計(jì)算機(jī)組成原理指令系統(tǒng)相關(guān)論文
計(jì)算機(jī)組成原理指令系統(tǒng)相關(guān)論文
計(jì)算機(jī)是一門應(yīng)用廣泛、使用面積廣、技術(shù)含量高的一門學(xué)科和技術(shù)，生活中的任何一個(gè)角落都離不開計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，生活中的無處不在需要我們了解和清楚計(jì)算機(jī)的相關(guān)知識(shí)。下面是學(xué)習(xí)啦小編給大家推薦的計(jì)算機(jī)組成原理指令系統(tǒng)相關(guān)論文，希望大家喜歡!
計(jì)算機(jī)組成原理指令系統(tǒng)相關(guān)論文篇一
《基于專業(yè)規(guī)范的“計(jì)算機(jī)組成原理”課程改革》
摘要：以教育部計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)的專業(yè)規(guī)范為指導(dǎo)，針對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理課程的特點(diǎn)，從以專業(yè)規(guī)范為基礎(chǔ)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法和豐富教學(xué)手段等方面進(jìn)行了探討和實(shí)踐。分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，指出存在的問題，提出通過改編實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程指導(dǎo)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。以專業(yè)規(guī)范為指導(dǎo)，從理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩方面為“計(jì)算機(jī)組成原理”課程改革提出了新的建議。
關(guān)鍵詞：專業(yè)規(guī)范;計(jì)算機(jī)組成原理;課程改革;理論教學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué)
隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，中國開始進(jìn)入信息化時(shí)代，計(jì)算機(jī)及技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛深入，計(jì)算機(jī)學(xué)科傳統(tǒng)的專業(yè)優(yōu)勢已經(jīng)不再存在。社會(huì)和應(yīng)用對(duì)學(xué)生在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的知識(shí)與能力提出了新的要求。專家們指出，未來10～15年是我國信息技術(shù)發(fā)展的窗口期、關(guān)鍵期。為此，高等學(xué)校肩負(fù)著為國家發(fā)展和滿足社會(huì)需求培養(yǎng)多類型人才的重任。在這樣的背景下，高校必須正視問題，積極思索與變革，重新審視計(jì)算機(jī)專業(yè)教育的發(fā)展方向，與時(shí)俱進(jìn)地推進(jìn)計(jì)算機(jī)專業(yè)教育改革。
《計(jì)算機(jī)組成原理》是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)必修的一門專業(yè)主干課程。課程要求掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部件的組成和工作原理、相互聯(lián)系和作用，最終達(dá)到從系統(tǒng)、整機(jī)的角度理解計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成，并為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。但從整個(gè)學(xué)科的建設(shè)和發(fā)展，以及對(duì)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)的角度來看，這樣的要求是不夠的。更為重要的是，通過教與學(xué)，還應(yīng)當(dāng)提高學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的認(rèn)知能力和設(shè)計(jì)能力，強(qiáng)化實(shí)踐意識(shí)與能力，培養(yǎng)創(chuàng)新理念與能力，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)探索前沿知識(shí)。教育部計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)在2006年發(fā)布了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)戰(zhàn)略報(bào)告和專業(yè)規(guī)范，對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的發(fā)展與教學(xué)提出了指導(dǎo)意見。本文探討以專業(yè)規(guī)范為指導(dǎo)對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理課程進(jìn)行改革，研究并實(shí)踐一種有效的教學(xué)模式，幫助學(xué)生從微觀層面掌握本課程知識(shí)單元，從宏觀層面建立該課程知識(shí)體系，使學(xué)生準(zhǔn)確把握課程的核心內(nèi)容，全面地構(gòu)建整機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和綜合能力。
