4.2 存储器与CPU的连接 (教案) 《计算机原理》(电工版第五版)【上好课】

《计算机原理》(电工版第五版) 教案 课 题 4.2 存储器与CPU的连接 课 型 理论 课 时 2 授课班级 授课时间 授课教师 教材分析 本节是存储器体系中的核心环节。内容涵盖存储器三总线与CPU的匹配连接、单块存储芯片接线、总线负载匹配与驱动器扩展、位扩展/字扩展/字位同时扩展三种存储器容量扩展方法，以及3-8译码器74LS138在片选译码中的工程应用。本节集前序半导体存储器理论知识于硬件连接实践，是理解计算机系统总线数据流向与存储器子系统设计的关键教学环节。 学情分析 授课对象为中职计算机专业学生。前期已完成4.1节半导体存储器基础知识的学习，掌握了RAM/ROM的区别、常见芯片型号与容量计算。但学生对CPU三总线结构、芯片引脚级接线、总线负载匹配、译码器逻辑等硬件互连概念缺乏工程认知，尤其是位扩展与字扩展的电路接线方式容易混淆。学生具备基本数字电路基础，适合通过实物示意图、接线动画、小组绘图实操等教学手段来突破难点。 学习目标 知识目标： 掌握存储器与CPU连接的三大核心问题：负载匹配、时序配合与片选控制； 深入理解片选译码的基本原理，熟悉74LS138译码器的引脚功能与典型应用电路设计。 技能目标： 能够依据存储容量需求准确计算所需芯片数量； 具备独立完成存储器地址空间分配的能力，可设计基础的地址译码与逻辑连接电路， 实现存储系统的硬件扩展。 情感目标： 通过硬件逻辑设计的实践，培养系统化的硬件思维与工程规范意识； 建立严谨、细致的硬件调试与分析习惯，提升解决实际硬件系统问题的工程实践素养。 学习重难点 重点： 1. 单块存储芯片与CPU总线的引脚级连接方法（地址/数据/控制线）。 2. 位扩展与字扩展的接线规则及区别。 3. 3-8译码器74LS138的使能条件及片选译码电路设计。 难点： 1. 字位同时扩展的步骤：先位扩展匹配字长，再字扩展扩容。 2. 线选法与译码片选法的优缺点对比及地址重叠分析。 3. 总线负载匹配中驱动器的作用机制。 教学方法 案例分析、讲授法、小组讨论法 课前准备 1. 教师准备：CPU三总线结构示意图、单芯片接线图、位扩展/字扩展/字位同时扩展电路分步演示动画、74LS138译码器引脚图与真值表、课堂练习卡与总线负载故障案例。 2. 学生准备：复习4.1节半导体存储器分类与容量计算，预习教材4.2节存储器连接部分内容。 教学媒体 电子课件、教学短视频、电路接线示意图、译码器引脚图、任务单 教学过程 教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图 活动一： 创设情境 生成问题 【课程导入】 1. 故障案例设问导入：展示总线负载超限示意图，抛出问题：主板挂载多片内存芯片后出现读取乱码、系统蓝屏，是什么硬件原因？引出总线驱动、片选、时序三大连接核心难题。 2. 下发课堂任务单，对照课件三维学习目标，清晰讲解知识、技能、素养三层学习要求。 【新知识传授】 1. 播放配套教学短视频：CPU三总线结构演示、单/多片存储器接线动画、74LS138译码器引脚与接线实操、位/字扩展电路分步演示。 2. 简单梳理本节课四大学习板块：总线负载匹配、单芯片连接、存储容量扩展、3-8译码器74LS138应用。 【练一练】 口头提问：看完视频说一说CPU总线负载超标会出现哪些故障现象？片选信号的作用是什么？ 1. 领取课堂任务单，通读三层学习目标，锁定本节课重难点。 2. 完整观看教学视频，记录总线接线方式、扩展电路布线、译码器引脚逻辑画面关键信息。 3. 主动举手回答口头提问，结合视频画面说出基础概念。 4. 跟随教师标注课堂核心内容，搭建初步学习框架。 1. 利用电脑内存故障真实案例提问，贴合硬件维修岗位场景，激发学生探究兴趣，快速集中课堂注意力。 2. 任务单前置，学生学习目标清晰，听课更有针对性。 3. 接线、译码动画视频把抽象硬件连线逻辑可视化，降低电路理解难度，为理论讲授铺垫。 活动二： 调动思维 探究新知 【新知识传授】 模块一：总线负载匹配与单块存储芯片连接 1. 讲解CPU总线驱动极限，负载超标故障，解决方案：增加总线驱动器提升带载能力。 2. 存储器四类引脚：地址A、数据D、片选CS、读写WE/OE各自功能。 3. 单芯片接线规则：地址、控制总线直接并联，数据线直连，片选固定有效。 模块二：位扩展原理 核心目的：匹配CPU数据总线宽度。 接线规则：地址、读写、片选全部并联，各芯片数据线分别接数据总线不同位，搭配8K×1位拼接8K×8位实例板书。 【练一练】 1. 书面简答：CPU挂载大量存储芯片时，如何解决总线负载不足？位扩展电路所有芯片哪些信号线需要并联？ 2. 单项选择题：总线负载超限不会出现（ ）A. 信号失真 B. 