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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。
计算机组成原理目录
一、基本概念和术语
1.计算机组成原理概述
2.计算机硬件和软件的关系
3.信息的表示和处理
4.计算机的运行原理
二、数字逻辑电路基础
1.布尔代数和逻辑门
2.组合逻辑电路
3.时序逻辑电路
4.存储器和寄存器
三、计算机的指令系统和运算
1.指令的表示和执行
2.数据的表示和运算
3.控制逻辑和控制单元
四、存储器和存储器层次结构
1.存储器的分类和特性
2.主存储器和辅助存储器
3.存储器的层次结构和存取方法
4.存储器的高速缓存和虚拟存储器
五、输入和输出设备
1.输入和输出设备的分类和特性
2.输入设备的接口和数据采集
3.输出设备的接口和数据显示
4.输入输出设备的控制和通信
六、总线和通信
1.计算机系统中的总线
2.总线的分类和特性
3.总线的传输方式和速度
4.总线的控制和仲裁
七、处理器的结构和设计原理
1.处理器的功能和组成
2.数据通路和控制单元的设计
3.内部寄存器和处理器的运行状态
4.处理器的性能评价和优化技术
八、计算机体系结构和指令集
1.计算机的级别和体系结构
2.CISC和RISC的比较
3.指令集的设计和实现
4.多核处理器和并行计算
九、系统总线和I/O设备接口
1.系统总线的结构和功能
2.总线的控制和仲裁机制
3.I/O设备的接口和通信
4.DMA和中断处理机制
十、计算机性能评价和提高技术
1.计算机性能的度量和评价
2.程序的优化和并行化技术
3.存储器层次结构的优化
4.编译器的优化技术。
计算机组成原理和微机原理计算机组成原理和微机原理是计算机科学与技术领域中非常重要的两门课程，它们涉及到计算机的硬件和软件方面的知识。
本文将详细介绍计算机组成原理和微机原理的概念、内容和重要性。
一、计算机组成原理的概念和内容计算机组成原理是计算机科学与技术领域中的基础课程之一，它主要研究计算机的硬件结构和工作原理。
计算机组成原理涉及到的内容很广泛，主要包括计算机的基本组成、计算机的运行过程、计算机的存储结构、计算机的输入输出系统等方面。
1.计算机的基本组成计算机的基本组成包括中央处理器（CPU）、存储器（memory）和输入输出设备（I/O devices）。
中央处理器是计算机的核心部件，负责执行计算机的指令和处理数据。
存储器用于存放程序和数据，可以分为主存储器（RAM）和辅助存储器（硬盘、光盘等）。
输入输出设备用于与计算机进行交互，如键盘、鼠标、显示器等。
2.计算机的运行过程计算机的运行过程包括指令的周期性执行和数据的处理。
在计算机中，每个指令都是由一系列的操作码（Opcode）和操作数（Operand）组成，其中操作码表示操作的类型，操作数表示操作的具体内容。
指令的周期性执行是通过时钟信号来实现的，时钟信号可以控制计算机的时序和同步。
3.计算机的存储结构计算机的存储结构主要包括主存储器和辅助存储器。
主存储器用于存放正在执行的程序和数据，是计算机运行的关键部件。
主存储器可以按照访问方式分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）等。
辅助存储器用于存放大量的程序和数据，可以分为硬盘、光盘、磁带等。
4.计算机的输入输出系统计算机的输入输出系统是计算机与外部世界进行交互的重要组成部分。
输入设备用于将外部的信息传递给计算机，如键盘、鼠标等；输出设备用于将计算机的结果显示给用户，如显示器、打印机等。
输入输出设备和计算机之间有一个接口（interface），可以通过接口进行数据的传输和控制。
二、微机原理的概念和内容微机原理是计算机科学与技术领域中的重要课程，它主要研究微型计算机的组成和工作原理。
计算机组成原理大型实验报告(2010/2011第2学期------第19周)指导教师：班级：姓名：学号：计算机组成原理课程设计实验报告一、目的和要求目的：深入了解计算机各种指令的执行过程，以及控制器的组成，指令系统微程序设计的具体知识，进一步理解和掌握动态微程序设计的概念；完成微程序控制的特定功能计算机的指令系统设计和调试。
要求：（1）、内容自行设计相关指令微程序；（务必利用非上机时间设计好微程序）（2）、测试程序、实验数据并上机调试；（3）、报告内容：包括1、设计目的2、设计内容3、微程序设计（含指令格式、功能、设计及微程序）4、实验数据（测试所设计指令的程序及结果）。
（具体要求安最新规范为准）二、实验环境TEC—2机与PC机。
三、具体内容实验内容：（1）把用绝对地址表示的内存单元A中的内容与内存单元B中的内容相加，结果存于内存单元C中。
指令格式：D4××，ADDR1，ADDR2，ADDR3四字指令（控存入口100H）功能：[ADDR3]=[ADDR1]+[ADDR2]（2）将一通用寄存器内容减去某内存单元内容，结果放在另一寄存器中。
指令格式：E0DRSR，ADDR（SR，DR源、目的寄存器各4位）双字指令（控存入口130H）功能：DR=SR-[ADDR]（3）转移指令。
判断两个通用寄存器内容是否相等，若相等则转移到指定绝对地址，否则顺序执行。
指令格式：E5DRSR，ADDR双字指令（控存入口140H）功能：ifDR==SRgotoADDRelse顺序执行。
设计：利用指令的CND字段，即IR10~8，令IR10~8=101，即CC=Z 则当DR==SR时Z=1，微程序不跳转，接着执行MEMPC（即ADDRPC），而当DR!=SR 时Z=0，微程序跳转至A4。
