第一篇：計算機組成原理課程論文

合肥學(xué)院

課 程 論 文

題

目 系

部 專

業(yè) 班

級 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師

計算機組成原理課程綜述

計算機科學(xué)與技術(shù) 計算機科學(xué)與技術(shù) 11級計本（2）班

張向東

2013 年 5 月 27 日

計算機組成原理課程論文

內(nèi)容摘要：

論文主要論述馮-諾依曼型計算機的基本組成結(jié)構(gòu)器件與其控制單元的構(gòu)建方法，一臺計算機的核心是中央處理器，中央處理器的核心就是他的控制單元，控制單元相對于計算機而言類似于人的大腦，人體的各種行為取決于大腦的指令控制，計算機的各種操作方式取決于控制單元的指令，控制單元直接影響著指令系統(tǒng)，它的格式不僅直接影響到機器的硬件結(jié)構(gòu)，而且也直接影響到系統(tǒng)軟件，影響機器的適用范圍。

關(guān)鍵詞：馮諾依曼型計算機的組成，中央處理器，控制單元，指令系統(tǒng)，微指令

一、計算機組成原理課程綜述：

本課程的教學(xué)采用從整體入手，層層深入細(xì)化的方法詳細(xì)的闡述了計算機的組成以及各部件的工作原理和工作方式，先是介紹計算機的基本組成，發(fā)展和展望。后面分階段詳述了存儲器，輸入輸出系統(tǒng)，通信總線，中央處理器的特性結(jié)構(gòu)和功能，包括計算機的基本運算，指令系統(tǒng)和中斷系統(tǒng)，并專門介紹了控制單元的功能和設(shè)計思路和實現(xiàn)措施。

二、課程主要內(nèi)容和基本原理：

（一）計算機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)：

計算機的系統(tǒng)包括系統(tǒng)總線、存儲器和輸入輸出系統(tǒng) 1.總線：

總線是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導(dǎo)線組成的傳輸線束，按照計算機所傳輸?shù)男畔⒎N類，計算機的總線可以劃分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別用來傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)地址和控制信號?？偩€是一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它是cpu、內(nèi)存、輸入、輸出設(shè)備傳遞信息的公用通道，主機的各個部件通過總線相連接，外部設(shè)備通過相應(yīng)的接口電路再與總線相連接，從而形成了計算機硬件系統(tǒng)。在計算機系統(tǒng)中，各個部件之間傳送信息的公共通路叫總線，微型計算機是以總線結(jié)構(gòu)來連接各個功能部件的。2.存儲器：

存儲器是計算機系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計算機中全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計算機程序、中間運行結(jié)果和最終運行結(jié)果都保存在存儲器中。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。有了存儲器，計算機才有記憶功能，才能保證正常工作。按用途存儲器可分為主存儲器（內(nèi)存）和輔助存儲器（外存）,也有分為外部存儲器和內(nèi)部存儲器的分類方法。外存通常是磁性介質(zhì)或光盤等，能長期保存信息。內(nèi)存指主板上的存儲部件，用來存放當(dāng)前正在執(zhí)行的數(shù)據(jù)和程序，但僅用于暫時存放程序和數(shù)據(jù)，關(guān)閉電源或斷電，數(shù)據(jù)會丟失。

存儲器的主要功能是存儲程序和各種數(shù)據(jù)，并能在計算機運行過程中高速、自動地完成程序或數(shù)據(jù)的存取。

存儲器是具有“記憶”功能的設(shè)備，它采用具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件來存儲信息。這些器件也稱為記憶元件。在計算機中采用只有兩個數(shù)碼“0”和“1”的二進(jìn)制來表示數(shù)據(jù)。記憶元件的兩種穩(wěn)定狀態(tài)分別表示為“0”和“1”。日常使用的十進(jìn)制數(shù)必須轉(zhuǎn)換成等值的二進(jìn)制數(shù)才能存入存儲器中。計算機中處理的各種字符，例如英文字母、運算符號等，也要轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼才能存儲和操作。3.I/O系統(tǒng)：

I/O系統(tǒng)是操作系統(tǒng)的一個重要的組成部分，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)中所有的外部設(shè)備。計算機外部設(shè)備。在計算機系統(tǒng)中除CPU和內(nèi)存儲外所有的設(shè)備和裝置稱為計算機外部設(shè)備（外圍設(shè)備、I/O設(shè)備）。I/O設(shè)備：用來向計算機輸入和輸出信息的設(shè)備，如鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機等。

I/O設(shè)備與主機交換信息有三種控制方式：程序查詢方式，程序中斷方式，DMA方式。

（二）中央處理器

1.計算機的運算方法：

計算機的內(nèi)部形式為0和1組成的各種編碼參與各類數(shù)據(jù)的運算，這里詳細(xì)的解讀了計算機在自動解題過程中數(shù)據(jù)的加工處理流程。在計算機中參與運算的數(shù)分為有符號數(shù)和無符號數(shù)兩種，相關(guān)的有數(shù)的定點表示和浮點表示以及定點浮點的相關(guān)運算。2.指令系統(tǒng)：

指令系統(tǒng)是計算機硬件的語言系統(tǒng)，也叫機器語言，它是軟件和硬件的主要界面，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度看，它是系統(tǒng)程序員看到的計算機的主要屬性。因此指令系統(tǒng)表征了計算機的基本功能決定了機器所要求的能力，也決定了指令的格式和機器的結(jié)構(gòu)。對不同的計算機在設(shè)計指令系統(tǒng)時，應(yīng)對指令格式、類型及操作功能給予應(yīng)有的重視。

計算機所能執(zhí)行的全部指令的集合，它描述了計算機內(nèi)全部的控制信息和“邏輯判斷”能力。不同計算機的指令系統(tǒng)包含的指令種類和數(shù)目也不同。一般均包含算術(shù)運算型、邏輯運算型、數(shù)據(jù)傳送型、判定和控制型、輸入和輸出型等指令。指令系統(tǒng)是表征一臺計算機性能的重要因素，它的格式與功能不僅直接影響到機器的硬件結(jié)構(gòu)，而且也直接影響到系統(tǒng)軟件，影響到機器的適用范圍。根據(jù)指令內(nèi)容確定操作數(shù)地址的過程稱為尋址。一般的尋址方式有立即尋址，直接尋址，間接尋址，寄存器尋址，相對尋址等。

一條指令實際上包括兩種信息即操作碼和地址碼。操作碼用來表示該指令所要完成的操作（如加、減、乘、除、數(shù)據(jù)傳送等），其長度取決于指令系統(tǒng)中的指令條數(shù)。地址碼用來描述該指令的操作對象，它或者直接給出操作數(shù)，或者指出操作數(shù)的存儲器地址或寄存器地址（即寄存器名）。3.運算器：

計算機中執(zhí)行各種算術(shù)和邏輯運算操作的部件。運算器的基本操作包括加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、比較和傳送等操作，亦稱算術(shù)邏輯部件（ALU）。

運算器由：算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器、狀態(tài)寄存器、通用寄存器組等組成。算術(shù)邏輯運算單元（ALU）的基本功能為加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、求補等操作。計算機運行時，運算器的操作和操作種類由控制器決定。運算器處理的數(shù)據(jù)來自存儲器；處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)通常送回存儲器，或暫時寄存在運算器中。與運算器共同組成了CPU的核心部分。

（三）控制單元：

控制單元負(fù)責(zé)程序的流程管理。正如工廠的物流分配部門，控制單元是整個CPU的指揮控制中心，由指令寄存器IR、指令譯碼器ID和操作控制器0C三個部件組成，對協(xié)調(diào)整個電腦有序工作極為重要。它根據(jù)用戶預(yù)先編好的程序，依次從存儲器中取出各條指令，放在指令寄存器IR中，通過指令譯碼(分析)確定應(yīng)該進(jìn)行什么操作，然后通過操作控制器OC，按確定的時序，向相應(yīng)的部件發(fā)出微操作控制信號。操作控制器OC中主要包括節(jié)拍脈沖發(fā)生器、控制矩陣、時鐘脈沖發(fā)生器、復(fù)位電路和啟停電路等控制邏輯。1.微指令

