計算機(jī)組成原理為題的論文
計算機(jī)組成原理為題的論文
加強(qiáng)計算機(jī)專業(yè)的實(shí)驗教學(xué)已經(jīng)成為共識,教指委的專業(yè)規(guī)范將計算機(jī)原理實(shí)驗列為典型的必須的實(shí)驗,并提高了課時數(shù)。實(shí)驗將使學(xué)生掌握計算機(jī)硬件設(shè)計、調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)等多方面的技能,訓(xùn)練學(xué)生的動手能力,培養(yǎng)創(chuàng)新能力以及認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲凶黠L(fēng)。下面是學(xué)習(xí)啦小編給大家推薦的計算機(jī)組成原理為題的論文,希望大家喜歡!
計算機(jī)組成原理為題的論文篇一
《淺述計算機(jī)組成原理》
【內(nèi)容摘要】:本論文主要在課程的學(xué)習(xí)上作一些討論。該課程主要介紹計算機(jī)硬件的結(jié)構(gòu)與基本原理和計算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)和功能。使學(xué)生建立計算機(jī)系統(tǒng)的概念,深入了解計算機(jī)的工作原理,掌握計算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn)的技術(shù)和方法,以及計算機(jī)系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計的方法,從而為計算機(jī)專業(yè)其他專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】:課程概述、計算機(jī)系統(tǒng)、CPU、控制單元
【課程綜述】:計算機(jī)組成原理是計算機(jī)應(yīng)用和計算機(jī)軟件專業(yè)以及其他相關(guān)專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課,它主要討論計算機(jī)各組成部件的基本概念、基本結(jié)構(gòu)、工作原理及設(shè)計方法。組成原理是計算機(jī)類專業(yè)的一門主干必修課程,主要內(nèi)容有:(1)對計算機(jī)的發(fā)展、應(yīng)用和特性作的概述,并簡單介紹了計算機(jī)系統(tǒng)的硬件、軟件及計算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu);(2)系統(tǒng)總線,介紹了三種總線結(jié)構(gòu)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(tǒng),主要介紹半導(dǎo)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(tǒng)的多級結(jié)構(gòu);(4)輸入輸出系統(tǒng),介紹了計算機(jī)系統(tǒng)中主機(jī)與外部設(shè)備之間的信息交換方式,重點(diǎn)介紹中斷處理方式以及DMA方式;(5)運(yùn)算方法和運(yùn)算器,介紹數(shù)值數(shù)據(jù)和非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示方法,定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)的四則運(yùn)算、邏輯運(yùn)算及運(yùn)算器的組成和工作原理;(6)指令系統(tǒng),介紹指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求、指令格式的分析以及指令和數(shù)據(jù)的尋址方式;(7)CPU的結(jié)構(gòu)和功能,CPU控制機(jī)器完成一條指令的全過程,中斷技術(shù)在提高整機(jī)系統(tǒng)效能方面的作用(8)組合邏輯控制器、微程序控制器的設(shè)計原理和設(shè)計方法、指令周期的概念及時序產(chǎn)生器的原理及其控制方式。
【正文】:(一)計算機(jī)概述
計算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成,它們共同決定了計算機(jī)性能的好壞。計算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)經(jīng)過了多次的發(fā)展由最初的一級層次結(jié)構(gòu)發(fā)展到了如今的多層次結(jié)構(gòu)。
典型的計算機(jī)組成由馮·諾依曼計算機(jī)演變而來,該計算機(jī)由五大部分組成:輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲器、運(yùn)算器、控制器,并以運(yùn)算器為中心結(jié)構(gòu)。現(xiàn)代計算機(jī)可認(rèn)為有三大部分組成:CPU、I/O設(shè)備、主存儲器,并以存儲器為系統(tǒng)中心。
