計算機組成原理相關論文
計算機組成原理是計算機專業人員必須掌握的基礎知識。顯而易見《計算機組成原理》是電腦科學與技術專業的一門核心的專業必修課程。下面是小編給大家推薦的，希望大家喜歡!
篇一
《淺談計算機組成原理》
摘要：計算機組成原理是電腦科學與技術專業的主幹硬體專業基礎課，本書突出介紹計算機組成的一般原理，不結合任何具體機型，在體系結構上改變了過去自底向上的編寫習慣，採用從外部大框架入手，層層細化的敘述方法，即採用自頂向下的分析方法，詳述了計算機組成原理，使讀者更容易形成計算機的整體概念。此外，為了適應電腦科學發展的需要，除了敘述基本原理外，本書還增加了不少新的內容，書中舉例力求與當代計算機技術相結合，考慮到不好學校不設外部裝置課程，故本書適當地增加了外存和外部裝置的內容。通過本書的學習，可以對計算機的原理有個整體的概念，能有個大概的瞭解，對待不同的機型以後也會好掌握的。
關鍵字：計算機組成原理;課程;作用
在計算機普及的今天，現代資訊科技飛速發展，計算機的應用在政治、經濟、文化等方方面面產生了巨大影響。而計算機的知識更新的速度非常的快，這就使得我們這些學計算機的面臨著要不斷的更新自己關於計算機的知識，以適應市場的需要。其實在大學四年裡，我們並不能學到很多的知識，我們學習的只不過是如何學習的能力，大學就是培養學生各種能力的地方。在大學裡學到的知識很多是你以後走上社會用不到的。這就要求我們在學習課本上的理論知識的同時，還應從中學習到學習的能力。
計算機組成原理是硬體系列課程中的核心課程，是計算機專業重要的專業基礎課，它對其它課程有承上啟下的作用，它的先修課程為“組合語言”、“數字邏輯”，它又與“計算機系統結構”、“作業系統”、“計算機介面技術”等課程密切相關。它的主要教學任務是要求學生能系統地理解計算機硬體系統的邏輯組成和工作原理，培養學生對計算機硬體結構的分析、應用、設計及開發能力。它既有自身的完整理論體系，又有很強的實踐性。該課程具有知識面、內容多、抽象枯燥、難理解、更新快等特點。
課程主要內容和基本原理
***一***本書的主要內容
該課程主要講解簡單、單臺計算機的完整組成原理和內部執行機制，包括運算器部件、控制器部件、儲存器子系統、輸入/輸出子系統***匯流排與介面等***與輸入/輸出系統裝置，圍繞各自的功能、組成、設計、實現、使用等知識進行介紹。
***二***本課程的特點
這本書擺脫了傳統，死板的編寫方法，採用從整體框架入手，自頂向下，由表及裡，層層細化的敘述方法，通過對計算機系統概述，匯流排系統等的深入剖析和詳細講解，使我們能形象的理解計算機的基本組成和工作原理。而且為了適應電腦科學發展的需要，除了敘述基本原理外，書中還增加了新的內容，書中舉例力求與當代計算機技術相結合。
而且該課程的工程性、實踐性、技術性比較強，還強調培養學生的動手動腦能力、開創與創新意識、實驗技能，這些要求更多的是通過作業、教學實驗等環節完成，要求學生有意識地主動加強這些方面的練習與鍛鍊。
***三***本課程的作用
計算機組成原理課，對於許多必須學習這門課的學生來說都會感到困難和不理解，為什麼要學習這門課，本人在這裡可以打個比喻。在過去每個人都會造人，但是都不清楚他的詳細過程，現在由於科學家的工作，使得我們都清楚了他的過程，就使得我們能夠創造出來比較優良的人來了。用計算機的過程和這個差不多，當我們明白了計算機的組成和工作原理以後，我們就可以更好的使用好計算機，讓它為我們服務。
1、實際應用
首先我認為在《計算機組成原理》這本書中學到的有關計算機原理方面的知識，對我們以後瞭解計算機以及和計算機打交道，甚至在以後應用計算機時，都可能會有很大的益處，計算機原理的基本知識是不會變的，變也只是會在此基礎上，且不會偏離這些最基本的原理，尤其是這本計算機組成原理介紹的計算機原理是一種一般的計算機原理，不是針對某一個特定的機型而介紹的，下面我們來談談系統匯流排的發展和應用。