1、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)規(guī)范
教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)(以下簡稱教指委)在廣泛深入的調(diào)查研究基礎(chǔ)上，借鑒國際上計(jì)算機(jī)專業(yè)辦學(xué)的發(fā)展與現(xiàn)狀，結(jié)合我國計(jì)算機(jī)教育的實(shí)際情況，對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)本科教育的發(fā)展方向和辦學(xué)單位的專業(yè)發(fā)展提出了指導(dǎo)性意見，并制定了具體的《專業(yè)規(guī)范》。
教指委在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告和專業(yè)規(guī)范中提出了以“培養(yǎng)規(guī)格分類”為核心思想的計(jì)算機(jī)專業(yè)發(fā)展建議，將計(jì)算機(jī)學(xué)科分為三種類型四個(gè)方向，即：科學(xué)型(計(jì)算機(jī)科學(xué)方向CS)、工程型(包括計(jì)算機(jī)工程方向CE和軟件工程方向SE)、應(yīng)用型(信息技術(shù)方向IT)。針對(duì)每個(gè)類型的每個(gè)方向的特點(diǎn)和要求，專業(yè)規(guī)范從學(xué)科方法論、培養(yǎng)目標(biāo)與規(guī)格、教育內(nèi)容和知識(shí)體系等方面進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)劃，提出了富有建設(shè)性的指導(dǎo)意見。
專業(yè)規(guī)范中明確指出，“計(jì)算機(jī)組成基礎(chǔ)”是計(jì)算機(jī)科學(xué)方向和計(jì)算機(jī)工程方向的核心課程，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)、綜合性課程設(shè)計(jì)和核心的教學(xué)內(nèi)容提出了規(guī)范要求。在軟件工程方向和信息技術(shù)方向，“計(jì)算機(jī)組成基礎(chǔ)”是核心知識(shí)領(lǐng)域計(jì)算基礎(chǔ)(SE-CMP)和平臺(tái)技術(shù)(IT-PT)的核心知識(shí)單元。專業(yè)規(guī)范根據(jù)課程體系對(duì)每一門課程內(nèi)容、知識(shí)要點(diǎn)、學(xué)習(xí)目標(biāo)等都進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與組織。在專業(yè)規(guī)范中，“計(jì)算機(jī)組成基礎(chǔ)”的理論教學(xué)課時(shí)一般為48～56，實(shí)驗(yàn)課時(shí)一般為8～16，是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等課程的先修課程，重點(diǎn)涵蓋了計(jì)算機(jī)運(yùn)算、存儲(chǔ)系統(tǒng)組織和結(jié)構(gòu)、功能組織等多個(gè)知識(shí)單元。本文主要探討在專業(yè)規(guī)范的指導(dǎo)下，“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的教學(xué)改革與建設(shè)。
2、課程內(nèi)容組成及改革
2.1課程改革的基本原則。教指委的專業(yè)規(guī)范為計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃的制定，以及課程在課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)上提供了指導(dǎo)性的意見，是我們推進(jìn)課程改革的重要參考。以教指委專業(yè)規(guī)范為指導(dǎo)，結(jié)合學(xué)校的實(shí)際情況是計(jì)算機(jī)組成原理課程改革的原則之一。在具體的教學(xué)過程中，課程改革必須依據(jù)計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容和特點(diǎn)。其次，課程改革還應(yīng)當(dāng)聯(lián)系學(xué)校的實(shí)際情況，如學(xué)校育人目標(biāo)的定位、學(xué)校的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)條件、學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)等。教指委的戰(zhàn)略報(bào)告中也明確了提出了這種改革思路。因此，在綜合分析了學(xué)校和學(xué)生的實(shí)際情況后，我們確定了注重知識(shí)結(jié)構(gòu)的特色和執(zhí)行深度，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐操作思維與能力的培養(yǎng)，因人而宜地進(jìn)行點(diǎn)面結(jié)合的改革原則。