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合肥学院
计算机组成原理
综述论文
题 目
计算机组成原理课程综述
系 部 计算机科学与技术系 专 业班 级
计算机科学与技术专业
学生姓名 指导教师
2015年5月20日 计算机组成原理课程综述 【内容摘要】 计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门专业基础且极其重要的课，作为本专业的学生，我们不仅要了解这门课中的知识，还要深入理解掌握这门课。论文分为六个方面，第一，算机组成原理课程综述，从宏观方面阐述这门课在计算机科学与技术专业的知识领域，第二，课程的主要内容和基本原理，从知识单元进行解读这门课，第三，叙述这门课在实际当中的应用，第四，谈谈自己的心得体会，写出自己的思考与观点，第五，结语，把自己学习到的知识及将要做的阐述清楚，第六，写出自己完成这篇论文查阅的资料即参考文献。【关键词】 计算机系统 硬件结构 CPU 控制单元 正文
（一）计算机组成原理课程综述
在计算机普及的今天，现代信息技术飞速发展，计算机的应用在政治、经济、文化等方方面面产生了巨大影响，而计算机的知识更新的速度非常快，所以我们计算机科学与技术专业的学生要不断更新自己计算机方面的知识，以适应市场的需要。计算机组成原理是硬件系列课程中的核心课程，是计算机科学与技术专业重要的专业基础课，剖析了五大功能部件（运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备）的机理，具有完整的理论体系和强实践性，内容多，知识面广。
（二）课程主要内容和基本原理
本书分为四篇：第一篇（1、2章）、概论，第二篇（3-5章）、计算机系统的硬件结构，第三篇（6-8章）、中央处理器，第四篇（9、10章）、控制单元。
第一章介绍了计算机系统的基本组成和层次结构，详细介绍了冯诺依曼计算机的基本原理和特点。
第二章主要介绍计算机的发展和应用。
第三章介绍了系统总线，从不同的角度有不同的分类，本章是按连接部件的不同分为片内总线、系统总线、通信总线三类进行详细介绍的。接着讲述了总线的特性（机械特性、电气特性、功能特性、时间特性）及性能指标（总线宽度、带宽、时钟同步/异步、总线复用信号线数、总线控制方式等）和总线标准。总线的结构：单总线结构、双总线结构和多总线结构，总线控制方式：判优控制和通信控制，总线的结构和总线控制学习重点。第四章主要介绍了存储器、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、自动的完成程序或数据的存储。具体内容包括：存储器的分类、存储器的分层结构、半导体随机存储器的组织、只读存储器、主存储器与CPU的连接、主存储器的校验、多体交叉编址存储器、高速缓冲存储器cache的基本原理、cache和主存之间的地址映射、磁表面存储器的主要技术指标CPU的结构和功能
第五章主要介绍输入输出系统，讲述了输入输出系统的发展概况和组成，I/O设备与主机的三种联系方式：立即响应方式、异步工作采用应答信号联络、同步工作采用同步时标联络。I/O设备与主要信息传送的控制方式：程序查询方式、程序中断方式、DMA方式、通道方式，书上后面就这几种方式展开详细叙述，并对这几种方式进行了比较，程序查询方式特点是接口电路简单、CPU和I/O设备一直处于串行工作状态，CPU在信息交换过程中全程监控，所以CPU的工作效率不高。程序中断方式特点是CPU执行程序与I/O设备做准备是同时进行的，节省了I/O设备准备就绪前的那一段时间，CPU效率相对与程序查询方式提高了。DMA方式的特点是I/O设备直接与主存交换信息而不用占用CPU，CPU的效率又进一步提高。通道方式节省了CPU对外设控制与管理的时间，CPU的效率再一次提高。
第六章主要介绍计算机的运算方法，利用二进制数分别表示定点数和浮点数，然后详细介绍它们的加减乘除运算。
第七章主要介绍的是指令系统，讲了机器指令、操作数类型及操作类型，十种寻址方式（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，指令格式分析及设计。
第八章主要介绍了CPU的结构和功能，讲了CPU的结构、功能、指令周期、中断系统。
第九章主要介绍了控制单元的功能，讲了微操作的命令的分析，取指周期、间址周期、执行周期、中断周期进行详细分析，控制单元的功能。
第十章主要介绍控制单元的设计，先介绍组合逻辑控制单元的分析与设计，在讲微程序的分析与设计。
（三）对存储器探究
（一）主存储器
主存储器是存储器的一种，它是计算机中一个非常重要的部件、在计算机的处理过程中，用来存放计算机处理的数据和程序，通常我们又称为内存，其英文名称是Memory。
内存也是一种集成电路做成的芯片。现在多数计算机的主板上都提供专用的内存插座，我们可以选择合适容量的内存芯片，方便地将其插在主板上，给系统使用。在计算的使用中，关于内存的方方面面通常是非常重要也是非常有趣的话题，需要明确说明的是，初学计算机的人经常把计算机内存和计算机的硬盘搞混，因为它们都用兆(M)这个容量单位来表示大小。实际上，计算机的硬盘是一种外存设备。
