计算机组成原理论文8000字

计算机组成原理是计算机专业人员必须掌握的基础知识。显而易见《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业的一门核心的专业必修课程。下面是我给大家推荐的计算机组成原理相关论文，希望大家喜欢!

计算机组成原理相关论文篇一

《浅谈计算机组成原理》

摘要：计算机组成原理是计算机科学与技术专业的主干硬件专业基础课，本书突出介绍计算机组成的一般原理，不结合任何具体机型，在体系结构上改变了过去自底向上的编写习惯，采用从外部大框架入手，层层细化的叙述方法，即采用自顶向下的分析方法，详述了计算机组成原理，使读者更容易形成计算机的整体概念。此外，为了适应计算机科学发展的需要，除了叙述基本原理外，本书还增加了不少新的内容，书中举例力求与当代计算机技术相结合，考虑到不好学校不设外部设备课程，故本书适当地增加了外存和外部设备的内容。通过本书的学习，可以对计算机的原理有个整体的概念，能有个大概的了解，对待不同的机型以后也会好掌握的。

关键字：计算机组成原理;课程;作用

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不断的更新自己关于计算机的知识，以适应市场的需要。其实在大学四年里，我们并不能学到很多的知识，我们学习的只不过是如何学习的能力，大学就是培养学生各种能力的地方。在大学里学到的知识很多是你以后走上社会用不到的。这就要求我们在学习课本上的理论知识的同时，还应从中学习到学习的能力。

计算机组成原理是硬件系列课程中的核心课程，是计算机专业重要的专业基础课，它对其它课程有承上启下的作用，它的先修课程为“汇编语言”、“数字逻辑”，它又与“计算机系统结构”、“操作系统”、“计算机接口技术”等课程密切相关。它的主要教学任务是要求学生能系统地理解计算机硬件系统的逻辑组成和工作原理，培养学生对计算机硬件结构的分析、应用、设计及开发能力。它既有自身的完整理论体系，又有很强的实践性。该课程具有知识面、内容多、抽象枯燥、难理解、更新快等特点。

课程主要内容和基本原理

(一)本书的主要内容

该课程主要讲解简单、单台计算机的完整组成原理和内部运行机制，包括运算器部件、控制器部件、存储器子系统、输入/输出子系统(总线与接口等)与输入/输出系统设备，围绕各自的功能、组成、设计、实现、使用等知识进行介绍。

(二)本课程的特点

这本书摆脱了传统，死板的编写方法，采用从整体框架入手，自顶向下，由表及里，层层细化的叙述方法，通过对计算机系统概述，总线系统等的深入剖析和详细讲解，使我们能形象的理解计算机的基本组成和工作原理。而且为了适应计算机科学发展的需要，除了叙述基本原理外，书中还增加了新的内容，书中举例力求与当代计算机技术相结合。

而且该课程的工程性、实践性、技术性比较强，还强调培养学生的动手动脑能力、开创与创新意识、实验技能，这些要求更多的是通过作业、教学实验等环节完成，要求学生有意识地主动加强这些方面的练习与锻炼。

(三)本课程的作用

计算机组成原理课，对于许多必须学习这门课的学生来说都会感到困难和不理解，为什么要学习这门课，本人在这里可以打个比喻。在过去每个人都会造人，但是都不清楚他的详细过程，现在由于科学家的工作，使得我们都清楚了他的过程，就使得我们能够创造出来比较优良的人来了。用计算机的过程和这个差不多，当我们明白了计算机的组成和工作原理以后，我们就可以更好的使用好计算机，让它为我们服务。

1、实际应用

首先我认为在《计算机组成原理》这本书中学到的有关计算机原理方面的知识，对我们以后了解计算机以及和计算机打交道，甚至在以后应用计算机时，都可能会有很大的益处，计算机原理的基本知识是不会变的，变也只是会在此基础上，且不会偏离这些最基本的原理，尤其是这本计算机组成原理介绍的计算机原理是一种一般的计算机原理，不是针对某一个特定的机型而介绍的，下面我们来谈谈系统总线的发展和应用。

2、定义

总线，英文叫作“BUS”,即我们中文的“公共车”，这是非常形象的比如，公共车走的路线是一定的，我们任何人都可以坐公共车去该条公共车路线的任意一个站点。如果把我们人比作是电子信号，这就是为什么英文叫它为“BUS”而不是“CAR”的真正用意。当然，从专业上来说，总线是一种描述电子信号传输线路的结构形式，是一类信号线的集合，是子系统间传输信息的公共通道[1]。通过总线能使整个系统内各部件之间的信息进行传输、交换、共享和逻辑控制等功能。如在计算机系统中，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主机相连接，外部设备通过相应的接口电路再于总线相连接。

3、工作原理

系统总线在微型计算机中的地位，如同人的神经中枢系统，CPU通过系统总线对存储器的内容进行读写，同样通过总线，实现将CPU内数据写入外设，或由外设读入CPU。微型计算机都采用总线结构。总线就是用来信息的一组通信线。微型计算机通过系统总线将各部件连接到一起，实现了微型计算机内部各部件间的信息交换。一般情况下，CPU提供的信号需经过总线形成电路形成系统总线。系统总线按照传递信息的功能来分，分为地址总线、数据总线和控制总线。这些总线提供了微处理器(CPU)与存储器、输入输出接口部件的连接线。可以认为，一台微型计算机就是以CPU为核心，其它部件全“挂接”在与CPU相连接的系统总线上。这种总线结构形式，为组成微型计算机提供了方便。人们可以根据自己的需要，将规模不一的内存和接口接到系统总线上，很容易形成各种规模的微型计算机。