2、定義
匯流排，英文叫作“BUS”,即我們中文的“公共車”，這是非常形象的比如，公共車走的路線是一定的，我們任何人都可以坐公共車去該條公共車路線的任意一個站點。如果把我們人比作是電子訊號，這就是為什麼英文叫它為“BUS”而不是“CAR”的真正用意。當然，從專業上來說，匯流排是一種描述電子訊號傳輸線路的結構形式，是一類訊號線的集合，是子系統間傳輸資訊的公共通道[1]。通過匯流排能使整個系統內各部件之間的資訊進行傳輸、交換、共享和邏輯控制等功能。如在計算機系統中，它是CPU、記憶體、輸入、輸出裝置傳遞資訊的公用通道，主機的各個部件通過主機相連線，外部裝置通過相應的介面電路再於匯流排相連線。
3、工作原理
系統匯流排在微型計算機中的地位，如同人的神經中樞系統，CPU通過系統匯流排對儲存器的內容進行讀寫，同樣通過匯流排，實現將CPU內資料寫入外設，或由外設讀入CPU。微型計算機都採用匯流排結構。匯流排就是用來資訊的一組通訊線。微型計算機通過系統匯流排將各部件連線到一起，實現了微型計算機內部各部件間的資訊交換。一般情況下，CPU提供的訊號需經過匯流排形成電路形成系統匯流排。系統匯流排按照傳遞資訊的功能來分，分為地址匯流排、資料匯流排和控制匯流排。這些匯流排提供了微處理器***CPU***與儲存器、輸入輸出介面部件的連線線。可以認為，一臺微型計算機就是以CPU為核心，其它部件全“掛接”在與CPU相連線的系統總線上。這種匯流排結構形式，為組成微型計算機提供了方便。人們可以根據自己的需要，將規模不一的記憶體和介面接到系統總線上，很容易形成各種規模的微型計算機。
4、分類：
匯流排分類的方式有很多，如被分為外部和內部匯流排、系統匯流排和非系統匯流排等等，下面是幾種最常用的分類方法。
***1***按功能分
最常見的是從功能上來對資料匯流排進行劃分，可以分為地址匯流排、資料匯流排、和控制匯流排。在有的系統中，資料匯流排和地址匯流排可以在地址鎖存器控制下被共享，也即複用。
地址匯流排是專門用來傳送地址的。在設計過程中，見得最多的應該是從CPU地址匯流排來選用外部儲存器的儲存地址。地址匯流排的位數往往決定了儲存器儲存空間的大小，比如地址匯流排為16位，則其最大可儲存空間為216***64KB***。
資料匯流排是用於傳送資料資訊，它又有單向傳輸和雙向傳輸資料匯流排之分，雙向傳輸資料匯流排通常採用雙向三態形式的匯流排。資料匯流排的位數通常與微處理的字長相一致。例如Intel8086微處理器字長16位，其資料匯流排寬度也是16位。在實際工作中，資料匯流排上傳送的並不一定是完全意義上的資料。
控制匯流排是用於傳送控制訊號和時序訊號。如有時微處理器對外部儲存器進行操作時要先通過控制匯流排發出讀/寫訊號、片選訊號和讀入中斷響應訊號等。控制匯流排一般是雙向的，其傳送方向由具體控制訊號而定，其位數也要根據系統的實際控制需要而定。
***2***按傳輸方式分
按照資料傳輸的方式劃分，匯流排可以被分為序列匯流排和並行匯流排。從原理來看，並行傳輸方式其實優於序列傳輸方式，但其成本上會有所增加。通俗地講，並行傳輸的通路猶如一條多車道公路，而序列傳輸則是隻允許一輛汽車通過單線公路。目前常見的序列匯流排有SPI、I2C、USB、IEEE1394、RS232、CAN等;而並行匯流排相對來說種類要少，常見的如IEEE1284、ISA、PCI等。
***3***按時鐘訊號方式分
按照時鐘訊號是否獨立，可以分為同步匯流排和非同步匯流排。同步匯流排的時鐘訊號獨立於資料，也就是說要用一根單獨的線來作為時鐘訊號線;而非同步匯流排的時鐘訊號是從資料中提取出來的，通常利用資料訊號的邊沿來作為時鐘同步訊號。