在微程序控制的計算機中，將由同時發(fā)出的控制信號所執(zhí)行的一組微操作稱為微指令。所以微指令就是把同時發(fā)出的控制信號的有關(guān)信息匯集起來形成的。將一條指令分成若干條微指令，按次序執(zhí)行就可以實現(xiàn)指令的功能。若干條微指令可以構(gòu)成一個微程序，而一個微程序就對應(yīng)了一條機器指令。因此，一條機器指令的功能是若干條微指令組成的序列來實現(xiàn)的。簡言之，一條機器指令所完成的操作分成若干條微指令來完成，由微指令進(jìn)行解釋和執(zhí)行。微指令的編譯方法是決定微指令格式的主要因素。

三、心得體會：

學(xué)習(xí)了這門課程后，我加深了對計算機的組成原理的理解，對計算機的構(gòu)建也有更深層次的體會，使我以前對于計算機的好奇心得到了充分的滿足，對于計算機的迷茫也得到了解決，并且使我對計算機的興趣更加濃厚了，我有信心和興趣對計算機進(jìn)行更深入的探索。計算機的每一次發(fā)展，都凝聚著人類的智慧和辛勤勞動，每一次創(chuàng)新都給人類帶來了巨大的進(jìn)步，計算機的發(fā)展一直都代表著人類最高科技的進(jìn)程。所以我們要時刻保持著自己的求知欲，只有永不倦怠的學(xué)習(xí)才會不被社會淘汰，才會在計算機領(lǐng)域內(nèi)有所作為。當(dāng)然我也十分期待未來的計算機帶給人們更大的驚喜和進(jìn)步。

四、結(jié)語：

自從1945年世界上第一臺電子計算機誕生以來，計算機技術(shù)迅猛發(fā)展，CPU的速度越來越快，體積越來越小，價格越來越低。微型計算機走進(jìn)千家萬戶也成為了現(xiàn)實，然而這并不是終點，還有著更多的難題等待著我們?nèi)ネ黄迫パ芯浚絹碓蕉嗟膶＜艺J(rèn)識到，在傳統(tǒng)計算機的基礎(chǔ)上大幅度提高計算機的性能必將遇到難以逾越的障礙，從基本原理上尋找計算機發(fā)展的突破口才是正確的道路。近年來很多專家探討利用生物芯片、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片等來實現(xiàn)計算機發(fā)展的突破，但也有很多專家把目光投向了最基本的物理原理上，因為過去幾百年，物理學(xué)原理的應(yīng)用導(dǎo)致了一系列應(yīng)用技術(shù)的革命，他們認(rèn)為未來光子、量子和分子計算機為代表的新技術(shù)將推動新一輪超級計算技術(shù)革命。

五．參考文獻(xiàn)：

《計算機組成原理》 唐朔飛 高等教育出版社

《計算機體系結(jié)構(gòu)》 張晨曦 高等教育出版社

第二篇：計算機組成原理課程論文

《計算機組成原理》課程論文

【內(nèi)容摘要】： 本論文主要在課程的學(xué)習(xí)上作一些討論。該課程主要介紹計算機硬件的結(jié)構(gòu)與基本原理和計算機系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。課程主要研究CPU、主存儲器、I/0接口和輸入/輸出以及總線的結(jié)構(gòu)和功能。使學(xué)生建立計算機系統(tǒng)的概念，深入了解計算機的工作原理，掌握計算機組織與實現(xiàn)的技術(shù)和方法，以及計算機系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計的方法，從而為計算機專業(yè)其他專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】： 課程概述、計算機系統(tǒng)、CPU、控制單元

【課程綜述】： 計算機組成原理是計算機應(yīng)用和計算機軟件專業(yè)以及其他相關(guān)專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，它主要討論計算機各組成部件的基本概念、基本結(jié)構(gòu)、工作原理及設(shè)計方法。組成原理是計算機類專業(yè)的一門主干必修課程，主要內(nèi)容有：（1）對計算機的發(fā)展、應(yīng)用和特性作的概述，并簡單介紹了計算機系統(tǒng)的硬件、軟件及計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)；（2）系統(tǒng)總線，介紹了三種總線結(jié)構(gòu)及接口的概念，總線控制的三種方式和通信的兩種方式；（3）存儲系統(tǒng)，主要介紹半導(dǎo)體存儲器工作原理、尋址方式、與CPU的互連的方法，以及存儲系統(tǒng)的多級結(jié)構(gòu)；（4）輸入輸出系統(tǒng)，介紹了計算機系統(tǒng)中主機與外部設(shè)備之間的信息交換方式，重點介紹中斷處理方式以及DMA方式；（5）運算方法和運算器，介紹數(shù)值數(shù)據(jù)和非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示方法，定點數(shù)和浮點數(shù)的四則運算、邏輯運算及運算器的組成和工作原理；（6）指令系統(tǒng)，介紹指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求、指令格式的分析以及指令和數(shù)據(jù)的尋址方式；（7）CPU的結(jié)構(gòu)和功能，CPU控制機器完成一條指令的全過程，中斷技術(shù)在提高整機系統(tǒng)效能方面的作用（8）組合邏輯控制器、微程序控制器的設(shè)計原理和設(shè)計方法、指令周期的概念及時序產(chǎn)生器的原理及其控制方式。

【正文】：

（一）計算機概述

計算機系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成，它們共同決定了計算機性能的好壞。計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)經(jīng)過了多次的發(fā)展由最初的一級層次結(jié)構(gòu)發(fā)展到了如今的多層次結(jié)構(gòu)。

典型的計算機組成由馮·諾依曼計算機演變而來，該計算機由五大部分組成：輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲器、運算器、控制器，并以運算器為中心結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代計算機可認(rèn)為有三大部分組成：CPU、I/O設(shè)備、主存儲器，并以存儲器為系統(tǒng)中心。

計算機硬件的主要技術(shù)指標(biāo)有機器字長（指CPU一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)，通常與CPU的寄存器位數(shù)有關(guān)）、存儲容量（包括貯存容量和輔存容量）、運算速度。

（二）計算機系統(tǒng) 1）、系統(tǒng)總線

總線是連接多個部件的信息傳輸線，是各個部件共享的傳輸介質(zhì)。當(dāng)多個部件與總線相連時，如果出現(xiàn)兩個或兩個以上部件同時向總線發(fā)送信息，必將導(dǎo)致信號沖突，傳輸失效。因此，在某一時刻，只允許有一個部件向總線發(fā)送信息，而多個部件可以同時從總線上接受相同的信息。

總線按傳送方式可分為并行傳輸總線和串行傳輸總線；按使用范圍可分為計算機總線、測控總線、網(wǎng)絡(luò)通信總線等；按連接部件可分為片內(nèi)總線、系統(tǒng)總線和控制總線，本書重點介紹?？偩€的性能指標(biāo)：總線寬度、總線帶寬、時鐘同步/異步、總線復(fù)用、信號線數(shù)、總線控制方式等。總線的結(jié)構(gòu)通常分為單總線結(jié)構(gòu)和多總線結(jié)構(gòu)。總線的控制主要包括判優(yōu)控制和通信控制，總線判優(yōu)控制分為集中式判優(yōu)（鏈?zhǔn)讲樵?、計?shù)器定時查詢和獨立查詢）和分布式判優(yōu)（自舉分布式和沖突檢測分布式）。總線通信控制主要解決通信雙方如何獲知傳輸開始和傳輸結(jié)束，以及雙方如何協(xié)調(diào)配合，通常用四種方式：同步通信、異步通信、半同步通信和分離式通信。

2）存儲器

存儲器是計算機系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。按存儲介質(zhì)分類可分為半導(dǎo)體存儲器、磁表面存儲器、磁芯存儲器和光盤存儲器，按存取方式分為隨機存儲器、只讀存儲器、串行訪問存儲器，按在計算機中分類分為主存儲器、輔助存儲器、緩沖存儲器。存儲器有三個性能指標(biāo)：速度、容量和每位價格。存儲器的擴展通常有位擴展和字?jǐn)U展，位擴展即增加存儲字長,如將8片16K*1位的存儲芯片連接，可組成一個16K*8位的存儲器。字?jǐn)U展是指增加存儲字的數(shù)量，如2片1K*8位的存儲芯片可組成一個2K*8位的存儲器。在與存儲器外部設(shè)備交換信息時，可采用高速原件、使用層次結(jié)構(gòu)、調(diào)整主存的結(jié)構(gòu)來提高訪存速度。

