计算机组成原理课程教学大纲20100902

第一篇：计算机组成原理课程教学大纲20100902

《计算机组成原理》课程教学大纲

Computer Organization and Architecture

课程代码：24100747

课程性质：专业基础理论课，必修 适用专业：计算机科学与技术

软件工程、网络工程

总学时数：72

执

笔：陈平华

开课学期：4

总学分数：4.5 编写年月：2006年7月

修订年月：2007年7月

一、课程的性质和目的

本课程主要讲授计算机的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/输出系统设备的功能、组成、设计、实现、使用。

本课程以阐述计算机个部件工作原理和组成结构为主，同时讲述各部件间相互连接的方法，使学生掌握计算机硬件系统的组成、运行原理和设计方法。

通过本课程的学习，使学生了解计算机一般组成原理与内部运行机理，为学习本专业后继课程打好基础。

计算机技术发展迅速，组织课程内容要有较高的起点，反映较为成熟和先进的技术；应注重硬件基础知识和整机概念的教学，培养学生硬件分析、设计和调试的能力，为学习和从事计算机硬件研究和设计打好基础。

本课程实践性较强，为加强学生对教学内容的理解和掌握，培养动手能力，设一门计算机组成原理实验课于本课程配合。

二、课程教学内容及学时分配

第一章计算机系统概论（3学时）

计算机的分类和应用、计算机的硬件、计算机的软件、计算机系统的层次结构。本章知识点为：存储程序的概念、硬件的组成、计算机系统的层次结构。第二章运算方法和运算器（12学时）

数据与文字的表示方法、定点加法、减法运算、定点乘法运算、定点除法运算、定点运算器的组成、浮点运算方法和浮点运算器。

本章知识点为：定点运算方法、定点运算器的组成、浮点运算方法和浮点运算器的组成。第三章存储系统（14学时）

存储器概述、随机读写存储器、只读存储器和闪速存储器、高速存储器、cache存储器、虚拟存储器、存储器保护。

本章知识点为：存储体系的基本原理、主存储器容量扩充的方法。第四章指令系统（10学时）

指令系统的发展与性能要求、指令格式、指令和数据的寻址方式、堆栈寻址方式、典型指令。

本章知识点为：指令的一般格式、寻址方式。第五章中央处理器（14学时）

CPU的功能和组成、指令周期、时序产生器和控制方式、微程序控制器、微程序设计技术、硬布线控制器、传统CPU、流水CPU、RISC CPU、多媒体CPU。频CPU的功能和组成、指令周期、时序产生器和控制方式、微程序控制器、微程序设计技术、硬布线控制器、传统CPU、流水CPU、RISC CPU、多媒体CPU。

本章知识点为：CPU的功能和基本组成，指令周期的概念，时序产生器的组成，微程序控制器及其设计技术，硬布线控制器的结构。

第六章总线系统（5学时）

总线的概念和结构形态、总线接口、总线的仲裁、定时和数据传送模式、PCI总线、ISA总线和Futurebus+总线。

本章知识点为：总线接口、总线的仲裁、定时和数据传送模式。第七章外围设备（6学时）

外围设备概述、显示设备、输入设备和打印设备、硬磁盘存储设备、软磁盘存储设备、磁带存储设备、光盘存储设备。

本章知识点为：显示设备、硬磁盘存储设备、软磁盘存储设备的基本原理。第八章外围设备（6学时）

外围设备的定时方式与信息交换方式、程序中断方式、DMA方式、通道方式、通用I/O标准接口。

本章知识点为：程序中断方式、DMA方式的基本工作原理。

三、课程教学的基本要求

本课程是计算机专业的专业基础课程，理论性较强，是本专业的理论基础课程。在教学方法上，采用课前预习，课堂讲授，课后自学，课堂讨论等教学形式。

(一)课前预习

本课程是学生较早进入的专业课程，为使学生尽快适应专业课程的特点和学习方法，应指导学生做好充分的预习，避免学生面对大量的课程内容和对基础知识的应用无法适应。

(二)课堂讲授

本课程属专业基础理论课程，在教学中要求同学重点掌握基本概念、基本方法和基本规律，要着重培养学生理解理论的能力，在课程内容方面既要保持理论的系统性，又要注意联系实际，并且重视技术科学的一般方法学的培养。

（三）课后自学

为了培养学生整理归纳，综合分析和处理问题的能力，每章都安排一部分内容，课上教师只给出自学提纲，不作详细讲解，课后学生自学。

（四）课堂讨论 课堂讨论的目的是活跃学习气氛，开拓思路。教师应认真组织，安排重点发言，充分调动每一名同学的学习积极性，做好总结。

（五）习题课

习题课以典型例题分析为主，并适当安排开阔思路及综合性的练习及讨论。

（六）课外作业

课外作业的内容选择基于对基本理论的理解和巩固，培养综合计算和分析、判断能力。

（七）平时测验

为及时了解教学情况，教师可适当安排平时课堂测验，每次测验不超过30分钟。

（八）考试

考试采用闭卷方式，考试范围应涵盖所有讲授及自学的内容，考试内容应能客观反映出学生对本门课程主要概念的记忆、掌握程度，对有关理论的理解、掌握及综合运用能力。试题包括基本概念，基本理论，分析计算，题型可采用填空，判断，计算，画图，简答，分析等方式。

总评成绩：一般情况下，课外作业、平时测验占20%，期末闭卷考试占80%；特殊情况下，课外作业、平时测验可提高到30%。

四、本课程与其它课程的联系与分工

先修课程：电路与电子技术、数字逻辑

后续课程：汇编语言、计算机系统结构、接口与通讯、单片机原理

五、建议教材及教学参考书

［1］白中英主编，《计算机组成原理》，科学出版社，2001年出版 ［2］王爱英主编，《计算机组成与结构》，清华大学出版社，2004年出版

第二篇：计算机组成原理教学大纲

教 学 大 纲

第一章 计算机系统概论

教学内容

一、计算机的分类与应用

二、计算机的硬件组成

三、计算机的软件

四、计算机的层次结构

第二章 运算方法和运算器

一、学习目的和基本要求

（一）掌握数字数据与非数值数据的表示

（二）掌握定点运算方法

（三）了解定点运算器

（四）了解浮点运算方法及浮点运算器

二、重点难点

计算机中数的四种机器码表示、数据格式（定点与浮点）、字符与汉字的表示方法、奇偶校验、定点加减运算、定点与浮点的溢出检测

三、教学内容

（一）数据格式

（二）四种机器码表示

（三）非数值数据的表示

（四）定点运算和定点运算器

（五）浮点运算方法

（六）浮点运算流水线和浮点运算器

第三章 存储系统一、学习目的和基本要求

（一）了解存储器的基本概念

（二）掌握SRAM与DRAM的组成及工作原理

（三）了解只读存储器的特点

（四）掌握提高存储器速度的方法

（五）掌握cache的工作原理，了解pentium PC机的cache

（六）了解虚拟存储器的原理及分类

二、重点难点

存储器的分级结构、SRAM与DRAM特点、字位扩展、DRAM的刷新、Cache原理、虚拟存储技术

三、教学内容

（一）存储器的分类、分级结构、主要技术指标

（二）SRAM（组成、特点）

（三）DRAM（特点、刷新）

（四）CPU与存储器的连接（字位扩展）

（五）CPU对存储器的读写操作

（六）EDRAM

（七）只读存储器（特点、分类），闪速存储器（特点、应用）

（八）高速存储器（原理）

（九）Cache

（十）虚拟存储技术

第四章 指令系统一、学习目的和基本要求

（一）了解指令系统的基本概念及性能要求

（二）掌握指令格式

（三）掌握指令和数据的寻址方式（包括堆栈寻址方式）

（四）了解指令的分类及基本指令系统，掌握精简指令系统的特点

二、重点难点

指令格式、指令寻址方式、操作数寻址方式

三、教学内容

（一）指令系统的基本概念

（二）指令格式

（三）指令寻址方式

（四）数据寻址方式

（五）堆栈寻址方式

（六）指令的分类

（七）RISC与CISC

第五章 中央处理器

一、学习目的和基本要求

（一）掌握中央处理器的功能和组成

（二）了解指令周期的概念

（三）了解计算机中时序信号的作用和体制，掌握时序控制方式

（四）了解控制器的分类、原理和技术

（五）掌握流水CPU的结构及相关问题，了解奔腾CPU的流水结构

二、重点难点

CPU的功能、CPU的基本组成、CPU中的主要寄存器、指令周期、时序信号的作用、微程序控制器与微程序设计技术

三、教学内容

（一）CPU的功能

（二）CPU的组成（基本组成、主要寄存器）

（三）指令周期

（四）时序产生器的作用和控制方式

（五）微程序控制器（微程序概念、原理、机器指令与微指令的关系）

（六）微程序设计技术（微指令格式）

（七）硬布线控制器（基本思想）

（八）流水CPU

第六章 总线系统一、学习目的和基本要求

（一）了解总线的基本概念及作用

（二）掌握接口的概念及作用

（三）掌握总线的总裁和定时方式

（四）了解多总线结构和PCI的特点

二、重点难点

总线结构对计算机系统性能的影响、总线接口、信息的传送方式、总线的总裁方式

三、教学内容

（一）总线结构对计算机系统性能的影响

（二）总线接口（基本概念、功能）

（三）总线的仲裁、定时方式

第七章 外围设备

一、学习目的和基本要求

（一）了解外围设备的功能和分类

（二）掌握显示设备的分类及有关概念

（三）了解打印设备的分类

（四）掌握硬磁盘存储设备的工作原理、技术指标

二、重点难点

显示设备的分类与有关概念、硬磁盘存储设备

三、教学内容

（一）外设的分类

（二）显示设备

（三）打印设备

（四）硬磁盘存储设备

第八章 输入输出系统一、学习目的和基本要求

（一）了解外围设备的定时方式与信息交换方式

（二）掌握中断的基本概念及工作方式

（三）掌握DMA传送方式

（四）了解通道的功能及分类

二、重点难点 程序中断方式的基本概念、DMA传送方式

三、教学内容

（一）外围设备的定时方式

（二）程序中断方式（中断的概念、中断接口、中断处理过程）

（三）DMA方式（DMA基本概念、传送方式、分类）

（四）通道方式（功能、类型）

第三篇：计算机组成原理课程设计教学大纲

计算机组成原理课程设计教学大纲

实习名称:计算机组成原理课程设计 课程编码:042219 学 分:3 实习周数:3

适用专业：计算机科学与技术

一、实习的目的与任务

通过该课程设计的学习，利用先进的EDA设计手段，总结计算机组成原理课程的学习内容，学会ISPEXPERT SYSTEM的使用、层次化设计方法、多路开关，逻辑运算部件，移位器设计、微程序控制的运算器设计、微程序控制的存储器设计、简单计算机的设计，从而巩固课堂知识、深化学习内容、完成教学大纲要求，学好计算机科学与技术专业的专业基础课。

二、实习教学的基本要求

1、参加课程设计的学生必须服从指导教师的指导，遵守纪律，按时、按指导教师的要求独立完成课程设计的任务。

2、每次设计指导教师必须指导学生，并严格考勤。

三、实习内容

1)实习地点：本课程设计的实习地点为计算机硬件基础实验室。2）实习内容：

1：ISPEXPERT SYSTEM的使用：学会ISPEXPERT SYSTEM软件的使用，然后利用此系统完成：一位全加器设计、并行八位寄存器设计，并形成.JED文件，下载到实验箱上，在实验箱上用开关验证。