4、分类：

总线分类的方式有很多，如被分为外部和内部总线、系统总线和非系统总线等等，下面是几种最常用的分类方法。

(1)按功能分

最常见的是从功能上来对数据总线进行划分，可以分为地址总线、数据总线、和控制总线。在有的系统中，数据总线和地址总线可以在地址锁存器控制下被共享，也即复用。

地址总线是专门用来传送地址的。在设计过程中，见得最多的应该是从CPU地址总线来选用外部存储器的存储地址。地址总线的位数往往决定了存储器存储空间的大小，比如地址总线为16位，则其最大可存储空间为216(64KB)。

数据总线是用于传送数据信息，它又有单向传输和双向传输数据总线之分，双向传输数据总线通常采用双向三态形式的总线。数据总线的位数通常与微处理的字长相一致。例如Intel8086微处理器字长16位，其数据总线宽度也是16位。在实际工作中，数据总线上传送的并不一定是完全意义上的数据。

控制总线是用于传送控制信号和时序信号。如有时微处理器对外部存储器进行操作时要先通过控制总线发出读/写信号、片选信号和读入中断响应信号等。控制总线一般是双向的，其传送方向由具体控制信号而定，其位数也要根据系统的实际控制需要而定。

(2)按传输方式分

按照数据传输的方式划分，总线可以被分为串行总线和并行总线。从原理来看，并行传输方式其实优于串行传输方式，但其成本上会有所增加。通俗地讲，并行传输的通路犹如一条多车道公路，而串行传输则是只允许一辆汽车通过单线公路。目前常见的串行总线有SPI、I2C、USB、IEEE1394、RS232、CAN等;而并行总线相对来说种类要少，常见的如IEEE1284、ISA、PCI等。

(3)按时钟信号方式分

按照时钟信号是否独立，可以分为同步总线和异步总线。同步总线的时钟信号独立于数据，也就是说要用一根单独的线来作为时钟信号线;而异步总线的时钟信号是从数据中提取出来的，通常利用数据信号的边沿来作为时钟同步信号。

5、发展简史

计算机系统总线的详细发展历程，包括早期的PC总线和ISA总线、PCI/AGP总线、PCI-X总线以及主流的PCIExpress、HyperTransport高速串行总线。从PC总线到ISA、PCI总线，再由PCI进入PCIExpress和HyperTransport体系，计算机在这三次大转折中也完成三次飞跃式的提升。

与这个过程相对应，计算机的处理速度、实现的功能和软件平台都在进行同样的进化，显然，没有总线技术的进步作为基础，计算机的快速发展就无从谈起。业界站在一个崭新的起点：PCIExpress和HyperTransport开创了一个近乎完美的总线架构。而业界对高速总线的渴求也是无休无止，和都将提上日程，它们将会再次带来效能提升。在计算机系统中，各个功能部件都是通过系统总线交换数据，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。

6、心得体会

自从上了大学后，进入这个专业后才能这么经常的接触到电脑，才能学到有关电脑方面的知识。正因为接触这类知识比较的晚，所以学习这方面的知识感觉到吃力。学习了这门课后觉得，计算机组成原理确实很难，随着计算机技术和电子技术的飞速发展。计算机内部结构日趋复杂和庞大而且高度集成化。这使的我们普遍感到计算机组成原理这门课难学、难懂、概念抽象、感性认识差。在计算机技术快速发展的今天，新技术、新理论从提出到实际应用的周期大大缩短。我们很难在有限的教学时间内.在理解掌握基本知识技能的基础上。学习新知识、新技术，很难增强我们的学习兴趣。也就更谈不上能够利用基本原理解决在学习过程中所遇到的新问题。

当进入第四章，存储器的学习时，各种问题就不断的出现，尤其在进行存储器容量扩展时，很多的问题都是似懂非懂的，在做题目时，也是犯各种各样的错误。在第五章的学习中，对于I/O设备与主机交换信息的控制方式中的程序查询方式，程序中断方式和DMA方式有了点了解。最难的就要数中央处理器和控制单元了。对于计算机运算方法，这个没太搞懂，像定点运算中的乘法运算和除法运算，又是用的什么原码一位乘、原码两位乘、补码一位乘、补码两位乘。总之，我是被绕晕了。还有就是控制单元的设计方法微程序设计，这个知识点也是不太懂，总的来说这门课程，学得不是很好。可是通过这门课的学习，我也学习到了很多以前不知道的知识：计算机都有些什么硬件，都有哪几类总线，总线在计算机中又扮演着什么角色。计算机中的存储器有哪些等等。让我对计算机有了一个大致的了解。至少我不再像以前那样对计算机什么也都不懂。

结语：

通过学习这门课程，我们能够从中得到有关计算机方面的知识，但是更多的是这门课程可以培养我们以下能力：

1、系统级的认识能力。建立整机概念，掌握自项向下的问题分析能力，既能理解系统各层次的细节，又能站在系统总体的角度从宏观上认识系统，然后将系统很好的分解为功能模块。这种理解必须超越各组成部分的实现细节，而认识到计算机的软件系统和硬件系统的结构以及它们建立和分析的过程，这一过程是应该以深入理解计算机组成原理为基础的。