内存根据使用的功能不同分为只读存储器（Read Only Memory，简称ROM）和随机存取存储器（Random Acce Memory简称RAM）。（1）ROM 只读存储器(ROM)是不能改变存储内容的存储器只读存储器多用来储存基本输人输出系统(BIOS)的内容，BIOS系统记载了计算机的配置，为各种数据在计算机设备间的传输提供帮助、ROM接插在主板卜，是主机系统不可缺少的一部分。（2）RAM 随机存取存储器(RAM)，又称可读写存储器，是内存的一种，在计一算机系统中起着非常重要的作用，是计算机处理数据的重要场所当我们在计算机中要建立任意新文件或对磁盘上的文件进行操作时，CPU会发出指令，将要处理的内容拷贝到RAM中，当完成操作后，文件又会被拷贝回磁盘，或通过打印机打印出来。或通过网络传送出去„„
随机存取存储器就像一块电子黑板，我们通过对RAM的访问，可以实现计算机操作系统和应用软件提供给我们的所有功能，这些功能可以概括为两个字:“读”和“写”。“读”代表输人、检索、获取数
据等操作;“写”代表存储、索引、修改等操作，因此随机存取存储器(RAM)又被称为可读写存储器。
（二）外存储器 正如前面介绍的，内存是采用集成电路制作的芯片，是计算机系统中的重要部件，但是由于体积和造价的原因，一般内存的容量只有几兆字节，另外，内存必须依赖电流来存储数据，所以内存中的数据无法长久保存，于是人们研制了可以长久保存数据的另一类存储器.这就是我们在本节中将要介绍的外存储器，外存储器的代表是磁盘，包括软盘和硬盘。不管是软盘还是硬盘，都是利用磁化原理保存数据的，数据保存在软盘或硬盘的磁盘盘片上，数据的读写通过磁盘驱动器完成。（1）软盘
软盘是计算机使用者几乎每天都要用到的存储设备、当我们购买财务软件时，财务软件是保存在软盘上的，当我们对会计软件的数据进行备份、进行读写。（2）硬盘
硬盘是一种快速高容量的存储设备，也是计算机运行的必需设备，我们今天应用的大多数软件和数据是保存在硬盘上的，硬盘的工作原理类似于软盘，因为它们都是利用磁化原理保存数据。从外观
上看，硬盘是个封闭的铁盒子，在其内部，包括磁盘盘片、磁头、控制电路等装置。硬盘的盘片是用铝合金材料制成的，所以被称为硬盘。硬盘盘片和驱动设备封装在一起，在封闭的条件下工作，这是硬盘区别于软盘的主要特点。
硬盘内部包括许多张磁盘面，一般要达到11张甚至更多，所以硬盘比软盘拥有更大的容量。
（三）存储器的层次结构 实际上，存储系统层次结构主要体现在缓存-主存和主存-辅存这两个层次上，如上图所示。显然CPU和主存缓存都能直接交换信息；缓存能直接和CPU、主存交换信息；主存可以和CPU、缓存、辅存、交换信息。
缓存-主存层次主要解决CPU和主存速度不匹配的问题。缓存速度比主存高，只要将CPU近期要用的信息调用缓存，CPU便可以直接从缓存中获取信息，从而提高访存速度。主要解决存储系统的容量问题。速度比主存低，而且不能和CPU直接交换信息，但它的容量比主存大得多，可以存放大量暂时未用到的信息。当CPU需要用到这些信息时，内容调入主存。
（四）高速缓冲存储器 在多体并行存储系统中。由于I/O设备向主存请求的级别高于CPU访存，这就出现了CPU等待I/O设备访存的现象，致使CPU空等一段时间，甚至可能等待几个主存周期，从而降低CPU的工作效率。
为了避免CPU与I/O设备争抢访存，可在CPU与主存之间加一级缓存，这样，主存可将CPU要取的信息提前送至缓存，一旦主存在与I/O设备交换时，CPU可直接从缓存中读取所需的信息，不必空等而影响效率。Cache的基本结构
（五）相联存储器
相联存储器既可按地址寻址，又可按内容寻址，为于传统存储器区别，又称为按内容寻址的存储器。相联存储器的每个字有若干字段组成，每个字段描述了一个对象的属性，也称一个内容。
（四）心得体会
计算机组成原理这门课程是一门专业课程，也是作为计算机学科必须掌握的一门课程，虽然如今的计算机行业千变万化，各种高新的计算机硬件和软件技术不断发展，但是原理和基础都离不开计算机组成原理这门课，它是各种计算机软硬件技术的最基本的理论基础。计算机组成原理从体系结构的角度认识了计算机的工作原理。随着现在嵌入式软件方向的发展，需要的知识不仅仅需要编码的能力，还需要我们对硬件知识的掌握和了解。计算机组成原理的学习，增加了我们在硬件方面的知识。在学习的过程中，需要把理论知识与实践相结合，在理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解的不够深刻，对软件，硬件方面的许多知识掌握得不够牢固，我会在以后的学习中不断学习，积累经验，超越自己。
（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
2、高建生、莫正坤 《计算机组成原理》 华中科技大学出版社
3、白中英 《计算机组成原理》 科学出版社 第三版
4、张钧良 《计算机组成原理 》 清华大学出版社 2003
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