第一篇：計算機組成原理課程教學大綱20100902

《計算機組成原理》課程教學大綱

Computer Organization and Architecture

課程代碼：24100747

課程性質：專業基礎理論課，必修 適用專業：計算機科學與技術

軟件工程、網絡工程

總學時數：72

執

筆：陳平華

開課學期：4

總學分數：4.5 編寫年月：2006年7月

修訂年月：2007年7月

一、課程的性質和目的

本課程主要講授計算機的組成原理和內部運行機制，包括運算器部件、控制器部件、存儲器子系統、輸入/輸出子系統（總線與接口等）與輸入/輸出系統設備的功能、組成、設計、實現、使用。

本課程以闡述計算機個部件工作原理和組成結構為主，同時講述各部件間相互連接的方法，使學生掌握計算機硬件系統的組成、運行原理和設計方法。

通過本課程的學習，使學生了解計算機一般組成原理與內部運行機理，為學習本專業后繼課程打好基礎。

計算機技術發展迅速，組織課程內容要有較高的起點，反映較為成熟和先進的技術；應注重硬件基礎知識和整機概念的教學，培養學生硬件分析、設計和調試的能力，為學習和從事計算機硬件研究和設計打好基礎。

本課程實踐性較強，為加強學生對教學內容的理解和掌握，培養動手能力，設一門計算機組成原理實驗課于本課程配合。

二、課程教學內容及學時分配

第一章計算機系統概論（3學時）

計算機的分類和應用、計算機的硬件、計算機的軟件、計算機系統的層次結構。本章知識點為：存儲程序的概念、硬件的組成、計算機系統的層次結構。第二章運算方法和運算器（12學時）

數據與文字的表示方法、定點加法、減法運算、定點乘法運算、定點除法運算、定點運算器的組成、浮點運算方法和浮點運算器。

本章知識點為：定點運算方法、定點運算器的組成、浮點運算方法和浮點運算器的組成。第三章存儲系統（14學時）

存儲器概述、隨機讀寫存儲器、只讀存儲器和閃速存儲器、高速存儲器、cache存儲器、虛擬存儲器、存儲器保護。

本章知識點為：存儲體系的基本原理、主存儲器容量擴充的方法。第四章指令系統（10學時）

指令系統的發展與性能要求、指令格式、指令和數據的尋址方式、堆棧尋址方式、典型指令。

本章知識點為：指令的一般格式、尋址方式。第五章中央處理器（14學時）

CPU的功能和組成、指令周期、時序產生器和控制方式、微程序控制器、微程序設計技術、硬布線控制器、傳統CPU、流水CPU、RISC CPU、多媒體CPU。頻CPU的功能和組成、指令周期、時序產生器和控制方式、微程序控制器、微程序設計技術、硬布線控制器、傳統CPU、流水CPU、RISC CPU、多媒體CPU。

本章知識點為：CPU的功能和基本組成，指令周期的概念，時序產生器的組成，微程序控制器及其設計技術，硬布線控制器的結構。

第六章總線系統（5學時）

總線的概念和結構形態、總線接口、總線的仲裁、定時和數據傳送模式、PCI總線、ISA總線和Futurebus+總線。

本章知識點為：總線接口、總線的仲裁、定時和數據傳送模式。第七章外圍設備（6學時）

外圍設備概述、顯示設備、輸入設備和打印設備、硬磁盤存儲設備、軟磁盤存儲設備、磁帶存儲設備、光盤存儲設備。

本章知識點為：顯示設備、硬磁盤存儲設備、軟磁盤存儲設備的基本原理。第八章外圍設備（6學時）

外圍設備的定時方式與信息交換方式、程序中斷方式、DMA方式、通道方式、通用I/O標準接口。

本章知識點為：程序中斷方式、DMA方式的基本工作原理。

三、課程教學的基本要求

本課程是計算機專業的專業基礎課程，理論性較強，是本專業的理論基礎課程。在教學方法上，采用課前預習，課堂講授，課后自學，課堂討論等教學形式。

(一)課前預習

本課程是學生較早進入的專業課程，為使學生盡快適應專業課程的特點和學習方法，應指導學生做好充分的預習，避免學生面對大量的課程內容和對基礎知識的應用無法適應。

(二)課堂講授

本課程屬專業基礎理論課程，在教學中要求同學重點掌握基本概念、基本方法和基本規律，要著重培養學生理解理論的能力，在課程內容方面既要保持理論的系統性，又要注意聯系實際，并且重視技術科學的一般方法學的培養。

