第一篇：計算機組成原理課程教學大綱20100902

《計算機組成原理》課程教學大綱

Computer Organization and Architecture

課程代碼：24100747

課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)理論課，必修 適用專業(yè)：計算機科學與技術(shù)

軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程

總學時數(shù)：72

執(zhí)

筆：陳平華

開課學期：4

總學分數(shù)：4.5 編寫年月：2006年7月

修訂年月：2007年7月

一、課程的性質(zhì)和目的

本課程主要講授計算機的組成原理和內(nèi)部運行機制，包括運算器部件、控制器部件、存儲器子系統(tǒng)、輸入/輸出子系統(tǒng)（總線與接口等）與輸入/輸出系統(tǒng)設(shè)備的功能、組成、設(shè)計、實現(xiàn)、使用。

本課程以闡述計算機個部件工作原理和組成結(jié)構(gòu)為主，同時講述各部件間相互連接的方法，使學生掌握計算機硬件系統(tǒng)的組成、運行原理和設(shè)計方法。

通過本課程的學習，使學生了解計算機一般組成原理與內(nèi)部運行機理，為學習本專業(yè)后繼課程打好基礎(chǔ)。

計算機技術(shù)發(fā)展迅速，組織課程內(nèi)容要有較高的起點，反映較為成熟和先進的技術(shù)；應注重硬件基礎(chǔ)知識和整機概念的教學，培養(yǎng)學生硬件分析、設(shè)計和調(diào)試的能力，為學習和從事計算機硬件研究和設(shè)計打好基礎(chǔ)。

本課程實踐性較強，為加強學生對教學內(nèi)容的理解和掌握，培養(yǎng)動手能力，設(shè)一門計算機組成原理實驗課于本課程配合。

二、課程教學內(nèi)容及學時分配

第一章計算機系統(tǒng)概論（3學時）

計算機的分類和應用、計算機的硬件、計算機的軟件、計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。本章知識點為：存儲程序的概念、硬件的組成、計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。第二章運算方法和運算器（12學時）

數(shù)據(jù)與文字的表示方法、定點加法、減法運算、定點乘法運算、定點除法運算、定點運算器的組成、浮點運算方法和浮點運算器。

本章知識點為：定點運算方法、定點運算器的組成、浮點運算方法和浮點運算器的組成。第三章存儲系統(tǒng)（14學時）

存儲器概述、隨機讀寫存儲器、只讀存儲器和閃速存儲器、高速存儲器、cache存儲器、虛擬存儲器、存儲器保護。

本章知識點為：存儲體系的基本原理、主存儲器容量擴充的方法。第四章指令系統(tǒng)（10學時）

指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求、指令格式、指令和數(shù)據(jù)的尋址方式、堆棧尋址方式、典型指令。

本章知識點為：指令的一般格式、尋址方式。第五章中央處理器（14學時）

CPU的功能和組成、指令周期、時序產(chǎn)生器和控制方式、微程序控制器、微程序設(shè)計技術(shù)、硬布線控制器、傳統(tǒng)CPU、流水CPU、RISC CPU、多媒體CPU。頻CPU的功能和組成、指令周期、時序產(chǎn)生器和控制方式、微程序控制器、微程序設(shè)計技術(shù)、硬布線控制器、傳統(tǒng)CPU、流水CPU、RISC CPU、多媒體CPU。

本章知識點為：CPU的功能和基本組成，指令周期的概念，時序產(chǎn)生器的組成，微程序控制器及其設(shè)計技術(shù)，硬布線控制器的結(jié)構(gòu)。

第六章總線系統(tǒng)（5學時）

總線的概念和結(jié)構(gòu)形態(tài)、總線接口、總線的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送模式、PCI總線、ISA總線和Futurebus+總線。

本章知識點為：總線接口、總線的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送模式。第七章外圍設(shè)備（6學時）

外圍設(shè)備概述、顯示設(shè)備、輸入設(shè)備和打印設(shè)備、硬磁盤存儲設(shè)備、軟磁盤存儲設(shè)備、磁帶存儲設(shè)備、光盤存儲設(shè)備。