計算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)有機(jī)器字長(指CPU一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù),通常與CPU的寄存器位數(shù)有關(guān))、存儲容量(包括貯存容量和輔存容量)、運(yùn)算速度。
(二)計算機(jī)系統(tǒng)
1)、系統(tǒng)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(zhì)。當(dāng)多個部件與總線相連時,如果出現(xiàn)兩個或兩個以上部件同時向總線發(fā)送信息,必將導(dǎo)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(fā)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(jī)總線、測控總線、網(wǎng)絡(luò)通信總線等;按連接部件可分為片內(nèi)總線、系統(tǒng)總線和控制總線,本書重點(diǎn)介紹。總線的性能指標(biāo):總線寬度、總線帶寬、時鐘同步/異步、總線復(fù)用、信號線數(shù)、總線控制方式等??偩€的結(jié)構(gòu)通常分為單總線結(jié)構(gòu)和多總線結(jié)構(gòu)。總線的控制主要包括判優(yōu)控制和通信控制,總線判優(yōu)控制分為集中式判優(yōu)(鏈?zhǔn)讲樵?、計?shù)器定時查詢和獨(dú)立查詢)和分布式判優(yōu)(自舉分布式和沖突檢測分布式)??偩€通信控制主要解決通信雙方如何獲知傳輸開始和傳輸結(jié)束,以及雙方如何協(xié)調(diào)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(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備,用來存放程序和數(shù)據(jù)。按存儲介質(zhì)分類可分為半導(dǎo)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(jī)存儲器、只讀存儲器、串行訪問存儲器,按在計算機(jī)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(biāo):速度、容量和每位價格。存儲器的擴(kuò)展通常有位擴(kuò)展和字?jǐn)U展,位擴(kuò)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?jǐn)U展是指增加存儲字的數(shù)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(shè)備交換信息時,可采用高速原件、使用層次結(jié)構(gòu)、調(diào)整主存的結(jié)構(gòu)來提高訪存速度。
3)I/O系統(tǒng)
I/O系統(tǒng)是操作系統(tǒng)的一個重要的組成部分,負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)中所有的外部設(shè)備。計算機(jī)外部設(shè)備。在計算機(jī)系統(tǒng)中除CPU和內(nèi)存儲外所有的設(shè)備和裝置稱為計算機(jī)外部設(shè)備(外圍設(shè)備、I/O設(shè)備)。I/O設(shè)備:用來向計算機(jī)輸入和輸出信息的設(shè)備,如鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)等。I/O設(shè)備與主機(jī)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(shè)備是否做好準(zhǔn)備,從而控制其與主機(jī)交換信息。程序中斷方式不查詢設(shè)備是否準(zhǔn)備就緒,繼續(xù)執(zhí)行自身程序,只是當(dāng)I/O設(shè)備準(zhǔn)備就緒并向CPU發(fā)出中斷請求后才給予響應(yīng),這大大提高了CPU的工作效率。在DMA方式中,主存與I/O設(shè)備之間有一條數(shù)據(jù)通路,主存與其交換信息時,無需調(diào)用中斷服務(wù)程序。
4)運(yùn)算器
計算機(jī)中執(zhí)行各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算操作的部件。運(yùn)算器的基本操作包括加、減、乘、除四則運(yùn)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(shù)邏輯部件(ALU)。運(yùn)算器由:算術(shù)邏輯單元(ALU)、累加器、狀態(tài)寄存器、通用寄存器組等組成。算術(shù)邏輯運(yùn)算單元(ALU)的基本功能為加、減、乘、除四則運(yùn)算,與、或、非、異或等邏輯操作,以及移位、求補(bǔ)等操作。加減法主要采用補(bǔ)碼定點(diǎn)加減法進(jìn)行運(yùn)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(bǔ)碼一位乘、補(bǔ)碼兩位乘等,乘積的符號位由兩個數(shù)的符號位異或運(yùn)算結(jié)果決定。