2、培养学生理论联系实际的能力。计算机实践教学是计算机课程的重要环节，学好计算机仅靠理论知识是不够的，课堂讲授是使学生掌握计算机的基本知识和基本技能，而计算机实践教学的目的是要通过实际操作将所学到的知识付诸实际，是课堂教学的延伸和补充。计算机设计与实践就是从理论、抽象、设计三个方面将计算机系统内部处理器、存储器、控制器、运算器、外设等各个部分联系起来，达到互相支撑、互相促进进。

参考文献

[1]唐硕飞主编计算机组成原理高等教育出版社

[2]陈金儿,王让定,林雪明,等.基于CC2005的“计算机组成原理与结构”课程改革[J].计算机教育,2006(11):33-37.

[3]郑玉彤.《计算机组成原理》课程实现的比较研究[J].中央民族大学学报,2003,12(1):79-82.

[4]刘旭东,熊桂喜.“计算机组成原理”的课程改革与实践[J].计算机教育,2009(7):74-76.

[5]赵秋云,何嘉,魏乐.对《计算机组成原理》课程教学模式的探讨[J].电脑知识与技术,2008,4(3):693-694.

[6]姚爱红,张国印,武俊鹏.计算机专业硬件课程实践教学研究[J].计算机教育,2007(12):29-31.

计算机组成原理相关论文篇二

《计算机组成及其控制单元》

摘要：本论文主要论述了冯-诺依曼型计算机的基本组成与其控制单元的构建方法，一台计算机的核心是cpu，cpu的核心就是他的控制单元，控制单元好比人的大脑，不同的大脑有不同的想法，不同的控制单元也有不同的控制思路。所以，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。而冯诺依曼型计算机是计算机构建的经典结构，正是现代计算机的代表。

关键字：冯诺依曼型计算机，计算机的组成，指令系统，微指令

一.计算机组成原理课程综述：

本课程采用从外部大框架入手，层层细化的叙述方法，先是介绍计算机的基本组成，发展和展望。后详述了存储器，输入输出系统，通信总线，cpu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：

A.计算机的组成：

冯诺依曼型计算机主要有五大部件组成：运算器，存储器，控制器，输入输出设备。

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。总线按功能和规范可分为三大类型:

(1)片总线(ChipBus,C-Bus)

又称元件级总线，是把各种不同的芯片连接在一起构成特定功能模块(如CPU模块)的信息传输通路。

(2)内总线

又称系统总线或板级总线，是微机系统中各插件(模块)之间的信息传输通路。例如CPU模块和存储器模块或I/O接口模块之间的传输通路。(3)外总线又称通信总线，是微机系统之间或微机系统与其他系统(仪器、仪表、控制装置等)之间信息传输的通路，如EIARS-232C、IEEE-488等。其中的系统总线，即通常意义上所说的总线，一般又含有三种不同功能的总线，即数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB。

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。

按照与CPU的接近程度，存储器分为内存储器与外存储器，简称内存与外存。内存储器又常称为主存储器(简称主存)，属于主机的组成部分;外存储器又常称为辅助存储器(简称辅存)，属于外部设备。CPU不能像访问内存那样，直接访问外存，外存要与CPU或I/O设备进行数据传输，必须通过内存进行。在80386以上的高档微机中，还配置了高速缓冲存储器(cache)，这时内存包括主存与高速缓存两部分。对于低档微机，主存即为内存。

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。程序查询方式是由cpu通过程序不断的查询I/O设备是否做好准备，从而控制其与主机交换信息。

程序中断方式不查询设备是否准备就绪，继续执行自身程序，只是当I/o设备准备就绪并向cpu发出中断请求后才给予响应，这大大提高了cpu的工作效率。

在DMA方式中，主存与I/O设备之间有一条数据通路，主存与其交换信息时，无需调用中断服务程序。

4.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。

实现运算器的操作，特别是四则运算，必须选择合理的运算方法。它直接影响运算器的性能，也关系到运算器的结构和成本。另外，在进行数值计算时，结果的有效数位可能较长，必须截取一定的有效数位，由此而产生最低有效数位的舍入问题。选用的舍入规则也影响到计算结果的精确度。在选择计算机的数的表示方式时，应当全面考虑以下几个因素：要表示的数的类型(小数、整数、实数和复数)：决定表示方式，可能遇到的数值范围：确定存储、处理能力。数值精确度：处理能力相关;数据存储和处理所需要的硬件代价：造价高低。运算器包括寄存器、执行部件和控制电路3个部分。在典型的运算器中有3个寄存器：接收并保存一个操作数的接收寄存器;保存另一个操作数和运算结果的累加寄存器;在运算器进行乘、除运算时保存乘数或商数的乘商寄存器。执行部件包括一个加法器和各种类型的输入输出门电路。控制电路按照一定的时间顺序发出不同的控制信号，使数据经过相应的门电路进入寄存器或加法器，完成规定的操作。为了减少对存储器的访问，很多计算机的运算器设有较多的寄存器，存放中间计算结果，以便在后面的运算中直接用作操作数。

B.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.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)。

2.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。微指令格式大体分成两类:水平型微指令和垂直型微指令。

