计算机组成原理论文
计算机组成原理是计算机专业一门重要的主干课程，以数字逻辑为基础的课程。同时也是计算机结构、操作系统等专业课的学习基础。下面是小编给大家推荐的计算机组成原理论文，希望大家喜欢!
计算机组成原理论文篇一
《计算机组成原理课程综述》
摘要：计算机组成原理是计算机专业一门重要的主干课程，以数字逻辑为基础的课程。同时也是计算机结构、操作系统等专业课的学习基础。课程任务是使学生掌握计算机组成部件的工作原理、逻辑实现、设计方法及将各部件接连成整机的方法，建立CPU级和硬件系统级的整机概念，培养学生对计算机硬件系统的分析、开发与设计能力。同时该课程也是学好计算机硬件系列课程的重要基础。所以，我们需要了解计算机的基本概念、计算机硬件系统以及软件系统的组成及其基本功能。学习计算机的各个基本组成部件及控制单元的工作原理，掌握有关软件、硬件的基本知识，尤其是各基本组成部件有机连接构成整机的方法。
关键词：计算机系统;硬件结构;软件结构;控制单元
一、计算机组成原理课程综述
顾名思义，计算机组成原理就是介绍计算机的组成，冯-诺依曼计算机由五大部件组成，分别是运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备。现今绝大部门都是此类型计算机。通过对这么课的学习对计算机的组成有个整体的概念。计算机组成原理从内容上看一、虽然计算机的五大部件自成体系，较为独立，但是从整体来看，还是具有明显的整体性;二、某些设计思想可应用于不同的部件，具有相通性，例如并行性思想。
二、课程主要内容和基本原理
(一)计算机系统
计算机系统是由“硬件”和“软件”两大部分组成。所谓硬件是指计算机的实体部分，它由看得见摸的着的各种电子元器件，各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外部设备等。所谓软件，它看不见摸不着，由人们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成。通常把这些程序寄寓于各类媒体(如RAM、ROM、磁带、磁盘、光盘、甚至纸袋)，他们通常存放在计算机的主存或辅存内。
(二)系统总线
计算机系统的五大部件之间的互连方式有两种，一种是各部件之间使用单独的连线，称为分散连接;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。
总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。当多个部件相连时，如果出现两个或两个以上部件同时向总线发送信息，势必导致信号冲突，传输无效。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收相同的信息。
总线分为片内总线、系统总线和通信总线。片内总线是指芯片内部的总线;系统总线又可分为三类：数据总线、地址总线和控制总线。
总线的周期可分为四个阶段:申请分配阶段、寻址阶段、传数阶段、结束阶段。
总线与计算机所有的器件数据传输都离不开关系，是计算机工作的基础。
(三)存储器
存储器按存储介质分类：半导体存储器、磁表面存储器、磁芯存储器、光盘存储器。按存取方式分类：随机存储器RAM、只读存储器ROM、串行访问存储器。按在计算机中的作用分类：主存储器、辅助存储器。按在计算机系统中的作用分类：主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器Cache、控制存储器。其中静态RAM是用触发器工作原理存储信息，因此即使信息读出后，他仍然保持其原状，不需要再生，但是电源掉电时，原存储信息丢失。动态RAM是靠电容存储电荷的原理来寄存信息。但是电容上的电荷只能维持1~2ms，因此即使电源不掉电，信息也会因此自动消失，为此，必须在2ms内对其所有存储单元恢复一次原状态，这个过程称为再生或刷新。
由于单个存储芯片的容量总是有限的，很难满足实际的需要，因此要进行位扩展和字扩展。存储芯片的容量不同，其地址线也不同，通常将CPU地址线的低位与存储芯片的低址线相连。