本章知識點為：顯示設(shè)備、硬磁盤存儲設(shè)備、軟磁盤存儲設(shè)備的基本原理。第八章外圍設(shè)備（6學時）

外圍設(shè)備的定時方式與信息交換方式、程序中斷方式、DMA方式、通道方式、通用I/O標準接口。

本章知識點為：程序中斷方式、DMA方式的基本工作原理。

三、課程教學的基本要求

本課程是計算機專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，理論性較強，是本專業(yè)的理論基礎(chǔ)課程。在教學方法上，采用課前預習，課堂講授，課后自學，課堂討論等教學形式。

(一)課前預習

本課程是學生較早進入的專業(yè)課程，為使學生盡快適應專業(yè)課程的特點和學習方法，應指導學生做好充分的預習，避免學生面對大量的課程內(nèi)容和對基礎(chǔ)知識的應用無法適應。

(二)課堂講授

本課程屬專業(yè)基礎(chǔ)理論課程，在教學中要求同學重點掌握基本概念、基本方法和基本規(guī)律，要著重培養(yǎng)學生理解理論的能力，在課程內(nèi)容方面既要保持理論的系統(tǒng)性，又要注意聯(lián)系實際，并且重視技術(shù)科學的一般方法學的培養(yǎng)。

（三）課后自學

為了培養(yǎng)學生整理歸納，綜合分析和處理問題的能力，每章都安排一部分內(nèi)容，課上教師只給出自學提綱，不作詳細講解，課后學生自學。

（四）課堂討論 課堂討論的目的是活躍學習氣氛，開拓思路。教師應認真組織，安排重點發(fā)言，充分調(diào)動每一名同學的學習積極性，做好總結(jié)。

（五）習題課

習題課以典型例題分析為主，并適當安排開闊思路及綜合性的練習及討論。

（六）課外作業(yè)

課外作業(yè)的內(nèi)容選擇基于對基本理論的理解和鞏固，培養(yǎng)綜合計算和分析、判斷能力。

（七）平時測驗

為及時了解教學情況，教師可適當安排平時課堂測驗，每次測驗不超過30分鐘。

（八）考試

考試采用閉卷方式，考試范圍應涵蓋所有講授及自學的內(nèi)容，考試內(nèi)容應能客觀反映出學生對本門課程主要概念的記憶、掌握程度，對有關(guān)理論的理解、掌握及綜合運用能力。試題包括基本概念，基本理論，分析計算，題型可采用填空，判斷，計算，畫圖，簡答，分析等方式。

總評成績：一般情況下，課外作業(yè)、平時測驗占20%，期末閉卷考試占80%；特殊情況下，課外作業(yè)、平時測驗可提高到30%。

四、本課程與其它課程的聯(lián)系與分工

先修課程：電路與電子技術(shù)、數(shù)字邏輯

后續(xù)課程：匯編語言、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、接口與通訊、單片機原理

五、建議教材及教學參考書

［1］白中英主編，《計算機組成原理》，科學出版社，2001年出版 ［2］王愛英主編，《計算機組成與結(jié)構(gòu)》，清華大學出版社，2004年出版

第二篇：計算機組成原理教學大綱

教 學 大 綱

第一章 計算機系統(tǒng)概論

教學內(nèi)容

一、計算機的分類與應用

二、計算機的硬件組成

三、計算機的軟件

四、計算機的層次結(jié)構(gòu)

第二章 運算方法和運算器

一、學習目的和基本要求

（一）掌握數(shù)字數(shù)據(jù)與非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示

（二）掌握定點運算方法

（三）了解定點運算器

（四）了解浮點運算方法及浮點運算器

二、重點難點

計算機中數(shù)的四種機器碼表示、數(shù)據(jù)格式（定點與浮點）、字符與漢字的表示方法、奇偶校驗、定點加減運算、定點與浮點的溢出檢測

三、教學內(nèi)容

（一）數(shù)據(jù)格式

（二）四種機器碼表示

（三）非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示

（四）定點運算和定點運算器

（五）浮點運算方法

（六）浮點運算流水線和浮點運算器

第三章 存儲系統(tǒng)一、學習目的和基本要求

（一）了解存儲器的基本概念

（二）掌握SRAM與DRAM的組成及工作原理

（三）了解只讀存儲器的特點

（四）掌握提高存儲器速度的方法

（五）掌握cache的工作原理，了解pentium PC機的cache

（六）了解虛擬存儲器的原理及分類

二、重點難點

存儲器的分級結(jié)構(gòu)、SRAM與DRAM特點、字位擴展、DRAM的刷新、Cache原理、虛擬存儲技術(shù)

