微型计算机组成原理,微型计算机组成原理试卷

计算机组成原理 谁会啊

计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。美藉匈牙利科学家冯·诺依曼结构（John von Neumann）奠定了现代计算机的基本结构，其特点是：

1）使用单一的处理部件来完成计算、存储以及通信的工作。

2）存储单元是定长的线性组织。

3）存储空间的单元是直接寻址的。

4）使用低级机器语言，指令通过操作码来完成简单的操作。

5）对计算进行集中的顺序控制。

6）计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成并规定了它们的基本功能。

7）彩二进制形式表示数据和指令。

8）在执行程序和处理数据时必须将程序和数据道德从外存储器装入主存储器中，然后才能使计算机在工作时能够自动调整地从存储器中取出指令并加以执行。

这就是存储程序概念的基本原理。

计算机指令

计算机根据人们预定的安排，自动地进行数据的快速计算和加工处理。人们预定的安排是通过一连串指令（操作者的命令）来表达的，这个指令序列就称为程序。一个指令规定计算机执行一个基本操作。一个程序规定计算机完成一个完整的任务。一种计算机所能识别的一组不同指令的集合，管为该种计算机的指令集合或指令系统。在微机的指令系统中，主要使用了单地址和二地址指令。其中，第1个字节是操作码，规定计算机要执行的基本操作，第2个字节是操作数。计算机指令包括以下类型：数据处理指令（加、减、乘、除等）、数据传送指令、程序控制指令、状态管理指令。整个内存被分成若干个存储单元，每个存储单元一般可存放8位二进制数（字节编址）。每个在位单元可以存放数据或程序代码。为了能有效地存取该单元内存储的内容，每个单元都给出了一个唯一的编号来标识，即地址。

计算机的工作原理

按照冯·诺依曼存储程序的原理，计算机在执行程序时须先将要执行的相关程序和数据放入内存储器中，在执行程序时CPU根据当前程序指针寄存器的内容取出指令并执行指令，然后再取出下一条指令并执行，如此循环下去直到程序结束指令时才停止执行。其工作过程就是不断地取指令和执行指令的过程，最后将计算的结果放入指令指定的存储器地址中。计算机工作过程中所要涉及的计算机硬件部件有内存储器、指令寄存器、指令译码器、计算器、控制器、运算器和输入/输出设备等，在以后的内容中将会着重介绍。

（一）计算机硬件系统

硬件通常是指构成计算机的设备实体。一台计算机的硬件系统应由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入和输出设备。这五大部分通过系统总线完成指令所传达的操作，当计算机在接受指令后，由控制器指挥，将数据众输入设备传送到存储器存放，再由控制器将需要参加运算的数据传送到运算器，由运算器进行处理，处理后的结果由输出设备输出。

中央处理器

CPU（central processing unit）意为中央处理单元，又称中央处理器。CPU由控制器、运算器和寄存器组成，通常集中在一块芯片上，是计算机系统的核心设备。计算机以CPU为中心，输入和输出设备与存储器之间的数据传输和处理都通过CPU来控制执行。微型计算机的中央处理器又称为微处理器。

控制器

控制器是对输入的指令进行分析，并统一控制计算机的各个部件完成一定任务的部件。它一般由指令寄存器、状态寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成。计算机的工作方式是执行程序，程序就是为完成某一任务所编制的特定指令序列，各种指令操作按一定的时间关系有序安排，控制器产生各种最基本的不可再分的微操作的命令信号，即微命令，以指挥整个计算机有条不紊地工作。当计算机执行程序时，控制器首先从指令指针寄存器中取得指令的地址，并将下一条指令的地址存入指令寄存器中，然后从存储器中取出指令，由指令译码器对指令进行译码后产生控制信号，用以驱动相应的硬件完成指纹操作。简言之，控制器就是协调指挥计算机各部件工作的元件，它的基本任务就是根据种类指纹的需要综合有关的逻辑条件与时间条件产生相应的微命令。

运算器

运算器又称积极态度逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）。运算器的主要任务是执行各种算术运算和逻辑运算。算术运算是指各种数值运算，比如：加、减、乘、除等。逻辑运算是进行逻辑判断的非数值运算，比如：与、或、非、比较、移位等。计算机所完成的全部运算都是在运算器中进行的，根据指令规定的寻址方式，运算器从存储或寄存器中取得操作数，进行计算后，送回到指令所指定的寄存器中。运算器的核心部件是加法器和若干个寄存器，加法器用于运算，寄存器用于存储参加运算的各种数据以及运算后的结果。