时序错乱 C. 系统蓝屏 D. 运行速度变快 1. 认真听讲，在草稿纸上临摹单芯片、位扩展简易接线图，记录各类引脚功能。 2. 独立完成课堂书面练习，写完后同桌互相核对答案、交流错题思路。 3. 遇到片选、位扩展接线逻辑混淆问题及时举手请教老师。 4. 自主整理课堂笔记，搭建单芯片、位扩展知识框架。 1. 由总线基础到单芯片、位扩展分层讲解，由浅入深，符合中职学生电路认知规律。 2. 随堂习题完全匹配课件例题，当堂检验学生吸收程度，快速定位知识薄弱点。 3. 同桌互查习题、互相讲解电路，引导学生自主梳理硬件接线内在逻辑。 活动三： 调动思维 探究新知 【新知识传授】 模块三：字扩展与字位同时扩展 1. 字扩展：扩充存储容量，地址、数据、读写线并联，高位地址产生片选；区分线选法（地址浪费）、译码片选法（地址连续）。 2. 字位同时扩展：先分组位扩展匹配字长，再高位译码分组扩容，以16K×4位芯片搭建64K×8位举例演算。 模块四：74LS138 3-8译码器 讲解C/B/A地址输入、使能端G₁/G₂A/G₂B、低电平输出Y₀~Y₇，演示译码输出作为存储芯片片选的标准电路。 3. 布置小组实操绘图任务： · 小组绘制字扩展线选、译码两种接线简图 · 辩论对比线选法、译码片选法优缺点 【练一练】 小组讨论简答：线选法为什么会产生无效地址？74LS138芯片正常工作需要满足什么使能条件？ 4. 巡回巡视各组，指导电路绘图，纠正扩展接线、译码使能记忆错误，鼓励小组交换辩论观点。 1. 认真记录字扩展、字位扩展接线规则、74LS138引脚逻辑，跟随教师演算芯片数量计算题。 2. 4人一组分工完成电路绘图、辩论素材整理。 3. 小组内交流简答题答案，统一发言逻辑。 4. 上台展示电路绘图、分享辩论结论，听取其他小组补充，及时修正认知错误。 5. 绘图、译码逻辑遇到卡点主动向老师求助，互相总结电路记忆技巧。 1. 理论搭配电路绘图、小组辩论任务，把复杂存储扩展电路落地，锻炼绘图、逻辑表达实操能力。 2. 小组合作绘图、对比辩论，培养协作、互相纠错的学习习惯。 3. 上台展示电路，锻炼专业表达，在互评加深扩展、译码全套知识点记忆。 4. 教师全程巡查找错，及时纠正接线、译码高频易错点，培养严谨硬件电路设计思维。 活动四： 巩固练习 素质提升 【知识点总结】 1. 整体梳理本节课完整知识脉络：总线负载解决方案→单芯片连接引脚定义→位扩展/字扩展/字位同时扩展→线选/译码片选→74LS138译码器原理与应用。 2. 点评各小组电路绘图、辩论成果，指出高频错误： · 混淆位/字扩展接线 · 记错74LS138使能电平 · 分不清线选与译码地址优缺点 3. 布置课后作业： · 绘制存储器与CPU连接完整思维导图 · 完成芯片计算、电路分析配套习题 · 查找主板内存扩展硬件资料 【分组讨论】 讨论话题：设计64K×8位主存系统，选用16K×4位芯片，完整说明扩展步骤与译码电路搭建思路。 1. 跟随教师完整复盘全部知识点，补充完善电路绘图与课堂笔记，标记演算、接线易错点。 2. 认真听取小组成果点评，修正绘图、概念理解中的错误。 3. 参与小组话题讨论，结合位、字扩展、译码知识梳理完整设计方案，整理小组讨论结论。 4. 记录课后作业，规划完成顺序。 5. 课后独立完成思维导图、全套计算习题、硬件拓展调研任务。 1. 课堂整体复盘，梳理完整硬件设计知识脉络，实现当堂知识检测巩固。 2. 针对性点评电路绘图高频错误，纠正接线认知误区，培养存储器工程设计思维。 3. 结合真实主存设计场景开展拓展讨论，对接硬件维修、嵌入式岗位实操需求，提升专业工程素养。 4. 思维导图、计算绘图类作业，巩固总线、存储扩展、译码核心知识，贴合《计算机原理》课程专业学习需求。 课堂小结 作业布置 课堂小结： 作业布置： 1. 绘制存储器与CPU连接完整思维导图（含总线负载、单芯片、位扩展、字扩展、译码选片）。 2. 完成芯片容量计算、电路分析配套习题。 3. 查找主板内存扩展硬件资料，写出简要分析报告。 板书设计 4.2 存储器与CPU的连接 一、CPU三总线与负载匹配 二、单芯片引脚级连接 三、存储器容量扩展 四、片选译码 五、74LS138译码器 教学反思 本节课以总线负载超限蓝屏故障案例导入，有效激发了学生探究硬件连接问题的兴趣。三总线动画和译码器接线视频帮助学生对抽象连线有了直观认识。小组绘图和辩论环节学生参与度高，字位同时扩展的演算练习效果较好，但少数学生对线选法地址重叠的理解仍不够透彻，后续可借助地址映射表格对照讲解。部分小组绘制译码电路时对74LS138使能端电平容易混淆，需在下节课前安排简短复习。整体教学节奏紧凑，达成了预设教学目标。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $