計算機組成原理論文

　　計算機組成原理是計算機專業一門重要的主幹課程，以數字邏輯為基礎的課程。同時也是計算機結構、作業系統等專業課的學習基礎。下面是小編給大家推薦的，希望大家喜歡!

　　篇一

　　《計算機組成原理課程綜述》

　　摘要：計算機組成原理是計算機專業一門重要的主幹課程，以數字邏輯為基礎的課程。同時也是計算機結構、作業系統等專業課的學習基礎。課程任務是使學生掌握計算機組成部件的工作原理、邏輯實現、設計方法及將各部件接連成整機的方法，建立CPU級和硬體系統級的整機概念，培養學生對計算機硬體系統的分析、開發與設計能力。同時該課程也是學好計算機硬體系列課程的重要基礎。所以，我們需要了解計算機的基本概念、計算機硬體系統以及軟體系統的組成及其基本功能。學習計算機的各個基本組成部件及控制單元的工作原理，掌握有關軟體、硬體的基本知識，尤其是各基本組成部件有機連線構成整機的方法。

　　關鍵詞：計算機系統;硬體結構;軟體結構;控制單元

　　一、計算機組成原理課程綜述

　　顧名思義，計算機組成原理就是介紹計算機的組成，馮-諾依曼計算機由五大部件組成，分別是運算器、儲存器、控制器、輸入裝置和輸出裝置。現今絕大部門都是此型別計算機。通過對這麼課的學習對計算機的組成有個整體的概念。計算機組成原理從內容上看一、雖然計算機的五大部件自成體系，較為獨立，但是從整體來看，還是具有明顯的整體性;二、某些設計思想可應用於不同的部件，具有相通性，例如並行性思想。

　　二、課程主要內容和基本原理

　　一計算機系統

　　計算機系統是由“硬體”和“軟體”兩大部分組成。所謂硬體是指計算機的實體部分，它由看得見摸的著的各種電子元器件，各類光、電、機裝置的實物組成，如主機、外部裝置等。所謂軟體，它看不見摸不著，由人們事先編制的具有各類特殊功能的程式組成。通常把這些程式寄寓於各類媒體如RAM、ROM、磁帶、磁碟、光碟、甚至紙袋，他們通常存放在計算機的主存或輔存內。

　　二系統匯流排

　　計算機系統的五大部件之間的互連方式有兩種，一種是各部件之間使用單獨的連線，稱為分散連線;另一種是將各部件連到一組公共資訊傳輸線上，稱為匯流排連線。

　　匯流排是連線多個部件的資訊傳輸線，是各部件共享的傳輸介質。當多個部件相連時，如果出現兩個或兩個以上部件同時向匯流排傳送資訊，勢必導致訊號衝突，傳輸無效。因此，在某一時刻，只允許有一個部件向匯流排傳送資訊，而多個部件可以同時從總線上接收相同的資訊。

　　匯流排分為片內匯流排、系統匯流排和通訊匯流排。片內匯流排是指晶片內部的匯流排;系統匯流排又可分為三類：資料匯流排、地址匯流排和控制匯流排。

　　匯流排的週期可分為四個階段:申請分配階段、定址階段、傳數階段、結束階段。

　　匯流排與計算機所有的器件資料傳輸都離不開關係，是計算機工作的基礎。

　　三儲存器

　　儲存器按儲存介質分類：半導體儲存器、磁表面儲存器、磁芯儲存器、光碟儲存器。按存取方式分類：隨機儲存器RAM、只讀儲存器ROM、序列訪問儲存器。按在計算機中的作用分類：主儲存器、輔助儲存器。按在計算機系統中的作用分類：主儲存器、輔助儲存器、高速緩衝儲存器Cache、控制儲存器。其中靜態RAM是用觸發器工作原理儲存資訊，因此即使資訊讀出後，他仍然保持其原狀，不需要再生，但是電源掉電時，原儲存資訊丟失。動態RAM是靠電容儲存電荷的原理來寄存資訊。但是電容上的電荷只能維持1~2ms，因此即使電源不掉電，資訊也會因此自動消失，為此，必須在2ms內對其所有儲存單元恢復一次原狀態，這個過程稱為再生或重新整理。

　　由於單個儲存晶片的容量總是有限的，很難滿足實際的需要，因此要進行位擴充套件和字擴充套件。儲存晶片的容量不同，其地址線也不同，通常將CPU地址線的低位與儲存晶片的低址線相連。