第三，在信息化時(shí)代，社會(huì)競爭壓力日益激烈，學(xué)生就業(yè)壓力不斷增大，學(xué)生在學(xué)校在課堂學(xué)到的方法、知識(shí)與能力將直接影響到學(xué)生在競聘和后續(xù)發(fā)展的競爭力，例如，企業(yè)等用人單位在招聘人才時(shí)關(guān)注學(xué)生的以學(xué)習(xí)能力為代表的發(fā)展?jié)摿蛣?dòng)手能力，因此，課程改革的推進(jìn)，應(yīng)當(dāng)兼顧國家的需要、社會(huì)的需求和企業(yè)的要求。為此，我們基于上述原則，從教學(xué)指導(dǎo)思想和教學(xué)方法兩個(gè)方面，從知識(shí)講授和能力培養(yǎng)兩個(gè)層次上，對(duì)“計(jì)算機(jī)組成原理”課程改革進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)與組織，建立了一套有效的教學(xué)模式，幫助學(xué)生從宏觀和微觀兩個(gè)層面系統(tǒng)地掌握課程知識(shí)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)和探索知識(shí)的意識(shí)、興趣和能力。
2.2課程改革與實(shí)踐
(1)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)組織方法.針對(duì)本門課程的要求和特點(diǎn)，我們對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了宏觀與微觀分層講授，相互貫穿的教學(xué)組織方法。內(nèi)容組織方面，在宏觀上強(qiáng)調(diào)對(duì)部件的功能及整機(jī)系統(tǒng)的需求進(jìn)行分析與講解，在微觀上重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)這些功能的各組成部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)與工作原理。通過分析比較國內(nèi)外一些大學(xué)同類課程的教學(xué)內(nèi)容、實(shí)施方法和教學(xué)改革后發(fā)現(xiàn)，這些學(xué)校在課程的教學(xué)內(nèi)容上差別基本不大，核心知識(shí)單元主要包括：數(shù)據(jù)在機(jī)器中的表示、存儲(chǔ)器的組織與結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、中央處理器、總線系統(tǒng)和外圍設(shè)備與接口等。在課時(shí)有限的情況下，為了高效地完成教學(xué)任務(wù)，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，我們本著把握基礎(chǔ)、突出重點(diǎn)、明確主線的方針對(duì)本門課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了分析與優(yōu)化，尤其是存儲(chǔ)系統(tǒng)、中央處理器和I/O技術(shù)等知識(shí)領(lǐng)域。對(duì)專業(yè)規(guī)范要求的每個(gè)知識(shí)單元和教材的每一章，明確其中必須掌握的基礎(chǔ)知識(shí)和重點(diǎn)，加強(qiáng)與之結(jié)合實(shí)例內(nèi)容;對(duì)僅僅要求了解的和一些比較容易掌握的的內(nèi)容，以引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)為主，減少其課堂教學(xué)時(shí)間;弱化“過時(shí)”內(nèi)容，及時(shí)補(bǔ)充新技術(shù)新方法，保持課程內(nèi)容的時(shí)代性。以存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)為例，首先從宏觀的角度對(duì)計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、交換上的需求進(jìn)行分析，使學(xué)生明確存儲(chǔ)系統(tǒng)在整機(jī)中的地位與作用，進(jìn)而分析存儲(chǔ)系統(tǒng)的功能，使學(xué)生從整體上把握存儲(chǔ)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成，同時(shí)對(duì)某類型計(jì)算機(jī)的實(shí)際情況進(jìn)行分析，加深學(xué)生的理解。然后引導(dǎo)學(xué)生對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)中的具體部件從微觀的角度分層次地進(jìn)行分析。接著對(duì)SRAM和DRAM的基本存儲(chǔ)元進(jìn)行解析，由這些存儲(chǔ)元構(gòu)成存儲(chǔ)單元，再到芯片，最終擴(kuò)展形成存儲(chǔ)器。再結(jié)合實(shí)例和計(jì)算機(jī)的實(shí)際情況對(duì)Cache和虛擬存儲(chǔ)器進(jìn)行詳細(xì)講解。在新技術(shù)方面，介紹DDR與DDRⅡ的情況，要求學(xué)生自己去查閱DDRⅢ等技術(shù)資料。最后再將這些各層次的部件串起來，從整體到細(xì)節(jié)地明確存儲(chǔ)系統(tǒng)的功能、工作原理及實(shí)現(xiàn)。
(2)從問題出發(fā)，實(shí)施動(dòng)力式教學(xué)通過研究比較發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外的同行在本門課程的教學(xué)中，在知識(shí)講授和能力培養(yǎng)兩個(gè)大方面上有著較大的差異。“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的教學(xué)，應(yīng)使學(xué)生盡快建立計(jì)算機(jī)的整體概念，透徹地理解和掌握課程知識(shí)點(diǎn)，從宏觀和微觀層面上理解和把握計(jì)算機(jī)各部件的原理、組成及相互聯(lián)系，進(jìn)而達(dá)到能力培養(yǎng)的目標(biāo)。在現(xiàn)代教育理念中，教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)以“學(xué)”為中心，學(xué)生是教學(xué)活動(dòng)的主體，是知識(shí)學(xué)習(xí)的主動(dòng)建構(gòu)者，教師在教學(xué)過程中發(fā)揮著組織者、指導(dǎo)者和促進(jìn)者的作用。課堂教學(xué)應(yīng)當(dāng)側(cè)重于引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)與思考，要靈活地將互動(dòng)式、啟發(fā)式和任務(wù)驅(qū)動(dòng)式等教學(xué)方法結(jié)合起來，而不是單一地采用某種方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行灌輸。而且有必要設(shè)計(jì)一些教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)，在課堂內(nèi)外與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)與討論，尤其是一些新技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)研究的方法與方向，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動(dòng)性，進(jìn)而培養(yǎng)他們的自主學(xué)習(xí)能力、研究能力和創(chuàng)新能力。加強(qiáng)課堂教學(xué)的提問與討論環(huán)節(jié)，不僅可以活躍課堂氣氛，活躍學(xué)生思維，而且可以促使學(xué)生在課余主動(dòng)地學(xué)習(xí)和對(duì)問題進(jìn)行鉆研，從而高效深入的學(xué)習(xí)和掌握知識(shí)。這是互動(dòng)式和啟發(fā)式教學(xué)的重要手段之一。如針對(duì)計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備在種類和技術(shù)方面的一些問題，提問學(xué)生回答問題，并藉此與學(xué)生討論新技術(shù)新發(fā)展，引領(lǐng)學(xué)生突破思維定勢，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)等。針對(duì)專業(yè)規(guī)范中知識(shí)單元的一些重要知識(shí)點(diǎn)，有意提出或設(shè)計(jì)一些問題和目標(biāo)，將其作為任務(wù)交由學(xué)生去分析解答。這是任務(wù)式和問題式教學(xué)的重要手段之一。學(xué)生或個(gè)人或合作對(duì)任務(wù)進(jìn)行分析，找到問題所在，通過討論、學(xué)習(xí)或搜索等方法解決任務(wù)，并進(jìn)行總結(jié)歸納。在此過程中，學(xué)生通過學(xué)習(xí)與研究，發(fā)現(xiàn)隱含在問題和目標(biāo)背后的知識(shí)，形成解決問題的研究能力和自主學(xué)習(xí)能力。如在中央處理器一章中，要求學(xué)生對(duì)CPU發(fā)展的新動(dòng)態(tài)進(jìn)行研究。學(xué)生通過上網(wǎng)搜索、查閱文獻(xiàn)等手段收集了大量的資料，了解了CPU的發(fā)展歷程，對(duì)一些實(shí)際的參數(shù)，如Cache的大小與級(jí)數(shù)、流水線條數(shù)、工作頻率、前段總線等都有所了解，加深了對(duì)CPU的認(rèn)識(shí)。引導(dǎo)學(xué)生將單核、雙核和多核CPU進(jìn)行對(duì)比，分析它們最新的技術(shù)和發(fā)展趨勢等。通過這樣的方法取得了良好的教學(xué)效果。
(3)充分利用現(xiàn)代教學(xué)手段現(xiàn)代教學(xué)手段也是提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的重要一環(huán)。多媒體課件、動(dòng)畫演示、實(shí)物展示與剖析等方法可使抽象難講的內(nèi)容變得具體、生動(dòng)和形象，使學(xué)生寓教于樂，對(duì)于改善教學(xué)效果非常好。例如，定點(diǎn)乘除法運(yùn)算的陣列運(yùn)算方法使用動(dòng)畫演示比直接講解的效果要好，且更能吸引學(xué)生的注意力;補(bǔ)碼原碼轉(zhuǎn)換關(guān)系推導(dǎo)等還是采用傳統(tǒng)的黑板比較好。在教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)將一些需要?jiǎng)赢嬔菔镜恼n件交由學(xué)生負(fù)責(zé)完成，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性。同時(shí)，利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行課程建設(shè)、答疑、意見交流已經(jīng)成為我們基本的教學(xué)手段。
3、實(shí)驗(yàn)改革與實(shí)踐