3）I/O系統(tǒng)

I/O系統(tǒng)是操作系統(tǒng)的一個重要的組成部分，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)中所有的外部設(shè)備。計算機外部設(shè)備。在計算機系統(tǒng)中除CPU和內(nèi)存儲外所有的設(shè)備和裝置稱為計算機外部設(shè)備（外圍設(shè)備、I/O設(shè)備）。I/O設(shè)備：用來向計算機輸入和輸出信息的設(shè)備，如鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機等。I/O設(shè)備與主機交換信息有三種控制方式：程序查詢方式，程序中斷方式，DMA方式。程序查詢方式是由CPU通過程序不斷的查詢I/O設(shè)備是否做好準(zhǔn)備，從而控制其與主機交換信息。程序中斷方式不查詢設(shè)備是否準(zhǔn)備就緒，繼續(xù)執(zhí)行自身程序，只是當(dāng)I/O設(shè)備準(zhǔn)備就緒并向CPU發(fā)出中斷請求后才給予響應(yīng)，這大大提高了CPU的工作效率。在DMA方式中，主存與I/O設(shè)備之間有一條數(shù)據(jù)通路，主存與其交換信息時，無需調(diào)用中斷服務(wù)程序。

4）運算器 計算機中執(zhí)行各種算術(shù)和邏輯運算操作的部件。運算器的基本操作包括加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、比較和傳送等操作，亦稱算術(shù)邏輯部件（ALU）。運算器由：算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器、狀態(tài)寄存器、通用寄存器組等組成。算術(shù)邏輯運算單元（ALU）的基本功能為加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、求補等操作。加減法主要采用補碼定點加減法進(jìn)行運算，乘法可視為加法和移位，主要方法有原碼一位乘、原碼兩位乘、補碼一位乘、補碼兩位乘等，乘積的符號位由兩個數(shù)的符號位異或運算結(jié)果決定。除法運算可視為減法和移位，主要方法有恢復(fù)余數(shù)法、加減交替法，其中原碼除法的符號位單獨處理，補碼除法的符號位參與運算并最終獲得結(jié)果。浮點加減法可分為○1對階，使兩數(shù)的小數(shù)點位置對其2尾數(shù)求和，將對階后的兩尾數(shù)按定點加減運算規(guī)則求和或差○3規(guī)格化○4舍○入，要考慮尾數(shù)右移時失去的數(shù)值位○5溢出判斷。浮點乘除運算，乘積的階碼應(yīng)為相乘兩數(shù)的階碼之和，乘積的尾數(shù)應(yīng)為相乘兩數(shù)的尾數(shù)之積，商的階碼為被除數(shù)的階碼減去減數(shù)的階碼，尾數(shù)為被除數(shù)的尾數(shù)除以除數(shù)的尾數(shù)所得的商。5）指令系統(tǒng)一條指令就是機器語言的一個語句，它是一組有意義的二進(jìn)制代碼，指令的基本格式如：操作碼字段+地址碼字段，其中操作碼指明了指令的操作性質(zhì)及功能，地址碼則給出了操作數(shù)或操作數(shù)的地址。指令包括操作碼域和地址域兩部分。根據(jù)地址域所涉及的地址數(shù)量，常見的指令格式有以下幾種?！?三地址指令：一般地址域中A1、A2分別確定第一、第二操作數(shù)地址,A3確定結(jié)果地址。下一條指令的地址通常由程序計數(shù)器按順序給出。2二地址指令：地址域中A1確定

○第一操作數(shù)地址，A2同時確定第二操作數(shù)地址和結(jié)果地址?！?單地址指令：地址域中A確定第一操作數(shù)地址。固定使用某個寄存器存放第二操作數(shù)和操作結(jié)果。因而在指令中隱含了它們的地址?！?零地址指令：在堆棧型計算機中，操作數(shù)一般存放在下推堆棧頂?shù)膬蓚€單元中,結(jié)果又放入棧頂,地址均被隱含，因而大多數(shù)指令只有操作碼而沒有地址域。根據(jù)指令內(nèi)容確定操作數(shù)地址的過程稱為尋址。完善的尋址方式可為用戶組織和使用數(shù)據(jù)提供方便。○1直接尋址：指令地址域中表示的是操作數(shù)地址。○2間接尋址：指令地址域中表示的是操作數(shù)地址的地址即指令地址碼對應(yīng)的存儲單元所給出的是地址A，操作數(shù)據(jù)存放在地址A指示的主存單元內(nèi)。有的計算機的指令可以多次間接尋址,如A指示的主存單元內(nèi)存放的是另一地址B，而操作數(shù)據(jù)存放在B指示的主存單元內(nèi)，稱為多重間接尋址?！?立即尋址：指令地址域中表示的是操作數(shù)本身。○4變址尋址：指令地址域中表示的是變址寄存器號i和位移值D。將指定的變址寄存器內(nèi)容E與位移值D相加,其和E+D為操作數(shù)地址。許多計算機具有雙變址功能，即將兩個變址寄存器內(nèi)容與位移值相加，得操作數(shù)地址。變址尋址有利于數(shù)組操作和程序共用。同時，位移值長度可短于地址長度，因而指令長度可以縮短。○5相對尋址：指令地址域中表示的是位移值D。程序計數(shù)器內(nèi)容（即本條指令的地址）K與位移值D相加，得操作數(shù)地址K+D。當(dāng)程序在主存儲器浮動時，相對尋址能保持原有程序功能。此外，還有自增尋址、自減尋址、組合尋址等尋址方式。尋址方式可由操作碼確定，也可在地址域中設(shè)標(biāo)志，指明尋址方式。

6）CPU的結(jié)構(gòu)和功能

CPU具有控制程序的順序執(zhí)行（指令控制）、產(chǎn)生完成每條指令所需的控制命令（操作控制）、對各種操作加以時間上的控制（時間控制）、對數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運算和邏輯運算（數(shù)據(jù)加工）以及處理中斷等功能。一條指令的執(zhí)行過程按時間順序可分為以下幾個步驟：○1CPU發(fā)出指令地址。將指令指針寄存器（IP）的內(nèi)容——指令地址，經(jīng)地址總線送入存儲器的地址寄存器中?！?從地址寄存器中讀取指令。將讀出的指令暫存于存儲器的數(shù)據(jù)寄存器中?！?將指令送往指令寄存器。將指令從數(shù)據(jù)寄存器中取出，經(jīng)數(shù)據(jù)總線送入控制器的指令寄存器中。4指令譯碼。指令寄存器中的操作碼部分送指令譯碼器，經(jīng)譯碼器分析產(chǎn)生相○應(yīng)的操作控制信號，送往各個執(zhí)行部件?！?按指令操作碼執(zhí)行。○6修改程序計數(shù)器的值，形成下一條要取指令的地址。若執(zhí)行的是非轉(zhuǎn)移指令，即順序執(zhí)行，則指令指針寄存器的內(nèi)容加1，形成下一條要取指令的地址。指令指針寄存器也稱為程序計數(shù)器。中斷的作用：一方面，有了中斷功能，PC系統(tǒng)就可以使CPU和外設(shè)同時工作，使系統(tǒng)可以及時地響應(yīng)外部事件。而且有了中斷功能，CPU可允許多個外設(shè)同時工作。這樣就大大提高了CPU的利用率，也提高了數(shù)據(jù)輸入、輸出的速度；另一方面，有了中斷功能，就可以使CPU及時處理各種軟硬件故障。計算機在運行過程中，往往會出現(xiàn)事先預(yù)料不到的情況或出現(xiàn)一些故障，如電源掉電、存儲出錯，運算溢出等等。計算機可以利用中斷系統(tǒng)自行處理，而不必停機或報告工作人員。