实验设计并分析：第一条：把用绝对地址表示的内存单元A中的内容与内存单元B中的内容相加，结果存于内存单元C中。
指令格式：D4××，ADDR1，ADDR2，ADDR3四字指令（控存入口100H）功能：[ADDR3]=[ADDR1]+[ADDR2]指令格式：D4XXADDR1ADDR2ADDR3微程序：PC→AR，PC+1→PC：00000E00A0B55402MEM→AR：00000E00 10F00002MEM→Q：00000E00 00F00000PC→AR，PC+1→PC：00000E00 A0B5 5402MEM→AR：00000E00 10F0 0002MEM+Q→Q：00000E01 00E0 0000PC→AR，PC+1→PC：00000E00 A0B5 5402MEM→AR：00000E0010F0 0002Q→MEM，CC#=0：00290300 10200010指令分析：PC->AR,PC+1->PC0000 0000 1110 0000 0000 1010 0000 1011 0101 0101 0100 0000 0010 MEM->AR0000 0000 1110 0000 0000 0001 0000 1111 0000 0000 0000 0000 0100 MEM->Q0000 0000 1110 0000 0000 0000 0000 1111 0000 0000 0000 0000 0000 PC->AR,PC+1->PC0000 0000 1110 0000 0000 1010 0000 1011 0101 0101 0100 0000 0010 MEM->AR0000 0000 1110 0000 0000 0001 0000 1111 0000 0000 0000 0000 0100 MEM+Q->Q0000 0000 1110 0000 0001 0000 0000 1110 0000 0000 0000 0000 0000 PC->AR,PC+1->PC0000 0000 1110 0000 0000 1010 0000 1011 0101 0101 0100 0000 0010 MEM->AR0000 0000 1110 0000 0000 0001 0000 1111 0000 0000 0000 0000 0100Q->MEM,CC#=00029 0000 0011 0000 0000 0001 0000 0010 0000 0000 0000 0001 0000 假设从地址[0828]开始执行微程序，此时程序计数器PC的值是0829。
因为运行程序的时候[0829]和[0830]中存了加法的两个加数的内存地址，所以要想方设法1）把这两个加数传到运算器的寄存器中，2）在运算器中相加，3）将结果输出到内存单元[ADDR1]。
以下分别进行分析。
1）取每个加数要访问两次内存，第一次是取得加数所在的内存地址的值(MEM→AR),第二次是取得加数本身并保存在Q寄存器中（MEM→Q）。
注意，取第二个加数的时候，第一次仍是MEM→AR，而第二次MEM+Q→Q的同时也把加法给完成了，请见接下来的分析。
2）相加的操作是MEM+Q→Q。
MEM是从内存中取得的第二个加数的值，左边的Q是刚才取得的第一个加数的值。
他俩相加的和传给Q寄存器，覆盖掉了Q寄存器刚才保存的值（第一个加数）。
3）现在Q寄存器中存有加法的运算结果，最后的工作是把这个结果写到内存单元[ADDR1]中去。
如果AR或者PC指向[ADDR1]的话就好办了，难点在于现在AR已经到了[ADDR2]处，PC已经到了[ADDR2+1]处，而且又不知道如何让寄存器的值减一。
后来问同学，得到了解决办法：利用IP寄存器。
IP正好还呆在[ADDR1-1]，即内存地址[0828]。
显然，让IP+1就得到了[ADDR1]，即[0829]。
微指令是IP+1→AR以及MEM→AR，这时AR的值为第一个加数所在的单元[ADDR1]。
现在Q的值是运算结果，AR的值是运算结果要传给的内存地址。
显而易见，最后一步就是“存储器写”操作Q→MEM。
其它要注意的地方：1）微程序中有两处PC+1→PC，第一处是为了取得第二个加数所在的内存地址，第二处是为了把PC指向下一句，在这里是RET，才能使程序正常结束。
2）程序最后要转向A4H执行后续处理程序。
此处下地址的转换方法：将A4H从左到右用八位二进制数写出，左边补两个“0”，右边加两个“0”（备用位B45、44），得到001010010000B，再把这个十二位二进制数翻译成十六进制，结果是290H。
3）使用Q寄存器的好处有：第一，不修改通用寄存器R0，R1等，因为别的程序可能用到它们。
第二，程序易读、风格优美。
程序调试：第二条：将一通用寄存器内容减去某内存单元内容，结果放在另一寄存器中。
指令格式：E0DRSR，ADDR（SR，DR源、目的寄存器各4位）双字指令（控存入口130H）功能：DR=SR-[ADDR]微程序：PC→AR，PC+1→PC：0000 0E00A0B55402MEM→AR：00000E00 10F00002SR-[ADDR]→DR：0029030131D00088指令格式：E0XXADDR指令分析：根据指令的功能和指令格式，先读取地址ADDR单元内容暂时放置于Q寄存器中，然后再读取内存单元中的DATA，同时与Q寄存器内容相减，结果存放在DR寄存器中。