（二）存储器

存储器分为内存储器（简称内存或主存）、外存储器（简称外存或辅存）。外存储器一般也可作为输入/输出设备。计算机把要执行的程序和数据存入内存中，内存一般由半导体器构成。半导体存储器可分为三大类：随机存储器、只读存储器、特殊存储器。

RAM

RAM是随机存取存储器（Random Access Memory），其特点是可以读写，存取任一单元所需的时间相同，通电是存储器内的内容可以保持，断电后，存储的内容立即消失。RAM可分为动态（Dynamic RAM）和静态（Static RAM）两大类。所谓动态随机存储器DRAM是用MOS电路和电容来作存储元件的。由于电容会放电，所以需要定时充电以维持存储内容的正确，例如互隔2ms刷新一次，因此称这为动态存储器。所谓静态随机存储器SRAM是用双极型电路或MOS电路的触发器来作存储元件的，它没有电容放电造成的刷新问题。只要有电源正常供电，触发器就能稳定地存储数据。DRAM的特点是集成密度高，主要用于大容量存储器。SRAM的特点是存取速度快，主要用于调整缓冲存储器。

ROM

ROM是只读存储器（Read Only Memory），它只能读出原有的内容，不能由用户再写入新内容。原来存储的内容是由厂家一次性写放的，并永久保存下来。ROM可分为可编程（Programmable）ROM、可擦除可编程（Erasable Programmable）ROM、电擦除可编程（Electrically Erasable Programmable）ROM。如，EPROM存储的内容可以通过紫外光照射来擦除，这使它的内可以反复更改。

特殊固态存储器

包括电荷耦合存储器、磁泡存储器、电子束存储器等，它们多用于特殊领域内的信息存储。

此外，描述内、外存储容量的常用单位有：

①位/比特（bit）：这是内存中最小的单位，二进制数序列中的一个0或一个1就是一比比特，在电脑中，一个比特对应着一个晶体管。

②字节（B、Byte）：是计算机中最常用、最基本的存在单位。一个字节等于8个比特，即1 Byte＝8bit。

③千字节（KB、Kilo Byte）：电脑的内存容量都很大，一般都是以千字节作单位来表示。1KB＝1024Byte。

④兆字节（MB Mega Byte）：90年代流行微机的硬盘和内存等一般都是以兆字节（MB）为单位。1 MB＝1024KB。

⑤吉字节（GB、Giga Byte）：目前市场流行的微机的硬盘已经达到4.3GB、6.4GB、8.1GB、12G、13GB等规格。1GB＝1024MB。

⑥太字节（TB、Tera byte）：1TB＝1024GB。

（三）输入/输出设备

输入设备是用来接受用户输入的原始数据和程序，并将它们变为计算机能识别的二进制存入到内存中。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔等。

输出设备用于将存入在内存中的由计算机处理的结果转变为人们能接受的形式输出。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。

（四）总线

总线是一组为系统部件之间数据传送的公用信号线。具有汇集与分配数据信号、选择发送信号的部件与接收信号的部件、总线控制权的建立与转移等功能。典型的微机计算机系统的结构如图2-3所示，通常多采用单总线结构，一般按信号类型将总线分为三组，其中AB（Address Bus）为地址总线；DB(Data Bus)为数据总线；CB（Control Bus）控制总线。

（五）微型计算机主要技术指标

①CPU类型：是指微机系统所采用的CPU芯片型号，它决定了微机系统的档次。

②字长：是指CPU一次最多可同时传送和处理的二进制位数，安长直接影响到计算机的功能、用途和应用范围。如Pentium是64位字长的微处理器，即数据位数是64位，而它的寻址位数是32位。

③时钟频率和机器周期：时钟频率又称主频，它是指CPU内部晶振的频率，常用单位为兆（MHz），它反映了CPU的基本工作节拍。一个机器周期由若干个时钟周期组成，在机器语言中，使用执行一条指令所需要的机器周期数来说明指令执行的速度。一般使用CPU类型和时钟频率来说明计算机的档次。如Pentium III 500等。