　　同樣，CPU的資料線數與儲存晶片的資料線也不一定相等。此時，必須對儲存晶片擴位，使其位數與CPU的資料線相等。

　　高速緩衝儲存器cache主要解決主存與CPU速度不匹配的問題。主存與cache地址對映關係有:直接相聯對映、全相聯對映、組相聯對映。

　　四輸入輸出系統

　　I/O裝置與主機的聯絡方式：統一編址和不統一編址。統一編址就是將I/O地址看做是儲存器地址的一部分。不統一編址是指I/O地址和儲存器地址是分開的，所有對I/O裝置的訪問必須有專用的I/O指令。傳送方式有序列傳送和並行傳送。I/O裝置與主機資訊傳送的控制方式有三種：程式查詢方式主機與裝置是序列工作的，程式中斷方式程式與主機是並行工作的和DMA方式主機與裝置是並行工作的。DMA方式工作：1、中斷cpu訪存，2、挪用週期，3、與CPU互動訪存。輸出裝置有印表機，顯示器等。

　　五計算方法

　　計算機的執行需要有運算的參與，參與運算的數有無符號類和有符號類。掌握二進位制原碼和補碼的加減乘除運算。

　　六指令系統

　　指令由操作碼和地址碼兩部分組成，操作碼用來指明該指令所要完成的操作，例如加減，傳送，移位，轉移等;其位數反映了操作的種類也即機器允許的指令條數。地址碼用來指出該指令的源運算元的地址一個或兩個、結果的地址以及下一條指令的地址。指令定址分為順序定址和跳躍定址兩種。其定址方式分為10種，分別是：立即定址，直接定址，隱含定址，間接定址，暫存器定址，暫存器間接定址，基址定址，變址定址，相對定址，堆疊定址。指令格式有零地址，一地址，二地址，三地址等。需能分析指令格式所含的意義。

　　七CPU的結構與功能

　　CPU實質包括運算器和控制器兩大部分，基本功能是取指令，分析指令，執行指令。CPU的暫存器有使用者可見暫存器：通用暫存器，資料暫存器，地址暫存器，條件碼暫存器。控制和狀態暫存器：儲存器地址暫存器，儲存器資料暫存器，程式暫存器，指令暫存器。指令流水處理減少了執行時間，提高機器效率。中斷系統在前面章節介紹過，此處在簡單補充一些，引起中斷的有很多種因素：人為設定的中斷，程式性事故，硬體故障，I/O裝置，外部事件。中斷判優可用硬體實現，也可用軟體實現。中斷服務程式地址的尋找方法：硬體向量方法和軟體查詢法。中斷響應的過程：響應中斷的條件，響應中斷的時間，中斷隱指令和關中斷。其中中斷隱指令就是機器指令系統中沒有的指令，他是CPU在中斷週期內由硬體自動完成的一條指令。在中斷響應之前需要對現場進行保護，中斷結束之後需要對現場進行恢復。中斷遮蔽技術主要用於多級中斷，遮蔽技術可以改變優先順序。

　　八控制單元的功能

　　控制單元具有發出各種微操作即控制訊號序列的功能。取指週期可以歸納為以下幾個操作，1.PC->MAR2.1->R3.MMAR->MDR4.MDR->IR5.OPIR->CU6PC+1->PC。間址週期：1.ADIR->MAR2.1->R3.MMAR->MDR4.MDR->ADIR.執行週期中不同執行週期的微操作是不同的：1、非訪存類指令2、訪存指令3、轉移類指令。非訪存類指令：1、清除累加器指令CLA----0->ACC;2、累加器取反指令、算數右移一位指令SHRLACC->RACC,ACC0->ACC0;4、迴圈左移一位指令CSLRACC->LACCACCo->ACCn;5、停機指令0->G。訪存指令：這類指令在執行階段都需要訪存儲存器。

　　1、加法指令ADDX。

　　2、存數指令STAX3取值指令LDAX。轉移類指令：

　　1無條件轉移指令JMPX。

　　2條件轉移指令BANX。在執行週期結束時刻，cpu要查詢是否有請求中斷的事件發生，如果有則進入中斷週期。在中斷週期，由中斷隱指令自動完成保護斷點、尋找中斷服務程式地址以及硬體關中斷的操作。控制訊號的外特性：a.輸入訊號：時鐘，指令暫存器，標誌，來自系統匯流排的控制訊號。b.輸出訊號：CPU內的控制訊號，送至系統匯流排的訊號。