（三）課后自學

為了培養學生整理歸納，綜合分析和處理問題的能力，每章都安排一部分內容，課上教師只給出自學提綱，不作詳細講解，課后學生自學。

（四）課堂討論 課堂討論的目的是活躍學習氣氛，開拓思路。教師應認真組織，安排重點發言，充分調動每一名同學的學習積極性，做好總結。

（五）習題課

習題課以典型例題分析為主，并適當安排開闊思路及綜合性的練習及討論。

（六）課外作業

課外作業的內容選擇基于對基本理論的理解和鞏固，培養綜合計算和分析、判斷能力。

（七）平時測驗

為及時了解教學情況，教師可適當安排平時課堂測驗，每次測驗不超過30分鐘。

（八）考試

考試采用閉卷方式，考試范圍應涵蓋所有講授及自學的內容，考試內容應能客觀反映出學生對本門課程主要概念的記憶、掌握程度，對有關理論的理解、掌握及綜合運用能力。試題包括基本概念，基本理論，分析計算，題型可采用填空，判斷，計算，畫圖，簡答，分析等方式。

總評成績：一般情況下，課外作業、平時測驗占20%，期末閉卷考試占80%；特殊情況下，課外作業、平時測驗可提高到30%。

四、本課程與其它課程的聯系與分工

先修課程：電路與電子技術、數字邏輯

后續課程：匯編語言、計算機系統結構、接口與通訊、單片機原理

五、建議教材及教學參考書

［1］白中英主編，《計算機組成原理》，科學出版社，2001年出版 ［2］王愛英主編，《計算機組成與結構》，清華大學出版社，2004年出版

第二篇：計算機組成原理教學大綱

教 學 大 綱

第一章 計算機系統概論

教學內容

一、計算機的分類與應用

二、計算機的硬件組成

三、計算機的軟件

四、計算機的層次結構

第二章 運算方法和運算器

一、學習目的和基本要求

（一）掌握數字數據與非數值數據的表示

（二）掌握定點運算方法

（三）了解定點運算器

（四）了解浮點運算方法及浮點運算器

二、重點難點

計算機中數的四種機器碼表示、數據格式（定點與浮點）、字符與漢字的表示方法、奇偶校驗、定點加減運算、定點與浮點的溢出檢測

三、教學內容

（一）數據格式

（二）四種機器碼表示

（三）非數值數據的表示

（四）定點運算和定點運算器

（五）浮點運算方法

（六）浮點運算流水線和浮點運算器

第三章 存儲系統一、學習目的和基本要求

（一）了解存儲器的基本概念

（二）掌握SRAM與DRAM的組成及工作原理

（三）了解只讀存儲器的特點

（四）掌握提高存儲器速度的方法

（五）掌握cache的工作原理，了解pentium PC機的cache

（六）了解虛擬存儲器的原理及分類

二、重點難點

存儲器的分級結構、SRAM與DRAM特點、字位擴展、DRAM的刷新、Cache原理、虛擬存儲技術

三、教學內容

（一）存儲器的分類、分級結構、主要技術指標

（二）SRAM（組成、特點）

（三）DRAM（特點、刷新）

（四）CPU與存儲器的連接（字位擴展）

（五）CPU對存儲器的讀寫操作

（六）EDRAM

（七）只讀存儲器（特點、分類），閃速存儲器（特點、應用）

（八）高速存儲器（原理）

（九）Cache

（十）虛擬存儲技術

第四章 指令系統一、學習目的和基本要求

（一）了解指令系統的基本概念及性能要求

（二）掌握指令格式

（三）掌握指令和數據的尋址方式（包括堆棧尋址方式）

（四）了解指令的分類及基本指令系統，掌握精簡指令系統的特點

二、重點難點

指令格式、指令尋址方式、操作數尋址方式

三、教學內容

（一）指令系統的基本概念

（二）指令格式