从指令与微指令，程序与微程序，地址与微地址的一一对应关系上看，前者与内存储器有关，而后者与控制存储器(它是微程序控制器的一部分。微程序控制器主要由控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三部分组成。其中，微指令寄存器又分为微地址寄存器和微命令寄存器两部分)有关。同时从一般指令的微程序执行流程图可以看出。每个CPU周期基本上就对应于一条微指令。

三.心得体会;

在做完这次课程论文后，让我再次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。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。计算机从早期的简单功能，到现在的复杂操作，都是一点一滴发展起来的。这种层次化的让我体会到了，凡事要从小做起，无数的‘小’便成就了‘大’。

现在计算机仍以惊人的速度发展，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。计算机界据此总结出了“摩尔法则”，该法则认为每18个月左右计算机性能就会提高一倍。

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。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：

【1】计算机组成原理，唐朔飞

【2】计算机组成原理，白中英

计算机组成原理存储器（期末论文） 绵阳师范学院计算机组成原理(期末论文)题 目 微型计算机的存储器 作 者 *** 单 位 数计学院07级7班(07084207**) 指 导教 师 *** 论文工作时间 2009年5月 摘要 随着微型计算机的迅速普及和发展，人们对计算机的功能要求已不再是限于单纯的计算和数据处理了，而是向着融合图像、声音、文字为一体的多媒体机和大型娱乐型机发展，在这一发展过程中，存储器逐渐成为了人们关注的热点，这里，我们将对存储器的有关知识做进一步详细的介绍。 关键字 微型计算机 存储器 分类 性能指标 存储器是计算机系统内最主要的记忆装置，能够把大量计算机程序和数据存储起来，既能接收计算机内的信息（数据和程序），又能保存信息，还可以根据命令读取已保存的信息。 存储器按功能可分为主存储器和辅助存储器，按存放位置又可分为内存储器和外存储器。 存储器的性能指标主要由容量、存取速度、可靠性和性能/性价比决定。 存储器的分类 存储器按功能可分为主存储器（简称主存）和辅助存储器（简称辅存）。主存是相对存取速度快而容量小的一类存储器，辅存则是相对存取速度慢而容量很大的一类存储器。 主存储器，也称为内存储器（简称内存），内存直接与CPU相连接，是计算机中主要的工作存储器，当前运行的程序与数据存放在内存中。 辅助存储器也称为外存储器（简称外存），计算机执行程序和加工处理数据时，外存中的信息按信息块或信息组先送入内存后才能使用，即计算机通过外存与内存不断交换数据的方式使用外存中的信息。 一个存储器中所包含的字节数称为该存储器的容量，简称存储容量。存储容量通常用KB、MB或GB表示，其中B是字节（Byte），并且1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB。例如，640KB就表示640×1024=655360个字节。 （1）内存储器 现代的内存储器多半是半导体存储器，采用大规模集成电路或超大规模集成电路器件。内存储器按其工作方式的不同，可以分为随机存取存储器（简称随机存储器或RAM）和只读存储器（简称ROM）。 随机存储器。随机存储器允许随机的按任意指定地址向内存单元存入或从该单元取出信息，对任一地址的存取时间都是相同的。由于信息是通过电信号写入存储器的，所以断电时RAM中的信息就会消失。计算机工作时使用的程序和数据等都存储在RAM中，如果对程序或数据进行了修改之后，应该将它存储到外存储器中，否则关机后信息将丢失。通常所说的内存大小就是指RAM的大小，一般以KB或MB为单位。 只读存储器。只读存储器是只能读出而不能随意写入信息的存储器。ROM中的内容是由厂家制造时用特殊方法写入的，或者要利用特殊的写入器才能写入。当计算机断电后，ROM中的信息不会丢失。当计算机重新被加电后，其中的信息保持原来的不变，仍可被读出。ROM适宜存放计算机启动的引导程序、启动后的检测程序、系统最基本的输入输出程序、时钟控制程序以及计算机的系统配置和磁盘参数等重要信息。 （2）外存储器 PC常用的外存是软磁盘（简称软盘）和硬磁盘（简称硬盘），目前，光盘的使用也越来越普及。下面介绍常用的三种外存： 软盘：目前计算机常用的软盘按尺寸划分有英寸盘（简称5寸盘）和英寸盘（简称3寸盘）。 二者之间的主要区别是：英寸盘的尺寸比英寸盘小，由硬塑料制成，不易弯曲和损坏；英寸盘的边缘有一个可移动的金属滑片，对盘片起保护作用，读写槽位于金属滑片下，平时被盖住：英寸盘无索引孔；英寸盘的写保护装置是盘角上的一个正方形的孔和一个滑块，当滑块封住小孔时，可以对盘片进行读写操作，当小孔打开时，则处于写保护状态。 软盘记录信息的格式是：将盘片分成许多同心圆，称为磁道，磁道由外向内顺序编号，信息记录在磁道上。另外，从同心圆放射出来的若干条线将每条磁道分割成若干个扇区，顺序编号。这样，就可以通过磁道号和扇区号查找到信息在软盘上存储的位置，一个完整的软盘存储系统是由软盘、软盘驱动器和软驱适配卡组成。 软盘只能存储数据，如果要对它进行读出或写入数据的操作，还必须有软盘驱动器。软盘驱动器位于主机箱内，由磁头和驱动装置两部分组成。磁头用来定位磁道，驱动装置的作用是使磁盘高速旋转，以便对磁盘进行读写操作。软驱适配卡是连接软盘驱动器与主板的专用接口板，通过34芯扁平电缆与软盘驱动器连接。 硬盘：从数据存储原理和存储格式上看，硬盘与软盘完全相同。但硬盘的磁性材料是涂在金属、陶瓷或玻璃制成的硬盘基片上，而软盘的基片是塑料的。硬盘相对软盘来说，主要是存储空间比较大，现在的硬盘容量已在160GB以上。