除法運(yùn)算可視為減法和移位,主要方法有恢復(fù)余數(shù)法、加減交替法,其中原碼除法的符號位單獨(dú)處理,補(bǔ)碼除法的符號位參與運(yùn)算并最終獲得結(jié)果。浮點(diǎn)加減法可分為1對階,使兩數(shù)的小數(shù)點(diǎn)位置對其2尾數(shù)求和,將對階后的兩尾數(shù)按定點(diǎn)加減運(yùn)算規(guī)則求和或差3規(guī)格化4舍入,要考慮尾數(shù)右移時失去的數(shù)值位5溢出判斷。浮點(diǎn)乘除運(yùn)算,乘積的階碼應(yīng)為相乘兩數(shù)的階碼之和,乘積的尾數(shù)應(yīng)為相乘兩數(shù)的尾數(shù)之積,商的階碼為被除數(shù)的階碼減去減數(shù)的階碼,尾數(shù)為被除數(shù)的尾數(shù)除以除數(shù)的尾數(shù)所得的商。
5)指令系統(tǒng)一條指令就是機(jī)器語言的一個語句,它是一組有意義的二進(jìn)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(zhì)及功能,地址碼則給出了操作數(shù)或操作數(shù)的地址。指令包括操作碼域和地址域兩部分。根據(jù)地址域所涉及的地址數(shù)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(shù)地址,A3確定結(jié)果地址。下一條指令的地址通常由程序計數(shù)器按順序給出。
2、二地址指令:地址域中A1確定第一操作數(shù)地址,A2同時確定第二操作數(shù)地址和結(jié)果地址。3單地址指令:地址域中A確定第一操作數(shù)地址。固定使用某個寄存器存放第二操作數(shù)和操作結(jié)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(jī)中,操作數(shù)一般存放在下推堆棧頂?shù)膬蓚€單元中,結(jié)果又放入棧頂,地址均被隱含,因而大多數(shù)指令只有操作碼而沒有地址域。根據(jù)指令內(nèi)容確定操作數(shù)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(shù)據(jù)提供方便。1直接尋址:指令地址域中表示的是操作數(shù)地址。2間接尋址:指令地址域中表示的是操作數(shù)地址的地址即指令地址碼對應(yīng)的存儲單元所給出的是地址A,操作數(shù)據(jù)存放在地址A指示的主存單元內(nèi)。有的計算機(jī)的指令可以多次間接尋址,如A指示的主存單元內(nèi)存放的是另一地址B,而操作數(shù)據(jù)存放在B指示的主存單元內(nèi),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(shù)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(nèi)容E與位移值D相加,其和E+D為操作數(shù)地址。許多計算機(jī)具有雙變址功能,即將兩個變址寄存器內(nèi)容與位移值相加,得操作數(shù)地址。變址尋址有利于數(shù)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(shù)器內(nèi)容(即本條指令的地址)K與位移值D相加,得操作數(shù)地址K+D。
當(dāng)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(shè)標(biāo)志,指明尋址方式。
6)CPU的結(jié)構(gòu)和功能CPU具有控制程序的順序執(zhí)行(指令控制)、產(chǎn)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(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算(數(shù)據(jù)加工)以及處理中斷等功能。一條指令的執(zhí)行過程按時間順序可分為以下幾個步驟:
1、CPU發(fā)出指令地址。將指令指針寄存器(IP)的內(nèi)容——指令地址,經(jīng)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(shù)據(jù)寄存器中。
3、將指令送往指令寄存器。將指令從數(shù)據(jù)寄存器中取出,經(jīng)數(shù)據(jù)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(jīng)譯碼器分析產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號,送往各個執(zhí)行部件。
5、按指令操作碼執(zhí)行。
6、修改程序計數(shù)器的值,形成下一條要取指令的地址。