　　常見的控制方式有同步控制，非同步控制，聯合控制和人工控制。

　　九控制單元的設計

　　組合邏輯的設計又稱硬佈線控制器，由閘電路和觸發器構成的複雜樹形網路形成的邏輯電路。安排微操作節拍時注意以下三點：1、有些微操作的次序是不容改變的，故安排微操作的節拍時必須注意微操作的先後順序。2、凡是控制物件不同的微操作，若能在一個節拍內執行，應儘可能安排在同一個節拍內，以節省時間。3、如果有些微操作所佔的時間不長，應該將它們安排在一個節拍內完成，並且允許這些微操作有先後次序。微程式的設計：採用微程式設計方法設計控制單元的過程就是編寫每一條機器指令的微程式，他是按執行每一條機器指令所需要的微操作命令的先後順序而編寫的，因此，一條機器指令對應一個微程式。微指令的基本格式共分為兩個欄位，一個為操作控制欄位，該欄位發出各種控制訊號;另一個為順序控制欄位，它可以指出下條微指令的地址簡稱下地址，以控制微指令序列的執行順序。工作原理：取指階段：取微指令---產生微操作命令---形成下一條微指令的地址---取下一條微指令---產生微操作命令---形成下一條微指令的地址。執行階段:取數指令微程式首地址的形成---取微指令---產生微操作命令---形成下一條微指令的地址---取微命令.........迴圈。微指令的編碼方式：直接編碼方式，欄位直接編碼方式，欄位間接編碼方式，混合編碼。後序微指令地址的形成方式：斷定方式，根據機器指令的操作碼形成，增量計數器法，分支轉移，通過測試網路形成，由硬體產生微程式地址。微指令格式:水平型微指令，垂直型微指令。

　　三、實際應用

　　自ENIAC問世後將近30餘年的時間裡，計算機一直被作為大學和研究機構的嬌貴裝置。在20世紀70年代中後期，大規模整合工藝日趨成熟，微晶片上整合的電晶體數一直按每3年翻兩番的Moore定律增長，微處理器的效能也按此幾何級數提高，而價格也以同樣的幾何級數下降，以至於以前需花數百萬美元的機器如80MFLOPS的CRAY變得價值僅為數千美元而此類機器的效能可達200MFLOPS，至於對效能不高的微處理器晶片而言，僅花數美元就可購到。正因為如此，才使得計算機走出實驗室而滲透到各個領域，乃至走進普通百姓的家中，也使得計算機的應用範圍從科學計算，資料處理等傳統領域擴充套件到辦公自動化，多媒體，電子商務，虛擬工廠，遠端教育等，遍及社會，政治，經濟，軍事，科技以及個人文化生活和家庭生活的各個角落。

　　四、心得體會

　　電腦科學與技術的發展日新月異，但是都離不開計算機組成原理，這門課不要死記硬背，重在理解，工科類的學習不是死記硬背就會的，還是要理解記憶才會牢靠。在做完這次課程論文後，讓我再次加深了對計算機的組成原理的理解，對計算機的構建也有更深層次的體會。計算機的每一次發展，都凝聚著人類的智慧和辛勤勞動，每一次創新都給人類帶來了巨大的進步。計算機從早期的簡單功能，到現在的複雜操作，都是一點一滴發展起來的。

　　五、結語

　　通過對計算機組成原理這門課程的學習，使我對計算機軟體和硬體技術有了一個更深入的瞭解，包括各種計算機的基本原理以及計算機的艱難發展歷程，這門課程注重理論知識，理論知識是一切技術的最基本，也是我們必須要掌握好的。在這次課程綜述論文過程中，我到圖書館查閱資料，上網查資料，讓我深刻認識到計算機組成原理的重要性，也瞭解了許多書上沒有的知識，受益匪淺。

　　六、參考文獻

　　1、唐朔飛《計算機組成原理》高等教育出版社第2版

　　篇二

　　《計算機組成原理的探討》

　　摘要：計算機組成原理是計算機專業人員必須掌握的基礎知識。顯而易見《計算機組成原理》是電腦科學與技術專業的一門核心的專業必修課程。本課程側重於講授計算機基本部件的構造和組織方式、基本運算的操作原理以及部件和單元的設計思想等。但計算機硬體技術的發展十分迅速，各類新器件、新概念和新內容不斷湧現，這就要求我們要與時俱進，自主學習新知識。計算機是一門應用廣泛、使用面積廣、技術含量高的一門學科和技術，生活中的任何一個角落都離不開計算機的應用，生活中的無處不在需要我們瞭解和清楚計算機的相關知識。本文從《計算機組成原理》基礎課程的各個方面對計算機組成原理做了詳細的解釋。