2：层次化设计方法：学会层次化设计方法，利用该方法完成：同步二进制计数器、多位二进制加法器，并形成.JED文件，下载到实验箱上，在实验箱上用开关验证

3：多路开关，逻辑运算部件，移位器设计：完成多路开关、逻辑运算部件，移位器设计为下面的运算器、存储器设计做好准备。

4：微程序控制的运算器设计：按要求设计一个微程序控制的运算器，输入取数及运算指令，单步执行指令，得出结果。

5：微程序控制的存储器设计：按要求设计一个微程序控制的存储器，按要求进行操作，将数据存入指定单元，并将制定单元中的内容读出送寄存器。

6：简单计算机的设计：按要求设计一台由简单指令作为指令集的计算机，并用该简单指令编写一段程序，运行该程序，得出正确结果。3）课程设计时间安排

课程设计的时间历经3周，大致安排如下： 第一周：第一、第二个设计。第二周：第三、第四个设计。第三周：第五、第六个设计。

每完成一个设计，学生应及时提交报告。

四、考核办法

同学们在实验前应该认真准备实验，根据实验讲义和课堂上学到的知识写出实验报告，带到实验现场。

1、ISPEXPERT SYSTEM的使用

在本次实验中，学会ISPEXPERT SYSTEM软件的使用，然后利用此系统完成： 〈１〉 一位全加器设计〈２〉 并行八位寄存器设计

并形成.JED文件，下载到实验箱上，在实验箱上用开关验证。评分细则：参加实验： 0.2分

完成实验报告： 0.2分

完成一位全加器设计： 0.3分

完成八位并行寄存器设计：0.3分

2、层次化设计方法

在本次实验中，学会层次化设计方法，利用该方法完成： 〈１〉同步二进制计数器〈２〉多位二进制加法器

并形成.JED文件，下载到实验箱上，在实验箱上用开关验证 评分细则：参加实验： 0.2分

完成实验报告： 0.2分

完成同步二进制计数器 0.3分

完成多位二进制加法器 0.3分

3、多路开关，逻辑运算部件，移位器设计

在本次实验中，完成多路开关、逻辑运算部件，移位器设计为下面的运算器、存储器设计做好准备。

评分细则：参加实验： 0.2分 完成实验报告： 0.2分

完成多路开关 0.2分

完成逻辑运算部件 0.2分

完成移位器 0.2分

4、微程序控制的运算器设计

按要求设计一个微程序控制的运算器，输入取数及运算指令，单步执行指令，得出结果。

评分细则：参加实验： 0.3分

完成实验报告： 0.3分

完成所要求的运算器设计 0.45分

正确进行操作并回答问题 0.45分

5、微程序控制的存储器设计

按按要求设计一个微程序控制的存储器，按要求进行操作，将数据存入指定单元，并将制定单元中的内容读出送寄存器。

评分细则：参加实验： 0.3分

完成实验报告： 0.3分

完成所要求的存储器设计 0.45分 正确进行操作并回答问题 0.45分

6、简单计算机的设计

按要求设计一台由简单指令作为指令集的计算机，并用该简单指令编写一段程序，运行该程序，得出正确结果。

评分细则：参加实验： 0.4分 完成实验报告： 0.4分

完成所要求的简单计算机设计 0.6分

正确进行操作并回答问题 0.6分 实验结束由实验指导教师根据实验记录，算出成绩。

4.8分～5.5分 及格 5.6分～6.3分 中等 6.4分～7.1分 良好 7.2分以上 优秀

五、主要参考书：计算机组成原理实验指导书

六、实习教学建议：

执笔人：王海瑞 审定人：雷金辉 教学基层组织主任：雷金辉

第四篇：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.

第五篇：计算机组成原理课程论文

合肥学院

课 程 论 文

题

目 系

部 专

业 班

级 学生姓名 指导教师

计算机组成原理课程综述

计算机科学与技术 计算机科学与技术 11级计本（2）班

张向东

2013 年 5 月 27 日

计算机组成原理课程论文

内容摘要：

论文主要论述冯-诺依曼型计算机的基本组成结构器件与其控制单元的构建方法，一台计算机的核心是中央处理器，中央处理器的核心就是他的控制单元，控制单元相对于计算机而言类似于人的大脑，人体的各种行为取决于大脑的指令控制，计算机的各种操作方式取决于控制单元的指令，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。

关键词：冯诺依曼型计算机的组成，中央处理器，控制单元，指令系统，微指令

一、计算机组成原理课程综述：

本课程的教学采用从整体入手，层层深入细化的方法详细的阐述了计算机的组成以及各部件的工作原理和工作方式，先是介绍计算机的基本组成，发展和展望。后面分阶段详述了存储器，输入输出系统，通信总线，中央处理器的特性结构和功能，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：

（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。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）。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（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、心得体会：

学习了这门课程后，我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，使我以前对于计算机的好奇心得到了充分的满足，对于计算机的迷茫也得到了解决，并且使我对计算机的兴趣更加浓厚了，我有信心和兴趣对计算机进行更深入的探索。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，计算机的发展一直都代表着人类最高科技的进程。所以我们要时刻保持着自己的求知欲，只有永不倦怠的学习才会不被社会淘汰，才会在计算机领域内有所作为。当然我也十分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。微型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。

五．参考文献：

《计算机组成原理》 唐朔飞 高等教育出版社

《计算机体系结构》 张晨曦 高等教育出版社