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计算机组成原理-完整版前言计算机组成原理是计算机科学中最基础的课程之一，它主要研究计算机系统的各个组成部分的原理和关系。
它是计算机科学中最基础的课程之一，也是理解其他计算机科学领域的必备基础。
本文将介绍计算机组成原理中涉及的各个方面，从处理器到内存，再到输入输出系统，以及操作系统和应用层，详细解释它们的工作原理和相互关系。
此外，我们还将介绍一些实际的例子，以帮助读者更好地理解这些概念。
计算机硬件组成处理器处理器是计算机的大脑，它是计算机中最为关键的部分之一。
处理器的任务是执行指令，它通过解码指令，再根据指令来执行相应的操作。
处理器包括控制单元和算术逻辑单元两部分。
控制单元是处理器的主控制中心，它决定了处理器要执行的操作，以及操作的顺序。
由于处理器的速度非常快，因此它能够在一个时钟周期内执行多个操作。
算术逻辑单元（ALU）则用于执行运算操作，例如加减乘除、位移等。
ALU从寄存器中读取数据，并根据指令进行相应的计算和操作。
存储器存储器用于存储计算机中的数据和指令。
存储器被分为两种类型：内存和外存。
内存是指计算机中直接可访问的存储，例如DRAM。
它是用于临时存储程序和数据的地方。
内存的访问速度非常快，但只能存储有限的数据量。
外存则是指计算机中不直接可访问的存储，例如硬盘。
它用于长期存储数据和程序。
虽然外存的访问速度相对较慢，但它能够存储大量的数据和程序。
输入输出设备输入输出设备是与计算机交互的途径，例如键盘、鼠标和显示器等。
输入设备用于将数据输入到计算机中，输出设备则用于从计算机中输出数据。
计算机系统架构冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构是计算机系统的经典架构，它由储存器、算术逻辑单元、控制单元和输入输出设备组成。
程序存储在内存中，并通过控制单元来控制执行。
该体系结构具有良好的扩展性和通用性，适用于大多数计算机系统。
哈佛体系结构哈佛体系结构是一种采用不同存储器分别用于程序和数据存储的计算机系统。
第一章1.主机：由CPU、存储器与I/O接口合在一起构成的处理系统称为主机。
2.CPU:中央处理器，是计算机的核心部件，由运算器和控制器构成。
3．运算器：计算机中完成运算功能的部件，由ALU和寄存器构成。
4.ALU：算术逻辑运算单元，负责执行各种算术运算和逻辑运算。
5.外围设备：计算机的输入输出设备，包括输入设备，输出设备和外存储设备。
6.数据：编码形式的各种信息，在计算机中作为程序的操作对象。
7.指令：是一种经过编码的操作命令，它指定需要进行的操作，支配计算机中的信息传递以及主机与输入输出设备之间的信息传递，是构成计算机软件的基本元素。
8.透明：在计算机中，从某个角度看不到的特性称该特性是透明的。
9.位：计算机中的一个二进制数据代码，计算机中数据的最小表示单位。
10.字：数据运算和存储的单位，其位数取决于具体的计算机。
11.字节：衡量数据量以及存储容量的基本单位。
1字节等于8位二进制信息。
12.字长：一个数据字中包含的位数，反应了计算机并行计算的能力。
一般为8位、16位、32位或64位。
13.地址：给主存器中不同的存储位置指定的一个二进制编号。
14.存储器：计算机中存储程序和数据的部件，分为内存和外存。
15.总线：计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合，包括数据总线.地址总线和控制总线。
16.硬件：由物理元器件构成的系统，计算机硬件是一个能够执行指令的设备。
17.软件：由程序构成的系统，分为系统软件和应用软件。
18.兼容：计算机部件的通用性。
19.软件兼容：一个计算机系统上的软件能在另一个计算机系统上运行，并得到相同的结果，则称这两个计算机系统是软件兼容的。
20.程序：完成某种功能的指令序列。
21.寄存器：是运算器中若干个临时存放数据的部件，由触发器构成，用于存储最频繁使用的数据。
22.容量：是衡量容纳信息能力的指标。
23.主存：一般采用半导体存储器件实现，速度较高.成本高且当电源断开时存储器的内容会丢失。
第一章：1、存储程序概念（1946.6）：计算机应由运算器、存储器控制器输入设备和输出设备组成；计算机内部采用二进制来表示指令和数据；存储的基本定义：将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再启动计算机工作。
计算机的主要部件：输入设备，输出设备，存储器，运算器，控制器。
，2，计算机的各大基本部件之间是用总线（Bas）连接起来的。
3总线电路由三态门组成。
逻辑“0”，逻辑“1”和浮空状态。
地址总线是单向总线，数据总线是双向总线。
4、一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。
二进制（B）、八进制（Q）、十进制（D）、十六进制（H）4、将十进制数100.25转换成段浮点数格式解；1，把十进制数转换成为二进制数（100.25）10 = （11001100.01）22，规格化二进制数1100100.01= 11001100.01 * 2^63，计算出阶码的移码（偏置值+阶码真值）111111+110=100001014，以段浮点数格式存储该数以为，符号位=0阶码=10000101尾数=100100010000 0000 0000 0000所以段浮点数的代码为：0；10000101；100100010000 0000 0000 0000表示为十六进制的代码：42C88000H。
5、把段浮点数C1C90000H转换成为十六进制数解；1，将十六进制代码写成二进制形式，并分离出符号位阶码和尾数。
C1C90000H=1100001110010000 0000 0000 0000所以，符号位=1阶码 = 10000011尾数=10010010000 0000 0000 00002，计算出阶码真值（移码减去偏置值）10000011-1111111=1003，以规格化二进制数形式写出此数1.1001001 X 2的4次方4，写成非规格化二进制数形式。
1001.0015，转换成十进制数，并加上符号位（11001.001）底2 ==（25.125）底10所以，该浮点数=-25.1256、字符串的存放：字符串是指一串连续的字符。
计算机组成原理计算机组成原理是指计算机硬件和软件的组成以及它们之间的工作原理。
计算机硬件主要包括中央处理器(CPU)、存储器、输入输出设备和总线等。
计算机软件则由系统软件和应用软件组成。
在计算机中，中央处理器是计算机的核心，它负责执行计算机程序中的指令。
中央处理器由控制器和运算器组成。
控制器用于解码和执行指令，而运算器用于进行数据运算。
存储器用于存储数据和指令，其主要有两种类型：主存储器和辅助存储器。
主存储器一般是随机存取存储器(RAM)，用于存储当前正在执行的程序和数据。
辅助存储器一般是固态硬盘(SSD)或磁盘，用于长期存储数据和程序。
输入输出设备负责将数据和指令输入计算机，并将计算结果输出到外部设备或显示器上。
常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪，而输出设备有显示器、打印机和音频设备等。
总线是计算机各个组件之间进行通信的路径。
总线分为地址总线、数据总线和控制总线。
地址总线用于指示存储器或I/O设备的地址，数据总线用于传输数据，而控制总线用于传输与控制操作有关的信息。
系统软件是计算机操作系统的核心部分，它管理计算机的资源和提供用户与计算机硬件之间的接口。
应用软件则是由用户使用的各种程序，如办公软件、图像处理软件和游戏等。
在计算机工作原理方面，计算机是按照指令的顺序执行程序的。
计算机从存储器中读取指令和数据，存储在寄存器中，并通过总线传递信息。
控制器解码指令并控制算术逻辑单元(ALU)进行数据运算。
运算结果再存储在寄存器中，最后输出到输出设备或存储器中。
