【正文】 了控制單元的功能和設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)措施?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】【1】：剛等教育出版社，2000.【2】白中英,：科學(xué)出版社，2002.第四篇：計(jì)算機(jī)組成原理課程論文合肥學(xué)院課 程 論 文題目 系部 專業(yè) 班級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師計(jì)算機(jī)組成原理課程綜述計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 11級(jí)計(jì)本（2）班張向東2013 年 5 月 27 日計(jì)算機(jī)組成原理課程論文內(nèi)容摘要：論文主要論述馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的基本組成結(jié)構(gòu)器件與其控制單元的構(gòu)建方法，一臺(tái)計(jì)算機(jī)的核心是中央處理器，中央處理器的核心就是他的控制單元，控制單元相對(duì)于計(jì)算機(jī)而言類似于人的大腦，人體的各種行為取決于大腦的指令控制，計(jì)算機(jī)的各種操作方式取決于控制單元的指令，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?！窘Y(jié)語(yǔ)】 計(jì)算機(jī)的發(fā)展日新月異。在學(xué)習(xí)過(guò)程中也是碰到了很多問(wèn)題，主要就和老師說(shuō)的一樣，課后沒(méi)有看書，導(dǎo)致一些知識(shí)點(diǎn)沒(méi)有掌握完全，概念問(wèn)題有很多細(xì)節(jié)不懂。計(jì)算機(jī)從早期的簡(jiǎn)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(lái)的?！拘牡皿w會(huì)】 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)。這些微指令以二進(jìn)制代碼形式表示，每位代表一個(gè)控制信號(hào)，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。這種方法思路清晰，但每一個(gè)微操作都對(duì)應(yīng)一個(gè)邏輯電路，最終的控制單元會(huì)十分龐雜。控制單元的設(shè)計(jì)有兩種方法：組合邏輯設(shè)計(jì)和微程序設(shè)計(jì)。它根據(jù)用戶預(yù)先編好的程序，依次從存儲(chǔ)器中取出各條指令，放在指令寄存器IR中，通過(guò)指令譯碼(分析)確定應(yīng)該進(jìn)行什么操作，然后通過(guò)控制總線送至相應(yīng)部件實(shí)現(xiàn)功能。計(jì)算機(jī)可以利用中斷系統(tǒng)自行處理，而不必停機(jī)或報(bào)告工作人員。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(shí)處理各種軟硬件故障。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(shí)工作，使系統(tǒng)可以及時(shí)地響應(yīng)外部事件。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。○5按指令操作碼執(zhí)行。4指令譯碼?！?將指令送往指令寄存器?！?從地址寄存器中讀取指令。一條指令的執(zhí)行過(guò)程按時(shí)間順序可分為以下幾個(gè)步驟：○1CPU發(fā)出指令地址。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。當(dāng)程序在主存儲(chǔ)器浮動(dòng)時(shí)，相對(duì)尋址能保持原有程序功能?！?相對(duì)尋址：指令地址域中表示的是位移值D。變址尋址有利于數(shù)組操作和程序共用。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?！?立即尋址：指令地址域中表示的是操作數(shù)本身?！?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(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)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)。完善的尋址方式可為用戶組織和使用數(shù)據(jù)提供方便?！?零地址指令：在堆棧型計(jì)算機(jī)中，操作數(shù)一般存放在下推堆棧頂?shù)膬蓚€(gè)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(méi)有地址域。固定使用某個(gè)寄存器存放第二操作數(shù)和操作結(jié)果。2二地址指令：地址域中A1確定○第一操作數(shù)地址，A2同時(shí)確定第二操作數(shù)地址和結(jié)果地址。○1三地址指令：一般地址域中AA2分別確定第一、第二操作數(shù)地址,A3確定結(jié)果地址。指令包括操作碼域和地址域兩部分。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。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(hào)位單獨(dú)處理，補(bǔ)碼除法的符號(hào)位參與運(yùn)算并最終獲得結(jié)果。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。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）。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(shí)，無(wú)需調(diào)用中斷服務(wù)程序。程序查詢方式是由CPU通過(guò)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。I/O設(shè)備：用來(lái)向計(jì)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。計(jì)算機(jī)外部設(shè)備。在與存儲(chǔ)器外部設(shè)備交換信息時(shí)，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(lái)提高訪存速度。存儲(chǔ)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(chǔ)字長(zhǎng),如將8片16K*1位的存儲(chǔ)芯片連接，可組成一個(gè)16K*8位的存儲(chǔ)器。