计算机组成原理课程总结（范文）

第一篇：计算机组成原理课程总结（范文）

合肥学院

课程综述论文

题

目 系

部 专

业 班

级 学生姓名

计算机组成原理总结 计算机科学与技术 计算机网络工程 11网络工程（2）

2013 年 12 月 15 日

计算机组成原理总结

内容摘要

本课程学习知识要求高，技术性较强，而且随着应用技术的发展，课程中学习到的新技术应用随时间都在发生变化。所以，学习本课程对我们的计算机硬件基础知识要求较高。

关键词

计算机 原理 总结

课程综述

计算机经过多年的发展。已经在人类的生活扮演着重要的角色，作为一个学习计算机科学与技术专业的学生来说，计算机组成原理的学习是至关重要的，作为计算机科学与技术专业的基础课程，这门课会告诉我们计算机的基本组成及其主要部件的工作原理。通过这门课程的学习可以让我们建立计算机系统的整机概念，理解软硬件的关系和逻辑的等价性。

课程主要内容和基本原理

本段主要讲述了计算机组成原理主要内容和基本原理(1)计算机系统概论

1.冯·诺依曼计算机模型。

1）计算机由运算器、存储器、控制器和输入/输出五个部件组成；2）存储器以二进制形式存储指令和数据；3）存储程序工作方式；4）五部件以运算器为中心进行组织。

2.计算机系统性能指标:字长，主频，主存容量，兼容性(2)计算机系统的硬件结构

1.存储器的主要性能指标容量，速度，价格

2.半导体只读存储器：掩膜只读存储器ROM可编程ROM（PROM）可擦除和编程的ROM（EPROM）电擦除电改写只读存储器（EEPROM）闪速存储器（flash memory）

3.高速缓冲存储器 工作原理：设置Cache是为了解决CPU和主存之间的速度匹配问题，理论依据是程序访存的局部性规律。映射方式：有直接映像、全相联映像和组相联映像。替换算法：先进先出法（FIFO）“近期最少使用”算法（LRU）

总线

1.总线是连接两个或多个功能部件的一组共享的信息传输线；一个部件发出的信号可以被连接到总线上的其他所有部件所接收。系统总线按传输信息不同分为：数据总线（双向，其位数与机器字长和存储字长有关，总线宽度）、地址总线（由CPU输出，单向）、控制总线。

2.串行传输

串行总线的数据在数据线上按位进行传送，只需一根数据线，线路成本低，适合远距离的数据传输。

使用串行通信总线连接慢速设备，象键盘、鼠标和终端设备等。串行传输中的数据转换、发送部件中并行数据到串行数据的转换，称为拆卸；接收部件中串行数据转换成并行数据，称为装配。串行传输中的数据传输速率。

3．并行传输

并行总线的数据在数据线上同时有多位一起传送，每一位要有一根数据线。并行数据传输需要联络控制信号。

4.总线裁决：决定哪个总线主控设备将在下次得到总线使用权的过程称为总线裁决。两类总线裁决方式：集中式和分布式

5.定时问题：如何来定义总线事务中的每一步何时开始、何时结束

6.总线异步通信协议的步骤：请求，响应，撤销请求，撤销响应 异步通信子协议类型：全互锁，半互锁，不互锁

I/O设备

1.I/O接口的功能：（1）数据缓冲（2）错误或状态检测（3）控制和定时（4）数据格式转换；（5）与主机和设备通信

2.I/O接口的分类(1)按数据传送方式分，有并行接口和串行接口(2)可编程接口和不可编程接口(3)按通用性来分，有通用接口和专用接口

3.I/O端口的编址方式

(1)独立编址方式：对所有的I/O端口单独进行编号，成为一个独立的I/O地址空间。(2)统一编址方式：将主存地址空间分出一部分地址给I/O端口进行编号。

4.I/O控制方式类型

1.程序直接控制方式（查询方式）

从I/O接口取得外设和接口的状态，根据状态来控制外设和主机的信息交换。

2.程序中断控制方式

执行相应的I/O指令，将启动命令发送给相应的I/O接口和外设，然后CPU继续执行其他程序。

3.直接存储器存取方式 简称为DMA方式，用于高速设备和主机的数据传送，采用成批数据交换方式。用专门的硬件（DMA控制器）来控制总线进行数据交换。

5.中断： 由于内部/外部事件或由程序的预先安排引起CPU中断正在执行的程序，转到相应的服务程序中去。

6.DMA DMA方式：用专门的DMA接口硬件来控制外设与主存间的直接数据交换，而不通过CPU。控制总线进行DMA传送的硬件接口为DMA控制器。DMA工作方式： CPU停止法(成组传送)、周期挪用(窃取)法(单字传送)、交替分时访问法