同样，CPU的数据线数与存储芯片的数据线也不一定相等。此时，必须对存储芯片扩位，使其位数与CPU的数据线相等。
高速缓冲存储器cache主要解决主存与CPU速度不匹配的问题。主存与cache地址映射关系有:直接相联映射、全相联映射、组相联映射。
(四)输入输出系统
I/O设备与主机的联系方式：统一编址和不统一编址。统一编址就是将I/O地址看做是存储器地址的一部分。不统一编址是指I/O地址和存储器地址是分开的，所有对I/O设备的访问必须有专用的I/O指令。传送方式有串行传送和并行传送。I/O设备与主机信息传送的控制方式有三种：程序查询方式(主机与设备是串行工作的)，程序中断方式(程序与主机是并行工作的)和DMA方式(主机与设备是并行工作的)。DMA方式工作：1、中断cpu访存，2、挪用周期，3、与CPU交互访存。输出设备有打印机，显示器等。
(五)计算方法
计算机的运行需要有运算的参与，参与运算的数有无符号类和有符号类。掌握二进制原码和补码的加减乘除运算。
(六)指令系统
指令由操作码和地址码两部分组成，操作码用来指明该指令所要完成的操作，例如加减，传送，移位，转移等;其位数反映了操作的种类也即机器允许的指令条数。地址码用来指出该指令的源操作数的地址(一个或两个)、结果的地址以及下一条指令的地址。指令寻址分为顺序寻址和跳跃寻址两种。其寻址方式分为10种，分别是：立即寻址，直接寻址，隐含寻址，间接寻址，寄存器寻址，寄存器间接寻址，基址寻址，变址寻址，相对寻址，堆栈寻址。指令格式有零地址，一地址，二地址，三地址等。需能分析指令格式所含的意义。
(七)CPU的结构与功能
CPU实质包括运算器和控制器两大部分，基本功能是取指令，分析指令，执行指令。CPU的寄存器有用户可见寄存器：通用寄存器，数据寄存器，地址寄存器，条件码寄存器。控制和状态寄存器：存储器地址寄存器，存储器数据寄存器，程序寄存器，指令寄存器。指令流水处理减少了运行时间，提高机器效率。中断系统在前面章节介绍过，此处在简单补充一些，引起中断的有很多种因素：人为设置的中断，程序性事故，硬件故障，I/O设备，外部事件。中断判优可用硬件实现，也可用软件实现。中断服务程序入口地址的寻找方法：硬件向量方法和软件查询法。中断响应的过程：响应中断的条件，响应中断的时间，中断隐指令和关中断。其中中断隐指令就是机器指令系统中没有的指令，他是CPU在中断周期内由硬件自动完成的一条指令。在中断响应之前需要对现场进行保护，中断结束之后需要对现场进行恢复。中断屏蔽技术主要用于多级中断，屏蔽技术可以改变优先级。
(八)控制单元的功能
控制单元具有发出各种微操作(即控制信号)序列的功能。取指周期可以归纳为以下几个操作，1.PC->MAR2.1->R3.M(MAR)->MDR4.MDR->IR5.OP(IR)->CU6(PC)+1->PC。间址周期：1.AD(IR)->MAR2.1->R3.M(MAR)->MDR4.MDR->AD(IR).执行周期中不同执行周期的微操作是不同的：1、非访存类指令2、访存指令3、转移类指令。非访存类指令：1、清除累加器指令CLA----0->ACC;2、累加器取反指令、算数右移一位指令SHRL(ACC)->R(ACC),ACC0->ACC0;4、循环左移一位指令CSLR(ACC)->L(ACC)ACCo->ACCn;5、停机指令0->G。访存指令：这类指令在执行阶段都需要访存存储器。
1、加法指令ADDX。
2、存数指令STAX(3)取值指令LDAX。转移类指令：
(1)无条件转移指令JMPX。
(2)条件转移指令BANX。在执行周期结束时刻，cpu要查询是否有请求中断的事件发生，如果有则进入中断周期。在中断周期，由中断隐指令自动完成保护断点、寻找中断服务程序入口地址以及硬件关中断的操作。控制信号的外特性：a.输入信号：时钟，指令寄存器，标志，来自系统总线的控制信号。b.输出信号：CPU内的控制信号，送至系统总线的信号。