7）控制單元

控制單元是整個CPU的指揮控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令譯碼器ID(Instruction Decoder)和操作控制器0C(Operation Controller)三個部件組成，對協(xié)調(diào)整個電腦有序工作極為重要。它根據(jù)用戶預(yù)先編好的程序，依次從存儲器中取出各條指令，放在指令寄存器IR中，通過指令譯碼(分析)確定應(yīng)該進(jìn)行什么操作，然后通過控制總線送至相應(yīng)部件實現(xiàn)功能。常見的控制方式有同步控制、異步控制、聯(lián)合控制和人工控制?？刂茊卧脑O(shè)計有兩種方法：組合邏輯設(shè)計和微程序設(shè)計。組合邏輯設(shè)計首先要確定控制方式，然后決定微操作的節(jié)拍安排，再根據(jù)微操作列出微操作命令的操作時間表、求出最簡邏輯表達(dá)式并畫出微操作的邏輯圖。這種方法思路清晰，但每一個微操作都對應(yīng)一個邏輯電路，最終的控制單元會十分龐雜。微程序設(shè)計是指將一條機器指令編寫成一個微程序，每一個微程序包含若干條微指令，每一條微指令對應(yīng)一個或幾個微操作命令，然后把這些微程序存到一個控制存儲器中，用尋找用戶程序機器指令的方法來尋找每一個為程序中的微指令。這些微指令以二進(jìn)制代碼形式表示，每位代表一個控制信號，因此逐條執(zhí)行每一條微指令，也就相應(yīng)的完成了一條機器指令的全部操作。微指令的編碼方式有直接編碼、字段直接編碼、字段間接編碼、混合編碼等，微指令格式有水平型微指令和垂直型微指令。

【心得體會】 在做完這次課程論文后，讓我再次加深了對計算機的組成原理的理解，對計算機的構(gòu)建也有更深層次的體會。計算機的每一次發(fā)展，都凝聚著人類的智慧和辛勤勞動，每一次創(chuàng)新都給人類帶來了巨大的進(jìn)步。計算機從早期的簡單功能，到現(xiàn)在的復(fù)雜操作，都是一點一滴發(fā)展起來的。這種層次化的讓我體會到了，凡事要從小做起，無數(shù)的‘小’便成就了‘大’。在學(xué)習(xí)過程中也是碰到了很多問題，主要就和老師說的一樣，課后沒有看書，導(dǎo)致一些知識點沒有掌握完全，概念問題有很多細(xì)節(jié)不懂。這些都要盡量彌補，才能讓這門課的學(xué)習(xí)達(dá)到目的。

【結(jié)語】 計算機的發(fā)展日新月異。自從踏入21世紀(jì)以來可謂發(fā)展神速，可以預(yù)見將來必將出現(xiàn)新的電腦體系、功能與知識，我們不能局限于現(xiàn)今所學(xué)的的知識，要跟上時代的步伐，時時刻刻關(guān)注計算機方面的發(fā)展，這樣才能為以后的工作學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】唐俊飛.計算機組成原理.北京：剛等教育出版社，2000.【2】白中英,等.計算機組成原理.3版.北京：科學(xué)出版社，2002.

第三篇：計算機組成原理課程論文

計算機組成原理小論文

一、計算機系統(tǒng)概論：

主要介紹了計算機的組成概貌以及工作原理，旨在使讀者對計算機總體結(jié)構(gòu)有一個概括的了解，為學(xué)習(xí)后面內(nèi)容打下基礎(chǔ)。

計算機系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成，它們共同決定了計算機性能的好壞。計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)經(jīng)過了多次的發(fā)展由最初的一級層次結(jié)構(gòu)發(fā)展到了如今的多層次結(jié)構(gòu)。

緊接著，就談到了著名的馮*諾依曼計算機，它的特點：

1、計算機是由運算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成。

2、指令和數(shù)據(jù)以同等地位存放于存儲器內(nèi)，并可按地址尋址。

3、指令和數(shù)據(jù)均用二進(jìn)制數(shù)表示。

4、指令由操作碼和地址碼組成，操作碼是用來表示操作的性質(zhì)，地址碼用來表示操作數(shù)在存儲器中的位置。

5、指令在存儲器內(nèi)按順序存放。

6、機器以運算器為中心，輸入輸出設(shè)備與存儲器間的數(shù)據(jù)傳送通過運算器完成。現(xiàn)在的計算機由三大部分組成：CPU、I/O設(shè)備以及主存儲器，以存儲器為系統(tǒng)中心。CPU和主存儲器合起來稱為主機，I/O設(shè)備又稱為外部設(shè)備。計算機硬件的主要技術(shù)指標(biāo)有機器字長（指CPU一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)，通常與CPU的寄存器位數(shù)有關(guān)）、存儲容量（包括貯存容量和輔存容量）、運算速度（與很多因素有關(guān)，如機器的主頻、執(zhí)行什么樣的操作、主存本身速度都有關(guān)）。

二、系統(tǒng)總線

總線是連接多個部件的信息傳輸線，是各個部件共享的傳輸介質(zhì)。當(dāng)多個部件與總線相連時，如果出現(xiàn)兩個或兩個以上部件同時向總線發(fā)送信息，必將導(dǎo)致信號沖突，傳輸失效。因此，在某一時刻，只允許有一個部件向總線發(fā)送信息，而多個部件可以同時從總線上接受相同的信息。

總線按傳送方式可分為并行傳輸總線和串行傳輸總線；按使用范圍可分為計算機總線、測控總線、網(wǎng)絡(luò)通信總線等；按連接部件可分為片內(nèi)總線、系統(tǒng)總線和控制總線，本書重點介紹。總線的性能指標(biāo)：總線寬度、總線帶寬、時鐘同步/異步、總線復(fù)用、信號線數(shù)、總線控制方式等?？偩€的結(jié)構(gòu)通常分為單總線結(jié)構(gòu)和多總線結(jié)構(gòu)。總線的控制主要包括判優(yōu)控制和通信控制，總線判優(yōu)控制分為集中式判優(yōu)（鏈?zhǔn)讲樵儭⒂嫈?shù)器定時查詢和獨立查詢）和分布式判優(yōu)（自舉分布式和沖突檢測分布式）?？偩€通信控制主要解決通信雙方如何獲知傳輸開始和傳輸結(jié)束，以及雙方如何協(xié)調(diào)配合，通常用四種方式：同步通信、異步通信、半同步通信和分離式通信。

三、存儲器

存儲器是計算機系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。按存儲介質(zhì)分類可分為半導(dǎo)體存儲器、磁表面存儲器、磁芯存儲器和光盤存儲器，按存取方式分為隨機存儲器、只讀存儲器、串行訪問存儲器，按在計算機中分類分為主存儲器、輔助存儲器、緩沖存儲器。存儲器有三個性能指標(biāo)：速度、容量和每位價格。存儲器的擴展通常有位擴展和字?jǐn)U展，位擴展即增加存儲字長,如將8片16K*1位的存儲芯片連接，可組成一個16K*8位的存儲器。字?jǐn)U展是指增加存儲字的數(shù)量，如2片1K*8位的存儲芯片可組成一個2K*8位的存儲器。在與存儲器外部設(shè)備交換信息時，可采用高速原件、使用層次結(jié)構(gòu)、調(diào)整主存的結(jié)構(gòu)來提高訪存速度。

四、輸入輸出系統(tǒng)

I/O系統(tǒng)是操作系統(tǒng)的一個重要的組成部分，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)中所有的外部設(shè)備。計算機外部設(shè)備。在計算機系統(tǒng)中除CPU和內(nèi)存儲外所有的設(shè)備和裝置稱為計算機外部設(shè)備（外圍設(shè)備、I/O設(shè)備）。I/O設(shè)備：用來向計算機輸入和輸出信息的設(shè)備，如鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機等。I/O設(shè)備與主機交換信息有三種控制方式：程序查詢方式，程序中斷方式，DMA方式。程序查詢方式是由CPU通過程序不斷的查詢I/O設(shè)備是否做好準(zhǔn)備，從而控制其與主機交換信息。程序中斷方式不查詢設(shè)備是否準(zhǔn)備就緒，繼續(xù)執(zhí)行自身程序，只是當(dāng)I/O設(shè)備準(zhǔn)備就緒并向CPU發(fā)出中斷請求后才給予響應(yīng)，這大大提高了CPU的工作效率。在DMA方式中，主存與I/O設(shè)備之間有一條數(shù)據(jù)通路，主存與其交換信息時，無需調(diào)用中斷服務(wù)程序。