④运算速度：是指计算机每秒能执行的指令数。单位有MIPS（每秒百万条指令）、MFLOPS（秒百万条浮点指令）

⑤存取速度：是指存储器完成一次读取或写存操作所需的时间，称为存储器的存取时间或访问时间。而边连续两次或写所需要的最短时间，称为存储周期。对于半导体存储器来说，存取周期大约为几十到几百毫秒之间。它的快慢会影响到计算机的速度。

⑥内、外存储器容量：是指内存存储容量，即内容储存器能够存储信息的字节数。外储器是可将程序和数据永久保存的存储介质，可以说其容量是无限的。如硬盘、软盘已是微机系统中不可缺少的外部设备。迄今为止，所有的计算机系统都是基于冯·诺依曼存储程序的原理。内、外存容量越大，所能运行的软件功能就越丰富。CPU的高速度和外存储器的低速度是微机系统工作过程中的主要瓶颈现象，不过由于硬盘的存取速度不断提高，目前这种现象已有所改善。

计算机组成原理（2）

取地址，虽然是地址，但是cpu在取的时候只是数儿而已，所以是用数据总线

usb主要是通信功能，数据功能，通电……不至于

总线就是机器、部件、机器部件彼此通信的通道

分为串行通讯（单条1位宽，一位一位按照顺序分时传送）、并行通讯（比如八条线）

并行通讯适用于近距离的，前者是远距离，都是距离越远效率越低，短距离内并行数据速率高

系统总线（数据总线）可以传输：指令、操作数（其实是一回事儿）

进入cpu的只能是数据线

中断类型号：从外设到cpu，还是从数据总线进去的，转中断处理

握手信号：控制总线来管理（层次更低）

tcp有链接，必须握手

udp无连接

cpu插板

引脚（就是一个通道或者说是接口吧）（连接主线的接入点）

主存插板（内存条）

io插板

bus就在pcd板内，线路板的作用归结集成到一起

很多已经直接将对应的芯片安装在主板上，很多插卡已经做成了专用芯片，减少了插槽，使其结构更加合理

机械特性

1.机械连接方式

电气特性

2.每一根线上传输信号的方向和有效电平范围，cpu发出的是输出，送入的输入，地址总线是单向输出线，数据总线是双向传输线，高电平是1，低电平是0，控制总线都是单向，有输入和输出

功能特性

3.每根传输线的功能，地址总线指出地址码，数据总线传递数据，控制总线发出控制信号（向或是从cpu发出的）

时间特性

4.总线中的一根什么时间内有效，有效时序

总线宽度：数据线的根数

总线带宽：单位时间总线上传输的数据的位数，也即是每秒传输信息的字节数

标准传输率：每秒传输的最大字节数

时钟同步/异步：同步或者不同步（与时钟）

总线复用：分时复用地址线和数据线（地址接收，数据接收，数据发送）（归根结底是因为接收发送的借口复杂）（也就是地址线和数据线用一组物理线路）

信号线数：地址线、数据线和控制线的总和

总线控制方式：并发、自动、仲裁（处理同时请求）、逻辑、计数

负载能力：可以连接的扩增电路板的数量

pcie、usb、agp、rs232是常见的总线

crt显示器

usb：即插即用，带电操作，热插拔

级联方式连接多台外设，一转多

通信总线，连接不同外设

同时只能传输一位数据（因为是串行的）

存储总线可支持突发传送方式（运用局部性访问一部分地域，快于随机访问（只是一个字节））（burst）

总线之间通过桥接器相连（控制器）

pci是串行

多个部件同时提出总线请求——总线判优控制——仲裁

bg——总线同意

br——总线请求

bs——总线忙

有无控制功能可以分为主设备和从设备

总线判优控制分为集中式和分布式，前者将控制逻辑集中在一处，后者将控制逻辑分散在与总线连接的各个部件设备上

1链式查询中距离控制部件最近的设备具有最高的优先级，只需几根线就能实现优先次序，容易扩充设备，但对电路设备敏感，优先级别低的设备很难获得请求

2计时器定时查询，br总线请求，总线控制部件接收到br请求信号后，其计数器开始计数，通过地址线向设备发出地址信号，当某个请求占用总线的设备地址与计数值一致时就获得总线使用权，计数可以从0开始，优先次序被固定就不变，也可以从上一次终点开始，即循环方法，此时设备使用总线的优先级相等，初始值也可以从程序设置，对故障容错高