加強(qiáng)計(jì)算機(jī)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)成為共識(shí)，教指委的專業(yè)規(guī)范將計(jì)算機(jī)原理實(shí)驗(yàn)列為典型的必須的實(shí)驗(yàn)，并提高了課時(shí)數(shù)。實(shí)驗(yàn)將使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)、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(dòng)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)。但學(xué)生的動(dòng)手能力不強(qiáng)現(xiàn)在是一個(gè)比較普遍的問題。因此，計(jì)算機(jī)專業(yè)應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)實(shí)踐教學(xué)體系、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和指導(dǎo)執(zhí)行等軟環(huán)節(jié)。計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)主要有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次，涉及的內(nèi)容主要有數(shù)據(jù)通路、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、微程序控制器，以及整機(jī)設(shè)計(jì)等。
首先，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選取和設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果有著重要的影響。不同的學(xué)校，不同層次的學(xué)生應(yīng)當(dāng)有不同的選擇和不同的設(shè)計(jì)。一般來說，從課程的基本要求和培養(yǎng)學(xué)生的基本能力角度出發(fā)，基礎(chǔ)性的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是必須的。對(duì)硬件方向要求較高的有條件的學(xué)校，應(yīng)當(dāng)開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，如對(duì)整機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)等，以及引入FPGA技術(shù)等實(shí)現(xiàn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)。其次，因材施教，對(duì)不同的學(xué)生有不同的要求和指導(dǎo)是必要的。針對(duì)一些復(fù)雜的難度較大的實(shí)驗(yàn)，可以采取開設(shè)實(shí)驗(yàn)選修課程，或者是將其列為選做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)課教師則對(duì)這些要求進(jìn)一步學(xué)習(xí)的同學(xué)進(jìn)行另外的指導(dǎo)，加大課外實(shí)驗(yàn)課時(shí)，并可以將他們組建學(xué)習(xí)小組來進(jìn)行研究性的探索。第三，實(shí)驗(yàn)課的主要目的是對(duì)學(xué)生觀察能力、思維能力、操作能力和表達(dá)能力的綜合培養(yǎng)。
在培養(yǎng)過程中，教師的教學(xué)指導(dǎo)和規(guī)范實(shí)驗(yàn)過程是重要的兩個(gè)環(huán)節(jié)。教師的教學(xué)指導(dǎo)不是事無巨細(xì)地告訴學(xué)生該做什么，而是將重點(diǎn)內(nèi)容告訴學(xué)生后，重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生去思考和探索，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。而且?yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)過程指導(dǎo)，即注重發(fā)現(xiàn)并引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題，提示和鼓勵(lì)他們?nèi)ソ鉀Q問題，從而通過這個(gè)過程使學(xué)生探索計(jì)算機(jī)硬件的特點(diǎn)和規(guī)律。規(guī)范實(shí)驗(yàn)過程，例如規(guī)范實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)踐過程中的操作規(guī)范、分析問題和解決問題的方法與描述等，是對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)的重要要求，對(duì)學(xué)生綜合能力的養(yǎng)成有著潛移默化的作用。
計(jì)算機(jī)組成原理指令系統(tǒng)相關(guān)論文篇二
《淺說計(jì)算機(jī)組成原理課程》
摘要：計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)專業(yè)一門重要的主干課程，以數(shù)字邏輯為基礎(chǔ)的課程。同時(shí)也是計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)等專業(yè)課的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。課程任務(wù)是使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)組成部件的工作原理、邏輯實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)方法及將各部件接連成整機(jī)的方法，建立CPU級(jí)和硬件系統(tǒng)級(jí)的整機(jī)概念，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的分析、開發(fā)與設(shè)計(jì)能力。同時(shí)該課程也是學(xué)好計(jì)算機(jī)硬件系列課程的重要基礎(chǔ)。所以，我們需要了解計(jì)算機(jī)的基本概念、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)的組成及其基本功能。學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的各個(gè)基本組成部件及控制單元的工作原理，掌握有關(guān)軟件、硬件的基本知識(shí)，尤其是各基本組成部件有機(jī)連接構(gòu)成整機(jī)的方法。
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)系統(tǒng);硬件結(jié)構(gòu);軟件結(jié)構(gòu);控制單元;指令
一、計(jì)算機(jī)組成原理課程綜述
顧名思義，計(jì)算機(jī)組成原理就是介紹計(jì)算機(jī)的組成，馮-諾依曼計(jì)算機(jī)由五大部件組成，分別是運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備?，F(xiàn)今絕大部門都是此類型計(jì)算機(jī)。通過對(duì)這么課的學(xué)習(xí)對(duì)計(jì)算機(jī)的組成有個(gè)整體的概念。計(jì)算機(jī)組成原理從內(nèi)容上看一、雖然計(jì)算機(jī)的五大部件自成體系，較為獨(dú)立，但是從整體來看，還是具有明顯的整體性;二、某些設(shè)計(jì)思想可應(yīng)用于不同的部件，具有相通性，例如并行性思想。
二、課程主要內(nèi)容和基本原理
(一)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由“硬件”和“軟件”兩大部分組成。所謂硬件是指計(jì)算機(jī)的實(shí)體部分，它由看得見摸的著的各種電子元器件，各類光、電、機(jī)設(shè)備的實(shí)物組成，如主機(jī)、外部設(shè)備等。所謂軟件，它看不見摸不著，由人們事先編制的具有各類特殊功能的程序組成。通常把這些程序寄寓于各類媒體(如RAM、ROM、磁帶、磁盤、光盤、甚至紙袋)，他們通常存放在計(jì)算機(jī)的主存或輔存內(nèi)。
(二)系統(tǒng)總線
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的五大部件之間的互連方式有兩種，一種是各部件之間使用單獨(dú)的連線，稱為分散連接;另一種是將各部件連到一組公共信息傳輸線上，稱為總線連接。
總線是連接多個(gè)部件的信息傳輸線，是各部件共享的傳輸介質(zhì)。當(dāng)多個(gè)部件相連時(shí)，如果出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上部件同時(shí)向總線發(fā)送信息，勢必導(dǎo)致信號(hào)沖突，傳輸無效。因此，在某一時(shí)刻，只允許有一個(gè)部件向總線發(fā)送信息，而多個(gè)部件可以同時(shí)從總線上接收相同的信息。
總線分為片內(nèi)總線、系統(tǒng)總線和通信總線。片內(nèi)總線是指芯片內(nèi)部的總線;系統(tǒng)總線又可分為三類：數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。
總線的周期可分為四個(gè)階段:申請(qǐng)分配階段、尋址階段、傳數(shù)階段、結(jié)束階段。
總線與計(jì)算機(jī)所有的器件數(shù)據(jù)傳輸都離不開關(guān)系，是計(jì)算機(jī)工作的基礎(chǔ)。
(三)存儲(chǔ)器
存儲(chǔ)器按存儲(chǔ)介質(zhì)分類：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁表面存儲(chǔ)器、磁芯存儲(chǔ)器、光盤存儲(chǔ)器。按存取方式分類：隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、串行訪問存儲(chǔ)器。按在計(jì)算機(jī)中的作用分類：主存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器。按在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用分類：主存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器、高速緩沖存儲(chǔ)器Cache、控制存儲(chǔ)器。其中靜態(tài)RAM是用觸發(fā)器工作原理存儲(chǔ)信息，因此即使信息讀出后，他仍然保持其原狀，不需要再生，但是電源掉電時(shí)，原存儲(chǔ)信息丟失。動(dòng)態(tài)RAM是靠電容存儲(chǔ)電荷的原理來寄存信息。但是電容上的電荷只能維持1~2ms，因此即使電源不掉電，信息也會(huì)因此自動(dòng)消失，為此，必須在2ms內(nèi)對(duì)其所有存儲(chǔ)單元恢復(fù)一次原狀態(tài)，這個(gè)過程稱為再生或刷新。
由于單個(gè)存儲(chǔ)芯片的容量總是有限的，很難滿足實(shí)際的需要，因此要進(jìn)行位擴(kuò)展和字?jǐn)U展。存儲(chǔ)芯片的容量不同，其地址線也不同，通常將CPU地址線的低位與存儲(chǔ)芯片的低址線相連。
