计算机组成原理课程综述

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计算机科学与技术班级学生姓名指导教师张向东2015年5月21日计算机组成原理课程综述内容摘要本综述论文主要讲述计算机组成原理课程综述课程主要内容和基本原理、实际应用，以及学习此课程的心得体会。计算机组成原理是计算机科学与技术专业的主干硬件专业基础课,它以层次结构的观点来叙述计算机的基本结构、工作原理及设计方法，以数据信息和控制信息的表示、处理为主线来组织教学。课程内容按横向方式组织，即不是自始至终介绍某一特定计算机的组成和工作原理，而是从一般原理出发，结合实例加以说明。其基本要求是使我们掌握计算机常用的逻辑部件原理、参数和使用方法，学习计算机设计中的入门性知识，掌握维护、使用计算机的技能。关键词基本结构、工作原理、设计方法、逻辑部件（一）、计算机组成原理课程综述计算机的发展可谓是日新月异，几乎推动甚至促进了多个行业的融合，但由于计算机技术应用的不断深入，使得计算机学科传统的专业优势已经不再存在，社会和应用对学生在计算机领域的知识与能力提出了新的要求。计算机组成原理是硬件系列课程中的核心课程，是计算机专业重要的专业基础课，它对其它课程有承上启下的作用，它的先修课程为“汇编语言”、“数字逻辑”，它又与“计算机系统结构”、“操作系统”、“计算机接口技术”等课程密切相关。它的主要教学任务是要求学生能系统地理解计算机硬件系统的逻辑组成和工作原理，培养学生对计算机硬件结构的分析、应用、设计及开发能力。它既有自身的完整理论体系，又有很强的实践性。该课程具有知识面、内容多、抽象枯燥、难理解、更新快等特点。该课程按4个层次或4个篇章来组织：第一篇（第1、2章）介绍计算机系统的基本组成、应用与发展。第二篇（第3、4、5章）详细介绍了出CPU外的存储器、输入输出系统以及连接CPU、存储器和I/O之间的通信总线。第三篇（第6、7、8、章）详细介绍了CPU（除控制单元外）的特性、结构和功能，包括计算机的基本运算、指令系统和中断系统等。第四篇（9、10章）专门介绍控制单元的功能，以及采用组合逻辑和微程序方法设计控制单元的设计思想和实现措施。（二）、课程主要内容和基本原理一、绪论：第一章和第二章主要介绍计算机的发展过程以及计算机的基本组成和应用，重点提出了冯诺依曼计算机的基本原理。二、计算机系统的硬件结构：第3章系统总线，按照总线的排列布置及计算机内各部件（CPU、主存、通道、I/O设备）连接方式的不同，分为单总线结构、双总线结构和三总线结构。其次是总线控制，它是为了解决多个主设备同时竞争总线控制权的问题，主要分为集中式和分布式两种，常用的集中式包括链式查询、计数器定时查询、独立请求方式；然后是总线通信控制，主要有同步和异步。第4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、自动地完成程序或数据的存取。具体内容包括：存储器的分类、存储器的分层结构、半导体随机存取存储器的组织、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、替换算法、磁表面存储器的主要技术指标、磁表面存储器的基本原理和磁记录方式、磁盘存储器、磁带存储器等。第五章：输入输出系统，I/O系统是操作系统的一个重要的组成部分，负责管理系统中所有的外部设备。主要包括程序的查询和中断方式，中断的处理和嵌套以及DMA控制器。程序查询方式特点是接口电路简单、主机与设备串行工作效率低，对突发事件不能响应。程序中断方式特点是硬件结构较查询方式复杂些，服务开销时间较大，主程序与设备并行运行，CPU效率较高，具有实时响应的能力。中断处理过程为：中断请求→中断源识别判优→中断响应→中断处理→中断返回中断嵌套：每一个中断源有一个优先权，一般来说，优先权高的中断级可以打断优先权低的中断服务程序，以程序嵌套方式进行工作。