（三）指令尋址方式

（四）數據尋址方式

（五）堆棧尋址方式

（六）指令的分類

（七）RISC與CISC

第五章 中央處理器

一、學習目的和基本要求

（一）掌握中央處理器的功能和組成

（二）了解指令周期的概念

（三）了解計算機中時序信號的作用和體制，掌握時序控制方式

（四）了解控制器的分類、原理和技術

（五）掌握流水CPU的結構及相關問題，了解奔騰CPU的流水結構

二、重點難點

CPU的功能、CPU的基本組成、CPU中的主要寄存器、指令周期、時序信號的作用、微程序控制器與微程序設計技術

三、教學內容

（一）CPU的功能

（二）CPU的組成（基本組成、主要寄存器）

（三）指令周期

（四）時序產生器的作用和控制方式

（五）微程序控制器（微程序概念、原理、機器指令與微指令的關系）

（六）微程序設計技術（微指令格式）

（七）硬布線控制器（基本思想）

（八）流水CPU

第六章 總線系統一、學習目的和基本要求

（一）了解總線的基本概念及作用

（二）掌握接口的概念及作用

（三）掌握總線的總裁和定時方式

（四）了解多總線結構和PCI的特點

二、重點難點

總線結構對計算機系統性能的影響、總線接口、信息的傳送方式、總線的總裁方式

三、教學內容

（一）總線結構對計算機系統性能的影響

（二）總線接口（基本概念、功能）

（三）總線的仲裁、定時方式

第七章 外圍設備

一、學習目的和基本要求

（一）了解外圍設備的功能和分類

（二）掌握顯示設備的分類及有關概念

（三）了解打印設備的分類

（四）掌握硬磁盤存儲設備的工作原理、技術指標

二、重點難點

顯示設備的分類與有關概念、硬磁盤存儲設備

三、教學內容

（一）外設的分類

（二）顯示設備

（三）打印設備

（四）硬磁盤存儲設備

第八章 輸入輸出系統一、學習目的和基本要求

（一）了解外圍設備的定時方式與信息交換方式

（二）掌握中斷的基本概念及工作方式

（三）掌握DMA傳送方式

（四）了解通道的功能及分類

二、重點難點 程序中斷方式的基本概念、DMA傳送方式

三、教學內容

（一）外圍設備的定時方式

（二）程序中斷方式（中斷的概念、中斷接口、中斷處理過程）

（三）DMA方式（DMA基本概念、傳送方式、分類）

（四）通道方式（功能、類型）

第三篇：計算機組成原理課程設計教學大綱

計算機組成原理課程設計教學大綱

實習名稱:計算機組成原理課程設計 課程編碼:042219 學 分:3 實習周數:3

適用專業：計算機科學與技術

一、實習的目的與任務

通過該課程設計的學習，利用先進的EDA設計手段，總結計算機組成原理課程的學習內容，學會ISPEXPERT SYSTEM的使用、層次化設計方法、多路開關，邏輯運算部件，移位器設計、微程序控制的運算器設計、微程序控制的存儲器設計、簡單計算機的設計，從而鞏固課堂知識、深化學習內容、完成教學大綱要求，學好計算機科學與技術專業的專業基礎課。

二、實習教學的基本要求

1、參加課程設計的學生必須服從指導教師的指導，遵守紀律，按時、按指導教師的要求獨立完成課程設計的任務。

2、每次設計指導教師必須指導學生，并嚴格考勤。

三、實習內容

1)實習地點：本課程設計的實習地點為計算機硬件基礎實驗室。2）實習內容：

1：ISPEXPERT SYSTEM的使用：學會ISPEXPERT SYSTEM軟件的使用，然后利用此系統完成：一位全加器設計、并行八位寄存器設計，并形成.JED文件，下載到實驗箱上，在實驗箱上用開關驗證。