若執(zhí)行的是非轉(zhuǎn)移指令,即順序執(zhí)行,則指令指針寄存器的內(nèi)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(shù)器。中斷的作用:一方面,有了中斷功能,PC系統(tǒng)就可以使CPU和外設(shè)同時工作,使系統(tǒng)可以及時地響應(yīng)外部事件。而且有了中斷功能,CPU可允許多個外設(shè)同時工作。這樣就大大提高了CPU的利用率,也提高了數(shù)據(jù)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(jī)在運(yùn)行過程中,往往會出現(xiàn)事先預(yù)料不到的情況或出現(xiàn)一些故障,如電源掉電、存儲出錯,運(yùn)算溢出等等。計算機(jī)可以利用中斷系統(tǒng)自行處理,而不必停機(jī)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(InstructionRegister)、指令譯碼器ID(InstructionDecoder)和操作控制器OC(OperationController)三個部件組成,對協(xié)調(diào)整個電腦有序工作極為重要。它根據(jù)用戶預(yù)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(yīng)該進(jìn)行什么操作,然后通過控制總線送至相應(yīng)部件實(shí)現(xiàn)功能。常見的控制方式有同步控制、異步控制、聯(lián)合控制和人工控制??刂茊卧脑O(shè)計有兩種方法:組合邏輯設(shè)計和微程序設(shè)計。組合邏輯設(shè)計首先要確定控制方式,然后決定微操作的節(jié)拍安排,再根據(jù)微操作列出微操作命令的操作時間表、求出最簡邏輯表達(dá)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(yīng)一個邏輯電路,最終的控制單元會十分龐雜。微程序設(shè)計是指將一條機(jī)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(yīng)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(jī)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(jìn)制代碼形式表示,每位代表一個控制信號,因此逐條執(zhí)行每一條微指令,也就相應(yīng)的完成了一條機(jī)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(jī)的組成原理的理解,對計算機(jī)的構(gòu)建也有更深層次的體會。計算機(jī)的每一次發(fā)展,都凝聚著人類的智慧和辛勤勞動,每一次創(chuàng)新都給人類帶來了巨大的進(jìn)步。計算機(jī)從早期的簡單功能,到現(xiàn)在的復(fù)雜操作,都是一點(diǎn)一滴發(fā)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(shù)的‘小’便成就了‘大’。在學(xué)習(xí)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(dǎo)致一些知識點(diǎn)沒有掌握完全,概念問題有很多細(xì)節(jié)不懂。這些都要盡量彌補(bǔ),才能讓這門課的學(xué)習(xí)達(dá)到目的。
【結(jié)語】計算機(jī)的發(fā)展日新月異。自從踏入21世紀(jì)以來可謂發(fā)展神速,可以預(yù)見將來必將出現(xiàn)新的電腦體系、功能與知識,我們不能局限于現(xiàn)今所學(xué)的的知識,要跟上時代的步伐,時時刻刻關(guān)注計算機(jī)方面的發(fā)展,這樣才能為以后的工作學(xué)習(xí)打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。
【參考文獻(xiàn)】
【1】唐俊飛.計算機(jī)組成原理.北京:剛等教育出版社,2000.
【2】白中英,等.計算機(jī)組成原理.3版.北京:科學(xué)出版社,2002.
計算機(jī)組成原理為題的論文篇二
《計算機(jī)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(jī)的基本組成與其控制單元的構(gòu)建方法,一臺計算機(jī)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(tǒng),它的格式不僅直接影響到機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu),而且也直接影響到系統(tǒng)軟件,影響機(jī)器的適用范圍。而馮諾依曼型計算機(jī)是計算機(jī)構(gòu)建的經(jīng)典結(jié)構(gòu),正是現(xiàn)代計算機(jī)的代表。
關(guān)鍵字:馮諾依曼型計算機(jī),計算機(jī)的組成,指令系統(tǒng),微指令
一.計算機(jī)組成原理課程綜述:
本課程采用從外部大框架入手,層層細(xì)化的敘述方法,先是介紹計算機(jī)的基本組成,發(fā)展和展望。后詳述了存儲器,輸入輸出系統(tǒng),通信總線,cpu的特性結(jié)構(gòu)和功能,包括計算機(jī)的基本運(yùn)算,指令系統(tǒng)和中斷系統(tǒng),并專門介紹了控制單元的功能和設(shè)計思路和實(shí)現(xiàn)措施。
二.課程主要內(nèi)容和基本原理:
A.計算機(jī)的組成:
馮諾依曼型計算機(jī)主要有五大部件組成:運(yùn)算器,存儲器,控制器,輸入輸出設(shè)備。
1.總線:
總線是計算機(jī)各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線,它是由導(dǎo)線組成的傳輸線束,按照計算機(jī)所傳輸?shù)男畔⒎N類,計算機(jī)的總線可以劃分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線,分別用來傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)地址和控制信號。總線是一種內(nèi)部結(jié)構(gòu),它是cpu、內(nèi)存、輸入、輸出設(shè)備傳遞信息的公用通道,主機(jī)的各個部件通過總線相連接,外部設(shè)備通過相應(yīng)的接口電路再與總線相連接,從而形成了計算機(jī)硬件系統(tǒng)。在計算機(jī)系統(tǒng)中,各個部件之間傳送信息的公共通路叫總線,微型計算機(jī)是以總線結(jié)構(gòu)來連接各個功能部件的??偩€按功能和規(guī)范可分為三大類型:
(1)片總線(ChipBus,C-Bus)
又稱元件級總線,是把各種不同的芯片連接在一起構(gòu)成特定功能模塊(如CPU模塊)的信息傳輸通路。
(2)內(nèi)總線
又稱系統(tǒng)總線或板級總線,是微機(jī)系統(tǒng)中各插件(模塊)之間的信息傳輸通路。例如CPU模塊和存儲器模塊或I/O接口模塊之間的傳輸通路。(3)外總線又稱通信總線,是微機(jī)系統(tǒng)之間或微機(jī)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)(儀器、儀表、控制裝置等)之間信息傳輸?shù)耐罚鏓IARS-232C、IEEE-488等。其中的系統(tǒng)總線,即通常意義上所說的總線,一般又含有三種不同功能的總線,即數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB和控制總線CB。
2.存儲器:
存儲器是計算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備,用來存放程序和數(shù)據(jù)。計算機(jī)中全部信息,包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都保存在存儲器中。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。有了存儲器,計算機(jī)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(nèi)存)和輔助存儲器(外存),也有分為外部存儲器和內(nèi)部存儲器的分類方法。外存通常是磁性介質(zhì)或光盤等,能長期保存信息。內(nèi)存指主板上的存儲部件,用來存放當(dāng)前正在執(zhí)行的數(shù)據(jù)和程序,但僅用于暫時存放程序和數(shù)據(jù),關(guān)閉電源或斷電,數(shù)據(jù)會丟失。
存儲器的主要功能是存儲程序和各種數(shù)據(jù),并能在計算機(jī)運(yùn)行過程中高速、自動地完成程序或數(shù)據(jù)的存取。
存儲器是具有“記憶”功能的設(shè)備,它采用具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)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(jī)中采用只有兩個數(shù)碼“0”和“1”的二進(jìn)制來表示數(shù)據(jù)。記憶元件的兩種穩(wěn)定狀態(tài)分別表示為“0”和“1”。日常使用的十進(jìn)制數(shù)必須轉(zhuǎn)換成等值的二進(jìn)制數(shù)才能存入存儲器中。計算機(jī)中處理的各種字符,例如英文字母、運(yùn)算符號等,也要轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼才能存儲和操作。
按照與CPU的接近程度,存儲器分為內(nèi)存儲器與外存儲器,簡稱內(nèi)存與外存。內(nèi)存儲器又常稱為主存儲器(簡稱主存),屬于主機(jī)的組成部分;外存儲器又常稱為輔助存儲器(簡稱輔存),屬于外部設(shè)備。CPU不能像訪問內(nèi)存那樣,直接訪問外存,外存要與CPU或I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,必須通過內(nèi)存進(jìn)行。在80386以上的高檔微機(jī)中,還配置了高速緩沖存儲器(cache),這時內(nèi)存包括主存與高速緩存兩部分。對于低檔微機(jī),主存即為內(nèi)存。
3.I/O系統(tǒng):