五、運算器

計算機中執(zhí)行各種算術(shù)和邏輯運算操作的部件。運算器的基本操作包括加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、比較和傳送等操作，亦稱算術(shù)邏輯部件（ALU）。運算器由：算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器、狀態(tài)寄存器、通用寄存器組等組成。加減法主要采用補碼定點加減法進(jìn)行運算，乘法可視為加法和移位，主要方法有原碼一位乘、原碼兩位乘、補碼一位乘、補碼兩位乘等，乘積的符號位由兩個數(shù)的符號位異或運算結(jié)果決定。除法運算可視為減法和移位，主要方法有恢復(fù)余數(shù)法、加減交替法，其中原碼除法的符號位單獨處理，補碼除法的符號位參與運算并最終獲得結(jié)果。浮點加減法可分為

1、對階，使兩數(shù)的小數(shù)點位置對其；

2、尾數(shù)求和，將對階后的兩尾數(shù)按定點加減運算規(guī)則求和或差；

3、規(guī)格化；

4、舍入，要考慮尾數(shù)右移時失去的數(shù)值位；

5、溢出判斷。浮點乘除運算，乘積的階碼應(yīng)為相乘兩數(shù)的階碼之和，乘積的尾數(shù)應(yīng)為相乘兩數(shù)的尾數(shù)之積，商的階碼為被除數(shù)的階碼減去減數(shù)的階碼，尾數(shù)為被除數(shù)的尾數(shù)除以除數(shù)的尾數(shù)所得的商。

六、指令系統(tǒng) 一條指令就是機器語言的一個語句，它是一組有意義的二進(jìn)制代碼，指令的基本格式如：操作碼字段+地址碼字段，其中操作碼指明了指令的操作性質(zhì)及功能，地址碼則給出了操作數(shù)或操作數(shù)的地址。指令包括操作碼域和地址域兩部分。根據(jù)地址域所涉及的地址數(shù)量，常見的指令格式有以下幾種：三地址指令、二地址指令、單地址指令、零地址指令。根據(jù)指令內(nèi)容確定操作數(shù)地址的過程稱為尋址。可分為指令尋址和數(shù)據(jù)尋址兩大類。其中數(shù)據(jù)尋址可再細(xì)分為：

1、立即尋址：立即尋址的特點是操作數(shù)本身設(shè)在指令字內(nèi)，即形式地址A不是操作數(shù)地址，而是操作數(shù)本身，又稱之為立即數(shù)。數(shù)據(jù)采用補碼形式存放；

2、直接尋址：特點是指令字中的形式地址A就是操作數(shù)的真實地址EA，即EA=A；

3、隱含尋址：隱含尋址是指指令中不明顯給出操作數(shù)的地址，其中操作數(shù)的地址隱含在操作碼或某個寄存器中；

4、間接尋址：有效地址是由形式地址間接給出來的，即EA=（A）；

5、寄存器尋址：在寄存器尋址的指令字中，地址碼字段直接指出了寄存器的的編號，即EA=Ri；

6、寄存器間接尋址：Ri中內(nèi)容不是操作數(shù)，而是操作數(shù)所在主存單元的地址號，即有效地址EA=（Ri）；

7、基址尋址：基址尋址需設(shè)有基址寄存器BR，其操作數(shù)的有效地址EA等于指令字中的形式地址與基址寄存器中的內(nèi)容相加，即EA=A+(BR)；變址尋址：變址尋址與基址尋址極為相似，其有效地址EA等于指令字中的形式地址A與變址寄存器IX的內(nèi)容相加之和，即EA=A+(IX)。

七、CPU的結(jié)構(gòu)和功能

CPU具有控制程序的順序執(zhí)行（指令控制）、產(chǎn)生完成每條指令所需的控制命令（操作控制）、對各種操作加以時間上的控制（時間控制）、對數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運算和邏輯運算（數(shù)據(jù)加工）以及處理中斷等功能。一條指令的執(zhí)行過程按時間順序可分為以下幾個步驟：

1、CPU發(fā)出指令地址。將指令指針寄存器（IP）的內(nèi)容——指令地址，經(jīng)地址總線送入存儲器的地址寄存器中。

2、從地址寄存器中讀取指令。將讀出的指令暫存于存儲器的數(shù)據(jù)寄存器中。

3、將指令送往指令寄存器。將指令從數(shù)據(jù)寄存器中取出，經(jīng)數(shù)據(jù)總線送入控制器的指令寄存器中。

4、指令譯碼。指令寄存器中的操作碼部分送指令譯碼器，經(jīng)譯碼器分析產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號，送往各個執(zhí)行部件。

5、按指令操作碼執(zhí)行。

6、修改程序計數(shù)器的值，形成下一條要取指令的地址。若執(zhí)行的是非轉(zhuǎn)移指令，即順序執(zhí)行，則指令指針寄存器的內(nèi)容加1，形成下一條要取指令的地址。指令指針寄存器也稱為程序計數(shù)器。中斷的作用：一方面，有了中斷功能，PC系統(tǒng)就可以使CPU和外設(shè)同時工作，使系統(tǒng)可以及時地響應(yīng)外部事件。而且有了中斷功能，CPU可允許多個外設(shè)同時工作。這樣就大大提高了CPU的利用率，也提高了數(shù)據(jù)輸入、輸出的速度；另一方面，有了中斷功能，就可以使CPU及時處理各種軟硬件故障。計算機在運行過程中，往往會出現(xiàn)事先預(yù)料不到的情況或出現(xiàn)一些故障，如電源掉電、存儲出錯，運算溢出等等。計算機可以利用中斷系統(tǒng)自行處理，而不必停機或報告工作人員。

八、控制單元

控制單元是整個CPU的指揮控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令譯碼器ID(Instruction Decoder)和操作控制器0C(Operation Controller)三個部件組成，對協(xié)調(diào)整個電腦有序工作極為重要。它根據(jù)用戶預(yù)先編好的程序，依次從存儲器中取出各條指令，放在指令寄存器IR中，通過指令譯碼(分析)確定應(yīng)該進(jìn)行什么操作，然后通過控制總線送至相應(yīng)部件實現(xiàn)功能。常見的控制方式有同步控制、異步控制、聯(lián)合控制和人工控制?？刂茊卧脑O(shè)計有兩種方法：組合邏輯設(shè)計和微程序設(shè)計。組合邏輯設(shè)計首先要確定控制方式，然后決定微操作的節(jié)拍安排，再根據(jù)微操作列出微操作命令的操作時間表、求出最簡邏輯表達(dá)式并畫出微操作的邏輯圖。這種方法思路清晰，但每一個微操作都對應(yīng)一個邏輯電路，最終的控制單元會十分龐雜。微程序設(shè)計是指將一條機器指令編寫成一個微程序，每一個微程序包含若干條微指令，每一條微指令對應(yīng)一個或幾個微操作命令，然后把這些微程序存到一個控制存儲器中，用尋找用戶程序機器指令的方法來尋找每一個為程序中的微指令。這些微指令以二進(jìn)制代碼形式表示，每位代表一個控制信號，因此逐條執(zhí)行每一條微指令，也就相應(yīng)的完成了一條機器指令的全部操作。微指令的編碼方式有直接編碼、字段直接編碼、字段間接編碼、混合編碼等，微指令格式有水平型微指令和垂直型微指令。

心得體會：在做完這次課程論文后，讓我再次加深了對計算機的組成原理的理解，對計算機的構(gòu)建也有更深層次的體會。計算機的每一次發(fā)展，都凝聚著人類的智慧和辛勤勞動，每一次創(chuàng)新都給人類帶來了巨大的進(jìn)步。計算機從早期的簡單功能，到現(xiàn)在的復(fù)雜操作，都是一點一滴發(fā)展起來的。這種層次化的讓我體會到了，凡事要從小做起，無數(shù)的‘小’便成就了‘大’。在學(xué)習(xí)過程中也是碰到了很多問題，主要就和老師說的一樣，課后沒有看書，導(dǎo)致一些知識點沒有掌握完全，概念問題有很多細(xì)節(jié)不懂。這些都要盡量彌補，才能讓這門課的學(xué)習(xí)達(dá)到目的。