三、中央处理器：第六至十章主要分为中央处理器和控制单元两大部分：中央处理器主要包括计算机的运算方法，利用二进制分别表示定点数和浮点数，继而介绍定点和浮点运算。第七章，指令系统一般均包含算术运算型、逻辑运算型、数据传送型、判定和控制型、输入和输出型等指令。指令系统是表征一台计算机性能的重要因素，它的格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构，而且也直接影响到系统软件，影响到机器的适用范围。根据指令内容确定操作数地址的过程称为寻址。一般的寻址方式有立即寻址，直接寻址，间接寻址，寄存器寻址，相对寻址等。一条指令实际上包括两种信息即操作码和地址码。操作码用来表示该指令所要完成的操作，如加、减、乘、除、数据传送等。其长度取决于指令系统中的指令条数。地址码用来描述该指令的操作对象，它或者直接给出操作数，或者指出操作数的存储器地址或寄存器地址（即寄存器名）。第八章介绍了CPU的结构和功能，同时对指令有了更深入的描述，例如指令周期和指令流水。四、控制单元：包括控制单元的功能和控制单元的设计，其中微操作命令包括取指周期、间址周期、执行周期和中断周期。控制单元的设计又包括组合逻辑设计和微程序设计。（三）实际应用过程控制(或实时控制)过程控制是利用计算机及时采集检测数据，按最优值迅速地对控制对象进行自动调节或自动控制。采用计算机进行过程控制，不仅可以大大提高控制的自动化水平，而且可以提高控制的及时性和准确性，从而改善劳动条件、提高产品质量及合格率。因此，计算机过程控制已在机械、冶金、石油、化工、纺织、水电、航天等部门得到广泛的应用。例如，在汽车工业方面，利用计算机控制机床、控制整个装配流水线，不仅可以实现精度要求高、形状复杂的零件加工自动化，而且可以使整个车间或工厂实现自动化。人工智能(或智能模拟)人工智能是计算机模拟人类的智能活动，诸如感知、判断、理解、学习、问题求解和图像识别等。现在人工智能的研究已取得不少成果，有些已开始走向实用阶段。例如，能模拟高水平医学专家进行疾病诊疗的专家系统，具有一定思维能力的智能机器人等等。（四）心得体会学习计算机组成原理这门课程给我最大的感触就是这门课和其他专业课不同，它大部分都是理论性的东西，因此要加强对相关概念的理解，而不是死记硬背，它不光知识点多，而且各个章节联系紧密，靠背是无法深刻掌握的。尽管上课听得不是太明白，但课下一定要及时复习巩固，严格按照老师的要求，认真完成课本上的习题，加深对所学知识的理解与应用，遇到不清楚的概念时，多到网上搜索相关的资料，通过对比和联想，进一步区分各个知识点间的异同，要善于用所学的基本理论去解决生活中的问题。其次，要加强对实验的重视，提前做好充分的准备，从做实验的过程中体会有关的计算机部件的基本原理，做实验既增强了我的动手能力，也培养了从实验中分析问题的能力。（五）结语计算机专业是一个很渊博的专业，我们现在有很好的机会站在巨人的肩膀上学习，抓住在大学的美好时光，不仅学习书本上的知识，而且学会如何高效的学习能力，为以后更加深入的了解计算机专业知识打下坚实的基础。计算机组成原理带领我进入了计算机硬件的奇妙世界，也为我打开了进一步了解计算机的一扇大门，使我增加了自己的专业视野，对计算机专业也有了不一样的认识，也让我能够基础的将软硬件结合有机地结合起来，很大地提高了自己对本专业的兴趣，虽然我现在接触的计算机硬件方面的知识只是冰山一角，但是我觉得有这样一些认识，我就不会惧怕其中的困难，而且以后也要注意对自己的思路的锻炼，这样才能掌握到计算机组成原理这门课的精髓，最后感谢张老师对我们孜孜不倦的教诲！（六）参考文献1.白中英．计算机组成原理（第四版）．科学出版社,2008年1月2.唐朔飞．计算机组成原理（第二版）．高等教育出版社,2006年12月3.罗克露等．计算机组成原理．电子工业出版社,2004年