计算机组成原理课程论文 计算机组成及其控制单元

1、主题：计算机结构及其控制单元内容概要：本论文主要论述了冯诺伊曼型计算机的基本构成及其控制单元的构筑方法。 一台计算机的核心是cpu，cpu的核心是他的控制单元，控制单元就像人的大脑，因大脑而有不同的想法，因控制单元而有不同的控制构想。 因此，控制单元直接影响指令系统，且其格式不仅影响机器的硬件配置，还影响系统软件，并且因此影响机器的复盖范围。冯诺伊曼型修正机是修正机构建的古典构造，是现代修正机的代表。关键字：冯诺伊曼型修正机、修正机的构成、指令系统、微指令1 .计算机配置原理课程概述：本课程从外部的大框架开始，采用层次细分的记述方法，首先介绍修正计算机的基本构成、发展和展望。 详细阐述了存储器

2、、输入输出系统、通信总线、cpu的特性结构和功能，介绍了包括计算机的基本运算、指令系统和中断系统在内的控制单元的功能和修改设想及实现措施。2 .课程的主要内容和基本原理：a .计算机配置：冯诺伊曼型计算机主要由运算器、内存、控制器、输入输出设备5个部件组成。1 .巴士：总线是在计算机的各种功能部件之间传输信息的公共通信干线，是由导线构成的传输线束，根据计算机传输的信息的种类，计算机的总线分为数据总线、地址总线和控制总线，分别传输数据、数据地址和控制信号总线是内部结构，是cpu、存储器、输入输出机器传送信息的共通通道，主机的各部件通过总线连接，外部机器通过对应的接口电路与总线连接，形成了计算机硬

3、件系统。 在修正机系统中，将在各部件之间传递信息的共通路径称为总线，微型计算机通过总线结构连接各功能部件。公共汽车根据功能和规格可分为三类：(1)芯片总线(芯片总线、c -总线)也被称为元件级总线，是通过连接各种不同芯片而构成特定功能模块(如CPU模块)的信息传输路径。(2)内部公共汽车也称为系统总线或板级总线，是微机系统中各卡(模块)间的信息传输路径。 例如，CPU模块和存储器模块或I/O接口模块之间的传输路径。 (3)外部总线也称为通信总线，是微机系统之间、或者微机系统与其它系统(设备、修正器、控制装置等)之间的信息传输路径，例如为EIA RS-232C、IEEE-488等。 其中的系统总

4、线，即将被称作正常意义的总线通常包括数据总线DB、地址总线AB、和控制总线CB的三种不同功能的总线。2 .内存：存储是计算机系统中存储程序和数据的存储设备。 输入的原始数据、修正计算机程序、中间执行结果、最终执行结果等修正计算机内的所有信息都保存在存储器中。 根据控制器指定的位置存储和检索信息。 有了存储，计算机就有记忆功能，可以保证正常工作。 按用途分类的内存可以分为主内存(内存)和辅助内存(外置内存)，但也有分为外部内存和内部内存的分类方法。 外部存储通常是磁介质或光盘等，能够长期保存信息。 所谓内存，是存储当前正在运行的数据和程序的主板上的存储部件，只是暂时存储程序和数据，如果切断电源或

5、切断电源，数据就会丢失。存储的主要功能是存储程序和各种数据，并在计算机运行时快速自动访问程序和数据。存储器是具有“存储”功能的设备，使用具有两个稳定状态的物理设备来存储信息。 这些设备也称为存储元件。 在计算机上只有两个数字“0”和“1”用二进制表示数据。 存储元件的两个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为等效的二进制数才能存储在内存中。 计算机处理的字符(字母、运算符号等)也必须转换为二进制代码才能保存和操作。根据与CPU的接近程度，内存分为内部内存和外部内存，简称为内存和外部内存。 内部存储器也被称为主存储器(简称为主存储器)，作为主机的构成要素的外部存储器也被

6、称为辅助存储器(也称为辅助存储器)，属于外部设备。 CPU不能像访问内存那样直接访问外部内存。 外部存储器与CPU和I/O设备进行数据传输时，必须通过存储器进行。 在80386以上的上位微机中，还配置有高速缓存存储器(cache )，在此情况下，存储器包含主存储器和高速缓存两个。 对于低速级微机，主内存是内存。3.I/O系统：I/O系统是操作系统的重要组件，它管理系统中的所有外部设备。计算机外部设备。 计算机系统中除CPU和内部存储器以外的所有设备和装置称为计算机外部设备(外围设备、I/O设备)。 I/O设备向计算机输入信息和从计算机输出信息的设备，如键盘、鼠标、显示器和打印机。I/O设备与主

7、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。程序查询方式通过程序持续查询cpu是否准备好I/O设备，控制与主机的信息交换。程序中断方式不检查设备是否准备好，继续执行自己的程序，但是I/o设备准备好，只要在向cpu提出中断请求后进行响应，就能够大幅度提高cpu的生产效率。在DMA方式中，主存储器和I/O设备之间存在数据路径，主存储器在与其交换信息时不需要调用中断服务程序。4 .运算器：在计算机上执行各种算术运算和逻辑运算的组件。 运算器的基本操作包括诸如加法、减法、乘法、四则运算、and、or、not、异或等的逻辑操作、移位、比较、传送等的操作，并且也被称作算术逻辑组件(A