三、教學內(nèi)容

（一）存儲器的分類、分級結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)指標

（二）SRAM（組成、特點）

（三）DRAM（特點、刷新）

（四）CPU與存儲器的連接（字位擴展）

（五）CPU對存儲器的讀寫操作

（六）EDRAM

（七）只讀存儲器（特點、分類），閃速存儲器（特點、應用）

（八）高速存儲器（原理）

（九）Cache

（十）虛擬存儲技術(shù)

第四章 指令系統(tǒng)一、學習目的和基本要求

（一）了解指令系統(tǒng)的基本概念及性能要求

（二）掌握指令格式

（三）掌握指令和數(shù)據(jù)的尋址方式（包括堆棧尋址方式）

（四）了解指令的分類及基本指令系統(tǒng)，掌握精簡指令系統(tǒng)的特點

二、重點難點

指令格式、指令尋址方式、操作數(shù)尋址方式

三、教學內(nèi)容

（一）指令系統(tǒng)的基本概念

（二）指令格式

（三）指令尋址方式

（四）數(shù)據(jù)尋址方式

（五）堆棧尋址方式

（六）指令的分類

（七）RISC與CISC

第五章 中央處理器

一、學習目的和基本要求

（一）掌握中央處理器的功能和組成

（二）了解指令周期的概念

（三）了解計算機中時序信號的作用和體制，掌握時序控制方式

（四）了解控制器的分類、原理和技術(shù)

（五）掌握流水CPU的結(jié)構(gòu)及相關(guān)問題，了解奔騰CPU的流水結(jié)構(gòu)

二、重點難點

CPU的功能、CPU的基本組成、CPU中的主要寄存器、指令周期、時序信號的作用、微程序控制器與微程序設(shè)計技術(shù)

三、教學內(nèi)容

（一）CPU的功能

（二）CPU的組成（基本組成、主要寄存器）

（三）指令周期

（四）時序產(chǎn)生器的作用和控制方式

（五）微程序控制器（微程序概念、原理、機器指令與微指令的關(guān)系）

（六）微程序設(shè)計技術(shù)（微指令格式）

（七）硬布線控制器（基本思想）

（八）流水CPU

第六章 總線系統(tǒng)一、學習目的和基本要求

（一）了解總線的基本概念及作用

（二）掌握接口的概念及作用

（三）掌握總線的總裁和定時方式

（四）了解多總線結(jié)構(gòu)和PCI的特點

二、重點難點

總線結(jié)構(gòu)對計算機系統(tǒng)性能的影響、總線接口、信息的傳送方式、總線的總裁方式

三、教學內(nèi)容

（一）總線結(jié)構(gòu)對計算機系統(tǒng)性能的影響

（二）總線接口（基本概念、功能）

（三）總線的仲裁、定時方式

第七章 外圍設(shè)備

一、學習目的和基本要求

（一）了解外圍設(shè)備的功能和分類

（二）掌握顯示設(shè)備的分類及有關(guān)概念

（三）了解打印設(shè)備的分類

（四）掌握硬磁盤存儲設(shè)備的工作原理、技術(shù)指標

二、重點難點

顯示設(shè)備的分類與有關(guān)概念、硬磁盤存儲設(shè)備

三、教學內(nèi)容

（一）外設(shè)的分類

（二）顯示設(shè)備

（三）打印設(shè)備

（四）硬磁盤存儲設(shè)備

第八章 輸入輸出系統(tǒng)一、學習目的和基本要求

（一）了解外圍設(shè)備的定時方式與信息交換方式

（二）掌握中斷的基本概念及工作方式

（三）掌握DMA傳送方式

（四）了解通道的功能及分類

二、重點難點 程序中斷方式的基本概念、DMA傳送方式

三、教學內(nèi)容

（一）外圍設(shè)備的定時方式

（二）程序中斷方式（中斷的概念、中斷接口、中斷處理過程）

（三）DMA方式（DMA基本概念、傳送方式、分類）

（四）通道方式（功能、類型）

第三篇：計算機組成原理課程設(shè)計教學大綱

計算機組成原理課程設(shè)計教學大綱

實習名稱:計算機組成原理課程設(shè)計 課程編碼:042219 學 分:3 實習周數(shù):3

適用專業(yè)：計算機科學與技術(shù)