总之，计算机组成原理是计算机硬件和软件的组成和工作原理的总称。
通过了解计算机的组成和工作原理，可以更好地理解计算机的工作方式，从而进行计算机系统的设计和优化。
计算机组成原理大纲
一、计算机组成原理概述
1. 计算机组成原理的定义和目标
2. 计算机的基本组成部分和功能
二、数字电路基础
1. 逻辑门和布尔代数
2. 组合逻辑电路和时序逻辑电路
三、数字系统与算术运算
1. 进位制和数字编码
2. 布尔代数运算和逻辑运算
3. 二进制加法器和减法器
4. 乘法器和除法器
四、存储器和存储系统
1. 存储器层次结构
2. RAM和ROM存储器
3. 高速缓存和虚拟存储器
五、指令集体系结构
1. CISC和RISC体系结构
2. 数据表示方法和指令格式
3. 寻址方式和数据处理指令
六、中央处理单元（CPU）
1. 控制单元和存储器单元
2. 指令执行过程和数据通路
3. 流水线技术和乱序执行
七、输入输出系统
1. 输入输出设备和接口
2. 数据传输和数据交换方式
3. 中断和异常处理
八、总线和通信
1. 总线的基本概念和分类
2. 总线传输方式和时序控制
3. 总线错误控制和总线仲裁
九、计算机性能评价和优化
1. 计算机性能指标
2. 提高计算机性能的方法
3. 并行计算和分布式计算
十、计算机安全与可靠性
1. 计算机系统的安全威胁
2. 安全措施和安全策略
3. 可靠性评估和故障处理。
计算机组成原理一、选择1、数的大小2、存储单元存储单元一般应具有存储数据和读写数据的功能，一般以8位二进制作为一个存储单元，也就是一个字节。
每个单元有一个地址，是一个整数编码可以表示为二进制整数。
程序中的变量与主存储器的存储单元相对应。
变量的名字对应存储单元的地址，变量的内容对应单元所存储的数据。
3、冯.诺依曼体系结构以二进制的形式将程序存放到存储器中，控制器依据存储器的程序来控制全机协调地完成计算任务。
存储程序并按地址顺序执行，这就是冯诺依曼型计算机的体系结构，该结构由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成。
4、寻址范围存储器的容量=存储字长*存储单位5、CPU模型中各器件的功能控制器：（1）从指令cache中取出一条指令，并指出下一条指令在指令cache中的位置。
（2）对指令进行译码或测试，并产生相应的操作和控制信号，以便启动规定的动作。
（3）指挥并控制CPU、数据cache和输入/输出设备之间数据流动的方向。
运算器：（1）执行所有的算术运算。
（2）执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试。
存储器：（1）数据缓冲寄存器（DR）①作为ALU运算结果和通用存储器之间信息传送中时间上的缓冲。
②补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别。
（2）指令寄存器（IR）用来保存当前正在执行的一条指令。
（3）程序计数器（PC）保证程序能够连续地执行下去。
（4）数据地址寄存器（AR）用来保存当前CPU所访问的数据cache存储器中（简称数存）单元的地址。
（5）通用寄存器(R0__R3)通用寄存器共4个，当算术逻辑单元（ALU）执行算数或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。
（6）状态字寄存器（PSW）保存由算数指令和逻辑指令运算或测试结果建立的各种条件代码。
6、指令的分类数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、程序控制指令、输入输出指令、字符串处理指令、特权指令、其他指令7、指令周期的含义指令周期是指取出一条指令并执行这条指令的时间。
计算机组成原理课程设计说明书设计一台嵌入式CISC模型计算机学院：计算机科学与工程学院专业：计算机技术学号：1403303003姓名：丁志均指导老师：陈智勇老师2015年4月6日目录绪论 ............................................................................................................................................. - 2 - 1、需求分析................................................................................................................................ - 3 -1.1设计要求........................................................................................................................ - 3 -1.2课程设计完成的内容................................................................................................... - 3 -2、构图思想................................................................................................................................ - 4 -2.1 完成系统的总体设计................................................................................................... - 4 -2.1.1 CISC模型计算机数据通路框图..................................................................... - 4 -2.1.2 操作控制器的逻辑框图.................................................................................. - 5 -2.2 模型机的指令系统和所有指令的格式...................................................................... - 6 -2.2.1汇编指令........................................................................................................... - 6 -2.2.2 指令系统.......................................................................................................... - 7 -2.2.3 汇编指令转换机器代码................................................................................ - 10 -2.3指令............................................................................................................................. - 11 -2.3.1 微程序流程图................................................................................................ - 11 -2.3.2 微指令设置.................................................................................................... - 12 -2.3.3设计地址转移逻辑电路................................................................................... - 13 -2.3.4设计时序产生器电路..................................................................................... - 13 -3、器件的生成.......................................................................................................................... - 14 -3.1 ADDR 地址寄存器...................................................................................................... - 14 -3.2 MMM.............................................................................................................................. - 16 -3.3 CONTROM 控制寄存器................................................................................................ - 17 -3.4 MCOMMAND 微命令寄存器.......................................................................................... - 18 -3.5 F1 F2 F3.................................................................................................................... - 20 -3.6 ALU算数逻辑单元..................................................................................................... - 23 -3.7 LS273 状态条件寄存器............................................................................................ - 25 -3.9 FEN2............................................................................................................................ - 25 -3.10 MUX4.......................................................................................................................... - 26 -3.11 MUX5 5选1数据选择器......................................................................................... - 27 -3.12 PC 程序计数器........................................................................................................ - 28 -3.13 ROM16 ROM芯片....................................................................................................... - 29 -3.14 COUNTER时序产生器............................................................................................... - 30 -3.15 CONVERT.................................................................................................................... - 31 -3.16 PSW............................................................................................................................ - 32 -3.16 DECODER.................................................................................................................... - 32 -3.15 TOP图....................................................................................................................... - 33 -4、测试仿真图.......................................................................................................................... - 34 -4.1仿真测试..................................................................................................................... - 34 -4.2最后的结果................................................................................................................. - 40 -4.3差错分析..................................................................................................................... - 41 -5、心得体会.............................................................................................................................. - 41 - 参考资料.................................................................................................................................... - 42 -绪论电子计算机的传统分类方法，是按照体系结构、运算速度、系统规模和适用领域分为大型、中型、小型和微型。