　　關鍵字：構造組織方式;基本運算;操作原理;設計思想

　　一、計算機組成原理課程綜述

　　隨著計算機和通訊技術的蓬勃發展，中國開始進入資訊化時代，計算機及技術的應用更加廣泛深入，計算機學科傳統的專業優勢已經不再存在。社會和應用對學生在計算機領域的知識與能力提出了新的要求。專家們指出，未來10～15年是我國資訊科技發展的視窗期、關鍵期。

　　《計算機組成原理》是電腦科學與技術專業必修的一門專業主幹課程。課程要求掌握計算機系統各部件的組成和工作原理、相互聯絡和作用，最終達到從系統、整機的角度理解計算機的結構與組成，併為後續課程的學習奠定基礎。因此掌握計算機的組成原理就顯得尤為重要，這就要求課程的編寫要深入淺出、通俗易懂。本課程在體系結構上改變了自底向上的編寫習慣，採用從外部大框架入手，層層細化的敘述方法。這樣便更容易形成計算機的整體觀念。

　　該課程總共分為四篇十章，第一篇第1、2章主要介紹計算機系統的基本組成、應用與發展。第二篇第3、4、5章詳細介紹了出CPU外的儲存器、輸入輸出系統以及連線CPU、儲存器和I/O之間的通訊匯流排。第三篇第6、7、8、章詳細介紹了CPU除控制單元外的特性、結構和功能，包括計算機的基本運算、指令系統和中斷系統等。第四篇9、10章專門介紹控制單元的功能，以及採用組合邏輯和微程式方法設計控制單元的設計思想和實現措施。

　　二、課程主要內容和基本原理

　　《計算機組成原理》是“高等學校計算機基礎及應用教材”中的一本硬體基礎教材，系統地介紹了計算機單處理機系統的組成及其工作原理。

　　主要內容包括：計算機系統概論，運算方法和運算器，儲存系統，指令系統，中央處理器，匯流排及其互聯機構，輸入/輸出系統。它是一門理論性強，而又與實際結合密切的課程，其特點是內容覆蓋面廣，基本概念多，並且比較抽象，特別是難以建立計算機的整機概念。本書以馮·諾依曼計算機結構為主線，講授單處理機系統各大部件的組成、工作原理以及將各大部件連線成整機的工作原理。從教學上，本課程是先導課程和後續課程之間承上啟下的主幹課程，是必須掌握的重要知識結構。

　　三實際應用：科學計算和資料處理

　　科學計算一直是計算機的重要應用領域之一。其特點是計算量大和數值變化範圍大。在天文學、量子化學、空氣動力學和核物理學等領域都要依靠計算機進行復雜的運算。例如，人們生活難以擺脫的天氣預報，要知道第二天的氣候變化，採用1MIPS的計算機頃刻間便可獲得。倘若要預報一個月乃至一年的氣候變化，是各地提前做好防汛、防旱等工作，則100MIPS或更高的計算機才能滿足。現代的航空、航天技術，如超音速飛行器的設計、人造衛星和運載火箭軌道的計算，也都離不開高速運算的計算機。

　　此外，計算機在其它學科和工程設計方面，諸如數學、力學、晶體結構分析、石油勘探、橋樑設計、建築、土木工程設計等領域內，都得到了廣泛的應用。

　　資料處理也是計算機的重要應用領域之一。早在20世紀五六十年代，人們就把大批覆雜的事務資料交給了計算機處理，如政府機關公文、報表和檔案。大銀行、大公司、大企業的財務、人事、物料，包括市場預測、情報檢索、經營決策、生產管理等大量的資料資訊，都有計算機收集、儲存、整理、檢索、統計、修改、增刪等，並由此獲得某種決策資料或趨勢，供各級決策指揮者參考。

　　四心得體會

　　這學期我們學習了計算機組成原理這門課，通過對這門課程的學習，讓我對計算機的基本結構，單處理機的系統的組成與工作原理有了更加深入的瞭解和體會。下面我就對這學期的學習做個總結，講講有關學習計算機組成原理的心得。

　　《計算機組成原理》是電腦科學與技術專業一門核心專業基礎課，在專業課程內起著承上啟下的作用。這門課程是要求我們通過學習計算機的基本概念、基本結構，對組成計算機的各個部件的功能和工作過程、以及部件間的連線有較全面、較系統的認識，形成較完整的計算機組成與工作原理模型。

　　計算機組成原理第一章——計算機系統的概論。計算機是由硬體和軟體組成的，計算機的硬體包括運算器，儲存器，控制器，介面卡，輸入輸出裝置的本質所在。計算機系統是一個有硬體和軟體組成的多層次結構，它通常由微程式級，一般機器級，作業系統級，組合語言級，高階語言級組成，每一級都能進行程式設計，且得到下面各級的支援。