一、實習的目的與任務

通過該課程設(shè)計的學習，利用先進的EDA設(shè)計手段，總結(jié)計算機組成原理課程的學習內(nèi)容，學會ISPEXPERT SYSTEM的使用、層次化設(shè)計方法、多路開關(guān)，邏輯運算部件，移位器設(shè)計、微程序控制的運算器設(shè)計、微程序控制的存儲器設(shè)計、簡單計算機的設(shè)計，從而鞏固課堂知識、深化學習內(nèi)容、完成教學大綱要求，學好計算機科學與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。

二、實習教學的基本要求

1、參加課程設(shè)計的學生必須服從指導教師的指導，遵守紀律，按時、按指導教師的要求獨立完成課程設(shè)計的任務。

2、每次設(shè)計指導教師必須指導學生，并嚴格考勤。

三、實習內(nèi)容

1)實習地點：本課程設(shè)計的實習地點為計算機硬件基礎(chǔ)實驗室。2）實習內(nèi)容：

1：ISPEXPERT SYSTEM的使用：學會ISPEXPERT SYSTEM軟件的使用，然后利用此系統(tǒng)完成：一位全加器設(shè)計、并行八位寄存器設(shè)計，并形成.JED文件，下載到實驗箱上，在實驗箱上用開關(guān)驗證。

2：層次化設(shè)計方法：學會層次化設(shè)計方法，利用該方法完成：同步二進制計數(shù)器、多位二進制加法器，并形成.JED文件，下載到實驗箱上，在實驗箱上用開關(guān)驗證

3：多路開關(guān)，邏輯運算部件，移位器設(shè)計：完成多路開關(guān)、邏輯運算部件，移位器設(shè)計為下面的運算器、存儲器設(shè)計做好準備。

4：微程序控制的運算器設(shè)計：按要求設(shè)計一個微程序控制的運算器，輸入取數(shù)及運算指令，單步執(zhí)行指令，得出結(jié)果。

5：微程序控制的存儲器設(shè)計：按要求設(shè)計一個微程序控制的存儲器，按要求進行操作，將數(shù)據(jù)存入指定單元，并將制定單元中的內(nèi)容讀出送寄存器。

6：簡單計算機的設(shè)計：按要求設(shè)計一臺由簡單指令作為指令集的計算機，并用該簡單指令編寫一段程序，運行該程序，得出正確結(jié)果。3）課程設(shè)計時間安排

課程設(shè)計的時間歷經(jīng)3周，大致安排如下： 第一周：第一、第二個設(shè)計。第二周：第三、第四個設(shè)計。第三周：第五、第六個設(shè)計。

每完成一個設(shè)計，學生應及時提交報告。

四、考核辦法

同學們在實驗前應該認真準備實驗，根據(jù)實驗講義和課堂上學到的知識寫出實驗報告，帶到實驗現(xiàn)場。

1、ISPEXPERT SYSTEM的使用

在本次實驗中，學會ISPEXPERT SYSTEM軟件的使用，然后利用此系統(tǒng)完成： 〈１〉 一位全加器設(shè)計〈２〉 并行八位寄存器設(shè)計