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。
(九)控制单元的设计
组合逻辑的设计又称硬布线控制器，由门电路和触发器构成的复杂树形网络形成的逻辑电路。安排微操作节拍时注意以下三点：1、有些微操作的次序是不容改变的，故安排微操作的节拍时必须注意微操作的先后顺序。2、凡是控制对象不同的微操作，若能在一个节拍内执行，应尽可能安排在同一个节拍内，以节省时间。3、如果有些微操作所占的时间不长，应该将它们安排在一个节拍内完成，并且允许这些微操作有先后次序。微程序的设计：采用微程序设计方法设计控制单元的过程就是编写每一条机器指令的微程序，他是按执行每一条机器指令所需要的微操作命令的先后顺序而编写的，因此，一条机器指令对应一个微程序。微指令的基本格式共分为两个字段，一个为操作控制字段，该字段发出各种控制信号;另一个为顺序控制字段，它可以指出下条微指令的地址(简称下地址)，以控制微指令序列的执行顺序。工作原理：取指阶段：取微指令---产生微操作命令---形成下一条微指令的地址---取下一条微指令---产生微操作命令---形成下一条微指令的地址。执行阶段:取数指令微程序首地址的形成---取微指令---产生微操作命令---形成下一条微指令的地址---取微命令.........循环。微指令的编码方式：直接编码方式，字段直接编码方式，字段间接编码方式，混合编码。后序微指令地址的形成方式：断定方式，根据机器指令的操作码形成，增量计数器法，分支转移，通过测试网络形成，由硬件产生微程序入口地址。微指令格式:水平型微指令，垂直型微指令。
三、实际应用
自ENIAC问世后将近30余年的时间里，计算机一直被作为大学和研究机构的娇贵设备。在20世纪70年代中后期，大规模集成工艺日趋成熟，微芯片上集成的晶体管数一直按每3年翻两番的Moore定律增长，微处理器的性能也按此几何级数提高，而价格也以同样的几何级数下降，以至于以前需花数百万美元的机器(如80MFLOPS的CRAY)变得价值仅为数千美元(而此类机器的性能可达200MFLOPS)，至于对性能不高的微处理器芯片而言，仅花数美元就可购到。正因为如此，才使得计算机走出实验室而渗透到各个领域，乃至走进普通百姓的家中，也使得计算机的应用范围从科学计算，数据处理等传统领域扩展到办公自动化，多媒体，电子商务，虚拟工厂，远程教育等，遍及社会，政治，经济，军事，科技以及个人文化生活和家庭生活的各个角落。
四、心得体会
计算机科学与技术的发展日新月异，但是都离不开计算机组成原理，这门课不要死记硬背，重在理解，工科类的学习不是死记硬背就会的，还是要理解记忆才会牢靠。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。
五、结语
通过对计算机组成原理这门课程的学习，使我对计算机软件和硬件技术有了一个更深入的了解，包括各种计算机的基本原理以及计算机的艰难发展历程，这门课程注重理论知识，理论知识是一切技术的最基本，也是我们必须要掌握好的。在这次课程综述论文过程中，我到图书馆查阅资料，上网查资料，让我深刻认识到计算机组成原理的重要性，也了解了许多书上没有的知识，受益匪浅。
六、参考文献
1、唐朔飞《计算机组成原理》高等教育出版社第2版
计算机组成原理论文篇二
《计算机组成原理的探讨》
摘要：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。本课程侧重于讲授计算机基本部件的构造和组织方式、基本运算的操作原理以及部件和单元的设计思想等。但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，这就要求我们要与时俱进，自主学习新知识。计算机是一门应用广泛、使用面积广、技术含量高的一门学科和技术，生活中的任何一个角落都离不开计算机的应用，生活中的无处不在需要我们了解和清楚计算机的相关知识。本文从《计算机组成原理》基础课程的各个方面对计算机组成原理做了详细的解释。
关键字：构造组织方式;基本运算;操作原理;设计思想