5、發展簡史
計算機系統匯流排的詳細發展歷程，包括早期的PC匯流排和ISA匯流排、PCI/AGP匯流排、PCI-X匯流排以及主流的PCIExpress、HyperTransport高速序列匯流排。從PC匯流排到ISA、PCI匯流排，再由PCI進入PCIExpress和HyperTransport體系，計算機在這三次大轉折中也完成三次飛躍式的提升。
與這個過程相對應，計算機的處理速度、實現的功能和軟體平臺都在進行同樣的進化，顯然，沒有匯流排技術的進步作為基礎，計算機的快速發展就無從談起。業界站在一個嶄新的起點：PCIExpress和HyperTransport開創了一個近乎完美的匯流排架構。而業界對高速匯流排的渴求也是無休無止，PCIExpress2.0和HyperTransport3.0都將提上日程，它們將會再次帶來效能提升。在計算機系統中，各個功能部件都是通過系統匯流排交換資料，匯流排的速度對系統性能有著極大的影響。而也正因為如此，匯流排被譽為是計算機系統的神經中樞。但相比CPU、顯示卡、記憶體、硬碟等功能部件，匯流排技術的提升步伐要緩慢得多。在PC發展的二十餘年曆史中，匯流排只進行三次更新換代，但它的每次變革都令計算機的面貌煥然一新。
6、心得體會
自從上了大學後，進入這個專業後才能這麼經常的接觸到電腦，才能學到有關電腦方面的知識。正因為接觸這類知識比較的晚，所以學習這方面的知識感覺到吃力。學習了這門課後覺得，計算機組成原理確實很難，隨著計算機技術和電子技術的飛速發展。計算機內部結構日趨複雜和龐大而且高度整合化。這使的我們普遍感到計算機組成原理這門課難學、難懂、概念抽象、感性認識差。在計算機技術快速發展的今天，新技術、新理論從提出到實際應用的週期大大縮短。我們很難在有限的教學時間內.在理解掌握基本知識技能的基礎上。學習新知識、新技術，很難增強我們的學習興趣。也就更談不上能夠利用基本原理解決在學習過程中所遇到的新問題。
當進入第四章，儲存器的學習時，各種問題就不斷的出現，尤其在進行儲存器容量擴充套件時，很多的問題都是似懂非懂的，在做題目時，也是犯各種各樣的錯誤。在第五章的學習中，對於I/O裝置與主機交換資訊的控制方式中的程式查詢方式，程式中斷方式和DMA方式有了點了解。最難的就要數中央處理器和控制單元了。對於計算機運算方法，這個沒太搞懂，像定點運算中的乘法運算和除法運算，又是用的什麼原碼一位乘、原碼兩位乘、補碼一位乘、補碼兩位乘。總之，我是被繞暈了。還有就是控制單元的設計方法微程式設計，這個知識點也是不太懂，總的來說這門課程，學得不是很好。可是通過這門課的學習，我也學習到了很多以前不知道的知識：計算機都有些什麼硬體，都有哪幾類匯流排，匯流排在計算機中又扮演著什麼角色。計算機中的儲存器有哪些等等。讓我對計算機有了一個大致的瞭解。至少我不再像以前那樣對計算機什麼也都不懂。
結語：
通過學習這門課程，我們能夠從中得到有關計算機方面的知識，但是更多的是這門課程可以培養我們以下能力：
1、系統級的認識能力。建立整機概念，掌握自項向下的問題分析能力，既能理解系統各層次的細節，又能站在系統總體的角度從巨集觀上認識系統，然後將系統很好的分解為功能模組。這種理解必須超越各組成部分的實現細節，而認識到計算機的軟體系統和硬體系統的結構以及它們建立和分析的過程，這一過程是應該以深入理解計算機組成原理為基礎的。
2、培養學生理論聯絡實際的能力。計算機實踐教學是計算機課程的重要環節，學好計算機僅靠理論知識是不夠的，課堂講授是使學生掌握計算機的基本知識和基本技能，而計算機實踐教學的目的是要通過實際操作將所學到的知識付諸實際，是課堂教學的延伸和補充。計算機設計與實踐就是從理論、抽象、設計三個方面將計算機系統內部處理器、儲存器、控制器、運算器、外設等各個部分聯絡起來，達到互相支撐、互相促進進。