2：層次化設計方法：學會層次化設計方法，利用該方法完成：同步二進制計數器、多位二進制加法器，并形成.JED文件，下載到實驗箱上，在實驗箱上用開關驗證

3：多路開關，邏輯運算部件，移位器設計：完成多路開關、邏輯運算部件，移位器設計為下面的運算器、存儲器設計做好準備。

4：微程序控制的運算器設計：按要求設計一個微程序控制的運算器，輸入取數及運算指令，單步執行指令，得出結果。

5：微程序控制的存儲器設計：按要求設計一個微程序控制的存儲器，按要求進行操作，將數據存入指定單元，并將制定單元中的內容讀出送寄存器。

6：簡單計算機的設計：按要求設計一臺由簡單指令作為指令集的計算機，并用該簡單指令編寫一段程序，運行該程序，得出正確結果。3）課程設計時間安排

課程設計的時間歷經3周，大致安排如下： 第一周：第一、第二個設計。第二周：第三、第四個設計。第三周：第五、第六個設計。

每完成一個設計，學生應及時提交報告。

四、考核辦法

同學們在實驗前應該認真準備實驗，根據實驗講義和課堂上學到的知識寫出實驗報告，帶到實驗現場。

1、ISPEXPERT SYSTEM的使用

在本次實驗中，學會ISPEXPERT SYSTEM軟件的使用，然后利用此系統完成： 〈１〉 一位全加器設計〈２〉 并行八位寄存器設計

并形成.JED文件，下載到實驗箱上，在實驗箱上用開關驗證。評分細則：參加實驗： 0.2分

完成實驗報告： 0.2分

完成一位全加器設計： 0.3分

完成八位并行寄存器設計：0.3分

2、層次化設計方法

在本次實驗中，學會層次化設計方法，利用該方法完成： 〈１〉同步二進制計數器〈２〉多位二進制加法器

并形成.JED文件，下載到實驗箱上，在實驗箱上用開關驗證 評分細則：參加實驗： 0.2分

完成實驗報告： 0.2分

完成同步二進制計數器 0.3分

完成多位二進制加法器 0.3分

3、多路開關，邏輯運算部件，移位器設計

在本次實驗中，完成多路開關、邏輯運算部件，移位器設計為下面的運算器、存儲器設計做好準備。

評分細則：參加實驗： 0.2分 完成實驗報告： 0.2分

完成多路開關 0.2分

完成邏輯運算部件 0.2分

完成移位器 0.2分

4、微程序控制的運算器設計

按要求設計一個微程序控制的運算器，輸入取數及運算指令，單步執行指令，得出結果。

評分細則：參加實驗： 0.3分

完成實驗報告： 0.3分

完成所要求的運算器設計 0.45分

正確進行操作并回答問題 0.45分

5、微程序控制的存儲器設計

按按要求設計一個微程序控制的存儲器，按要求進行操作，將數據存入指定單元，并將制定單元中的內容讀出送寄存器。

評分細則：參加實驗： 0.3分

完成實驗報告： 0.3分

完成所要求的存儲器設計 0.45分 正確進行操作并回答問題 0.45分

6、簡單計算機的設計

按要求設計一臺由簡單指令作為指令集的計算機，并用該簡單指令編寫一段程序，運行該程序，得出正確結果。

評分細則：參加實驗： 0.4分 完成實驗報告： 0.4分

完成所要求的簡單計算機設計 0.6分

正確進行操作并回答問題 0.6分 實驗結束由實驗指導教師根據實驗記錄，算出成績。

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 優秀

五、主要參考書：計算機組成原理實驗指導書

六、實習教學建議：

執筆人：王海瑞 審定人：雷金輝 教學基層組織主任：雷金輝

第四篇：計算機組成原理課程論文

《計算機組成原理》課程論文

【內容摘要】： 本論文主要在課程的學習上作一些討論。該課程主要介紹計算機硬件的結構與基本原理和計算機系統的實現方法。課程主要研究CPU、主存儲器、I/0接口和輸入/輸出以及總線的結構和功能。使學生建立計算機系統的概念，深入了解計算機的工作原理，掌握計算機組織與實現的技術和方法，以及計算機系統分析和系統設計的方法，從而為計算機專業其他專業課的學習打下堅實的基礎。

【關鍵詞】： 課程概述、計算機系統、CPU、控制單元

【課程綜述】： 計算機組成原理是計算機應用和計算機軟件專業以及其他相關專業必修的專業基礎課，它主要討論計算機各組成部件的基本概念、基本結構、工作原理及設計方法。組成原理是計算機類專業的一門主干必修課程，主要內容有：（1）對計算機的發展、應用和特性作的概述，并簡單介紹了計算機系統的硬件、軟件及計算機系統的層次結構；（2）系統總線，介紹了三種總線結構及接口的概念，總線控制的三種方式和通信的兩種方式；（3）存儲系統，主要介紹半導體存儲器工作原理、尋址方式、與CPU的互連的方法，以及存儲系統的多級結構；（4）輸入輸出系統，介紹了計算機系統中主機與外部設備之間的信息交換方式，重點介紹中斷處理方式以及DMA方式；（5）運算方法和運算器，介紹數值數據和非數值數據的表示方法，定點數和浮點數的四則運算、邏輯運算及運算器的組成和工作原理；（6）指令系統，介紹指令系統的發展與性能要求、指令格式的分析以及指令和數據的尋址方式；（7）CPU的結構和功能，CPU控制機器完成一條指令的全過程，中斷技術在提高整機系統效能方面的作用（8）組合邏輯控制器、微程序控制器的設計原理和設計方法、指令周期的概念及時序產生器的原理及其控制方式。