3独立请求方式

设备请求时就发送信号，总线控制部件中有一排电路，可根据优先次序确定响应设备请求，响应速度快，优先次序控制灵活，但是控制线数量多，复杂

总而言之是链式是两根，计数器查询是 logn（允许接纳的最大设备数），独立请求是 2n

先发送地址，然后是读取允许的命令，然后是读数据（这些都是发起），最后有结束时刻

发送地址，把数据放在总线上，开始读取，但是要维持数据，写就是向低速设备上写

连续的时候只发起一个地址，其他就是读的操作（操作要分开）

众多部件争夺总线使用权的时候就应该是按照优先等级来解决，在通信时间上就应该按照分时方式来处理，就是获得使用权的先后顺序

一次总线操作的时间就称之为总线操作，分为几个阶段

1.申请分配阶段，由需要使用的模块提出申请，然后总线的仲裁机构决定

2.寻址阶段，取得了使用权的模块通过总线发出本次要访问的地址和有关命令，启动从模块（也就是目标）

3.传数阶段，主模块和从模块进行数据交换，这个是经由数据总线

4.结束阶段，所有的主模块信息从系统总线上撤除，也就让出了总线使用权

解决问题：如何让双方获知传输开始结束，通信双方如何协调配合，

1.同步通信

通信双方由统一时标控制数据传送称为同步通信，所谓时标，由cpu的总线控制部件来发出，送到总线的所有部件上，也可以由各自的时序发生器来发出，但是必须由总线控制部件发出的时钟信号对其进行同步

cpu在t1上升沿发出了地址信息，在t2上升沿发出了读命令（与地址信号相符合的输入设备按照命令进行一系列内部操作，且必须在t3上升沿到来之前将cpu所需数据发送到数据总线上）；t3周期内将数据线上的信息送到其内部寄存器中，t4上升沿撤销读命令（输入设备不再传送数据，并且撤销对数据总线的驱动）

t1：主模块发地址

t2：主模块发读命令（提供数据）

t3：从模块提供数据（主模块提出写命令，从模块在规定时间内将数据总线上的数据写到地址总线所指明的单元中）

t4：主模块撤销命令，从模块撤销数据（主模块撤销数据和命令）

优点是规定明确、统一，配合简单一致，缺点是主从指甲你强制性同步，且必须在限定时间内完成规定的要求，不同速度必须迁就慢速度，影响工作效率

同步通信一般用于总线长度较短，各部件存取时间一致的场合

这种总线系统中，传输周期越短，数据线位数直接影响传输率

2.异步通信

克服了同步通信的缺点也就是它允许各个模块的速度不一致，没有公共的时钟标准，不要求所有的部件严格的统一操作时间，采用应答方式（握手），主模块发出请求信号时要等待从模块反馈回来的响应信号，再开始通信，但是需要在主从之间加上应答线

（1）不互锁方式

主模块发出请求信号后，不必等待接收从模块的回答信号，而是经过一段时间，确认从模块已经收到请求信号后，便撤销请求信号；从模块接收到了请求信号之后，在条件允许的时候发送回答信号，并且经过一段时间（这段时间随设备的不同而不同）确认主模块已经收到了回答信号之后，自动撤销回答信号，也就是没有互锁关系

比如cpu向着主存写信息需要先后给出地址信号、写命令、写入数据就是这种方式

（2）

主模块发出请求信号，必须等待接到从模块的回答信号之后再撤销请求信号，有互锁关系，从模块在接收到了请求信号之后发出回答信号，但是不必等待获知主模块的请求信号已经撤销，而是隔一段时间之后自动撤销其回答信号，没有互锁关系，也就是说主模块受到从模块的锁定而后者不必受到前者的锁定，就称为是半互锁方式

比如多机系统中某个cpu需要访问共享存储器（供所有的cpu访问的存储器），cpu发出访存命令之后必须收到来自于存储器未被占用的回答信号才能真正进行访存操作（但是共享存储器因为比较屌就不需要）

（3）

主模块发出请求信号，必须等从模块的回答再撤销，后者也是，这即是全互锁，在网络通信中，通信双方采用的就是这种方式。

异步通信可以用于并行传送和串行传送

半同步通信

保留了同步通信的基本特点，地址命令数据信号的发出时间都严格参照系统时钟的某个前沿开始，接收方都采用系统时钟后沿来进行判断识别，也像异步通信一样允许不同速度的模块和谐工作，就增设了一条wait响应信号线，采用插入时钟等待周期的措施来协调通信双方的配合问题