指令系统

1.指令一般的格式 操作码OP+ 地址码 A 2.指令字长度：一个指令字包含的所有二进制代码的位数。有等长指令字结构和变长指令字结构。3.指令系统性能的指标

指令所占存储空间是否尽可能小；表现在指令中代码密度是否高、信息冗余量是否少；

4.寻址方式：立即寻址，直接寻址，间接寻址，相对寻址，基址变址寻址，隐含寻址方式

5.指令系统设计的基本思路

任务是确定所有机器指令的格式、类型、操作以及对操作数的访问方式。出发点是提高指令系统的性能/价格比。

6.堆栈是一种按特定顺序访问的存储区；其特点是后进先出(LIFO)或先进后出(FILO)。

(3)中央处理器

CPU=寄存器(PC、IR)+CU+ALU+中断系统 1.CPU的四种基本功能：

存储器读：读取某一主存单元的内容，并将其装入某一个CPU寄存器；存储器写：把一个数据字从某一CPU寄存器存入给定的主存单元中；把一个数据字从某一CPU寄存器送到另一个寄存器或者ALU；进行一个算术运算或逻辑运算，将结果送入某一CPU寄存器或存储器。

2.控制器三种时序控制方法：同步，异步，联合控制方法 3.指令ADD R3，R1的执行控制序列

4.决定CPU性能最重要三个因素：指令的功能强弱，时钟周期的长短，执行每条指令所需时钟周期数。

5.微指令的格式：水平型微指令和垂直型微指令。

编码：1）直接表示法 2）分段直接编码法 3）字段间接编码法

心得体会

在上计算机组成原理课程的时候，虽然准时去上课，很认真的听课，但是《计算机组成原理》这门课程难度十分大，在学习这门课程时，我遇到过许多困难，这并不可怕，因为只要我们敢于面对，团结合作，就没有解决不了的问题。在学习过程中，我们需要互相学习，互相帮助、互相鼓励。在学习的时候，要善于把自己好的想法给大家分享，不会的时候要虚心向同学和老师请教。

总结

计算机组成原理课程主要教授了了解计算机各部件的组成原理，工作机制以及部件之间的相互关系；加强硬件分析和设计的基本技能和方法，提高硬件方面专业素质和发展潜力；培养和提高计算思维能力。

参考文献

[1]《计算机组成原理》【中】唐朔飞 第二版 高等教育出版社

第二篇：计算机组成原理课程总结

《计算机组成原理》课程总结

《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。从课程的地位来说，它是先导课与后续课之间的重要衔接课程。随着计算机技术的飞速发展，必须保证课程教学内容及实现手段的先进性，才能确保课程教学效果的优秀。因此，在课程教学大纲的制定上，主要依据就是：既要保证学生理解和掌握课程的基本理论和基本概念，又必须保证教学内容的先进性，同时还要注重学生实际动手能力和创新能力的培养和训练，为后续课程的学习奠定坚实的基础。通过近年来的教学实践证明，本课程在内容的先进性设置，教学进度安排等方面比较合理，被学生普遍接受，总体效果良好。结合本课程内容多、难度大的特定，采取理论与实践相结合的教学方法，有效地巩固了教学效果，进一步加深了学生对计算机组成结构和工作机理的认识，提高了学生的实际动手能力与创新设计能力。

计算机专业从1993年开始招生，组成原理课经历了四个发展阶段，从原来的《微机原理》课，仅有3套“微机实验训练系统”实验设备，仅只有一名任课教师，发展到今天有50多套实验设备，多名任课教师组成的课程组，取得了骄人的成绩。在2001年，该课程首批成为赤峰师专重点课程。