并形成.JED文件，下載到實驗箱上，在實驗箱上用開關(guān)驗證。評分細則：參加實驗： 0.2分

完成實驗報告： 0.2分

完成一位全加器設(shè)計： 0.3分

完成八位并行寄存器設(shè)計：0.3分

2、層次化設(shè)計方法

在本次實驗中，學會層次化設(shè)計方法，利用該方法完成： 〈１〉同步二進制計數(shù)器〈２〉多位二進制加法器

并形成.JED文件，下載到實驗箱上，在實驗箱上用開關(guān)驗證 評分細則：參加實驗： 0.2分

完成實驗報告： 0.2分

完成同步二進制計數(shù)器 0.3分

完成多位二進制加法器 0.3分

3、多路開關(guān)，邏輯運算部件，移位器設(shè)計

在本次實驗中，完成多路開關(guān)、邏輯運算部件，移位器設(shè)計為下面的運算器、存儲器設(shè)計做好準備。

評分細則：參加實驗： 0.2分 完成實驗報告： 0.2分

完成多路開關(guān) 0.2分

完成邏輯運算部件 0.2分

完成移位器 0.2分

4、微程序控制的運算器設(shè)計

按要求設(shè)計一個微程序控制的運算器，輸入取數(shù)及運算指令，單步執(zhí)行指令，得出結(jié)果。

評分細則：參加實驗： 0.3分

完成實驗報告： 0.3分

完成所要求的運算器設(shè)計 0.45分

正確進行操作并回答問題 0.45分

5、微程序控制的存儲器設(shè)計

按按要求設(shè)計一個微程序控制的存儲器，按要求進行操作，將數(shù)據(jù)存入指定單元，并將制定單元中的內(nèi)容讀出送寄存器。

評分細則：參加實驗： 0.3分

完成實驗報告： 0.3分

完成所要求的存儲器設(shè)計 0.45分 正確進行操作并回答問題 0.45分

6、簡單計算機的設(shè)計

按要求設(shè)計一臺由簡單指令作為指令集的計算機，并用該簡單指令編寫一段程序，運行該程序，得出正確結(jié)果。

評分細則：參加實驗： 0.4分 完成實驗報告： 0.4分

完成所要求的簡單計算機設(shè)計 0.6分

正確進行操作并回答問題 0.6分 實驗結(jié)束由實驗指導教師根據(jù)實驗記錄，算出成績。

4.8分～5.5分 及格 5.6分～6.3分 中等 6.4分～7.1分 良好 7.2分以上 優(yōu)秀

五、主要參考書：計算機組成原理實驗指導書

六、實習教學建議：

執(zhí)筆人：王海瑞 審定人：雷金輝 教學基層組織主任：雷金輝

第四篇：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習上作一些討論。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)課的學習打下堅實的基礎(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：總線寬度、總線帶寬、時鐘同步/異步、總線復用、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)（鏈式查詢、計數(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。

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：速度、容量和每位價格。存儲器的擴展通常有位擴展和字擴展，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。字擴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，負責管理系統(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、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)備是否準備就緒，繼續(xù)執(zhí)行自身程序，只是當I/O設(shè)備準備就緒并向CPU發(fā)出中斷請求后才給予響應，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，乘積的階碼應為相乘兩數(shù)的階碼之和，乘積的尾數(shù)應為相乘兩數(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。○3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。○4零地址指令：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?！?直接尋址：指令地址域中表示的是操作數(shù)地址?！?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?！?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?！?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?！?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)確定應該進行什么操作，然后通過控制總線送至相應部件實現(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步。計算機從早期的簡單功能，到現(xiàn)在的復雜操作，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’。在學習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，導致一些知識點沒有掌握完全，概念問題有很多細節(jié)不懂。這些都要盡量彌補，才能讓這門課的學習達到目的。

【結(jié)語】 計算機的發(fā)展日新月異。自從踏入21世紀以來可謂發(fā)展神速，可以預見將來必將出現(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習打下堅實的基礎(chǔ)。

【參考文獻】

【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：科學出版社，2002.

第五篇：計算機組成原理課程論文

合肥學院

課 程 論 文

題

目 系

部 專

業(yè) 班

級 學生姓名 指導教師

計算機組成原理課程綜述

計算機科學與技術(shù) 計算機科學與技術(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：

本課程的教學采用從整體入手，層層深入細化的方法詳細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”。日常使用的十進制數(shù)必須轉(zhuǎn)換成等值的二進制數(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，負責管理系統(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、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，應對指令格式、類型及操作功能給予應有的重視。

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：

控制單元負責程序的流程管理。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)確定應該進行什么操作，然后通過操作控制器OC，按確定的時序，向相應的部件發(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：

學習了這門課程后，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步，計算機的發(fā)展一直都代表著人類最高科技的進程。所以我們要時刻保持著自己的求知欲，只有永不倦怠的學習才會不被社會淘汰，才會在計算機領(lǐng)域內(nèi)有所作為。當然我也十分期待未來的計算機帶給人們更大的驚喜和進步。

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?，越來越多的專家認識到，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，物理學原理的應用導致了一系列應用技術(shù)的革命，他們認為未來光子、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：

《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