【正文】：

（一）計算機概述

計算機系統由硬件和軟件兩大部分組成，它們共同決定了計算機性能的好壞。計算機系統的層次結構經過了多次的發展由最初的一級層次結構發展到了如今的多層次結構。

典型的計算機組成由馮·諾依曼計算機演變而來，該計算機由五大部分組成：輸入設備、輸出設備、存儲器、運算器、控制器，并以運算器為中心結構。現代計算機可認為有三大部分組成：CPU、I/O設備、主存儲器，并以存儲器為系統中心。

計算機硬件的主要技術指標有機器字長（指CPU一次能處理數據的位數，通常與CPU的寄存器位數有關）、存儲容量（包括貯存容量和輔存容量）、運算速度。

（二）計算機系統 1）、系統總線

總線是連接多個部件的信息傳輸線，是各個部件共享的傳輸介質。當多個部件與總線相連時，如果出現兩個或兩個以上部件同時向總線發送信息，必將導致信號沖突，傳輸失效。因此，在某一時刻，只允許有一個部件向總線發送信息，而多個部件可以同時從總線上接受相同的信息。

總線按傳送方式可分為并行傳輸總線和串行傳輸總線；按使用范圍可分為計算機總線、測控總線、網絡通信總線等；按連接部件可分為片內總線、系統總線和控制總線，本書重點介紹。總線的性能指標：總線寬度、總線帶寬、時鐘同步/異步、總線復用、信號線數、總線控制方式等。總線的結構通常分為單總線結構和多總線結構。總線的控制主要包括判優控制和通信控制，總線判優控制分為集中式判優（鏈式查詢、計數器定時查詢和獨立查詢）和分布式判優（自舉分布式和沖突檢測分布式）。總線通信控制主要解決通信雙方如何獲知傳輸開始和傳輸結束，以及雙方如何協調配合，通常用四種方式：同步通信、異步通信、半同步通信和分離式通信。

2）存儲器

存儲器是計算機系統中的記憶設備，用來存放程序和數據。按存儲介質分類可分為半導體存儲器、磁表面存儲器、磁芯存儲器和光盤存儲器，按存取方式分為隨機存儲器、只讀存儲器、串行訪問存儲器，按在計算機中分類分為主存儲器、輔助存儲器、緩沖存儲器。存儲器有三個性能指標：速度、容量和每位價格。存儲器的擴展通常有位擴展和字擴展，位擴展即增加存儲字長,如將8片16K*1位的存儲芯片連接，可組成一個16K*8位的存儲器。字擴展是指增加存儲字的數量，如2片1K*8位的存儲芯片可組成一個2K*8位的存儲器。在與存儲器外部設備交換信息時，可采用高速原件、使用層次結構、調整主存的結構來提高訪存速度。

3）I/O系統

I/O系統是操作系統的一個重要的組成部分，負責管理系統中所有的外部設備。計算機外部設備。在計算機系統中除CPU和內存儲外所有的設備和裝置稱為計算機外部設備（外圍設備、I/O設備）。I/O設備：用來向計算機輸入和輸出信息的設備，如鍵盤、鼠標、顯示器、打印機等。I/O設備與主機交換信息有三種控制方式：程序查詢方式，程序中斷方式，DMA方式。程序查詢方式是由CPU通過程序不斷的查詢I/O設備是否做好準備，從而控制其與主機交換信息。程序中斷方式不查詢設備是否準備就緒，繼續執行自身程序，只是當I/O設備準備就緒并向CPU發出中斷請求后才給予響應，這大大提高了CPU的工作效率。在DMA方式中，主存與I/O設備之間有一條數據通路，主存與其交換信息時，無需調用中斷服務程序。

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、狀態寄存器、通用寄存器組等組成。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。加減法主要采用補碼定點加減法進行運算，乘法可視為加法和移位，主要方法有原碼一位乘、原碼兩位乘、補碼一位乘、補碼兩位乘等，乘積的符號位由兩個數的符號位異或運算結果決定。除法運算可視為減法和移位，主要方法有恢復余數法、加減交替法，其中原碼除法的符號位單獨處理，補碼除法的符號位參與運算并最終獲得結果。浮點加減法可分為○1對階，使兩數的小數點位置對其2尾數求和，將對階后的兩尾數按定點加減運算規則求和或差○3規格化○4舍○入，要考慮尾數右移時失去的數值位○5溢出判斷。浮點乘除運算，乘積的階碼應為相乘兩數的階碼之和，乘積的尾數應為相乘兩數的尾數之積，商的階碼為被除數的階碼減去減數的階碼，尾數為被除數的尾數除以除數的尾數所得的商。5）指令系統一條指令就是機器語言的一個語句，它是一組有意義的二進制代碼，指令的基本格式如：操作碼字段+地址碼字段，其中操作碼指明了指令的操作性質及功能，地址碼則給出了操作數或操作數的地址。指令包括操作碼域和地址域兩部分。根據地址域所涉及的地址數量，常見的指令格式有以下幾種。○1三地址指令：一般地址域中A1、A2分別確定第一、第二操作數地址,A3確定結果地址。下一條指令的地址通常由程序計數器按順序給出。2二地址指令：地址域中A1確定

○第一操作數地址，A2同時確定第二操作數地址和結果地址。○3單地址指令：地址域中A確定第一操作數地址。固定使用某個寄存器存放第二操作數和操作結果。因而在指令中隱含了它們的地址。○4零地址指令：在堆棧型計算機中，操作數一般存放在下推堆棧頂的兩個單元中,結果又放入棧頂,地址均被隱含，因而大多數指令只有操作碼而沒有地址域。根據指令內容確定操作數地址的過程稱為尋址。完善的尋址方式可為用戶組織和使用數據提供方便。○1直接尋址：指令地址域中表示的是操作數地址。○2間接尋址：指令地址域中表示的是操作數地址的地址即指令地址碼對應的存儲單元所給出的是地址A，操作數據存放在地址A指示的主存單元內。有的計算機的指令可以多次間接尋址,如A指示的主存單元內存放的是另一地址B，而操作數據存放在B指示的主存單元內，稱為多重間接尋址。○3立即尋址：指令地址域中表示的是操作數本身。○4變址尋址：指令地址域中表示的是變址寄存器號i和位移值D。將指定的變址寄存器內容E與位移值D相加,其和E+D為操作數地址。許多計算機具有雙變址功能，即將兩個變址寄存器內容與位移值相加，得操作數地址。變址尋址有利于數組操作和程序共用。同時，位移值長度可短于地址長度，因而指令長度可以縮短。○5相對尋址：指令地址域中表示的是位移值D。程序計數器內容（即本條指令的地址）K與位移值D相加，得操作數地址K+D。當程序在主存儲器浮動時，相對尋址能保持原有程序功能。此外，還有自增尋址、自減尋址、組合尋址等尋址方式。尋址方式可由操作碼確定，也可在地址域中設標志，指明尋址方式。

6）CPU的結構和功能

CPU具有控制程序的順序執行（指令控制）、產生完成每條指令所需的控制命令（操作控制）、對各種操作加以時間上的控制（時間控制）、對數據進行算術運算和邏輯運算（數據加工）以及處理中斷等功能。一條指令的執行過程按時間順序可分為以下幾個步驟：○1CPU發出指令地址。將指令指針寄存器（IP）的內容——指令地址，經地址總線送入存儲器的地址寄存器中。○2從地址寄存器中讀取指令。將讀出的指令暫存于存儲器的數據寄存器中。○3將指令送往指令寄存器。將指令從數據寄存器中取出，經數據總線送入控制器的指令寄存器中。4指令譯碼。指令寄存器中的操作碼部分送指令譯碼器，經譯碼器分析產生相○應的操作控制信號，送往各個執行部件。○5按指令操作碼執行。○6修改程序計數器的值，形成下一條要取指令的地址。若執行的是非轉移指令，即順序執行，則指令指針寄存器的內容加1，形成下一條要取指令的地址。指令指針寄存器也稱為程序計數器。中斷的作用：一方面，有了中斷功能，PC系統就可以使CPU和外設同時工作，使系統可以及時地響應外部事件。而且有了中斷功能，CPU可允許多個外設同時工作。這樣就大大提高了CPU的利用率，也提高了數據輸入、輸出的速度；另一方面，有了中斷功能，就可以使CPU及時處理各種軟硬件故障。計算機在運行過程中，往往會出現事先預料不到的情況或出現一些故障，如電源掉電、存儲出錯，運算溢出等等。計算機可以利用中斷系統自行處理，而不必停機或報告工作人員。