主模块：t1地址，t2命令，t3传输数据，t4结束传输，

但是从模块速度慢无法在t3提供数据，就必须在t3之前通知主模块给出低电平信号，插入一个等待周期tw（与时钟周期同宽度），不立即从数据线上取数，若是还是低就再插，

t1：主模块发出地址信息

t2：主模块发出命令

t3w：低电平进入等待

t3：从模块提供数据

t4：主模块撤销读命令，从模块撤销数据

适用于系统工作速度不高但是又包含了许多工作速度差异较大的设备组成的简单系统，比起异步通信简单，在全系统内各模块在统一的系统时钟控制下同步工作，可靠性高，同步结构较为方便，缺点是对于系统时钟频率要求不能太高，所以整体速度慢

忙碌是所有灵感和可能性的敌人，身为一个健全健康的人，我们应该允许自己赋予自己以“空闲”的权利，否则的话，我们就跟慌不择路的行尸走肉没有任何区别

4.分离式通信

以上三种通信方式都是从主模块发出地址和读写命令开始，直到数据传输结束，在整个传输周期中，系统总线的使用权完全由占有使用权的主模块和由它所选定的从模块占据，进一步分析读命令传输周期，发现除了申请总线这一阶段，其余时间主要花费在3方面

1.主模块通过传输总线向从模块发送地址和命令

2.从模块按照命令进行命令进行读数据的必要准备

3.从模块经过数据总线向着主模块提供数据

由2可见，对于系统总线，从模块内部读数据过程没有实质性的信息传输，总线是空闲的，为了克服利用，在大型计算机系统中，总线的负载已处于饱和状态，充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力，对于提高系统性能能够起到极大的作用，为此人们又提出了分离式的通信方式，使一个传输周期分解为两个子周期，第一个周期中，主模块a在获得总线使用权后将命令地址和其他相关信息包括编号发布到系统总线上（当有多个主模块的时候这个编号就很重要了），经过总线传输之后，就由相关的模块b接收下来，这个发布信息只占用很短的时间，发送之后立即放弃总线使用权，以便其他模块使用，在第二周期中，b模块收到相关信号后，选择译码读取，将所需数据准备好，申请总线使用权，获准之后就将a的编号，b的地址，a所需的数据等送到总线上，由a接收，两个周期都是单向的信息流，每个模块都是主模块

特点

1.各模块都需要提出申请

2.得到总线使用权之后必须在限定的时间内向着对方发送信息，采用同步方式，不再等待对方的回答信号

3.准备数据的过程中都不占用总线，可以接受其他模块的请求。

4.占用的时候都在做有效工作，发送命令或者是数据，没有等待，充分利用了占用，实现了总线在多个主、从模块间进行信息交叉重叠并行式传送

终于到了这里了，话说令我震惊的是一节课的内容我竟然花了足足有三四天的时间来整理笔记，但是同时我也能够明显地感觉到，现在对于知识的学习效率要比起以前高得多，以前总是要不做要不不做，总是没有模糊的时候，但是现在，却是能够放慢自己的节奏，以前觉得自己每一天活完了之后都看不到第二天的太阳，现在却不再抱有恐惧

《狐妖小红娘》中南国皇帝说过一句话：“年轻人不喜欢吃苦，只会拼命”

我想背后的意思就是，接受没有奇迹的生活吧，只有接受暂且苟且的现在，未来才有期望的价值。

今天来复习最后一点知识也就是关于总线结构的地方。

通常分为单总线结构和多总线结构

1.单总线结构

将cpu、主存、io设备都挂在一组总线上，允许彼此之间直接交换信息，也便于扩充，所有的传送都通过这组，极易形成计算机瓶颈，也不允许两个以上部件同时传输信息，会影响工作效率的提高

被小型微型计算机使用

在外部设备随着种类数量变多而对数据传输数量和速度要求变高的时候，如果仍然采用单总线结构，总线发出的控制信号依次到达很多个设备延迟时间就会影响工作效率，在数据传输量和速度要求不高的情况下，增加总线宽度和提高传输速率来解决，但是要求高的时候只能使用多总线结构