计算机硬件技术的发展十分迅速，各类新器件、新概念和新内容不断涌现，所以，必须注重教学内容的先进性。除了选择最新版的国家级优秀教材作为课程教材之外，在教学组织中，还应注意及时将新的内容和技术补充进来。在教学课时安排上，应注重与已修相关课程的内容衔接，删减不必要的重复内容，留出适当的课时增加新的教学或讨论内容。

在教学方式上，传统的教学方式对于内容更新较快的本课程来说，应当说遇到了很大的难题。针对多媒体教学手段易于实现内容更新与扩充的特点，本课程较早应用现代多媒体手段，多媒体教学系统内容丰富、形式多样，CAI教学课件包含文字、声音、图表、等多项教学互动内容，加上主讲教师与学生的适时交流与启发，声情并茂，内容充实，进而保证了教学内容的先进和教学效果的优良，收到了良好的效果，得到了历届学生的好评和肯定。

在课程的教学管理方面，每学年都要进行课程期中教学检查，内容包括接受教学检查小组听课，课程的期中考核，学生民主评议，教师自评工作总结等。通过教学检查，保证及时发现各种教学问题，并及时地加以改进或补充，保证各个教学环节的质量，进而监督和保证课程的总体教学质量。在课程考试环节上，有完整的课程试题库，各年试题（A、B卷）每学期期末考试采用集体阅卷方式，并对试题及考试成绩都进行统计分析。

实验教学是本课程的重要教学环节之一，是训练学生综合能力的重要手段。计算机专业从1993年开始招生，最初只能开设《微机原理》课，并做少量的微

机原理实验，仅有3套“微机实验训练系统”实验设备。1997年，将《微机原理》课程改为《计算机组成原理》，并在1999年购置了5套型号为TEC—2的“组成原理实验箱”，扩建了实验室，2000年有购置5套同型号的组成原理实验箱，并自编TEC-2实验箱的实验指导书。为了满足课程建设和学科建设的需要，经学院批准，2005年又购置40套由清华大学王诚教授研制的、目前国内最先进得的、型号为TH-union “组成原理实验箱”，该设备硬、软件子系统完整，控制器方案有微程序和硬布线2种，同时支持汇编语言和高级语言编程，除了满足计算机组成原理实验外，还可以完成计算机系统结构实验和电子线路设计自动化实验。以该实验设备为依托，按照精品课程建设的要求，在师资、教学内容、教学方法等方面作了改进。教材选用清华大学王诚教授编写的《计算机组成原理》一书，该书是教育部人才培养模式改革和开放教育试点教材；按照实验教学大纲的要求，本课程实验讲义完备，实验开出率达90%。教师对学生的实验设计结果必须逐个地进行验收，再结合学生递交的实验报告，期末实验考试情况，综合给出实验成绩。由于注重了实验教学质量，学生普遍感到学有所用。

《计算机组成原理》课程组目前由教授1人、副教授1人、讲师3人组成，人员结构合理、年富力强。课程组特别注意教学与科研的有效结合和相辅相成，近年来取得了较好的教学与科研成果。结合本课程教学特点，课程组教师积极参加各类全国、全省的计算机专业教学研讨会，近年来先后发表了10余篇教改论文，完成自治区科研项目一个，校内教改项目一项，校内科研项目一项，目前参与自治区科研项目两个。课程组自从2004年7月在赤峰学院副院长德力格尔的帮助下，聘请了清华大学计算机系的王诚教授担任指导青年教师的培训工作，王诚教授祖籍赤峰，长期从事计算机硬件的教学工作，他主讲的清华大学计算机系《计算机组成原理》先后获得北京市精品课程，北京市教学成果一等奖，国家精品课程。王教授一心想为家乡的计算机教育事业做出贡献，而且不计得失，深受学院有关领导和我系师生的好评。他学识渊博，为人坦诚，是我国计算机硬件方面的知名学者。他研制的“计算机组成原理实验”设备，被国内多所重点大学使用，我系从1995年开始到现在一直就使用他研制实验设备，2005年我系在更换新设备TH-union时，王教授还无偿赠送了多台设备和许多实验耗材，总价值达1万多元，为计算机组成原理课程的发展打下了坚实的物质基础，使我们有条件和信心以该门课程为依托，在教学和科研上作出一番成就。

青年教师的培养是课程建设的重要环节。目前采用的措施是：

一、近年来，由于课程建设和学科建设的需要，我系基本形成了以老带新的课程组制度，从制订教学计划、备课到教学检查的各个环节，都有经验丰富的教师对青年教师进行指导，每学期由系里统一组织，对青年教师进行听课、评课活

动，通过听评课进行课程研究、教法研究，提高业务能力。

二、派往国内知名大学进行短期学习，如2005年3月，刘燕到清华大学计算机系对其实验教学形式和设备进行考查学习，2006年7月，黄凤艳到清华大学计算机系进行短期的计算机组成原理实验专题学习，通过学习，使理论基础更加扎实，获得了许多宝贵的实验技巧，眼界更加开阔，业务能力明显提高。

三、聘请国内知名大学的学者来我系进行短期讲学，相关教师和学生都可以参加听课学习，这种方式即可以节省资金，又可以使更多的人有学习提高的机会。自从2005年3月开始，清华大学计算机系的王诚教授先后两次来我系进行讲学，对我系的青年教师和2003级本科生进行免费培训，师生受益非浅。通过采取上述措施，取得了非常明显的教学效果，作为计算机专业的硬件方向的重要课程之一，《计算机组成原理》由过去学生不爱学和教师不愿教发展到今天的教师热爱这项工作和学生对该门课程及实验共同感兴趣，已经迈出重要的一大步，青年教师的成长为本门课今后发展奠定有利的基础。

本课程组教师注重为人师表，治学态度认真，业务钻研刻苦。在教学工作中，兢兢业业，踏踏实实，一丝不苟，全身心地投入在教学第一线，能较好地将教书与育人有机地结合在一起，注意学生的道德和学德教育，及时地了解学生的实际学习情况，把学生的每一点进步都视为自己的工作成就，并为此感到由衷的高兴，因而受到了历届学生的一致好评和拥戴。本课程组教师分别多次获得过省级、校级和学院的优秀教师或先进教育工作者称号。

总之，《计算机组成原理》作为计算机专业的主干专业基础课程之一，近年来，在课程内容建设、教学法研究、教学质量管理、学风教风培养等方面，课程组教师付出了大量辛勤的汗水，取得了一些成绩，受到了大家的认可和好评。《计算机组成原理》课程组近年来所取得的成绩，离不开学院全体教师的大力支持，是大家共同努力的结果。只要我们发奋图强，坚韧不拔，刻意进取，踏实工作，完全可以做出更大的成绩来，把《计算机组成原理》课程建设成为真正的精品课程。

2005年5月

第三篇：计算机组成原理课程论文

《计算机组成原理》课程论文

【内容摘要】： 本论文主要在课程的学习上作一些讨论。该课程主要介绍计算机硬件的结构与基本原理和计算机系统的实现方法。课程主要研究CPU、主存储器、I/0接口和输入/输出以及总线的结构和功能。使学生建立计算机系统的概念，深入了解计算机的工作原理，掌握计算机组织与实现的技术和方法，以及计算机系统分析和系统设计的方法，从而为计算机专业其他专业课的学习打下坚实的基础。

【关键词】： 课程概述、计算机系统、CPU、控制单元

【课程综述】： 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。组成原理是计算机类专业的一门主干必修课程，主要内容有：（1）对计算机的发展、应用和特性作的概述，并简单介绍了计算机系统的硬件、软件及计算机系统的层次结构；（2）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；（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）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；（5）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；（6）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；（7）CPU的结构和功能，CPU控制机器完成一条指令的全过程，中断技术在提高整机系统效能方面的作用（8）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。

【正文】：

（一）计算机概述

计算机系统由硬件和软件两大部分组成，它们共同决定了计算机性能的好坏。计算机系统的层次结构经过了多次的发展由最初的一级层次结构发展到了如今的多层次结构。

典型的计算机组成由冯·诺依曼计算机演变而来，该计算机由五大部分组成：输入设备、输出设备、存储器、运算器、控制器，并以运算器为中心结构。现代计算机可认为有三大部分组成：CPU、I/O设备、主存储器，并以存储器为系统中心。

计算机硬件的主要技术指标有机器字长（指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关）、存储容量（包括贮存容量和辅存容量）、运算速度。

（二）计算机系统 1）、系统总线

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。当多个部件与总线相连时，如果出现两个或两个以上部件同时向总线发送信息，必将导致信号冲突，传输失效。因此，在某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接受相同的信息。

总线按传送方式可分为并行传输总线和串行传输总线；按使用范围可分为计算机总线、测控总线、网络通信总线等；按连接部件可分为片内总线、系统总线和控制总线，本书重点介绍。总线的性能指标：总线宽度、总线带宽、时钟同步/异步、总线复用、信号线数、总线控制方式等。总线的结构通常分为单总线结构和多总线结构。总线的控制主要包括判优控制和通信控制，总线判优控制分为集中式判优（链式查询、计数器定时查询和独立查询）和分布式判优（自举分布式和冲突检测分布式）。总线通信控制主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，以及双方如何协调配合，通常用四种方式：同步通信、异步通信、半同步通信和分离式通信。

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。按存储介质分类可分为半导体存储器、磁表面存储器、磁芯存储器和光盘存储器，按存取方式分为随机存储器、只读存储器、串行访问存储器，按在计算机中分类分为主存储器、辅助存储器、缓冲存储器。存储器有三个性能指标：速度、容量和每位价格。存储器的扩展通常有位扩展和字扩展，位扩展即增加存储字长,如将8片16K*1位的存储芯片连接，可组成一个16K*8位的存储器。字扩展是指增加存储字的数量，如2片1K*8位的存储芯片可组成一个2K*8位的存储器。在与存储器外部设备交换信息时，可采用高速原件、使用层次结构、调整主存的结构来提高访存速度。

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。加减法主要采用补码定点加减法进行运算，乘法可视为加法和移位，主要方法有原码一位乘、原码两位乘、补码一位乘、补码两位乘等，乘积的符号位由两个数的符号位异或运算结果决定。除法运算可视为减法和移位，主要方法有恢复余数法、加减交替法，其中原码除法的符号位单独处理，补码除法的符号位参与运算并最终获得结果。浮点加减法可分为○1对阶，使两数的小数点位置对其2尾数求和，将对阶后的两尾数按定点加减运算规则求和或差○3规格化○4舍○入，要考虑尾数右移时失去的数值位○5溢出判断。浮点乘除运算，乘积的阶码应为相乘两数的阶码之和，乘积的尾数应为相乘两数的尾数之积，商的阶码为被除数的阶码减去减数的阶码，尾数为被除数的尾数除以除数的尾数所得的商。5）指令系统一条指令就是机器语言的一个语句，它是一组有意义的二进制代码，指令的基本格式如：操作码字段+地址码字段，其中操作码指明了指令的操作性质及功能，地址码则给出了操作数或操作数的地址。指令包括操作码域和地址域两部分。根据地址域所涉及的地址数量，常见的指令格式有以下几种。○1三地址指令：一般地址域中A1、A2分别确定第一、第二操作数地址,A3确定结果地址。下一条指令的地址通常由程序计数器按顺序给出。2二地址指令：地址域中A1确定

○第一操作数地址，A2同时确定第二操作数地址和结果地址。○3单地址指令：地址域中A确定第一操作数地址。固定使用某个寄存器存放第二操作数和操作结果。因而在指令中隐含了它们的地址。○4零地址指令：在堆栈型计算机中，操作数一般存放在下推堆栈顶的两个单元中,结果又放入栈顶,地址均被隐含，因而大多数指令只有操作码而没有地址域。根据指令内容确定操作数地址的过程称为寻址。完善的寻址方式可为用户组织和使用数据提供方便。○1直接寻址：指令地址域中表示的是操作数地址。○2间接寻址：指令地址域中表示的是操作数地址的地址即指令地址码对应的存储单元所给出的是地址A，操作数据存放在地址A指示的主存单元内。有的计算机的指令可以多次间接寻址,如A指示的主存单元内存放的是另一地址B，而操作数据存放在B指示的主存单元内，称为多重间接寻址。○3立即寻址：指令地址域中表示的是操作数本身。○4变址寻址：指令地址域中表示的是变址寄存器号i和位移值D。将指定的变址寄存器内容E与位移值D相加,其和E+D为操作数地址。许多计算机具有双变址功能，即将两个变址寄存器内容与位移值相加，得操作数地址。变址寻址有利于数组操作和程序共用。同时，位移值长度可短于地址长度，因而指令长度可以缩短。○5相对寻址：指令地址域中表示的是位移值D。程序计数器内容（即本条指令的地址）K与位移值D相加，得操作数地址K+D。当程序在主存储器浮动时，相对寻址能保持原有程序功能。此外，还有自增寻址、自减寻址、组合寻址等寻址方式。寻址方式可由操作码确定，也可在地址域中设标志，指明寻址方式。

6）CPU的结构和功能

CPU具有控制程序的顺序执行（指令控制）、产生完成每条指令所需的控制命令（操作控制）、对各种操作加以时间上的控制（时间控制）、对数据进行算术运算和逻辑运算（数据加工）以及处理中断等功能。一条指令的执行过程按时间顺序可分为以下几个步骤：○1CPU发出指令地址。将指令指针寄存器（IP）的内容——指令地址，经地址总线送入存储器的地址寄存器中。○2从地址寄存器中读取指令。将读出的指令暂存于存储器的数据寄存器中。○3将指令送往指令寄存器。将指令从数据寄存器中取出，经数据总线送入控制器的指令寄存器中。4指令译码。指令寄存器中的操作码部分送指令译码器，经译码器分析产生相○应的操作控制信号，送往各个执行部件。○5按指令操作码执行。○6修改程序计数器的值，形成下一条要取指令的地址。若执行的是非转移指令，即顺序执行，则指令指针寄存器的内容加1，形成下一条要取指令的地址。指令指针寄存器也称为程序计数器。中断的作用：一方面，有了中断功能，PC系统就可以使CPU和外设同时工作，使系统可以及时地响应外部事件。而且有了中断功能，CPU可允许多个外设同时工作。这样就大大提高了CPU的利用率，也提高了数据输入、输出的速度；另一方面，有了中断功能，就可以使CPU及时处理各种软硬件故障。计算机在运行过程中，往往会出现事先预料不到的情况或出现一些故障，如电源掉电、存储出错，运算溢出等等。计算机可以利用中断系统自行处理，而不必停机或报告工作人员。

7）控制单元

控制单元是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)和操作控制器0C(Operation Controller)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，然后通过控制总线送至相应部件实现功能。常见的控制方式有同步控制、异步控制、联合控制和人工控制。控制单元的设计有两种方法：组合逻辑设计和微程序设计。组合逻辑设计首先要确定控制方式，然后决定微操作的节拍安排，再根据微操作列出微操作命令的操作时间表、求出最简逻辑表达式并画出微操作的逻辑图。这种方法思路清晰，但每一个微操作都对应一个逻辑电路，最终的控制单元会十分庞杂。微程序设计是指将一条机器指令编写成一个微程序，每一个微程序包含若干条微指令，每一条微指令对应一个或几个微操作命令，然后把这些微程序存到一个控制存储器中，用寻找用户程序机器指令的方法来寻找每一个为程序中的微指令。这些微指令以二进制代码形式表示，每位代表一个控制信号，因此逐条执行每一条微指令，也就相应的完成了一条机器指令的全部操作。微指令的编码方式有直接编码、字段直接编码、字段间接编码、混合编码等，微指令格式有水平型微指令和垂直型微指令。

【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’。在学习过程中也是碰到了很多问题，主要就和老师说的一样，课后没有看书，导致一些知识点没有掌握完全，概念问题有很多细节不懂。这些都要尽量弥补，才能让这门课的学习达到目的。

【结语】 计算机的发展日新月异。自从踏入21世纪以来可谓发展神速，可以预见将来必将出现新的电脑体系、功能与知识，我们不能局限于现今所学的的知识，要跟上时代的步伐，时时刻刻关注计算机方面的发展，这样才能为以后的工作学习打下坚实的基础。

【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.

第四篇：计算机组成原理课程论文

计算机组成原理小论文

一、计算机系统概论：

主要介绍了计算机的组成概貌以及工作原理，旨在使读者对计算机总体结构有一个概括的了解，为学习后面内容打下基础。

计算机系统由硬件和软件两大部分组成，它们共同决定了计算机性能的好坏。计算机系统的层次结构经过了多次的发展由最初的一级层次结构发展到了如今的多层次结构。

紧接着，就谈到了著名的冯*诺依曼计算机，它的特点：

1、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。

2、指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻址。

3、指令和数据均用二进制数表示。

4、指令由操作码和地址码组成，操作码是用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。

5、指令在存储器内按顺序存放。

6、机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。现在的计算机由三大部分组成：CPU、I/O设备以及主存储器，以存储器为系统中心。CPU和主存储器合起来称为主机，I/O设备又称为外部设备。计算机硬件的主要技术指标有机器字长（指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关）、存储容量（包括贮存容量和辅存容量）、运算速度（与很多因素有关，如机器的主频、执行什么样的操作、主存本身速度都有关）。

二、系统总线

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。当多个部件与总线相连时，如果出现两个或两个以上部件同时向总线发送信息，必将导致信号冲突，传输失效。因此，在某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接受相同的信息。

总线按传送方式可分为并行传输总线和串行传输总线；按使用范围可分为计算机总线、测控总线、网络通信总线等；按连接部件可分为片内总线、系统总线和控制总线，本书重点介绍。总线的性能指标：总线宽度、总线带宽、时钟同步/异步、总线复用、信号线数、总线控制方式等。总线的结构通常分为单总线结构和多总线结构。总线的控制主要包括判优控制和通信控制，总线判优控制分为集中式判优（链式查询、计数器定时查询和独立查询）和分布式判优（自举分布式和冲突检测分布式）。总线通信控制主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，以及双方如何协调配合，通常用四种方式：同步通信、异步通信、半同步通信和分离式通信。

三、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。按存储介质分类可分为半导体存储器、磁表面存储器、磁芯存储器和光盘存储器，按存取方式分为随机存储器、只读存储器、串行访问存储器，按在计算机中分类分为主存储器、辅助存储器、缓冲存储器。存储器有三个性能指标：速度、容量和每位价格。存储器的扩展通常有位扩展和字扩展，位扩展即增加存储字长,如将8片16K*1位的存储芯片连接，可组成一个16K*8位的存储器。字扩展是指增加存储字的数量，如2片1K*8位的存储芯片可组成一个2K*8位的存储器。在与存储器外部设备交换信息时，可采用高速原件、使用层次结构、调整主存的结构来提高访存速度。

四、输入输出系统

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。

五、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。加减法主要采用补码定点加减法进行运算，乘法可视为加法和移位，主要方法有原码一位乘、原码两位乘、补码一位乘、补码两位乘等，乘积的符号位由两个数的符号位异或运算结果决定。除法运算可视为减法和移位，主要方法有恢复余数法、加减交替法，其中原码除法的符号位单独处理，补码除法的符号位参与运算并最终获得结果。浮点加减法可分为

1、对阶，使两数的小数点位置对其；

2、尾数求和，将对阶后的两尾数按定点加减运算规则求和或差；

3、规格化；

4、舍入，要考虑尾数右移时失去的数值位；

5、溢出判断。浮点乘除运算，乘积的阶码应为相乘两数的阶码之和，乘积的尾数应为相乘两数的尾数之积，商的阶码为被除数的阶码减去减数的阶码，尾数为被除数的尾数除以除数的尾数所得的商。

六、指令系统 一条指令就是机器语言的一个语句，它是一组有意义的二进制代码，指令的基本格式如：操作码字段+地址码字段，其中操作码指明了指令的操作性质及功能，地址码则给出了操作数或操作数的地址。指令包括操作码域和地址域两部分。根据地址域所涉及的地址数量，常见的指令格式有以下几种：三地址指令、二地址指令、单地址指令、零地址指令。根据指令内容确定操作数地址的过程称为寻址。可分为指令寻址和数据寻址两大类。其中数据寻址可再细分为：

1、立即寻址：立即寻址的特点是操作数本身设在指令字内，即形式地址A不是操作数地址，而是操作数本身，又称之为立即数。数据采用补码形式存放；

2、直接寻址：特点是指令字中的形式地址A就是操作数的真实地址EA，即EA=A；

3、隐含寻址：隐含寻址是指指令中不明显给出操作数的地址，其中操作数的地址隐含在操作码或某个寄存器中；

4、间接寻址：有效地址是由形式地址间接给出来的，即EA=（A）；

5、寄存器寻址：在寄存器寻址的指令字中，地址码字段直接指出了寄存器的的编号，即EA=Ri；

6、寄存器间接寻址：Ri中内容不是操作数，而是操作数所在主存单元的地址号，即有效地址EA=（Ri）；

7、基址寻址：基址寻址需设有基址寄存器BR，其操作数的有效地址EA等于指令字中的形式地址与基址寄存器中的内容相加，即EA=A+(BR)；变址寻址：变址寻址与基址寻址极为相似，其有效地址EA等于指令字中的形式地址A与变址寄存器IX的内容相加之和，即EA=A+(IX)。

七、CPU的结构和功能

CPU具有控制程序的顺序执行（指令控制）、产生完成每条指令所需的控制命令（操作控制）、对各种操作加以时间上的控制（时间控制）、对数据进行算术运算和逻辑运算（数据加工）以及处理中断等功能。一条指令的执行过程按时间顺序可分为以下几个步骤：

1、CPU发出指令地址。将指令指针寄存器（IP）的内容——指令地址，经地址总线送入存储器的地址寄存器中。

2、从地址寄存器中读取指令。将读出的指令暂存于存储器的数据寄存器中。

3、将指令送往指令寄存器。将指令从数据寄存器中取出，经数据总线送入控制器的指令寄存器中。

4、指令译码。指令寄存器中的操作码部分送指令译码器，经译码器分析产生相应的操作控制信号，送往各个执行部件。

5、按指令操作码执行。

6、修改程序计数器的值，形成下一条要取指令的地址。若执行的是非转移指令，即顺序执行，则指令指针寄存器的内容加1，形成下一条要取指令的地址。指令指针寄存器也称为程序计数器。中断的作用：一方面，有了中断功能，PC系统就可以使CPU和外设同时工作，使系统可以及时地响应外部事件。而且有了中断功能，CPU可允许多个外设同时工作。这样就大大提高了CPU的利用率，也提高了数据输入、输出的速度；另一方面，有了中断功能，就可以使CPU及时处理各种软硬件故障。计算机在运行过程中，往往会出现事先预料不到的情况或出现一些故障，如电源掉电、存储出错，运算溢出等等。计算机可以利用中断系统自行处理，而不必停机或报告工作人员。

八、控制单元

控制单元是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)和操作控制器0C(Operation Controller)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，然后通过控制总线送至相应部件实现功能。常见的控制方式有同步控制、异步控制、联合控制和人工控制。控制单元的设计有两种方法：组合逻辑设计和微程序设计。组合逻辑设计首先要确定控制方式，然后决定微操作的节拍安排，再根据微操作列出微操作命令的操作时间表、求出最简逻辑表达式并画出微操作的逻辑图。这种方法思路清晰，但每一个微操作都对应一个逻辑电路，最终的控制单元会十分庞杂。微程序设计是指将一条机器指令编写成一个微程序，每一个微程序包含若干条微指令，每一条微指令对应一个或几个微操作命令，然后把这些微程序存到一个控制存储器中，用寻找用户程序机器指令的方法来寻找每一个为程序中的微指令。这些微指令以二进制代码形式表示，每位代表一个控制信号，因此逐条执行每一条微指令，也就相应的完成了一条机器指令的全部操作。微指令的编码方式有直接编码、字段直接编码、字段间接编码、混合编码等，微指令格式有水平型微指令和垂直型微指令。

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’。在学习过程中也是碰到了很多问题，主要就和老师说的一样，课后没有看书，导致一些知识点没有掌握完全，概念问题有很多细节不懂。这些都要尽量弥补，才能让这门课的学习达到目的。

第五篇：计算机组成原理课程论文

题目：计算机组成及其控制单元

内容摘要：

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(Chip Bus, 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EIA RS-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：

计算机组成原理 唐朔飞

计算机组成原理 白中英