硬盘大多由多个盘片组成，此时，除了每个盘片要分为若干个磁道和扇区以外，多个盘片表面的相应磁道将在空间上形成多个同心圆柱面。 通常情况下，硬盘安装在计算机的主机箱中，但现在已出现多种移动硬盘。这种移动硬盘通过USB接口和计算机连接，方便用户携带大容量的数据。 光盘：随着多媒体技术的推广，光盘以其容量大、寿命长、成本低的特点，很快受到人们的欢迎，普及相当迅速。与磁盘相比，光盘的读写是通过光盘驱动器中的光学头用激光束来读写的。目前，用于计算机系统的光盘有三类：只读光盘（CD-ROM）、一次写入光盘（CD-R）和可擦写光盘（CD-RW）。 存储器的性能指标 1、存储器容量存储器容量是指存储器可以容纳的二进制信息总量，即存储信息的总位（Bit）数。设微机的地址线和数据线位数分别是p和q，则该存储器芯片的地址单元总数为2p，该存储器芯片的位容量为2p × q。例如：存储器芯片6116，地址线有11根，数据线有8根，则该芯片的位容量是：位容量=211 ×8 = 2048 ×8 = 16384位存储器通常是以字节为单位编址的，一个字节有8位，所以有时也用字节容量表示存储器容量，例如上面讲的6116芯片的容量为2KB，记作2K ×8，其中：1KB = 1024B(Byte)=1024 ×8 =8192位存储器容量越大，则存储的信息越多。目前存储器芯片的容量越来越大，价格在不断地降低，这主要得益于大规模集成电路的发展。 2、存取速度存储器的速度直接影响计算机的速度。存取速度可用存取时间和存储周期这两个时间参数来衡量。存取时间是指CPU发出有效存储器地址从而启动一次存储器读写操作，到该读写操作完成所经历的时间，这个时间越小，则存取速度越快。目前，高速缓冲存储器的存取时间已小于5ns。存储周期是连续启动两次独立的存储器操作所需要的最小时间间隔，这个时间一般略大于存取时间。 3、可靠性 存储器的可靠性用MTBF(Mean Time Between Failures)平均故障间隔时间来衡量， MTBF越长，可靠性越高，内存储器常采用纠错编码技术来延长MTBF以提高可靠性。 4、性能/价格比 这是一个综合性指标，性能主要包括上述三项指标—存储容量、存储速度和可靠性。对不同用途的存储器有不同的要求。例如，有的存储器要求存储容量，则就以存储容量为主；有的存储器如高速缓冲器，则以存储速度为主。 现在普遍通用的存储器 一、半导体存储器的特点分类 1、半导体存储器的特点 ⑴ 速度快，存取时间可到ns级； ⑵ 集成度高，不仅存储单元所占的空间小，而且译码 电路和缓冲寄存器、读出写入电路等都制作在同一芯片中。目前已达到单片1024Mb（相当于128M字节）。 ⑶ 非破坏性读出，即信息读出后存储单元中的信息还在，特别是静态RAM，读出后不需要再生。 ⑷ 信息的易失性（对RAM），即断电后信息丢失。 ⑸ 信息的挥发性（对DRAM），即存储的信息过一定时间要丢失，所以要周期地再生（刷新）。 ⑹ 功耗低，特别是CMOS存储器。 ⑺ 体积小，价格在不断地下降。 2、半导体存储器的分类 主要分为两大类，可读写存储器RAM和只读存储器ROM。 RAM分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两种。目前计算机内的主存储器都是DRAM，它的集成度高、功耗很低，缺点是需要再生。SRAM是非挥发的，所以不需要再生，但集成度比DRAM要低，计算机中的高速缓冲存储器大多用SRAM.现在有一些新的RAM，如组合RAM（IRAM），将刷新电路与DRAM集成在一起；非易失RAM（NVRAM），实际上是由SRAM和EEPROM共同构成。正常情况下，它和一般SRAM一样，而在系统掉电瞬间它把SRAM中的信息保存在EEPROM中，从而使信息不丢失。只读存储器ROM的特点是用户在使用时只能读出其中的信息，不能修改和写入信息。近几年出现了一中新的存储器叫Flash存储器（闪烁存储器），这是一种电可擦除的非易失性只读存储器。 二、半导体存储器的组成 它一般由存储体、地址选择电路、输入输出电路和控制电路组成。 1、存储体 存储体是存储1和0信息的电路实体，它由许多个存储单元组成，每个存储单元一般由若干位(8位)组成，每一位需要一个存储元件，每个存储单元有一个编号，称为地址。存储器的地址用一组二进制数表示，其地址线的根数n与存储单元的数量N之间的关系为：2n = N 2、地址选择电路 地址选择电路包括地址译码器和地址码寄存器。地址译码器用来对地址译码。设其输入端的地址线有n根，输出线数为N，则它分别对应2n个不同的地址码，作为对地址单元的选择线。这些输出的选择线又叫做字线。地址译码的方式有两种： ⑴ 单译码方式 它的全部地址码只用一个电路译码，译码输出的字选择线直接选中对应的存储单元。这一方式需要的选择线数较多，只适用于容量较小的存储器。 ⑵ 双译码方式（或称矩阵译码） 它将地址码分为X与Y两部分，用两个译码电路分别译码。X向译码称为行译码，其输出线称为行选择线，它选中存储矩阵中一行的所有存储单元。Y向译码又称为列译码，其输出线称为列选择线，它选中一列的所有单元。只有X向和Y向的选择线同时选中的那一位存储单元，才能进行读写操作。由图可见，具有1024个基本单元的存储体排列成32×32的矩阵，它的 X向和Y向译码器各有32根译码输出线，共64根。若采用单译码方式，则要1024根译码输出线。因此，双译码方式所需要的选择线数目较少 ，也简化了存储器的结构，故它适用于大容量的存储器。 3、读写控制电路 读写控制电路包括读写放大器、数据寄存器（三态双向缓冲器）等。它是数据信息输入输出的通道。外界对存储器的控制信号有读信号RD、写信号WR和片选信号CS。 参考文献 1、《计算机组成原理》第二版，唐朔飞 编著，高等教育出版社， 2、《微型计算机原理与应用》肖金立 编著，电子工业出版社，2003-1 3、计算机组成原理实验指导书与习题集》（王成，周继群，蔡月茹著）清华大学出版社出版 4、《计算机组成原理学习指导训练》（旷海兰，刘彦，蒋翰洋等编著）中国水利水电出版社出版