同樣，CPU的數(shù)據(jù)線數(shù)與存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)線也不一定相等。此時(shí)，必須對(duì)存儲(chǔ)芯片擴(kuò)位，使其位數(shù)與CPU的數(shù)據(jù)線相等。
高速緩沖存儲(chǔ)器cache主要解決主存與CPU速度不匹配的問題。主存與cache地址映射關(guān)系有:直接相聯(lián)映射、全相聯(lián)映射、組相聯(lián)映射。
(四)輸入輸出系統(tǒng)
I/O設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系方式：統(tǒng)一編址和不統(tǒng)一編址。統(tǒng)一編址就是將I/O地址看做是存儲(chǔ)器地址的一部分。不統(tǒng)一編址是指I/O地址和存儲(chǔ)器地址是分開的，所有對(duì)I/O設(shè)備的訪問必須有專用的I/O指令。傳送方式有串行傳送和并行傳送。I/O設(shè)備與主機(jī)信息傳送的控制方式有三種：程序查詢方式(主機(jī)與設(shè)備是串行工作的)，程序中斷方式(程序與主機(jī)是并行工作的)和DMA方式(主機(jī)與設(shè)備是并行工作的)。DMA方式工作：1、中斷cpu訪存，2、挪用周期，3、與CPU交互訪存。輸出設(shè)備有打印機(jī)，顯示器等。
(五)計(jì)算方法
計(jì)算機(jī)的運(yùn)行需要有運(yùn)算的參與，參與運(yùn)算的數(shù)有無符號(hào)類和有符號(hào)類。掌握二進(jìn)制原碼和補(bǔ)碼的加減乘除運(yùn)算。
(六)指令系統(tǒng)
指令由操作碼和地址碼兩部分組成，操作碼用來指明該指令所要完成的操作，例如加減，傳送，移位，轉(zhuǎn)移等;其位數(shù)反映了操作的種類也即機(jī)器允許的指令條數(shù)。地址碼用來指出該指令的源操作數(shù)的地址(一個(gè)或兩個(gè))、結(jié)果的地址以及下一條指令的地址。指令尋址分為順序?qū)ぶ泛吞S尋址兩種。其尋址方式分為10種，分別是：立即尋址，直接尋址，隱含尋址，間接尋址，寄存器尋址，寄存器間接尋址，基址尋址，變址尋址，相對(duì)尋址，堆棧尋址。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義。
(七)CPU的結(jié)構(gòu)與功能
CPU實(shí)質(zhì)包括運(yùn)算器和控制器兩大部分，基本功能是取指令，分析指令，執(zhí)行指令。CPU的寄存器有用戶可見寄存器：通用寄存器，數(shù)據(jù)寄存器，地址寄存器，條件碼寄存器?？刂坪蜖顟B(tài)寄存器：存儲(chǔ)器地址寄存器，存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器，程序寄存器，指令寄存器。指令流水處理減少了運(yùn)行時(shí)間，提高機(jī)器效率。中斷系統(tǒng)在前面章節(jié)介紹過，此處在簡單補(bǔ)充一些，引起中斷的有很多種因素：人為設(shè)置的中斷，程序性事故，硬件故障，I/O設(shè)備，外部事件。中斷判優(yōu)可用硬件實(shí)現(xiàn)，也可用軟件實(shí)現(xiàn)。中斷服務(wù)程序入口地址的尋找方法：硬件向量方法和軟件查詢法。中斷響應(yīng)的過程：響應(yīng)中斷的條件，響應(yīng)中斷的時(shí)間，中斷隱指令和關(guān)中斷。其中中斷隱指令就是機(jī)器指令系統(tǒng)中沒有的指令，他是CPU在中斷周期內(nèi)由硬件自動(dòng)完成的一條指令。在中斷響應(yīng)之前需要對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行保護(hù)，中斷結(jié)束之后需要對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行恢復(fù)。中斷屏蔽技術(shù)主要用于多級(jí)中斷，屏蔽技術(shù)可以改變優(yōu)先級(jí)。
(八)控制單元的功能
控制單元具有發(fā)出各種微操作(即控制信號(hào))序列的功能。取指周期可以歸納為以下幾個(gè)操作，1.PC->MAR2.1->R3.M(MAR)->MDR4.MDR->IR5.OP(IR)->CU6(PC)+1->PC。間址周期：1.AD(IR)->MAR2.1->R3.M(MAR)->MDR4.MDR->AD(IR).執(zhí)行周期中不同執(zhí)行周期的微操作是不同的：1、非訪存類指令2、訪存指令3、轉(zhuǎn)移類指令。非訪存類指令：1、清除累加器指令CLA----0->ACC;2、累加器取反指令、算數(shù)右移一位指令SHRL(ACC)->R(ACC),ACC0->ACC0;4、循環(huán)左移一位指令CSLR(ACC)->L(ACC)ACCo->ACCn;5、停機(jī)指令0->G。訪存指令：這類指令在執(zhí)行階段都需要訪存存儲(chǔ)器。
1、加法指令A(yù)DDX。
2、存數(shù)指令STAX(3)取值指令LDAX。轉(zhuǎn)移類指令：
(1)無條件轉(zhuǎn)移指令JMPX。
(2)條件轉(zhuǎn)移指令BANX。在執(zhí)行周期結(jié)束時(shí)刻，cpu要查詢是否有請(qǐng)求中斷的事件發(fā)生，如果有則進(jìn)入中斷周期。在中斷周期，由中斷隱指令自動(dòng)完成保護(hù)斷點(diǎn)、尋找中斷服務(wù)程序入口地址以及硬件關(guān)中斷的操作。控制信號(hào)的外特性：a.輸入信號(hào)：時(shí)鐘，指令寄存器，標(biāo)志，來自系統(tǒng)總線的控制信號(hào)。b.輸出信號(hào)：CPU內(nèi)的控制信號(hào)，送至系統(tǒng)總線的信號(hào)。