7）控制單元

控制單元是整個CPU的指揮控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令譯碼器ID(Instruction Decoder)和操作控制器0C(Operation Controller)三個部件組成，對協調整個電腦有序工作極為重要。它根據用戶預先編好的程序，依次從存儲器中取出各條指令，放在指令寄存器IR中，通過指令譯碼(分析)確定應該進行什么操作，然后通過控制總線送至相應部件實現功能。常見的控制方式有同步控制、異步控制、聯合控制和人工控制。控制單元的設計有兩種方法：組合邏輯設計和微程序設計。組合邏輯設計首先要確定控制方式，然后決定微操作的節拍安排，再根據微操作列出微操作命令的操作時間表、求出最簡邏輯表達式并畫出微操作的邏輯圖。這種方法思路清晰，但每一個微操作都對應一個邏輯電路，最終的控制單元會十分龐雜。微程序設計是指將一條機器指令編寫成一個微程序，每一個微程序包含若干條微指令，每一條微指令對應一個或幾個微操作命令，然后把這些微程序存到一個控制存儲器中，用尋找用戶程序機器指令的方法來尋找每一個為程序中的微指令。這些微指令以二進制代碼形式表示，每位代表一個控制信號，因此逐條執行每一條微指令，也就相應的完成了一條機器指令的全部操作。微指令的編碼方式有直接編碼、字段直接編碼、字段間接編碼、混合編碼等，微指令格式有水平型微指令和垂直型微指令。

【心得體會】 在做完這次課程論文后，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，到現在的復雜操作，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’。在學習過程中也是碰到了很多問題，主要就和老師說的一樣，課后沒有看書，導致一些知識點沒有掌握完全，概念問題有很多細節不懂。這些都要盡量彌補，才能讓這門課的學習達到目的。

【結語】 計算機的發展日新月異。自從踏入21世紀以來可謂發展神速，可以預見將來必將出現新的電腦體系、功能與知識，我們不能局限于現今所學的的知識，要跟上時代的步伐，時時刻刻關注計算機方面的發展，這樣才能為以后的工作學習打下堅實的基礎。

【參考文獻】

【1】唐俊飛.計算機組成原理.北京：剛等教育出版社，2000.【2】白中英,等.計算機組成原理.3版.北京：科學出版社，2002.

第五篇：計算機組成原理課程論文

合肥學院

課 程 論 文

題

目 系

部 專

業 班

級 學生姓名 指導教師

計算機組成原理課程綜述

計算機科學與技術 計算機科學與技術 11級計本（2）班

張向東

2013 年 5 月 27 日

計算機組成原理課程論文

內容摘要：

論文主要論述馮-諾依曼型計算機的基本組成結構器件與其控制單元的構建方法，一臺計算機的核心是中央處理器，中央處理器的核心就是他的控制單元，控制單元相對于計算機而言類似于人的大腦，人體的各種行為取決于大腦的指令控制，計算機的各種操作方式取決于控制單元的指令，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件結構，而且也直接影響到系統軟件，影響機器的適用范圍。

關鍵詞：馮諾依曼型計算機的組成，中央處理器，控制單元，指令系統，微指令

一、計算機組成原理課程綜述：

本課程的教學采用從整體入手，層層深入細化的方法詳細的闡述了計算機的組成以及各部件的工作原理和工作方式，先是介紹計算機的基本組成，發展和展望。后面分階段詳述了存儲器，輸入輸出系統，通信總線，中央處理器的特性結構和功能，包括計算機的基本運算，指令系統和中斷系統，并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：

（一）計算機系統的硬件結構：

計算機的系統包括系統總線、存儲器和輸入輸出系統 1.總線：

總線是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導線組成的傳輸線束，按照計算機所傳輸的信息種類，計算機的總線可以劃分為數據總線、地址總線和控制總線，分別用來傳輸數據、數據地址和控制信號。總線是一種內部結構，它是cpu、內存、輸入、輸出設備傳遞信息的公用通道，主機的各個部件通過總線相連接，外部設備通過相應的接口電路再與總線相連接，從而形成了計算機硬件系統。在計算機系統中，各個部件之間傳送信息的公共通路叫總線，微型計算機是以總線結構來連接各個功能部件的。2.存儲器：