(一)、计算机组成原理课程综述
随着计算机和通信技术的蓬勃发展，中国开始进入信息化时代，计算机及技术的应用更加广泛深入，计算机学科传统的专业优势已经不再存在。社会和应用对学生在计算机领域的知识与能力提出了新的要求。专家们指出，未来10～15年是我国信息技术发展的窗口期、关键期。
《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业必修的一门专业主干课程。课程要求掌握计算机系统各部件的组成和工作原理、相互联系和作用，最终达到从系统、整机的角度理解计算机的结构与组成，并为后续课程的学习奠定基础。因此掌握计算机的组成原理就显得尤为重要，这就要求课程的编写要深入浅出、通俗易懂。本课程在体系结构上改变了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。这样便更容易形成计算机的整体观念。
该课程总共分为四篇十章，第一篇(第1、2章)主要介绍计算机系统的基本组成、应用与发展。第二篇(第3、4、5章)详细介绍了出CPU外的存储器、输入输出系统以及连接CPU、存储器和I/O之间的通信总线。第三篇(第6、7、8、章)详细介绍了CPU(除控制单元外)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等。第四篇(9、10章)专门介绍控制单元的功能，以及采用组合逻辑和微程序方法设计控制单元的设计思想和实现措施。
(二)、课程主要内容和基本原理
《计算机组成原理》是“高等学校计算机基础及应用教材”中的一本硬件基础教材，系统地介绍了计算机单处理机系统的组成及其工作原理。
主要内容包括：计算机系统概论，运算方法和运算器，存储系统，指令系统，中央处理器，总线及其互联机构，输入/输出系统。它是一门理论性强，而又与实际结合密切的课程，其特点是内容覆盖面广，基本概念多，并且比较抽象，特别是难以建立计算机的整机概念。本书以冯·诺依曼计算机结构为主线，讲授单处理机系统各大部件的组成、工作原理以及将各大部件连接成整机的工作原理。从教学上，本课程是先导课程和后续课程之间承上启下的主干课程，是必须掌握的重要知识结构。
(三)实际应用：科学计算和数据处理
科学计算一直是计算机的重要应用领域之一。其特点是计算量大和数值变化范围大。在天文学、量子化学、空气动力学和核物理学等领域都要依靠计算机进行复杂的运算。例如，人们生活难以摆脱的天气预报，要知道第二天的气候变化，采用1MIPS的计算机顷刻间便可获得。倘若要预报一个月乃至一年的气候变化，是各地提前做好防汛、防旱等工作，则100MIPS或更高的计算机才能满足。现代的航空、航天技术，如超音速飞行器的设计、人造卫星和运载火箭轨道的计算，也都离不开高速运算的计算机。
此外，计算机在其它学科和工程设计方面，诸如数学、力学、晶体结构分析、石油勘探、桥梁设计、建筑、土木工程设计等领域内，都得到了广泛的应用。
数据处理也是计算机的重要应用领域之一。早在20世纪五六十年代，人们就把大批复杂的事务数据交给了计算机处理，如政府机关公文、报表和档案。大银行、大公司、大企业的财务、人事、物料，包括市场预测、情报检索、经营决策、生产管理等大量的数据信息，都有计算机收集、存储、整理、检索、统计、修改、增删等，并由此获得某种决策数据或趋势，供各级决策指挥者参考。
(四)心得体会
这学期我们学习了计算机组成原理这门课，通过对这门课程的学习，让我对计算机的基本结构，单处理机的系统的组成与工作原理有了更加深入的了解和体会。下面我就对这学期的学习做个总结，讲讲有关学习计算机组成原理的心得。
《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业一门核心专业基础课，在专业课程内起着承上启下的作用。这门课程是要求我们通过学习计算机的基本概念、基本结构，对组成计算机的各个部件的功能和工作过程、以及部件间的连接有较全面、较系统的认识，形成较完整的计算机组成与工作原理模型。