參考文獻
[1]唐碩飛主編計算機組成原理高等教育出版社
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篇二
《計算機組成及其控制單元》
摘要：本論文主要論述了馮-諾依曼型計算機的基本組成與其控制單元的構建方法，一臺計算機的核心是cpu，cpu的核心就是他的控制單元，控制單元好比人的大腦，不同的大腦有不同的想法，不同的控制單元也有不同的控制思路。所以，控制單元直接影響著指令系統，它的格式不僅直接影響到機器的硬體結構，而且也直接影響到系統軟體，影響機器的適用範圍。而馮諾依曼型計算機是計算機構建的經典結構，正是現代計算機的代表。
關鍵字：馮諾依曼型計算機，計算機的組成，指令系統，微指令
一.計算機組成原理課程綜述：
本課程採用從外部大框架入手，層層細化的敘述方法，先是介紹計算機的基本組成，發展和展望。後詳述了儲存器，輸入輸出系統，通訊匯流排，cpu的特性結構和功能，包括計算機的基本運算，指令系統和中斷系統，並專門介紹了控制單元的功能和設計思路和實現措施。
二.課程主要內容和基本原理：
A.計算機的組成：
馮諾依曼型計算機主要有五大部件組成：運算器，儲存器，控制器，輸入輸出裝置。
1.匯流排：
匯流排是計算機各種功能部件之間傳送資訊的公共通訊幹線，它是由導線組成的傳輸線束，按照計算機所傳輸的資訊種類，計算機的匯流排可以劃分為資料匯流排、地址匯流排和控制匯流排，分別用來傳輸資料、資料地址和控制訊號。匯流排是一種內部結構，它是cpu、記憶體、輸入、輸出裝置傳遞資訊的公用通道，主機的各個部件通過匯流排相連線，外部裝置通過相應的介面電路再與匯流排相連線，從而形成了計算機硬體系統。在計算機系統中，各個部件之間傳送資訊的公共通路叫匯流排，微型計算機是以匯流排結構來連線各個功能部件的。匯流排按功能和規範可分為三大型別:
***1***片匯流排***ChipBus,C-Bus***
又稱元件級匯流排，是把各種不同的晶片連線在一起構成特定功能模組***如CPU模組***的資訊傳輸通路。
***2***內匯流排
又稱系統匯流排或板級匯流排，是微機系統中各外掛***模組***之間的資訊傳輸通路。例如CPU模組和儲存器模組或I/O介面模組之間的傳輸通路。***3***外匯流排又稱通訊匯流排，是微機系統之間或微機系統與其他系統***儀器、儀表、控制裝置等***之間資訊傳輸的通路，如EIARS-232C、IEEE-488等。其中的系統匯流排，即通常意義上所說的匯流排，一般又含有三種不同功能的匯流排，即資料匯流排DB、地址匯流排AB和控制匯流排CB。
2.儲存器：
儲存器是計算機系統中的記憶裝置，用來存放程式和資料。計算機中全部資訊，包括輸入的原始資料、計算機程式、中間執行結果和最終執行結果都儲存在儲存器中。它根據控制器指定的位置存入和取出資訊。有了儲存器，計算機才有記憶功能，才能保證正常工作。按用途儲存器可分為主儲存器***記憶體***和輔助儲存器***外存***,也有分為外部儲存器和內部儲存器的分類方法。外存通常是磁性介質或光碟等，能長期儲存資訊。記憶體指主機板上的儲存部件，用來存放當前正在執行的資料和程式，但僅用於暫時存放程式和資料，關閉電源或斷電，資料會丟失。
儲存器的主要功能是儲存程式和各種資料，並能在計算機執行過程中高速、自動地完成程式或資料的存取。
儲存器是具有“記憶”功能的裝置，它採用具有兩種穩定狀態的物理器件來儲存資訊。這些器件也稱為記憶元件。在計算機中採用只有兩個數碼“0”和“1”的二進位制來表示資料。記憶元件的兩種穩定狀態分別表示為“0”和“1”。日常使用的十進位制數必須轉換成等值的二進位制數才能存入儲存器中。計算機中處理的各種字元，例如英文字母、運算子號等，也要轉換成二進位制程式碼才能儲存和操作。