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。
(九)控制單元的設(shè)計(jì)
組合邏輯的設(shè)計(jì)又稱硬布線控制器，由門電路和觸發(fā)器構(gòu)成的復(fù)雜樹形網(wǎng)絡(luò)形成的邏輯電路。安排微操作節(jié)拍時(shí)注意以下三點(diǎn)：1、有些微操作的次序是不容改變的，故安排微操作的節(jié)拍時(shí)必須注意微操作的先后順序。2、凡是控制對(duì)象不同的微操作，若能在一個(gè)節(jié)拍內(nèi)執(zhí)行，應(yīng)盡可能安排在同一個(gè)節(jié)拍內(nèi)，以節(jié)省時(shí)間。3、如果有些微操作所占的時(shí)間不長，應(yīng)該將它們安排在一個(gè)節(jié)拍內(nèi)完成，并且允許這些微操作有先后次序。微程序的設(shè)計(jì)：采用微程序設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)控制單元的過程就是編寫每一條機(jī)器指令的微程序，他是按執(zhí)行每一條機(jī)器指令所需要的微操作命令的先后順序而編寫的，因此，一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序。微指令的基本格式共分為兩個(gè)字段，一個(gè)為操作控制字段，該字段發(fā)出各種控制信號(hào);另一個(gè)為順序控制字段，它可以指出下條微指令的地址(簡稱下地址)，以控制微指令序列的執(zhí)行順序。工作原理：取指階段：取微指令---產(chǎn)生微操作命令---形成下一條微指令的地址---取下一條微指令---產(chǎn)生微操作命令---形成下一條微指令的地址。執(zhí)行階段:取數(shù)指令微程序首地址的形成---取微指令---產(chǎn)生微操作命令---形成下一條微指令的地址---取微命令.........循環(huán)。微指令的編碼方式：直接編碼方式，字段直接編碼方式，字段間接編碼方式，混合編碼。后序微指令地址的形成方式：斷定方式，根據(jù)機(jī)器指令的操作碼形成，增量計(jì)數(shù)器法，分支轉(zhuǎn)移，通過測試網(wǎng)絡(luò)形成，由硬件產(chǎn)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、實(shí)際應(yīng)用
自ENIAC問世后將近30余年的時(shí)間里，計(jì)算機(jī)一直被作為大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的嬌貴設(shè)備。在20世紀(jì)70年代中后期，大規(guī)模集成工藝日趨成熟，微芯片上集成的晶體管數(shù)一直按每3年翻兩番的Moore定律增長，微處理器的性能也按此幾何級(jí)數(shù)提高，而價(jià)格也以同樣的幾何級(jí)數(shù)下降，以至于以前需花數(shù)百萬美元的機(jī)器(如80MFLOPS的CRAY)變得價(jià)值僅為數(shù)千美元(而此類機(jī)器的性能可達(dá)200MFLOPS)，至于對(duì)性能不高的微處理器芯片而言，僅花數(shù)美元就可購到。正因?yàn)槿绱?，才使得?jì)算機(jī)走出實(shí)驗(yàn)室而滲透到各個(gè)領(lǐng)域，乃至走進(jìn)普通百姓的家中，也使得計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍從科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理等傳統(tǒng)領(lǐng)域擴(kuò)展到辦公自動(dòng)化，多媒體，電子商務(wù)，虛擬工廠，遠(yuǎn)程教育等，遍及社會(huì)，政治，經(jīng)濟(jì)，軍事，科技以及個(gè)人文化生活和家庭生活的各個(gè)角落。
四、心得體會(huì)
計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展日新月異，但是都離不開計(jì)算機(jī)組成原理，這門課不要死記硬背，重在理解，工科類的學(xué)習(xí)不是死記硬背就會(huì)的，還是要理解記憶才會(huì)牢靠。在做完這次課程論文后，讓我再次加深了對(duì)計(jì)算機(jī)的組成原理的理解，對(duì)計(jì)算機(jī)的構(gòu)建也有更深層次的體會(huì)。計(jì)算機(jī)的每一次發(fā)展，都凝聚著人類的智慧和辛勤勞動(dòng)，每一次創(chuàng)新都給人類帶來了巨大的進(jìn)步。計(jì)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。
五、結(jié)語
通過對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理這門課程的學(xué)習(xí)，使我對(duì)計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)有了一個(gè)更深入的了解，包括各種計(jì)算機(jī)的基本原理以及計(jì)算機(jī)的艱難發(fā)展歷程，這門課程注重理論知識(shí)，理論知識(shí)是一切技術(shù)的最基本，也是我們必須要掌握好的。在這次課程綜述論文過程中，我到圖書館查閱資料，上網(wǎng)查資料，讓我深刻認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)組成原理的重要性，也了解了許多書上沒有的知識(shí)，受益匪淺。
六、參考文獻(xiàn)
1、唐朔飛《計(jì)算機(jī)組成原理》高等教育出版社第2版