8、LU )。运算器由算术逻辑单元(ALU )、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等构成。 算术逻辑运算单元(ALU )的基本功能是加法、减法、乘法、除法四则运算、and、or、not、异或等逻辑操作以及移位、补充等操作。 计算机工作时，运算器的操作和操作的种类由控制器决定。 运算器处理的数据和从内存处理的结果数据通常返回到内存或暂时存储在运算器中。 与运算器一起构成了CPU的核心部分。要实现运算器的操作，特别是四则运算，必须选择合理的运算方法。 直接影响运算器的性能，也关系到运算器的结构和成本。 在数值校正计算的情况下，结果的有效位的长度可能并且必须剪切特定的有效位，因此，舍入最小位的问题出现。

9、所选取的舍入规则也会影响修正结果的精度。 在选择计算机数量的表现方法时，确定要表现的数量的类型(小数、整数、实数、复数):确定表现方法，确定可能的数值范围：存储、处理能力。 数值精度：存储和处理与处理能力相关的数据所需的硬件成本：成本高。 所述运算器包括三个部分：寄存器、致动器和控制电路。 典型的运算器有接收并保存一个操作数的接收寄存器和接收并保存一个操作数的接收寄存器这3个寄存器。是存储另一个操作数和运算结果的累积寄存器运算器乘法、除法时存储乘数或商数的乘法寄存器。 致动器包括加法器和各种输入输出门电路。 控制电路按一定的时间序列顺序发送不同的控制信号，经由对应的门电路将数据输入到寄存器或加

10、法器中，完成预定的操作。 为了减少对存储器的访问，许多纠正器的运算器中设置有许多寄存器，用于存储中间纠正结果，并将该结果照原样用作操作数。b .控制单元：控制单元负责程序的过程管理。 与工厂物流分配部门一样，控制单元是CPU整体的指挥控制中心，由指令寄存器IR、指令解码器ID和操作控制器0C三个部件组成，对于调整计算机整体的秩序极为重要。 用户根据预先生成的程序，从存储器中依次取出各命令，输入到命令寄存器IR中，通过命令解码(分析)决定应该进行怎样的操作，操作控制器OC，在决定的定时对相应部件进行微操作控制在操作控制器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、起停电路等

11、控制逻辑。1 .指令系统指令系统是计算机硬件的语言系统，也称为机器语言，是软件和硬件的主要接口，从系统结构的角度来看，是系统程序员看到的计算机的主要属性。 因此，该图示出命令系统已经确定了校正功能的基本功能对装置所要求的能力，并且还确定命令的格式和装置的结构。 不同的修正机在设定修正指令系统时，应该重视指令格式、类型及操作功能。计算机能够执行的所有指令的集合描述了计算机内的所有控制信息和“逻辑判断”能力。 不同的计算机在命令系统中包含的命令的种类和数量不同。 一般包括算术运算型、逻辑运算型、数据传输型、判定和控制型、输入输出型等指令。 指挥系统是表现计算机性能的重要因素，其格式和功能不仅直接影

12、响机器的硬件结构，而且直接影响系统软件，影响机器的适用范围。根据指令内容决定操作数地址的过程称为寻址。 一般的地址方式有即时地址方式、直接地址方式、间接地址方式、寄存器地址方式、相对地址方式等。一个命令实际上包含两个信息：操作码和地址码。 操作码用于表示该命令完成的操作(加法、减法、乘法、除法、数据传输等)，其长度取决于命令系统中的命令数。 地址代码用于描述该指令的操作对象，直接提供操作数，指定操作数的内存地址和寄存器地址(即寄存器名)。2 .微指令在微程序控制的修正计算机中，通过同时发行的控制信号执行的一系列微操作被称为微指令。 因此，该微命令通过收集与同时发出的控制信号有关的信息而被形成。

13、 可以通过将一个指令分成多个微指令并依次执行来实现指令的功能。 有些微指令可以构成一个微程序，一个微程序对应一个机器指令。 因此，一个机器指令的功能在由多个微指令构成的序列中实现。 简单来说，一个机器指令完成的操作分为多个微指令完成，微指令解释执行。 微指令的编译方法是决定微指令格式的因素。 微指令格式大致分为2种：水平型微指令和垂直型微指令。从指令与微指令、程序与微程序、地址与微地址的一对一对应关系来看，前者与内部存储器有关，后者与作为微程序控制器的一部分的控制存储器有关。 微程序控制器主要由控制存储器、微命令发送器、地址转发逻辑三部分构成。 其中，微指令寄存器分为微地址寄存器和微指令寄存器两种)。 此外，从一般命令的微程序执行流程图也可知。 各CPU周期基本上对应于微指令。3 .心得在完成本次授课论文后，我们再次加深了对修正机构成原理的理解，在修正机的构建上也获得了更深层次的体会。 每次计算机的发展，聚集人类的智慧和勤奋的劳动，每次革新都给人类带来了很大的进步。 计算机从早期的简单功能，到现在的复杂操作，都在一点一点地发展。 这样的阶层化，无论什么事都要从小开始，让人真实感受到无数的“小”成就了“大”。现在电脑仍在以惊人的速度发展，期待着将来的电脑能给人们带来更大的惊讶和进步。4 .结语：自从1945年世界上第一台计算