第四篇：計算機組成原理課程論文

題目：計算機組成及其控制單元

內(nèi)容摘要：

本論文主要論述了馮-諾依曼型計算機的基本組成與其控制單元的構(gòu)建方法，一臺計算機的核心是cpu，cpu的核心就是他的控制單元，控制單元好比人的大腦，不同的大腦有不同的想法，不同的控制單元也有不同的控制思路。所以，控制單元直接影響著指令系統(tǒng)，它的格式不僅直接影響到機器的硬件結(jié)構(gòu)，而且也直接影響到系統(tǒng)軟件，影響機器的適用范圍。

而馮諾依曼型計算機是計算機構(gòu)建的經(jīng)典結(jié)構(gòu)，正是現(xiàn)代計算機的代表。

關(guān)鍵字：

馮諾依曼型計算機，計算機的組成，指令系統(tǒng)，微指令

一． 計算機組成原理課程綜述：

本課程采用從外部大框架入手，層層細(xì)化的敘述方法，先是介紹計算機的基本組成，發(fā)展和展望。后詳述了存儲器，輸入輸出系統(tǒng)，通信總線，cpu的特性結(jié)構(gòu)和功能，包括計算機的基本運算，指令系統(tǒng)和中斷系統(tǒng)，并專門介紹了控制單元的功能和設(shè)計思路和實現(xiàn)措施。

二．課程主要內(nèi)容和基本原理：

A．計算機的組成：

馮諾依曼型計算機主要有五大部件組成：運算器，存儲器，控制器，輸入輸出設(shè)備。1.總線：

總線是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導(dǎo)線組成的傳輸線束，按照計算機所傳輸?shù)男畔⒎N類，計算機的總線可以劃分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別用來傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)地址和控制信號。總線是一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它是cpu、內(nèi)存、輸入、輸出設(shè)備傳遞信息的公用通道，主機的各個部件通過總線相連接，外部設(shè)備通過相應(yīng)的接口電路再與總線相連接，從而形成了計算機硬件系統(tǒng)。在計算機系統(tǒng)中，各個部件之間傳送信息的公共通路叫總線，微型計算機是以總線結(jié)構(gòu)來連接各個功能部件的。

總線按功能和規(guī)范可分為三大類型:(1)片總線(Chip Bus, C-Bus)又稱元件級總線，是把各種不同的芯片連接在一起構(gòu)成特定功能模塊(如CPU模塊)的信息傳輸通路。

(2)內(nèi)總線

又稱系統(tǒng)總線或板級總線，是微機系統(tǒng)中各插件(模塊)之間的信息傳輸通路。例如CPU模塊和存儲器模塊或I/O接口模塊之間的傳輸通路。

(3)外總線

又稱通信總線，是微機系統(tǒng)之間或微機系統(tǒng)與其他系統(tǒng)(儀器、儀表、控制裝置等)之間信息傳輸?shù)耐?，如EIA RS-232C、IEEE-488等。

其中的系統(tǒng)總線，即通常意義上所說的總線，一般又含有三種不同功能的總線，即數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB和控制總線CB。2.存儲器：

存儲器是計算機系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計算機中全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計算機程序、中間運行結(jié)果和最終運行結(jié)果都保存在存儲器中。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。有了存儲器，計算機才有記憶功能，才能保證正常工作。按用途存儲器可分為主存儲器（內(nèi)存）和輔助存儲器（外存）,也有分為外部存儲器和內(nèi)部存儲器的分類方法。外存通常是磁性介質(zhì)或光盤等，能長期保存信息。內(nèi)存指主板上的存儲部件，用來存放當(dāng)前正在執(zhí)行的數(shù)據(jù)和程序，但僅用于暫時存放程序和數(shù)據(jù)，關(guān)閉電源或斷電，數(shù)據(jù)會丟失。

存儲器的主要功能是存儲程序和各種數(shù)據(jù)，并能在計算機運行過程中高速、自動地完成程序或數(shù)據(jù)的存取。

存儲器是具有“記憶”功能的設(shè)備，它采用具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件來存儲信息。這些器件也稱為記憶元件。在計算機中采用只有兩個數(shù)碼“0”和“1”的二進(jìn)制來表示數(shù)據(jù)。記憶元件的兩種穩(wěn)定狀態(tài)分別表示為“0”和“1”。日常使用的十進(jìn)制數(shù)必須轉(zhuǎn)換成等值的二進(jìn)制數(shù)才能存入存儲器中。計算機中處理的各種字符，例如英文字母、運算符號等，也要轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼才能存儲和操作。

按照與CPU的接近程度，存儲器分為內(nèi)存儲器與外存儲器，簡稱內(nèi)存與外存。內(nèi)存儲器又常稱為主存儲器（簡稱主存），屬于主機的組成部分；外存儲器又常稱為輔助存儲器（簡稱輔存），屬于外部設(shè)備。CPU不能像訪問內(nèi)存那樣，直接訪問外存，外存要與CPU或I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，必須通過內(nèi)存進(jìn)行。在80386以上的高檔微機中，還配置了高速緩沖存儲器（cache），這時內(nèi)存包括主存與高速緩存兩部分。對于低檔微機，主存即為內(nèi)存。3.I/O系統(tǒng)：

I/O系統(tǒng)是操作系統(tǒng)的一個重要的組成部分，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)中所有的外部設(shè)備。計算機外部設(shè)備。在計算機系統(tǒng)中除CPU和內(nèi)存儲外所有的設(shè)備和裝置稱為計算機外部設(shè)備（外圍設(shè)備、I/O設(shè)備）。I/O設(shè)備：用來向計算機輸入和輸出信息的設(shè)備，如鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機等。I/O設(shè)備與主機交換信息有三種控制方式：程序查詢方式，程序中斷方式，DMA方式。

程序查詢方式是由cpu通過程序不斷的查詢I/O設(shè)備是否做好準(zhǔn)備，從而控制其與主機交換信息。

程序中斷方式不查詢設(shè)備是否準(zhǔn)備就緒，繼續(xù)執(zhí)行自身程序，只是當(dāng)I/o設(shè)備準(zhǔn)備就緒并向cpu發(fā)出中斷請求后才給予響應(yīng)，這大大提高了cpu的工作效率。

在DMA方式中，主存與I/O設(shè)備之間有一條數(shù)據(jù)通路，主存與其交換信息時，無需調(diào)用中斷服務(wù)程序。4.運算器：

計算機中執(zhí)行各種算術(shù)和邏輯運算操作的部件。運算器的基本操作包括加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、比較和傳送等操作，亦稱算術(shù)邏輯部件（ALU）。

運算器由：算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器、狀態(tài)寄存器、通用寄存器組等組成。算術(shù)邏輯運算單元（ALU）的基本功能為加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、求補等操作。計算機運行時，運算器的操作和操作種類由控制器決定。運算器處理的數(shù)據(jù)來自存儲器；處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)通常送回存儲器，或暫時寄存在運算器中。與運算器共同組成了CPU的核心部分。

實現(xiàn)運算器的操作，特別是四則運算，必須選擇合理的運算方法。它直接影響運算器的性能，也關(guān)系到運算器的結(jié)構(gòu)和成本。另外，在進(jìn)行數(shù)值計算時，結(jié)果的有效數(shù)位可能較長，必須截取一定的有效數(shù)位，由此而產(chǎn)生最低有效數(shù)位的舍入問題。選用的舍入規(guī)則也影響到計算結(jié)果的精確度。在選擇計算機的數(shù)的表示方式時，應(yīng)當(dāng)全面考慮以下幾個因素：要表示的數(shù)的類型（小數(shù)、整數(shù)、實數(shù)和復(fù)數(shù)）：決定表示方式，可能遇到的數(shù)值范圍：確定存儲、處理能力。數(shù)值精確度：處理能力相關(guān)；數(shù)據(jù)存儲和處理所需要的硬件代價：造價高低。運算器包括寄存器、執(zhí)行部件和控制電路3個部分。在典型的運算器中有3個寄存器：接收并保存一個操作數(shù)的接收寄存器；保存另一個操作數(shù)和運算結(jié)果的累加寄存器；在 運算器 進(jìn)行乘、除運算時保存乘數(shù)或商數(shù)的乘商寄存器。執(zhí)行部件包括一個加法器和各種類型的輸入輸出門電路?？刂齐娐钒凑找欢ǖ臅r間順序發(fā)出不同的控制信號，使數(shù)據(jù)經(jīng)過相應(yīng)的門電路進(jìn)入寄存器或加法器，完成規(guī)定的操作。為了減少對存儲器的訪問，很多計算機的運算器設(shè)有較多的寄存器，存放中間計算結(jié)果，以便在后面的運算中直接用作操作數(shù)。