2.多总线结构

双总线结构，将io设备分离出来，通过通道与总线相连，cpu将一部分功能给通道，具有管理功能，完成外部设备与主存间的数据传送，用于大中型计算机将io设备分类，主存总线用于cpu和主存之间传输，io总线供应cpu和io设备传递信息，dma用于高速io设备，任意时刻只能使用一种总线，主存和dma不能同时对主存进行存取，io总线只有cpu执行io指令时用到

或者：

处理器与cache之间有局部总线，将两者与设备连接（局部io控制器），cache也直接连接到系统总线上，就可以直接与主存交换信息，io设备与主存也不必通过cpu，而是扩展总线，通过扩展总线上的各类接口与io设备相连，可以支持两种总线之间的信息传递，效率提高

四总线结构（反正你要玩儿死我是吧！）

增加了一条高速总线，挂接了一些高速io设备，通过cache控制机构中的高速总线或是高速缓冲器与系统总线和局部总线连接，使得这些高速设备与cpu更密切，而低速依然是扩展总线，并且由控制之下与高速总线相连，高速设备可以很少依赖又更贴近cpu，各自的效率提高，cpu、高速总线、各自信号线定义可以完全不同，改变结构也不会影响高速总线的工作

计算机组成原理问题？

计算机组成原理是计算机应用和计算机软件专业以及其他相关专业必修的专业基础课，它主要讨论计算机各组成部件的基本概念、基本结构、工作原理及设计方法。教学实践证明，通过对该课程的学习，对于建立整机概念，研究各功能部件的相互连接与相互作用，进行各功能部件的逻辑设计，都有着重要的意义。 组成原理是计算机类专业的一门主干必修课程，它以层次结构的观点来叙述计算机各主要功能部件及组成原理；以数据信息和控制信息的表示、处理为主线来组织教学。课程内容按横向方式组织，即不是自始至终介绍某一特定计算机的组成和工作原理，而是从一般原理出发，结合实例加以说明。 其主要内容有：（1）概论，对计算机的发展、应用和特性作一概述，并简单介绍了计算机系统的两大部分——硬件、软件及计算机系统的层次结构；（2）运算方法和运算器，介绍数值数据和非数值数据的表示方法，定点数和浮点数的四则运算、逻辑运算及运算器的组成和工作原理；（3）存储系统，主要介绍半导体存储器工作原理、寻址方式、与CPU的互连的方法，以及存储系统的多级结构；（4）指令系统，介绍指令系统的发展与性能要求、指令格式的分析以及指令和数据的寻址方式；（5）中央处理器，介绍了组合逻辑控制器、微程序控制器的设计原理和设计方法、指令周期的概念及时序产生器的原理及其控制方式；（6）系统总线，介绍了三种总线结构及接口的概念，总线控制的三种方式和通信的两种方式；（7）输入输出系统，介绍了计算机系统中主机与外部设备之间的信息交换方式，重点介绍中断处理方式以及DMA方式。

计算机组成原理

（1）因为该8位微型计算机地址码为18位，2的18次方=256k，所以该机所允许的最大主存空间是256KB或256K*8位

（2）需要模块板总数为256K*8/（32K*8）=8块

（3）每个模块板需要RAM芯片数32K*8/（4K*4）=16片

（4）总片数=16*8=128

（5）CPU通过最高三位地址选各模块板，次高三位地址选板内片

微型机和计算机组成原理有什么区别啊?

微机原理是是对《计算机组成》的具体实现。一般会选x86计算机来说，这时一般不会再详细讲工作原理了（因为大多数原理都在《计算机组成》中讲了），而是直接讲述cpu的具本结构是什么，具体引脚的作用，各种总线多少多少，各种控制寄存器的各个位有什么意义，I/O的具体交接口（ISA,pci）……因为是具体的东西，所以有好多东东要记的。

总体来说，最有趣的是组成，最难学的是体系结构，最多东西记最有亲切感的是微机原理。作为一名计算机系的学生，这几门课都应好好学一学，他是本科阶段侧重于理论学习的的突出体现，可以让人深入而深切地认识计算机。

计算机组成原理主要是介绍计算机的基本硬件及原理。重在各个部分的连接。相对宽泛一些。微机原理接口技术比计算机组成原理要具体些，也比计算机组成要好学，一般是以8086为例，介绍8086CPU的结构，其中最最重要的就是汇编语言和芯片；掌握了汇编语言这几块芯片的编程基本上就差不多了。

计算机组成原理相关论文

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，PCIExpress2.0和HyperTransport3.0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。

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。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