按照與CPU的接近程度，儲存器分為記憶體儲器與外儲存器，簡稱記憶體與外存。記憶體儲器又常稱為主儲存器***簡稱主存***，屬於主機的組成部分;外儲存器又常稱為輔助儲存器***簡稱輔存***，屬於外部裝置。CPU不能像訪問記憶體那樣，直接訪問外存，外存要與CPU或I/O裝置進行資料傳輸，必須通過記憶體進行。在80386以上的高檔微機中，還配置了高速緩衝儲存器***cache***，這時記憶體包括主存與快取記憶體兩部分。對於低檔微機，主存即為記憶體。
3.I/O系統：
I/O系統是作業系統的一個重要的組成部分，負責管理系統中所有的外部裝置。
計算機外部裝置。在計算機系統中除CPU和記憶體儲外所有的裝置和裝置稱為計算機外部裝置***外圍裝置、I/O裝置***。I/O裝置：用來向計算機輸入和輸出資訊的裝置，如鍵盤、滑鼠、顯示器、印表機等。
I/O裝置與主機交換資訊有三種控制方式：程式查詢方式，程式中斷方式，DMA方式。程式查詢方式是由cpu通過程式不斷的查詢I/O裝置是否做好準備，從而控制其與主機交換資訊。
程式中斷方式不查詢裝置是否準備就緒，繼續執行自身程式，只是當I/o裝置準備就緒並向cpu發出中斷請求後才給予響應，這大大提高了cpu的工作效率。
在DMA方式中，主存與I/O裝置之間有一條資料通路，主存與其交換資訊時，無需呼叫中斷服務程式。
4.運算器：
計算機中執行各種算術和邏輯運算操作的部件。運算器的基本操作包括加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、比較和傳送等操作，亦稱算術邏輯部件***ALU***。
運算器由：算術邏輯單元***ALU***、累加器、狀態暫存器、通用暫存器組等組成。算術邏輯運算單元***ALU***的基本功能為加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、求補等操作。計算機執行時，運算器的操作和操作種類由控制器決定。運算器處理的資料來自儲存器;處理後的結果資料通常送回儲存器，或暫時寄存在運算器中。與運算器共同組成了CPU的核心部分。
實現運算器的操作，特別是四則運算，必須選擇合理的運算方法。它直接影響運算器的效能，也關係到運算器的結構和成本。另外，在進行數值計算時，結果的有效數位可能較長，必須擷取一定的有效數位，由此而產生最低有效數位的舍入問題。選用的舍入規則也影響到計算結果的精確度。在選擇計算機的數的表示方式時，應當全面考慮以下幾個因素：要表示的數的型別***小數、整數、實數和複數***：決定表示方式，可能遇到的數值範圍：確定儲存、處理能力。數值精確度：處理能力相關;資料儲存和處理所需要的硬體代價：造價高低。運算器包括暫存器、執行部件和控制電路3個部分。在典型的運算器中有3個暫存器：接收並儲存一個運算元的接收暫存器;儲存另一個運算元和運算結果的累加暫存器;在運算器進行乘、除運算時儲存乘數或商數的乘商暫存器。執行部件包括一個加法器和各種型別的輸入輸出閘電路。控制電路按照一定的時間順序發出不同的控制訊號，使資料經過相應的閘電路進入暫存器或加法器，完成規定的操作。為了減少對儲存器的訪問，很多計算機的運算器設有較多的暫存器，存放中間計算結果，以便在後面的運算中直接用作運算元。
B.控制單元：
控制單元負責程式的流程管理。正如工廠的物流分配部門，控制單元是整個CPU的指揮控制中心，由指令暫存器IR、指令譯碼器ID和操作控制器0C三個部件組成，對協調整個電腦有序工作極為重要。它根據使用者預先編好的程式，依次從儲存器中取出各條指令，放在指令暫存器IR中，通過指令譯碼***分析***確定應該進行什麼操作，然後通過操作控制器OC，按確定的時序，向相應的部件發出微操作控制訊號。操作控制器OC中主要包括節拍脈衝發生器、控制矩陣、時鐘脈衝發生器、復位電路和啟停電路等控制邏輯。