B．控制單元：

控制單元負(fù)責(zé)程序的流程管理。正如工廠的物流分配部門，控制單元是整個CPU的指揮控制中心，由指令寄存器IR、指令譯碼器ID和操作控制器0C三個部件組成，對協(xié)調(diào)整個電腦有序工作極為重要。它根據(jù)用戶預(yù)先編好的程序，依次從存儲器中取出各條指令，放在指令寄存器IR中，通過指令譯碼(分析)確定應(yīng)該進(jìn)行什么操作，然后通過操作控制器OC，按確定的時序，向相應(yīng)的部件發(fā)出微操作控制信號。操作控制器OC中主要包括節(jié)拍脈沖發(fā)生器、控制矩陣、時鐘脈沖發(fā)生器、復(fù)位電路和啟停電路等控制邏輯。

1.指令系統(tǒng)

指令系統(tǒng)是計算機硬件的語言系統(tǒng)，也叫機器語言，它是軟件和硬件的主要界面，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度看，它是系統(tǒng)程序員看到的計算機的主要屬性。因此指令系統(tǒng)表征了計算機的基本功能決定了機器所要求的能力，也決定了指令的格式和機器的結(jié)構(gòu)。對不同的計算機在設(shè)計指令系統(tǒng)時，應(yīng)對指令格式、類型及操作功能給予應(yīng)有的重視。

計算機所能執(zhí)行的全部指令的集合，它描述了計算機內(nèi)全部的控制信息和“邏輯判斷”能力。不同計算機的指令系統(tǒng)包含的指令種類和數(shù)目也不同。一般均包含算術(shù)運算型、邏輯運算型、數(shù)據(jù)傳送型、判定和控制型、輸入和輸出型等指令。指令系統(tǒng)是表征一臺計算機性能的重要因素，它的格式與功能不僅直接影響到機器的硬件結(jié)構(gòu)，而且也直接影響到系統(tǒng)軟件，影響到機器的適用范圍。

根據(jù)指令內(nèi)容確定操作數(shù)地址的過程稱為尋址。一般的尋址方式有立即尋址，直接尋址，間接尋址，寄存器尋址，相對尋址等。

一條指令實際上包括兩種信息即操作碼和地址碼。操作碼用來表示該指令所要完成的操作（如加、減、乘、除、數(shù)據(jù)傳送等），其長度取決于指令系統(tǒng)中的指令條數(shù)。地址碼用來描述該指令的操作對象，它或者直接給出操作數(shù)，或者指出操作數(shù)的存儲器地址或寄存器地址（即寄存器名）。2.微指令

在微程序控制的計算機中，將由同時發(fā)出的控制信號所執(zhí)行的一組微操作稱為微指令。所以微指令就是把同時發(fā)出的控制信號的有關(guān)信息匯集起來形成的。將一條指令分成若干條微指令，按次序執(zhí)行就可以實現(xiàn)指令的功能。若干條微指令可以構(gòu)成一個微程序，而一個微程序就對應(yīng)了一條機器指令。因此，一條機器指令的功能是若干條微指令組成的序列來實現(xiàn)的。簡言之，一條機器指令所完成的操作分成若干條微指令來完成，由微指令進(jìn)行解釋和執(zhí)行。微指令的編譯方法是決定微指令格式的主要因素。微指令格式大體分成兩類:水平型微指令和垂直型微指令。

從指令與微指令，程序與微程序，地址與微地址的一一對應(yīng)關(guān)系上看，前者與內(nèi)存儲器有關(guān)，而后者與控制存儲器（它是微程序控制器的一部分。微程序控制器主要由控制存儲器、微指令寄存器和地址轉(zhuǎn)移邏輯三部分組成。其中，微指令寄存器又分為微地址寄存器和微命令寄存器兩部分）有關(guān)。同時從一般指令的微程序執(zhí)行流程圖可以看出。每個CPU周期基本上就對應(yīng)于一條微指令。

三．心得體會；

在做完這次課程論文后，讓我再次加深了對計算機的組成原理的理解，對計算機的構(gòu)建也有更深層次的體會。計算機的每一次發(fā)展，都凝聚著人類的智慧和辛勤勞動，每一次創(chuàng)新都給人類帶來了巨大的進(jìn)步。計算機從早期的簡單功能，到現(xiàn)在的復(fù)雜操作，都是一點一滴發(fā)展起來的。這種層次化的讓我體會到了，凡事要從小做起，無數(shù)的‘小’便成就了‘大’。

現(xiàn)在計算機仍以驚人的速度發(fā)展，期待未來的計算機帶給人們更大的驚喜和進(jìn)步。

四．結(jié)語：

自從1945年世界上第一臺電子計算機誕生以來，計算機技術(shù)迅猛發(fā)展，CPU的速度越來越快，體積越來越小，價格越來越低。計算機界據(jù)此總結(jié)出了“摩爾法則”，該法則認(rèn)為每18個月左右計算機性能就會提高一倍。

越來越多的專家認(rèn)識到，在傳統(tǒng)計算機的基礎(chǔ)上大幅度提高計算機的性能必將遇到難以逾越的障礙，從基本原理上尋找計算機發(fā)展的突破口才是正確的道路。很多專家探討利用生物芯片、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片等來實現(xiàn)計算機發(fā)展的突破，但也有很多專家把目光投向了最基本的物理原理上，因為過去幾百年，物理學(xué)原理的應(yīng)用導(dǎo)致了一系列應(yīng)用技術(shù)的革命，他們認(rèn)為未來光子、量子和分子計算機為代表的新技術(shù)將推動新一輪超級計算技術(shù)革命。

五．參考文獻(xiàn)：

計算機組成原理 唐朔飛

計算機組成原理 白中英

第五篇：計算機組成原理課程綜述論文

計算機組成原理課程綜述

【內(nèi)容摘要】

本綜述論文主要講述計算機組成原理課程綜述課程主要內(nèi)容和基本原理、實際應(yīng)用，以及學(xué)習(xí)此書的心得體會。計算機組成原理是計算機專業(yè)本科生必修的硬件課程中重要核心課程之一。基本要求是使我們掌握計算機常用的邏輯部件的原理、參數(shù)及使用方法，學(xué)習(xí)計算機設(shè)計中的入門性知識，掌握維護(hù)、使用計算機的技能。

【關(guān)鍵詞】CPU總線硬件存儲器指令系統(tǒng)控制單元

（一）計算機組成原理課程綜述：

本書從整體框架入手，自頂向下、由表及里、層層細(xì)化的敘述方法通過對計算機系統(tǒng)概述、系統(tǒng)總線、存儲系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)、中央處理器、控制單元的深入剖析和詳細(xì)講解，使得我們可以更形象更好地理解計算機的基本組成和工作原理。全書共分為4篇,第1篇(第1、2章)介紹計算機的基本組成、發(fā)展及應(yīng)用;第2篇(第3~5章)介紹系統(tǒng)總線、存儲器(包括主存儲器、高速緩沖存儲器和輔助存儲器)和輸入輸出系統(tǒng);第3篇(第6~8章)介紹CPU的特性、結(jié)構(gòu)和功能,包括計算機的算術(shù)邏輯單元、指令系統(tǒng)、指令流水、RISC技術(shù)及中斷系統(tǒng);第4篇(第9、10章)介紹控制單元的功能和設(shè)計,包括時序系統(tǒng)以及采用組合邏輯和微程序設(shè)計控制單元的設(shè)計思想與實現(xiàn)措施。此外，為了適應(yīng)計算機科學(xué) 發(fā)展的需要，除了敘述基本原理外，本書還增加了不少新的內(nèi)容，書中舉例力求與當(dāng)代計算機技術(shù)相結(jié)合，讓我們能夠了解到當(dāng)代的技術(shù)。通過本書的學(xué)習(xí)，可以對計算機的原理有個整體的概念，能有個大概的了解，對待不同的機型以后也會掌握好的?！队嬎銠C組成原理》這本書中學(xué)到的有關(guān)計算機原理方面的知識對我們以后了解計算機以及和計算機打交道，甚至在以后應(yīng)用計算機時，都可能會有很大的益處，計算機原理的基本知識是不會變的，變也只是會在此基礎(chǔ)上，且不會偏離這些最基本的原理，尤其是這本計算機組成原理介紹的計算機原理是一種一般的計算機原理，不是針對某一個特定的機型而介紹的，所以說在這本書中學(xué)到 的有關(guān)計算機原理方面的知識在大部分的計算機中都是可以應(yīng)用的。所以以后我們在工作中遇到的計算機的問題都可以用我們在這本書中學(xué)到的原理來解釋和應(yīng)用。