存儲器是計算機系統中的記憶設備，用來存放程序和數據。計算機中全部信息，包括輸入的原始數據、計算機程序、中間運行結果和最終運行結果都保存在存儲器中。它根據控制器指定的位置存入和取出信息。有了存儲器，計算機才有記憶功能，才能保證正常工作。按用途存儲器可分為主存儲器（內存）和輔助存儲器（外存）,也有分為外部存儲器和內部存儲器的分類方法。外存通常是磁性介質或光盤等，能長期保存信息。內存指主板上的存儲部件，用來存放當前正在執行的數據和程序，但僅用于暫時存放程序和數據，關閉電源或斷電，數據會丟失。

存儲器的主要功能是存儲程序和各種數據，并能在計算機運行過程中高速、自動地完成程序或數據的存取。

存儲器是具有“記憶”功能的設備，它采用具有兩種穩定狀態的物理器件來存儲信息。這些器件也稱為記憶元件。在計算機中采用只有兩個數碼“0”和“1”的二進制來表示數據。記憶元件的兩種穩定狀態分別表示為“0”和“1”。日常使用的十進制數必須轉換成等值的二進制數才能存入存儲器中。計算機中處理的各種字符，例如英文字母、運算符號等，也要轉換成二進制代碼才能存儲和操作。3.I/O系統：

I/O系統是操作系統的一個重要的組成部分，負責管理系統中所有的外部設備。計算機外部設備。在計算機系統中除CPU和內存儲外所有的設備和裝置稱為計算機外部設備（外圍設備、I/O設備）。I/O設備：用來向計算機輸入和輸出信息的設備，如鍵盤、鼠標、顯示器、打印機等。

I/O設備與主機交換信息有三種控制方式：程序查詢方式，程序中斷方式，DMA方式。

（二）中央處理器

1.計算機的運算方法：

計算機的內部形式為0和1組成的各種編碼參與各類數據的運算，這里詳細的解讀了計算機在自動解題過程中數據的加工處理流程。在計算機中參與運算的數分為有符號數和無符號數兩種，相關的有數的定點表示和浮點表示以及定點浮點的相關運算。2.指令系統：

指令系統是計算機硬件的語言系統，也叫機器語言，它是軟件和硬件的主要界面，從系統結構的角度看，它是系統程序員看到的計算機的主要屬性。因此指令系統表征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、類型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信息和“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、數據傳送型、判定和控制型、輸入和輸出型等指令。指令系統是表征一臺計算機性能的重要因素，它的格式與功能不僅直接影響到機器的硬件結構，而且也直接影響到系統軟件，影響到機器的適用范圍。根據指令內容確定操作數地址的過程稱為尋址。一般的尋址方式有立即尋址，直接尋址，間接尋址，寄存器尋址，相對尋址等。

一條指令實際上包括兩種信息即操作碼和地址碼。操作碼用來表示該指令所要完成的操作（如加、減、乘、除、數據傳送等），其長度取決于指令系統中的指令條數。地址碼用來描述該指令的操作對象，它或者直接給出操作數，或者指出操作數的存儲器地址或寄存器地址（即寄存器名）。3.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、狀態寄存器、通用寄存器組等組成。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。計算機運行時，運算器的操作和操作種類由控制器決定。運算器處理的數據來自存儲器；處理后的結果數據通常送回存儲器，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。

（三）控制單元：

控制單元負責程序的流程管理。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，由指令寄存器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。它根據用戶預先編好的程序，依次從存儲器中取出各條指令，放在指令寄存器IR中，通過指令譯碼(分析)確定應該進行什么操作，然后通過操作控制器OC，按確定的時序，向相應的部件發出微操作控制信號。操作控制器OC中主要包括節拍脈沖發生器、控制矩陣、時鐘脈沖發生器、復位電路和啟停電路等控制邏輯。1.微指令

在微程序控制的計算機中，將由同時發出的控制信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信號的有關信息匯集起來形成的。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序，而一個微程序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。

三、心得體會：

學習了這門課程后，我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，使我以前對于計算機的好奇心得到了充分的滿足，對于計算機的迷茫也得到了解決，并且使我對計算機的興趣更加濃厚了，我有信心和興趣對計算機進行更深入的探索。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，計算機的發展一直都代表著人類最高科技的進程。所以我們要時刻保持著自己的求知欲，只有永不倦怠的學習才會不被社會淘汰，才會在計算機領域內有所作為。當然我也十分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。微型計算機走進千家萬戶也成為了現實，然而這并不是終點，還有著更多的難題等待著我們去突破去研究，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性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。近年來很多專家探討利用生物芯片、神經網絡芯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：

《計算機組成原理》 唐朔飛 高等教育出版社

《計算機體系結構》 張晨曦 高等教育出版社