1.指令系統
指令系統是計算機硬體的語言系統，也叫機器語言，它是軟體和硬體的主要介面，從系統結構的角度看，它是系統程式設計師看到的計算機的主要屬性。因此指令系統表徵了計算機的基本功能決定了機器所要求的能力，也決定了指令的格式和機器的結構。對不同的計算機在設計指令系統時，應對指令格式、型別及操作功能給予應有的重視。
計算機所能執行的全部指令的集合，它描述了計算機內全部的控制資訊和“邏輯判斷”能力。不同計算機的指令系統包含的指令種類和數目也不同。一般均包含算術運算型、邏輯運算型、資料傳送型、判定和控制型、輸入和輸出型等指令。指令系統是表徵一臺計算機效能的重要因素，它的格式與功能不僅直接影響到機器的硬體結構，而且也直接影響到系統軟體，影響到機器的適用範圍。
根據指令內容確定運算元地址的過程稱為定址。一般的定址方式有立即定址，直接定址，間接定址，暫存器定址，相對定址等。
一條指令實際上包括兩種資訊即操作碼和地址碼。操作碼用來表示該指令所要完成的操作***如加、減、乘、除、資料傳送等***，其長度取決於指令系統中的指令條數。地址碼用來描述該指令的操作物件，它或者直接給出運算元，或者指出運算元的儲存器地址或暫存器地址***即暫存器名***。
2.微指令
在微程式控制的計算機中，將由同時發出的控制訊號所執行的一組微操作稱為微指令。所以微指令就是把同時發出的控制訊號的有關資訊彙集起來形成的。將一條指令分成若干條微指令，按次序執行就可以實現指令的功能。若干條微指令可以構成一個微程式，而一個微程式就對應了一條機器指令。因此，一條機器指令的功能是若干條微指令組成的序列來實現的。簡言之，一條機器指令所完成的操作分成若干條微指令來完成，由微指令進行解釋和執行。微指令的編譯方法是決定微指令格式的主要因素。微指令格式大體分成兩類:水平型微指令和垂直型微指令。
從指令與微指令，程式與微程式，地址與微地址的一一對應關係上看，前者與記憶體儲器有關，而後者與控制儲存器***它是微程式控制器的一部分。微程式控制器主要由控制儲存器、微指令暫存器和地址轉移邏輯三部分組成。其中，微指令暫存器又分為微地址暫存器和微命令暫存器兩部分***有關。同時從一般指令的微程式執行流程圖可以看出。每個CPU週期基本上就對應於一條微指令。
三.心得體會;
在做完這次課程論文後，讓我再次加深了對計算機的組成原理的理解，對計算機的構建也有更深層次的體會。計算機的每一次發展，都凝聚著人類的智慧和辛勤勞動，每一次創新都給人類帶來了巨大的進步。計算機從早期的簡單功能，到現在的複雜操作，都是一點一滴發展起來的。這種層次化的讓我體會到了，凡事要從小做起，無數的‘小’便成就了‘大’。
現在計算機仍以驚人的速度發展，期待未來的計算機帶給人們更大的驚喜和進步。
四.結語：
自從1945年世界上第一臺電子計算機誕生以來，計算機技術迅猛發展，CPU的速度越來越快，體積越來越小，價格越來越低。計算機界據此總結出了“摩爾法則”，該法則認為每18個月左右計算機效能就會提高一倍。
越來越多的專家認識到，在傳統計算機的基礎上大幅度提高計算機的效能必將遇到難以逾越的障礙，從基本原理上尋找計算機發展的突破口才是正確的道路。很多專家探討利用生物晶片、神經網路晶片等來實現計算機發展的突破，但也有很多專家把目光投向了最基本的物理原理上，因為過去幾百年，物理學原理的應用導致了一系列應用技術的革命，他們認為未來光子、量子和分子計算機為代表的新技術將推動新一輪超級計算技術革命。
五.參考文獻：
【1】計算機組成原理，唐朔飛
【2】計算機組成原理，白中英