　　計算機組成原理第二章——計算機的發展與應用;簡要介紹了計算機的發展史以及它的應用領域。計算機的應用領域很廣泛，應用於科學計算和資料處理;工業控制和實時控制;辦公自動化和管理資訊系統等等。

　　計算機組成原理第三章——匯流排系統。計算機匯流排的功能與組成，匯流排的概念、連線方式、匯流排的仲裁、匯流排的定時以及匯流排介面的概念的基本功能都需要有深入的瞭解。

　　計算機組成原理第四章——儲存系統。應重點掌握隨機讀寫儲存器的字位擴張情況，主儲存器的組成與設計，cache儲存器的執行原理以及虛擬儲存器的概念與實現。

　　計算機組成原理第五章——輸入/輸出系統以及外圍裝置。計算機輸入/輸出裝置與輸入/輸出系統綜述，顯示器裝置，針式印表機裝置，鐳射印字機裝置;以及磁碟裝置的組成與執行原理，磁碟陣列技術。輸入/輸出系統的功能與組成;教學機的匯流排與輸入/輸出系統例項。幾種常用的輸入/輸出方式，中斷與DMA的請求、響應和處理。

　　計算機組成原理第六章——運算方法和相關的運算器。儘管有些計算比較麻煩，可這些是學習的基礎。以及相關的指令系統和處理器的工作原理。使我們在概論的基礎上對計算機組成原理有了更深一步的瞭解。

　　計算機組成原理第七章——指令系統。控制單元必須要發出相應的指令，機器才能完成相應的操作。本章介紹了指令的一般格式和定址方式，不同的定址方式運算元的有效地址計算也是不同的。

　　計算機組成原理第八章，是重點的重點——中央處理器。重點掌握到內容很多：CPU的功能與基本組成，微程式控制器的相關與微程式設計技術。

　　計算機組成原理第九章——控制單元的功能。指令週期分為4個階段，即取指週期、間址週期、執行週期和中斷週期。控制單元會為完成不同指令所發出的各種操作命令。

　　計算機組成原理第十章——控制單元的設計。有兩種設計方法：組合邏輯設計和微程式設計。

　　通過本課程讓我瞭解到，本課程是計算機專業本科生必修的硬體課程中重要核心課程之一。基本要求是使學生掌握計算機常用的邏輯器件、部件的原理、引數及使用方法，學懂簡單、完備的單臺計算機的基本組成原理。當我第一次接觸這門課程時有些枯燥、乏味，學起來很吃力，但我還是決心努力學好這門課程。因為它不僅是專業課，而且以後也是考研科目，而且它的具有重要的承上啟下的作用，如果學不好，那在以後專業課的學習中就會遇到更多的難點和困惑，很容易形成破罐子破摔的情形。

　　現在一個學期就快要過去了，基本的課程也已結束。由於老師細緻全面的講授和我自己課下的反覆學習，這門課已經在我心裡形成了一個大概的理解和知識體系，有種“山重水複疑無路，柳暗花明又一村”的感覺。

　　結語

　　計算機組成原理是計算機專業本科生必修的硬體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器件、部件的原理、引數及使用方法，學懂簡單、完備的單臺計算機的基本組成原理，學習計算機設計中的入門性知識，掌握維護、使用計算機的技能。計算機組成原理是計算機專業的基礎課。

　　通過對計算機組成原理知識的整理和實際應用，我深刻了解到掌握計算機組成原理的重要姓，瞭解到了計算機組成原理學基礎在生活、工作等生活各個方面的重要姓和不可缺少姓。另一方面，通過學習也認識到了計算機組成原理學在一些微小方面一些不足和亟待於解決的問題或者小缺陷，這是我通過整理計算機組成原理而獲得的極大收穫。我相信這次的學習會對我以後的學習和工作產生非常大的影響力。

　　這門課對於使我們瞭解現代計算機的各個組成部分及其工作原理具有重要作用，對於我們後續課程的學習無疑也具有積極的意義。

　　六參考文獻

　　[1]唐朔飛.計算機組成原理[M].北京：高等教育出版社，2000.

　　[2]唐朔飛.計算機組成原理：學習指導與習題解答[M].北京：高等教育出版社，2005.

　　[3]孫德文，等.微型計算機技術[M].修訂版.北京：高等教育出版社，2006.

　　[4]張晨曦，等.計算機體系結構[M].2版.北京：高等教育出版社，2006.

　　[5]白中文，等.計算機組成原理[M].3版.北京：高等教育出版社，2002.

　　[6]STALLINGSW.