每条指令系统微操作详细：PC->AR,PC+1->PC0000 0000 1110 0000 0000 1010 0000 1011 0101 0101 0100 0000 0010MEM->AR0000 0000 1110 0000 0000 0001 0000 1111 0000 0000 0000 0000 0100 SR-MEM->DR0029 0000 0011 0000 0001 0011 0001 1101 0000 0000 0000 1000 1000 调试：第三条：转移指令。
判断两个通用寄存器内容是否相等，若相等则转移到指定绝对地址，否则顺序执行。
指令格式：E5DRSR，ADDR双字指令（控存入口140H）功能：ifDR==SRgotoADDRelse顺序执行。
设计：利用指令的CND字段，即IR10~8，令IR10~8=101，即CC=Z则当DR!=SR时Z=1，微程序不跳转，接着执行MEMPC（即ADDRPC）而当DR==SR时Z=0，微程序跳转至A4。
微程序：SR-DR：00000E0191900088PC→AR，CC#=CND，PC+1→PC：002903E0 A0B55402MEM→PC：0029030030F05000指令格式：E5XXADDR指令分析：1、SR-DR，运算器接受标志位，设定标志位2、PC→AR，PC+1→PC，,SCC=7，IR10-8=101，CC#=ZDR=SR，CC#=Z=1，顺序执行102，DR≠SR转移到下地址为103的指令继续转移3、(DR=SR)偏移量OFFSET加IP(R4)，结果赋给PC(R5)，然后令CC#=0，用3号命令条件转移到A4H，结束微程序4、PC→AR，PC+1→PC SCC=101，SC=1，使CC#=S#，DR>SR,SR-DR<0,S=1,CC#=S#=0,3号命令条件转移到下地址为A4H的指令结束程序，DR<SR,SR-DR>0,S=0,CC#=S#=1,条件转移命令将顺序执行地址为104的指令5、(DR<SR)，取出ADDR，赋给PC，令CC#=0，用3号命令转移到A4H指令结束微程序每条指令系统微操作详细：SR-DR0000 0000 1110 0000 0000 1001 0001 0001 0000 0000 0000 1000 1000 PC->AR,PC+1->PC0029 0000 0011 1110 0000 1010 0000 1011 0101 0101 0100 0000 0010 MEN->PC0029 0000 0011 1110 0001 0010 0000 1111 0000 0101 0000 0000 0000 调试：>E90009000000:00000000:0E010000:91900000:00880000:002909050000:03E00000:A0B50000:54020000:00290000:0300090A0000:30F00000:5000>D900090000000E0191900088002903E0A0B55402.........).αá╡T.09080029030030F050000000000000000000.)..0≡P......... 091000000000000000000000000000000000................ 091800000000000000000000000000000000................ 092000000000000000000000000000000000................ 092800000000000000000000000000000000................ 093000000000000000000000000000000000................ 093800000000000000000000000000000000................>A8000800:MOVR1,9000802:MOVR2,30804:MOVR3,1400806:LDMC0807:RET0808:>G800>A8200820:MOVR8,00110822:MOVR9,00110824:NOP0825:NOP0826:MOVR9,00020828:RET0829:>E82408240000:E4890000:0828>U8200820:2C800011MOVR8,00110822:2C900011MOVR9,00110824:E489DWE4890825:0828ADCR2,R80826:2C900002MOVR9,00020828:AC00RET0829:0000NOP082A:0000NOP082B:0000NOP082C:0000NOP082D:0000NOP082E:0000NOP082F:0000NOP0830:0000NOP0831:0000NOP>G820结果显示：>RR0=0000R1=090CR2=0000R3=0143SP=0FD0PC=0820IP=00CDR7=0000R8=0011R9=0002R10=0000R11=0000R12=0000R13=0000R14=0000R15=0000F=010011110820:2C800011MOVR8,0011>四．实验心得通过这次的课程设计，使得我们进一步地熟悉了PC机与TEC-2机，同时也更深层次的了解了计算机各种指令的执行过程，以及控制器的组成，指令系统微程序设计的具体知识，同时在一定程度上理解和掌握了动态微程序设计的概念。