按存儲(chǔ)介質(zhì)分類可分為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁表面存儲(chǔ)器、磁芯存儲(chǔ)器和光盤存儲(chǔ)器，按存取方式分為隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、串行訪問(wèn)存儲(chǔ)器，按在計(jì)算機(jī)中分類分為主存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器、緩沖存儲(chǔ)器?？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?？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)?？偩€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(jì)算機(jī)總線、測(cè)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。當(dāng)多個(gè)部件與總線相連時(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，必將導(dǎo)致信號(hào)沖突，傳輸失效。計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)有機(jī)器字長(zhǎng)（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(chǔ)容量（包括貯存容量和輔存容量）、運(yùn)算速度。諾依曼計(jì)算機(jī)演變而來(lái)，該計(jì)算機(jī)由五大部分組成：輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器，并以運(yùn)算器為中心結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)了多次的發(fā)展由最初的一級(jí)層次結(jié)構(gòu)發(fā)展到了如今的多層次結(jié)構(gòu)。組成原理是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的一門主干必修課程，主要內(nèi)容有：（1）對(duì)計(jì)算機(jī)的發(fā)展、應(yīng)用和特性作的概述，并簡(jiǎn)單介紹了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件、軟件及計(jì)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(chǔ)系統(tǒng)，主要介紹半導(dǎo)體存儲(chǔ)器工作原理、尋址方式、與CPU的互連的方法，以及存儲(chǔ)系統(tǒng)的多級(jí)結(jié)構(gòu)；（4）輸入輸出系統(tǒng)，介紹了計(jì)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(guò)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(jì)原理和設(shè)計(jì)方法、指令周期的概念及時(shí)序產(chǎn)生器的原理及其控制方式。使學(xué)生建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概念，深入了解計(jì)算機(jī)的工作原理，掌握計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn)的技術(shù)和方法，以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，從而為計(jì)算機(jī)專業(yè)其他專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該課程主要介紹計(jì)算機(jī)硬件的結(jié)構(gòu)與基本原理和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法?？偨Y(jié)計(jì)算機(jī)組成原理課程主要教授了了解計(jì)算機(jī)各部件的組成原理，工作機(jī)制以及部件之間的相互關(guān)系；加強(qiáng)硬件分析和設(shè)計(jì)的基本技能和方法，提高硬件方面專業(yè)素質(zhì)和發(fā)展?jié)摿?；培養(yǎng)和提高計(jì)算思維能力。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，我們需要互相學(xué)習(xí)，互相幫助、互相鼓勵(lì)。：水平型微指令和垂直型微指令。(3)中央處理器CPU=寄存器(PC、IR)+CU+ALU+中斷系統(tǒng) ：存儲(chǔ)器讀：讀取某一主存單元的內(nèi)容，并將其裝入某一個(gè)CPU寄存器；存儲(chǔ)器寫：把一個(gè)數(shù)據(jù)字從某一CPU寄存器存入給定的主存單元中；把一個(gè)數(shù)據(jù)字從某一CPU寄存器送到另一個(gè)寄存器或者ALU；進(jìn)行一個(gè)算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算，將結(jié)果送入某一CPU寄存器或存儲(chǔ)器。出發(fā)點(diǎn)是提高指令系統(tǒng)的性能/價(jià)格比。有等長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)和變長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)?？刂瓶偩€進(jìn)行DMA傳送的硬件接口為DMA控制器。： 由于內(nèi)部/外部事件或由程序的預(yù)先安排引起CPU中斷正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)到相應(yīng)的服務(wù)程序中去。 簡(jiǎn)稱為DMA方式，用于高速設(shè)備和主機(jī)的數(shù)據(jù)傳送，采用成批數(shù)據(jù)交換方式。（查詢方式）從I/O接口取得外設(shè)和接口的狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)來(lái)控制外設(shè)和主機(jī)的信息交換。兩類總線裁決方式：集中式和分布式：如何來(lái)定義總線事務(wù)中的每一步何時(shí)開始、何時(shí)結(jié)束：請(qǐng)求，響應(yīng)，撤銷請(qǐng)求，撤銷響應(yīng) 異步通信子協(xié)議類型：全互鎖，半互鎖，不互鎖I/O設(shè)備：（1）數(shù)據(jù)緩沖（2）錯(cuò)誤或狀態(tài)檢測(cè)（3）控制和定時(shí)（4）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；（5）與主機(jī)和設(shè)備通信(1)按數(shù)據(jù)傳送方式分，有并行接口和串行接口(2)可編程接口和不可編程接口(3)按通用性來(lái)分，有通用接口和專用接口(1)獨(dú)立編址方式：對(duì)所有的I/O端口單獨(dú)進(jìn)行編號(hào)，成為一個(gè)獨(dú)立的I/O地址空間。并行數(shù)據(jù)傳輸需要聯(lián)絡(luò)控制