计算机组成原理课程论文
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合肥学院
课 程 论 文
题
目 系
部 专
业 班
级 学生姓名 指导教师
计算机组成原理课程综述
计算机科学与技术 计算机科学与技术 11级计本（2）班
张向东
2013 年 5 月 27 日
计算机组成原理课程论文
内容摘要：
论文主要论述冯-诺依曼型计算机的基本组成结构器件与其控制单元的构建方法，一台计算机的核心是中央处理器，中央处理器的核心就是他的控制单元，控制单元相对于计算机而言类似于人的大脑，人体的各种行为取决于大脑的指令控制，计算机的各种操作方式取决于控制单元的指令，控制单元直接影响着指令系统，它的格式不仅直接影响到机器的硬件结构，而且也直接影响到系统软件，影响机器的适用范围。
关键词：冯诺依曼型计算机的组成，中央处理器，控制单元，指令系统，微指令
一、计算机组成原理课程综述：
本课程的教学采用从整体入手，层层深入细化的方法详细的阐述了计算机的组成以及各部件的工作原理和工作方式，先是介绍计算机的基本组成，发展和展望。后面分阶段详述了存储器，输入输出系统，通信总线，中央处理器的特性结构和功能，包括计算机的基本运算，指令系统和中断系统，并专门介绍了控制单元的功能和设计思路和实现措施。
二、课程主要内容和基本原理：
（一）计算机系统的硬件结构：
计算机的系统包括系统总线、存储器和输入输出系统 1.总线：
总线是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束， 按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构，它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线，微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。 2.存储器：
存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。按用途存储器可分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）,也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据会丢失。
存储器的主要功能是存储程序和各种数据，并能在计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的存取。
存储器是具有“记忆”功能的设备，它采用具有两种稳定状态的物理器件来存储信息。这些器件也称为记忆元件。在计算机中采用只有两个数码“0”和“1”的二进制来表示数据。记忆元件的两种稳定状态分别表示为“0”和“1”。日常使用的十进制数必须转换成等值的二进制数才能存入存储器中。计算机中处理的各种字符，例如英文字母、运算符号等，也要转换成二进制代码才能存储和操作。 3.I/O系统：
I/O系统是操作系统的一个重要的组成部分，负责管理系统中所有的外部设备。 计算机外部设备。在计算机系统中除CPU和内存储外所有的设备和装置称为计算机外部设备（外围设备、I/O设备）。I/O设备：用来向计算机输入和输出信息的设备，如键盘、鼠标、显示器、打印机等。
I/O设备与主机交换信息有三种控制方式：程序查询方式，程序中断方式，DMA方式。
（二）中央处理器
1.计算机的运算方法：
计算机的内部形式为0和1组成的各种编码参与各类数据的运算，这里详细的解读了计算机在自动解题过程中数据的加工处理流程。在计算机中参与运算的数分为有符号数和无符号数两种，相关的有数的定点表示和浮点表示以及定点浮点的相关运算。 2.指令系统：
指令系统是计算机硬件的语言系统，也叫机器语言，它是软件和硬件的主要界面，从系统结构的角度看，它是系统程序员看到的计算机的主要属性。因此指令系统表征了计算机的基本功能决定了机器所要求的能力，也决定了指令的格式和机器的结构。对不同的计算机在设计指令系统时，应对指令格式、类型及操作功能给予应有的重视。
计算机所能执行的全部指令的集合，它描述了计算机内全部的控制信息和“逻辑判断”能力。不同计算机的指令系统包含的指令种类和数目也不同。一般均包含算术运算型、逻辑运算型、数据传送型、判定和控制型、输入和输出型等指令。指令系统是表征一台计算机性能的重要因素，它的格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构，而且也直接影响到系统软件，影响到机器的适用范围。 根据指令内容确定操作数地址的过程称为寻址。一般的寻址方式有立即寻址，直接寻址，间接寻址，寄存器寻址，相对寻址等。
一条指令实际上包括两种信息即操作码和地址码。操作码用来表示该指令所要完成的操作（如加、减、乘、除、数据传送等），其长度取决于指令系统中的指令条数。地址码用来描述该指令的操作对象，它或者直接给出操作数，或者指出操作数的存储器地址或寄存器地址（即寄存器名）。 3.运算器：
计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较和传送等操作，亦称算术逻辑部件（ALU）。
运算器由：算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。算术逻辑运算单元（ALU）的基本功能为加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、求补等操作。计算机运行时，运算器的操作和操作种类由控制器决定。运算器处理的数据来自存储器；处理后的结果数据通常送回存储器，或暂时寄存在运算器中。与运算器共同组成了CPU的核心部分。
（三）控制单元：
控制单元负责程序的流程管理。正如工厂的物流分配部门，控制单元是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR、指令译码器ID和操作控制器0C三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。它根据用户预先编好的程序，依次从存储器中取出各条指令，放在指令寄存器IR中，通过指令译码(分析)确定应该进行什么操作，然后通过操作控制器OC，按确定的时序，向相应的部件发出微操作控制信号。操作控制器OC中主要包括节拍脉冲发生器、控制矩阵、时钟脉冲发生器、复位电路和启停电路等控制逻辑。 1.微指令
在微程序控制的计算机中，将由同时发出的控制信号所执行的一组微操作称为微指令。所以微指令就是把同时发出的控制信号的有关信息汇集起来形成的。将一条指令分成若干条微指令，按次序执行就可以实现指令的功能。若干条微指令可以构成一个微程序，而一个微程序就对应了一条机器指令。因此，一条机器指令的功能是若干条微指令组成的序列来实现的。简言之，一条机器指令所完成的操作分成若干条微指令来完成，由微指令进行解释和执行。微指令的编译方法是决定微指令格式的主要因素。
三、心得体会：
学习了这门课程后，我加深了对计算机的组成原理的理解，对计算机的构建也有更深层次的体会，使我以前对于计算机的好奇心得到了充分的满足，对于计算机的迷茫也得到了解决，并且使我对计算机的兴趣更加浓厚了，我有信心和兴趣对计算机进行更深入的探索。计算机的每一次发展，都凝聚着人类的智慧和辛勤劳动，每一次创新都给人类带来了巨大的进步，计算机的发展一直都代表着人类最高科技的进程。所以我们要时刻保持着自己的求知欲，只有永不倦怠的学习才会不被社会淘汰，才会在计算机领域内有所作为。当然我也十分期待未来的计算机带给人们更大的惊喜和进步。
四、结语：
自从1945年世界上第一台电子计算机诞生以来，计算机技术迅猛发展，CPU的速度越来越快，体积越来越小，价格越来越低。微型计算机走进千家万户也成为了现实，然而这并不是终点，还有着更多的难题等待着我们去突破去研究，越来越多的专家认识到，在传统计算机的基础上大幅度提高计算机的性能必将遇到难以逾越的障碍，从基本原理上寻找计算机发展的突破口才是正确的道路。近年来很多专家探讨利用生物芯片、神经网络芯片等来实现计算机发展的突破，但也有很多专家把目光投向了最基本的物理原理上，因为过去几百年，物理学原理的应用导致了一系列应用技术的革命，他们认为未来光子、量子和分子计算机为代表的新技术将推动新一轮超级计算技术革命。
五．参考文献：
《计算机组成原理》 唐朔飞 高等教育出版社
《计算机体系结构》 张晨曦 高等教育出版社
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