131030方彬计算机组成原理综述论文.docx

1、131030方彬计算机组成原理综述论文1204031030-方彬-计算机组成原理综述论文合肥学院计算机组成原理综述论文题 目计算机组成原理课程综述论文系 部计算机科学与技术系专 业网络工程班 级12级网络工程（1）班学生姓名方彬 1204031030指导教师张向东2014年12月24日译码器、数据选择器、编码器、 ALU的原理；常用的同步时序电路，如寄存器、移位寄存器、计数器的原理、参数及使用方法，数字化编码，数制及数制转换，数据表示，检错纠错码；数据的算术与逻辑运算，运算器的功能、组成与设计；典型机的运算器实例。计算机指令系统综述，指令格式与寻址方式；教学计算机的指令系统与汇编语言程序设计；

2、控制器的功能、组成与设计，典型机的控制器实例。多级结构的存储系统综述，主存储器的组成与设计，典型机的内存储器实例，cache存储器的运行原理，虚拟存储器的概念与实现，磁盘设备的组成与运行原理，磁盘阵列技术；光盘机的组成与运行原理，磁带机的组成与运行原理。计算机输入/输出设备与输入/输出系统综述，显示器设备，针式打印机设备，激光印字机设备；计算机总线的功能与组成，输入/输出系统的功能与组成；典型机的总线与输入/输出系统实例。几种常用的输入/输出方式，中断与DMA 的请求、响应和处理。在中央处理器中，剖析CPU的内部结构，讲述CPU的功能，包括计算机的运算、指令系统、指令流水、时序系统、中断系统及

3、控制单元。计算机之所以能协调的工作，是由控制单元（CPU）统一指挥的。本章着重分析控制单元为完成不同的指令所发出的各种操作命令。这些命令（又称控制信号）控制计算机所有部件有次序的完成计算机相应的操作，已达到执行程序的目的。第十章以十条机器指令为例，介绍控制单元的两种设计方法，组合逻辑设计和微程序设计。 具体内容可分为如下几块：（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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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。 寻址方式：A.立即寻址：操作数本身设在指令字内。B.直接寻址：指令字中的形式地址就是操作数的真实地址。C.隐含寻址：指令字中不明显地给出操作数的地址，其操作数的地址隐含在操作码或某个寄存器中。D.间接寻址：指令字中的形式地址不直接指出操作数的地址，而是指出操作数有效地址所在的存储单元地址。E.寄存器寻址：地址码字段直接指出寄存器编号，操作数在寄存器内。F.寄存器间接寻址：寄存器中存放操作数所在主存单元地址。G.基址寻址：操作数有效地址等于指令字中的形式地址

9、和基址寄存器中的内容相加。H.变址寻址：操作数有效地址等于指令字中的形式地址与变址寄存器的内容相加。I.相对寻址：有效地址是将程序计数器的内容与指令字中的形式地址相加而成。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（

10、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

11、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

12、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）实际应用： 在计算机系统中，各个功能部件都是通过总线交换数据，总线的速度对系统性能有着极大的影响。而也正因为如此，总线被誉为是计算机系统的神经中枢。但相比CPU、显卡、内存、硬盘等功能部件，总线技术的提升步伐要缓慢得多。在 PC 发展的二十余年历史中，总线只进行三次更新换代，但它的每次变革都令计算机的面貌焕然一新。 在计算机诞生并逐步成熟以来，计算机一直被作为大学和 研究机构的娇贵设备。在20世纪70年代中后期，大规模集成工艺日趋成熟，微芯片上集成的晶体管数一直按每三年翻两番的Moore

13、定律增长，微处理器的性能也按此几何级数提高，而价格也以几何级数下降，以至于以前需花数百万美元的机器变得价值仅为数千美元，至于对性能不高的微处理器芯片而言，仅花数美元就可购到。正因为如此，才使得计算机走出实验室而渗透到各个领域，乃至走进普通百姓的家 中，也使得计算机的应用范围从科学计算，数据处理等传统领域扩展到办公自动化，多媒体，电子商务，虚拟工厂，远程教育等，遍及社 会，政治，经济，军事，科技以及个人文化生活和家庭生活的各个角落。在计算机普及的今天，现代信息技术飞速发展，计算机的应用在政治、经济、文化等方方面面产生了巨大影响。而计算机的知识更新的速度非常的快，这就使得我们这些学计算机的面临着要

14、不断的更新自己关于计算机的知识，以适应市场的需要。 （四）心得体会： 在学习计算机组成原理的过程中，使我认识到学习计算机原理的重要性，通过本书的学习我了解到很多计算机方面的知识，知道计算机有层次结构和组成结构，计算机在各个组成结构的协调工作下完成很多人很难完成的功能。还了解到CPU的工作原理，CPU还可以处理很多突发事件比如：突然断电，死机时保存数据，硬件故障等等，明白了CPU功能的强大，相当于人的大脑功能。在本书的最后章节还讲到了微指令和节拍，深入到CPU内部，让我们更好的知道计算机的工作原理。总之，在这本书中，我学到了非常多的有关计算机方面的知识，使我从一个对计算机一点都不了解的盲人，变成

15、了一个初学者，我从中收益甚多。我个人认为以后的计算机要是改进的话，主要在总线和 CPU 处理功能这两个方面来改进，总线的改进可以增加数据的传送速度和数据的传送量，这正是我们以后要实现的。CPU的处理数据的能力虽然已经很强大了，但是离我们现在对计算机的处理数据要求还有一段距离，CPU的功能仍需要继续改进，其功能的强大直接影响到整个计算机的工作效率。我认为以后的计算机开发主要就在这两个方面，我以后也会在这两个方面下很大的功夫，本书给我了很多很多的有关计算机的知识。 （五）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

16、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。 最后感谢张向东老师本学期对我们孜孜不倦教育，在张老师的课堂中我们获益匪浅，使我们在学习中少走很多弯路，再次对张老师深表感谢！ （六）参考文献 【1】唐俊飞.计算机组成原理.北京：刚等教育出版社，2000. 【2】白中英,等.计算机组成原理.3版.北京：科学出版社，2002. 【3】baidu文库中的相关资源.