“计算机组成原理”课程论文摘要：《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业的一门核心的专业必修课程。本门课程采用从计算机的整体知识框架入手，逐步展开说明。详细讲述了计算机组成原理，计算机是一台由许多独立部件构成的机器，它的功能可由其各个独立部件的功能来描述，而每个独立部件又可以由其内部更精细的结构和功能来描述。根据计算机组成原理的结构，本门课程把课程内容分为四大模块：（1）计算机的概论；（2）计算机系统的硬件结构；（3）中央处理器；（4）控制单元；四个模块一次递进，逐步进入计算机的内核部分。计算机系统由“硬件”和“软件”两大部分组成。计算机的软件由可以分为“系统软件”和“应用软件”两种。系统软件用来管理计算机；应用软件用来实现各项用户功能。计算机软件实现这些功能的基础是硬件的支持。在一定程度上硬件的功能和软件的功能可以相互替代，硬件的功能是速度快，但实现起来难度大，电路复杂，可移植性查；软件更加灵活，但是运行的素的并硬件慢很多。一、本书主要知识点第一篇 概论1、第一章 计算机系统概论（1）主要知识点本章重点突出计算机组成的概貌和框架，由此简洁明了地了解计算机内部的工作过程实际上是指令流和数据流在此框架内由I/O→存储器→CPU→存储器→I/O 的过程，是通过逐条取指令、分析指令和执行指令来运行程序的。同时要了解到当今计算机尽管发展到千变万化的程度，但其最根本的组成原理还是基于冯诺依曼的结构。（2）内容掌握情况本章介绍了计算机硬件的基本组成、计算机体系结构、以及计算机系统层次结构。通过本章的学习对于计算机的宏观结构有了一个总体的概念，明白了计算机是由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成计算机系统，并规定了这五部分的基本功能。通过没个基本部件实现相关的功能，从而形成一个完整的计算机框架结构。图1 计算机的结构冯诺依曼计算机的特点是本章学习的重点内容，事先将程序(包含指令和数据)存入主存储器中，计算机在运行程序时就能自动地、连续地从存储器中依次取出指令且执行。这是计算机能高速自动运行的基础。计算机的工作体现为执行程序，计算机功能。如果程序现在是顺序执行的，每取出一条指令后PC内容加l，指示下一条指令该从何处取得.如果程序将转移到某处，就将转移的目标地址送入PC，以便按新地址读取后继指令。所以，PC就像一个指针，一直指示着程序的执行进程，也就是指示控制流的形成。虽然程序与数据都采用二进制代码，仍可按照PC的内容作为地址读取指令，再按照指令给出的操作数地址去读取数据。 通过第一章的学习，从宏观上引入了计算机的组成原理和工作原理，本书就是围绕计算机的这种结构，展开说明计算的组成以及如何工作的。2、第二章 计算机的发展及应用第二章作为自学内容，讲述了计算机的发展史，通过历史来展示现在计算机所处的发展阶段。从1946 年ENIAC 诞生到二十世纪五、六十年代，由于构成计算机的元器件发展变化（由电子管→晶体管→集成电路），使计算机的性能有了很大提高，每隔6 至7 年，计算机便更新换代一次，运算速度约提高一个数量级。而到了二十世纪七十年代，自从Intel 公司生产了第一个微处理器芯片后，随着集成度成倍的提高，以每隔18 个月表1 计算机的发展历程芯片上的晶体管数就翻一番的速度使计算机得到极为广泛的应用，以至整个社会从制造时代进入到信息时代，出现了知识大爆炸。第二篇 计算机系统的硬件结构3、第三章 系统总线图2 总线实现结构示意图总线是计算机中一个非常重要的部件，在计算机中，各个部件之间是相对独立工作的。但是各个部件之间的联系又是非常紧密的，彼此之间需要大量的数据交换。为此引出了总线这个部件。计算机系统的五大部件之间互联方式有两种，一种是各个部件之间使用单独的连线，称为分散链接；另一种是将各部件连到一组公共信息传输线上，称为总线连接。本章重点研究总线的连接方式。总线是连接多个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质。总线按照传输方式可以分为并行传输总线和串行传输总线；总线按照连接部件的不同可以分为片内总线、系统总线和通信总线。总线的特性和性能指标，根据总线的不同分别研究了总线的特性、性能标准和总线的行业标准。总线的用处不同则有单总线结构和多总线结构。由于总线是多个部件同时使用，因此存在总线的判优逻辑。4、第四章 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。随着计算机发展，存储器在系统中的地步越来越重要。