I/O系統(tǒng)是操作系統(tǒng)的一個重要的組成部分,負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)中所有的外部設(shè)備。
計算機(jī)外部設(shè)備。在計算機(jī)系統(tǒng)中除CPU和內(nèi)存儲外所有的設(shè)備和裝置稱為計算機(jī)外部設(shè)備(外圍設(shè)備、I/O設(shè)備)。I/O設(shè)備:用來向計算機(jī)輸入和輸出信息的設(shè)備,如鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)等。
I/O設(shè)備與主機(jī)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(shè)備是否做好準(zhǔn)備,從而控制其與主機(jī)交換信息。
程序中斷方式不查詢設(shè)備是否準(zhǔn)備就緒,繼續(xù)執(zhí)行自身程序,只是當(dāng)I/o設(shè)備準(zhǔn)備就緒并向cpu發(fā)出中斷請求后才給予響應(yīng),這大大提高了cpu的工作效率。
在DMA方式中,主存與I/O設(shè)備之間有一條數(shù)據(jù)通路,主存與其交換信息時,無需調(diào)用中斷服務(wù)程序。
4.運(yùn)算器:
計算機(jī)中執(zhí)行各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算操作的部件。運(yùn)算器的基本操作包括加、減、乘、除四則運(yùn)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(shù)邏輯部件(ALU)。
運(yùn)算器由:算術(shù)邏輯單元(ALU)、累加器、狀態(tài)寄存器、通用寄存器組等組成。算術(shù)邏輯運(yùn)算單元(ALU)的基本功能為加、減、乘、除四則運(yùn)算,與、或、非、異或等邏輯操作,以及移位、求補(bǔ)等操作。計算機(jī)運(yùn)行時,運(yùn)算器的操作和操作種類由控制器決定。運(yùn)算器處理的數(shù)據(jù)來自存儲器;處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)通常送回存儲器,或暫時寄存在運(yùn)算器中。與運(yùn)算器共同組成了CPU的核心部分。
實(shí)現(xiàn)運(yùn)算器的操作,特別是四則運(yùn)算,必須選擇合理的運(yùn)算方法。它直接影響運(yùn)算器的性能,也關(guān)系到運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)和成本。另外,在進(jìn)行數(shù)值計算時,結(jié)果的有效數(shù)位可能較長,必須截取一定的有效數(shù)位,由此而產(chǎn)生最低有效數(shù)位的舍入問題。選用的舍入規(guī)則也影響到計算結(jié)果的精確度。在選擇計算機(jī)的數(shù)的表示方式時,應(yīng)當(dāng)全面考慮以下幾個因素:要表示的數(shù)的類型(小數(shù)、整數(shù)、實(shí)數(shù)和復(fù)數(shù)):決定表示方式,可能遇到的數(shù)值范圍:確定存儲、處理能力。數(shù)值精確度:處理能力相關(guān);數(shù)據(jù)存儲和處理所需要的硬件代價:造價高低。運(yùn)算器包括寄存器、執(zhí)行部件和控制電路3個部分。在典型的運(yùn)算器中有3個寄存器:接收并保存一個操作數(shù)的接收寄存器;保存另一個操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果的累加寄存器;在運(yùn)算器進(jìn)行乘、除運(yùn)算時保存乘數(shù)或商數(shù)的乘商寄存器。執(zhí)行部件包括一個加法器和各種類型的輸入輸出門電路??刂齐娐钒凑找欢ǖ臅r間順序發(fā)出不同的控制信號,使數(shù)據(jù)經(jīng)過相應(yīng)的門電路進(jìn)入寄存器或加法器,完成規(guī)定的操作。為了減少對存儲器的訪問,很多計算機(jī)的運(yùn)算器設(shè)有較多的寄存器,存放中間計算結(jié)果,以便在后面的運(yùn)算中直接用作操作數(shù)。
B.控制單元:
控制單元負(fù)責(zé)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(xié)調(diào)整個電腦有序工作極為重要。它根據(jù)用戶預(yù)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(yīng)該進(jìn)行什么操作,然后通過操作控制器OC,按確定的時序,向相應(yīng)的部件發(fā)出微操作控制信號。操作控制器OC中主要包括節(jié)拍脈沖發(fā)生器、控制矩陣、時鐘脈沖發(fā)生器、復(fù)位電路和啟停電路等控制邏輯。
1.指令系統(tǒng)
