiming_hsm@163.com

4、学生还可通过手机或QQ与任课教师联系：

Tel：15211006047 

QQ：25707797

计算机科学与技术系

  2024年8月