图3 存储器的分类存储器在计算机中可实现如下功能：输入设备输入程序和数据,存储器写操作；CPU读取指令,存储器读操作；CPU执行指令时需读取操作数,存储器读操作；CPU将处理的结果存入存储器 ,存储器写操作；输出设备输出结果, 存储器读操作；对于一个存储器来说需要明白以下概念：存储元：存储器的最小组成单位，用以存储1位二进制代码。存储单元：是CPU访问存储器基本单位，由若干个具有相同操作属性的存储元组成。单元地址：在存储器中用以标识存储单元的唯一编号，CPU通过该编号访问相应的存储单元。字存储单元：存放一个字的存储单元，相应的单元地址叫字地址。字节存储单元：存放一个字节的存储单元，相应的单元地址叫字节地址按字寻址计算机：可编址的最小单位是字存储单元的计算机。按字节寻址计算机：可编址的最小单位是字节的计算机。存储体：存储单元的集合，是存放二进制信息的地方。本章运用以前学过的电路知识和本章所学的半导体存储芯片，设计存储器和CPU 的连接电路。注意要合理选用芯片，以及CPU 和存储器芯片之间的地址线、数据线和控制线的连接。5、第五章 输入输出系统输入输出系统是计算机中一个非常重要的逻辑部件。随着计算机系统的不断发展，应用范围不断扩大，I/O设备的数量和种类也越来越多，它们与主机的联络方式及信息的交换方式也不相同。由于输入输出设备工作速度与计算机主机的工作速度极不匹配.为此，既要考虑到输入输出设备工作的准确可靠，又要充分挖掘主机的工作效率。本章重点分析I/O设备与主机交换信息的三种控制方式（程序查询、中断和DMA）及其相应的接口功能和组成，对记住几种常用的I/O设备也进行简单介绍。（1）程序中断方式 中断：计算机在执行正常程序的过程中，出现某些异常事件或某种请求时，处理器暂停执行当前程序，转而执行更紧急的程序，并在执行结束后,自动恢复执行原先程序的过程。 特点： 硬件结构较查询方式复杂些、服务开销时间较大、主程序与设备并行运行,CPU效率较高，具有实时响应的能力。 （2）中断处理过程。中断处理过程为：中断请求→中断源识别判优→中断响应→中断处理→中断返回中断源： 引起中断事件的来源。判优： 找出优先级最高的中断源给予响应。中断源识别：采用的方法有： 软件查询法；硬件排队法； 矢量中断。CPU响应中断的条件：至少有一个中断源请求中断； CPU允许中断；当前指令执行完。中断响应的工作--由硬件自动完成：关中断；保留断点信息；转到中断处理程序入口。中断处理--由软件（中断处理程序）完成。 （3）DMA传送方式特点：解决与CPU共享主存的矛盾；停止CPU访问内存CPU效率低；周期挪用，适用于外设读取周期大于内存存取周期；DMA与CPU交替访问。 适用于CPU工作周期比内存存取周期长得多的情况。第三篇 中央处理器6、第六章 计算机的运算方法计算机的应用领域极其广泛，但不论其应用在什么地方，信息在机器内部的形式都是一致的，即为0和1组成的各种编码。本章主要介绍参与运算的各类数据，以及它们在计算机中的算术运算方法。计算机中有符号数、无符号数、定点数和浮点数的各种表示，以及移位、定点补码加减运算、定点原码一位乘和两位乘及补码Booth 算法、定点原码和补码加减交替除法，以及浮点补码加减运算。本章的知识难度较大，首先研究数据的表示方法，有无符号数和有符号数。数的表示存在顶点表示和浮点表示。本章的难点在于计算机中数据的运算，定点运算、浮点四则运算。本章还研究了计算机的计算部件——算术逻辑单元。图4 ALU电路7、第七章 指令系统本章主要介绍及其指令系统的分类、常见的寻址方式、指令格式以及设计指令系统时应考虑的问题。了解机器的指令系统决定了一台计算机的功能，而一旦计算机的指令系统确定以后，计算机的硬件必须给予支持。指令系统主要体现在它的操作类型、数据类型、地址格式和寻址方法等方面。要求掌握不同的寻址方式对操作数寻址范围以及对编程的影响，掌握不同的寻址方式所要求的硬件和信息的加工过程。用计算机解题时，一般都要编制程序，程序既可用高级语言编写，亦可用机器语言编写；但计算机只能够识别和执行用机器语言编写的程序；各种高级语言编写的应用程序，最终都要翻译成机器语言来执行。机器语言是由一系列的指令（语句）组成的；指令的格式就是机器语言的语法；每条指令规定机器完成一定的功能。一台计算机的所有的指令集合称为该机的指令系统或指令集。它是程序工作者编制程序的基本依据，也是进行计算机逻辑设计的基本依据。本章中提出了对于机器指令的格式要求以及操作数和操作类型。通过本章的学习认识了指令的寻址方式，并初步了解RISC技术的产生和发展。本章的难点在于指令的寻址方式、操作数寻址方式；形成指令地址的方式，称为 指令寻址方式 。