指令系統(tǒng)是計算機(jī)硬件的語言系統(tǒng),也叫機(jī)器語言,它是軟件和硬件的主要界面,從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度看,它是系統(tǒng)程序員看到的計算機(jī)的主要屬性。因此指令系統(tǒng)表征了計算機(jī)的基本功能決定了機(jī)器所要求的能力,也決定了指令的格式和機(jī)器的結(jié)構(gòu)。對不同的計算機(jī)在設(shè)計指令系統(tǒng)時,應(yīng)對指令格式、類型及操作功能給予應(yīng)有的重視。
計算機(jī)所能執(zhí)行的全部指令的集合,它描述了計算機(jī)內(nèi)全部的控制信息和“邏輯判斷”能力。不同計算機(jī)的指令系統(tǒng)包含的指令種類和數(shù)目也不同。一般均包含算術(shù)運(yùn)算型、邏輯運(yùn)算型、數(shù)據(jù)傳送型、判定和控制型、輸入和輸出型等指令。指令系統(tǒng)是表征一臺計算機(jī)性能的重要因素,它的格式與功能不僅直接影響到機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu),而且也直接影響到系統(tǒng)軟件,影響到機(jī)器的適用范圍。
根據(jù)指令內(nèi)容確定操作數(shù)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(shí)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(shù)據(jù)傳送等),其長度取決于指令系統(tǒng)中的指令條數(shù)。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(shù),或者指出操作數(shù)的存儲器地址或寄存器地址(即寄存器名)。
2.微指令
在微程序控制的計算機(jī)中,將由同時發(fā)出的控制信號所執(zhí)行的一組微操作稱為微指令。所以微指令就是把同時發(fā)出的控制信號的有關(guān)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(zhí)行就可以實(shí)現(xiàn)指令的功能。若干條微指令可以構(gòu)成一個微程序,而一個微程序就對應(yīng)了一條機(jī)器指令。因此,一條機(jī)器指令的功能是若干條微指令組成的序列來實(shí)現(xiàn)的。簡言之,一條機(jī)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(jìn)行解釋和執(zhí)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,程序與微程序,地址與微地址的一一對應(yīng)關(guān)系上看,前者與內(nèi)存儲器有關(guān),而后者與控制存儲器(它是微程序控制器的一部分。微程序控制器主要由控制存儲器、微指令寄存器和地址轉(zhuǎn)移邏輯三部分組成。其中,微指令寄存器又分為微地址寄存器和微命令寄存器兩部分)有關(guān)。同時從一般指令的微程序執(zhí)行流程圖可以看出。每個CPU周期基本上就對應(yīng)于一條微指令。
三.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(jī)的組成原理的理解,對計算機(jī)的構(gòu)建也有更深層次的體會。計算機(jī)的每一次發(fā)展,都凝聚著人類的智慧和辛勤勞動,每一次創(chuàng)新都給人類帶來了巨大的進(jìn)步。計算機(jī)從早期的簡單功能,到現(xiàn)在的復(fù)雜操作,都是一點(diǎn)一滴發(fā)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(shù)的‘小’便成就了‘大’。
現(xiàn)在計算機(jī)仍以驚人的速度發(fā)展,期待未來的計算機(jī)帶給人們更大的驚喜和進(jìn)步。
四.結(jié)語:
自從1945年世界上第一臺電子計算機(jī)誕生以來,計算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展,CPU的速度越來越快,體積越來越小,價格越來越低。計算機(jī)界據(jù)此總結(jié)出了“摩爾法則”,該法則認(rèn)為每18個月左右計算機(jī)性能就會提高一倍。
越來越多的專家認(rèn)識到,在傳統(tǒng)計算機(jī)的基礎(chǔ)上大幅度提高計算機(jī)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(jī)發(fā)展的突破口才是正確的道路。很多專家探討利用生物芯片、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片等來實(shí)現(xiàn)計算機(jī)發(fā)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(xué)原理的應(yīng)用導(dǎo)致了一系列應(yīng)用技術(shù)的革命,他們認(rèn)為未來光子、量子和分子計算機(jī)為代表的新技術(shù)將推動新一輪超級計算技術(shù)革命。
五.參考文獻(xiàn):
【1】計算機(jī)組成原理,唐朔飛
【2】計算機(jī)組成原理,白中英