（二）課程主要內(nèi)容和基本原理：

本書中主要講到常用的組合邏輯器件，如譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、編碼器、ALU的原理；常用的同步時序電路，如寄存器、移位寄存器、計數(shù)器的原理、參數(shù)及使用方法，數(shù)字化編碼，數(shù)制及數(shù)制轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)表示，檢錯糾錯碼；數(shù)據(jù)的算術(shù)與邏輯運算，運算器的功能、組成與設(shè)計；典型機的運算器實例。計算機指令系統(tǒng)綜述，指令格式與尋址方式；教學(xué)計算機的指令系統(tǒng)與匯編語言程序設(shè)計；控制器的功能、組成與設(shè)計，典型機的控制器實例。多級結(jié)構(gòu)的存儲系統(tǒng)綜述，主存儲器的組成與設(shè)計，典型機的內(nèi)存儲器實例，cache存儲器的運行原理，虛擬存儲器的概念與實現(xiàn)，磁盤設(shè)備的組成與運行原理，磁盤陣列技術(shù)；光盤機的組成與運行原理，磁帶機的組成與運行原理。計算機輸入/輸出設(shè)備與輸入/輸出系統(tǒng)綜述，顯示器設(shè)備，針式打印機設(shè)備，激光印字機設(shè)備；計算機總線的功能與組成，輸入/輸出系統(tǒng)的功能與組成；典型機的總線與輸入/輸出系統(tǒng)實例。幾種常用的輸入/輸出方式，中斷與DMA 的請求、響應(yīng)和處理。在中央處理器中，剖析CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，講述CPU的功能，包括計算機的運算、指令系統(tǒng)、指令流水、時序系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)及控制單元。計算機之所以能協(xié)調(diào)的工作，是由控制單元（CPU）統(tǒng)一指揮的。本章著重分析控制單元為完成不同的指令所發(fā)出的各種操作命令。這些命令（又稱控制信號）控制計算機所有部件有次序的完成計算機相應(yīng)的操作，已達(dá)到執(zhí)行程序的目的。第十章以十條機器指令為例，介紹控制單元的兩種設(shè)計方法，組合邏輯設(shè)計和微程序設(shè)計。

（三）實際應(yīng)用：

在計算機系統(tǒng)中，各個功能部件都是通過總線交換數(shù)據(jù)，總線的速度對系統(tǒng)性能有著極大的影響。而也正因為如此，總線被譽為是計算機系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。但相比CPU、顯卡、內(nèi)存、硬盤等功能部件，總線技術(shù)的提升步伐要緩慢得多。在 PC 發(fā)展的二十余年歷史中，總線只進(jìn)行三次更新?lián)Q代，但它的每次變革都令計算機的面貌煥然一新。

在計算機誕生并逐步成熟以來，計算機一直被作為大學(xué)和 研究機構(gòu)的嬌貴設(shè)備。在20世紀(jì)70年代中后期，大規(guī)模集成工藝日趨成熟，微芯片上集成的晶體管數(shù)一直按每三年翻兩番的Moore定律增長，微處理器的性能也按此幾何級數(shù)提高，而價格也以幾何級數(shù)下降，以至于以前需花數(shù)百萬美元的機器變得價值僅為數(shù)千美元，至于對性能不高的微處理器芯片而言，僅花數(shù)美元就可購到。正因為如此，才使得計算機走出實驗室而滲透到各個領(lǐng)域，乃至走進(jìn)普通百姓的家 中，也使得計算機的應(yīng)用范圍從科學(xué)計算，數(shù)據(jù)處理等傳統(tǒng)領(lǐng)域擴展到辦公自動化，多媒體，電子商務(wù)，虛擬工廠，遠(yuǎn)程教育等，遍及社 會，政治，經(jīng)濟，軍事，科技以及個人文化生活和家庭生活的各個角落。在計算機普及的今天，現(xiàn)代信息技術(shù)飛速發(fā)展，計算機的應(yīng)用在政治、經(jīng)濟、文化等方方面面產(chǎn)生了巨大影響。而計算機的知識更新的速度非常的快，這就使得我們這些學(xué)計算機的面臨著要不斷的更新自己關(guān)于計算機的知識，以適應(yīng)市場的需要。

（四）心得體會：

在學(xué)習(xí)《計算機組成原理》的過程中，使我認(rèn)識到學(xué)習(xí)計算機原理的重要性，通過本書的學(xué)習(xí)我了解到很多計算機方面的知識，知道計算機有層次結(jié)構(gòu)和組成結(jié)構(gòu)，計算機在各個組成結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)工作下完成很多人很難完成的功能。還了解到CPU的工作原理，CPU還可以處理很多突發(fā)事件比如：突然斷電，死機時保存數(shù)據(jù)，硬件故障等等，明白了CPU功能的強大，相當(dāng)于人的大腦功能。在本書的最后章節(jié)還講到了微指令和節(jié)拍，深入到CPU內(nèi)部，讓我們更好的知道計算機的工作原理?？傊?，在這本書中，我學(xué)到了非常多的有關(guān)計算機方面的知識，使我從一個對計算機一點都不了解的盲人，變成了一個初學(xué)者，我從中收益甚多。我個人認(rèn)為以后的計算機要是改進(jìn)的話，主要在總線和 CPU 處理功能這兩個方面來改進(jìn)，總線的改進(jìn)可以增加數(shù)據(jù)的傳送速度和數(shù)據(jù)的傳送量，這正是我們以后要實現(xiàn)的。CPU的處理數(shù)據(jù)的能力雖然已經(jīng)很強大了，但是離我們現(xiàn)在對計算機的處理數(shù)據(jù)要求還有一段距離，CPU的功能仍需要繼續(xù)改進(jìn)，其功能的強大直接影響到整個計算機的工作效率。我認(rèn)為以后的計算機開發(fā)主要就在這兩個方面，我以后也會在這兩個方面下很大的功夫，本書給我了很多很多的有關(guān)計算機的知識。

（五）結(jié)語：

其實在大學(xué)四年里，我們并不能學(xué)到很多的知識，我們學(xué)習(xí)的只不過是如何學(xué)習(xí)的能力，大學(xué)就是培養(yǎng)學(xué)生各種能力的地方。在大學(xué)里學(xué)到的知識很多是你以后走上社會用不到的。這就要求我們在學(xué)習(xí)課本上的理論知識的同時，還應(yīng)從中學(xué)習(xí)到學(xué)習(xí)的能力。計算機專業(yè)是一個很淵博的專業(yè)，我們現(xiàn)在有很好的機會站在巨人的肩膀上學(xué)習(xí)，雖然從本書中學(xué)到了很多知識，但那只是計算機知識海洋中的一滴，我將繼續(xù)努力對計算機組陳原理方面進(jìn)行是深入的研究，了解更多計算機方面的知識，為以后工作打下堅實的基礎(chǔ)。最后感謝張向東老師本學(xué)期對我們孜孜不倦教育，在張老師的課堂中我們獲益匪淺，使我們在學(xué)習(xí)中少走很多彎路，再次對張老師深表感謝！

（六）參考文獻(xiàn)

【1】唐俊飛.計算機組成原理.北京：剛等教育出版社，2000.【2】白中英,等.計算機組成原理.3版.北京：科學(xué)出版社，2002.【3】baidu文庫中的相關(guān)資源.