有顺序寻址和跳跃寻址两种，由指令计数器来跟踪。形成操作数地址的方式，称为 数据寻址方式 。操作数可放在专用寄存器、通用寄存器、内存和指令中。数据寻址方式有隐含寻址、立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、相对寻址、基址寻址、变址寻址、块寻址、段寻址等多种。 8、第八章 CPU的结构和功能通过本章的学习CPU的功能和基本组成， CPU的基本部分由 运算器、cache 和 控制器 三大部分组成。 CPU需具有四方面的基本功能： 指令控制 、操作控制 、 时间控制 、数据加工。 数据通路 是许多寄存器之间传送信息的通路。图5 CPU的内部结构指令的周期和指令的流水式本章研究的又一个重点内容。CPU从存储器取出一条指令并执行这条指令的时间和称为指令周期。由于各种指令的操作功能不同，各种指令的指令周期是不尽相同的。划分指令周期，是设计操作控制器的重要依据 。第四篇 控制单元9、第九章 控制单元的设计根据指令周期的4个阶段，控制单元为完成不同指令所发出的各种操作命令控制计算机的所有部件有次序地完成相应的操作，以达到执行程序的目的。计算机的功能就是执行程序。在执行程序的过程中，控制单元要发出各种微操作命令，而且不同的指令对应不同的命令。完成不同指令的过程中，有些操作时相同或相似的，如取指令、取操作数地址以及中断周期。10、第十章 控制单元的设计本章介绍控制单元的两种设计方法，要求初步掌握控制单元的两种设计方法，从而进一步理解组合逻辑控制器和微程序控制器在设计思想、硬件组成及其工作原理方面的不同。结合时序系统的概念，学会按不同指令要求，写出其相应的微操作命令及节拍安排。操作控制器设计方法硬布线控制器:组合逻辑型，采用组合逻辑技术实现；微程序控制器 存储逻辑型，以微程序解释执行机器指令，采用存储逻辑技术实现；门阵列控制器 组合逻辑与存储逻辑结合型，采用可编程逻辑器件实现。微命令是指控制部件通过控制线向执行部件发出的各种控制命令，是构成控制信号序列的最小单位。微操作是执行部件接受微命令后所进行的操作，是计算机硬件结构中最基本的操作。微周期是从控存中读取一条微指令并执行相应的一步操作所需的时间。微指令是由每个微周期的操作所需的控制命令构成一条微指令。微指令包含了若干微命令信息。微程序即一系列微指令的有序集合，可以控制实现一条机器指令。二、学习体会“计算机组成原理”是本学期的一门重点课程，通过本学期的学习发现该课程的学习难度较大，知识点很多，而且各个知识点之间的联系并不多。因此对于该课程的学习显得十分吃力。通过一个学期的学习使我逐渐理解计算机系统的层次结构。本门课程主要是学习计算机的组成结构，例如计算机是由哪些部件组成的，各个部件之间存在什么样的关系，这些关系是如何联系的，以及这些部件内部是如何工作的。在指令系统中体现了机器的属性，但指令的实现，即如何取指令、分析指令、取操作数、运算、送结果等，这些都是计算机组成原理所研究的范围。该课程向我们展示了一台计算机从宏观上是如何工作的，同时又对计算机的组成部件分开进行演示。我们从大一开始学习了程序设计课程（C语言和C++程序程序设计语言），通过这两门的课的学习，使我们初步了解了软件的工作方式，但是对于计算机在机器层面上的功过模式感到很陌生，之前学习的程序设计课程是基于高级程序设计语言，更加接近自然语言，而计算机只能处理有0和1组成的二进制代码。高级程序所描绘的语言如何通过计算机硬件转换成为计算机能够识别的二进制代买。由二进制代码组成的指令在机器中是如何运行的。本课程在“数字逻辑”的基础之上展开对计算机的描述。本门课程的学习所要把握的一个重点关键词是“数据通路”，计算机处理的始终是数字信号，计算机中的所有功能都是通过数字所表示的信息来是实现的。在计算机中，数据是如何从外部进入计算中的，这就引入了输入输出系统（I/O），I/O系统将外界的物理信号或者模拟信号转换成计算机能够识别的数字信号，通过总线系统输入计算机中，并将计算机处理后的数字信号转换成相应的模拟信号在某些外设中输出。计算机需要处理大量数据，因此需要在计算机中设立相应的存储设备用来存储信号。计算机中的存储设备分为主存和外村，它们之间可以通过总线相互交换数据。CPU是计算机汇总的核心部件，CPU包含运算器和控制器两大部分，根据冯诺依曼结构，计算机可自动完成取指令和执行指令的过程，控制器就是完成此项工作的，它负责协调并控制计算机各部件执行程序的指令序列，其基本功能是取指令、分析指令和执行指令。由于计算机中存在着五大部件，并通过这些部件的协调配合工作，使计算机能够完成各种各样的功能。