计算机组成原理第一章——计算机系统的概论。计算机是由硬件和软件组成的，计算机的硬件包括运算器，存储器，控制器，适配器，输入输出设备的本质所在。计算机系统是一个有硬件和软件组成的多层次结构，它通常由微程序级，一般机器级，操作系统级，汇编语言级，高级语言级组成，每一级都能进行程序设计，且得到下面各级的支持。
计算机组成原理第二章——计算机的发展与应用;简要介绍了计算机的发展史以及它的应用领域。计算机的应用领域很广泛，应用于科学计算和数据处理;工业控制和实时控制;办公自动化和管理信息系统等等。
计算机组成原理第三章——总线系统。计算机总线的功能与组成，总线的概念、连接方式、总线的仲裁、总线的定时以及总线接口的概念的基本功能都需要有深入的了解。
计算机组成原理第四章——存储系统。应重点掌握随机读写存储器的字位扩张情况，主存储器的组成与设计，cache存储器的运行原理以及虚拟存储器的概念与实现。
计算机组成原理第五章——输入/输出系统以及外围设备。计算机输入/输出设备与输入/输出系统综述，显示器设备，针式打印机设备，激光印字机设备;以及磁盘设备的组成与运行原理，磁盘阵列技术。输入/输出系统的功能与组成;教学机的总线与输入/输出系统实例。几种常用的输入/输出方式，中断与DMA的请求、响应和处理。
计算机组成原理第六章——运算方法和相关的运算器。尽管有些计算比较麻烦，可这些是学习的基础。以及相关的指令系统和处理器的工作原理。使我们在概论的基础上对计算机组成原理有了更深一步的了解。
计算机组成原理第七章——指令系统。控制单元必须要发出相应的指令，机器才能完成相应的操作。本章介绍了指令的一般格式和寻址方式，不同的寻址方式操作数的有效地址计算也是不同的。
计算机组成原理第八章，是重点的重点——中央处理器。重点掌握到内容很多：CPU的功能与基本组成，微程序控制器的相关与微程序设计技术。
计算机组成原理第九章——控制单元的功能。指令周期分为4个阶段，即取指周期、间址周期、执行周期和中断周期。控制单元会为完成不同指令所发出的各种操作命令。
计算机组成原理第十章——控制单元的设计。有两种设计方法：组合逻辑设计和微程序设计。
通过本课程让我了解到，本课程是计算机专业本科生必修的硬件课程中重要核心课程之一。基本要求是使学生掌握计算机常用的逻辑器件、部件的原理、参数及使用方法，学懂简单、完备的单台计算机的基本组成原理。当我第一次接触这门课程时有些枯燥、乏味，学起来很吃力，但我还是决心努力学好这门课程。因为它不仅是专业课，而且以后也是考研科目，而且它的具有重要的承上启下的作用，如果学不好，那在以后专业课的学习中就会遇到更多的难点和困惑，很容易形成破罐子破摔的情形。
现在一个学期就快要过去了，基本的课程也已结束。由于老师细致全面的讲授和我自己课下的反复学习，这门课已经在我心里形成了一个大概的理解和知识体系，有种“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”的感觉。
结语
计算机组成原理是计算机专业本科生必修的硬件课程中重要核心课程之一。基本要求是使我们掌握计算机常用的逻辑器件、部件的原理、参数及使用方法，学懂简单、完备的单台计算机的基本组成原理，学习计算机设计中的入门性知识，掌握维护、使用计算机的技能。计算机组成原理是计算机专业的基础课。
通过对计算机组成原理知识的整理和实际应用，我深刻了解到掌握计算机组成原理的重要姓，了解到了计算机组成原理学基础在生活、工作等生活各个方面的重要姓和不可缺少姓。另一方面，通过学习也认识到了计算机组成原理学在一些微小方面一些不足和亟待于解决的问题或者小缺陷，这是我通过整理计算机组成原理而获得的极大收获。我相信这次的学习会对我以后的学习和工作产生非常大的影响力。
这门课对于使我们了解现代计算机的各个组成部分及其工作原理具有重要作用，对于我们后续课程的学习无疑也具有积极的意义。
(六)参考文献
[1]唐朔飞.计算机组成原理[M].北京：高等教育出版社，2000.
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