计算机组成原理控制单元资料

计算机四级计算机组成原理知识点总结
计算机四级计算机组成原理涉及多个关键知识点，主要包括：
1.**计算机的基本组成**：计算机主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成。

其中，运算器和控制器合称为中央处理器（CPU）。

2.**指令系统**：指令是计算机执行某种操作的命令，通常由操作码和操作数地址码组成。

指令系统是指一台计算机中所有指令的集合。

指令的长度取决于操作码的长度、操作数地址码的长度和操作数地址的个数，与机器字长没有固定的关系。

指令可以分为零地址指令、一地址指令等多种类型。

3.**计算机硬件层次结构**：计算机硬件层次结构可以分为微程序机器层（M0）、传统机器层（M1）、虚拟机器层（M2）、汇编语言机器层（M3）和高级语言机器层（M4）。

每一层都对应着不同的指令系统和执行方式。

4.**存储系统**：存储系统包括主存储器（内存）和辅助存储器（外存）。

主存储器是计算机直接访问的存储部件，其速度快，但容量小。

辅助存储器则容量大，速度慢，需要通过输入输出设备才能访问。

5.**输入输出系统**：输入输出系统负责计算机与外部世界的联系，包括输入设备和输出设备。

输入设备用于将外部信息输入到计算机中，输出设备用于将计算机的处理结果输出到外部世界。

6.**总线系统**：总线是连接计算机各部件的通信线路，包括数据总线、地址总线和控制总线。

总线系统负责在各部件之间传输数据和控制信号。

以上就是计算机四级计算机组成原理的主要知识点，掌握了这些知识，就能对计算机的基本组成和工作原理有深入的理解。

单元1 计算机组成原理学习目标（1）了解计算机硬件的组成及其功能；计算机的分类；微处理器（2）了解CPU的结构；指令与指令系统；指令的执行过程；CPU的性能指标（3）了解PC机的主板、芯片组与BIOS；Cache存储器与主存储器（4）了解PC机I／0操作的原理；I／O总线与I／O接口（5）了解常用输入设备、输出设备、外存储器的功能、分类、性能指标及基本工作原理学习知识1、计算机硬件的组成及其功能计算机系统由硬件和软件两部分组成。

计算机硬件主要包括中央处理器（CPU）、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等，它们通过系统总线互相连接。

（1）输入设备①输入设备的概念向计算机输入数据和信息的设备统称为“输入设备”。

②输入设备的分类输入设备有多种。

例如数字和文字输入设备（键盘、写字板等），位置和命令输入设备（鼠标器、触摸屏等），图形输入设备（扫描仪、数码相机等），声音输入设备（麦克风、MIDI 演奏器等），视频输入设备（摄像机），温度、压力输入设备（温度、压力传感器）等。

（2）中央处理器能高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑运算和数据传送等操作的部件被称为处理器。

现代计算机中一般包含有多个(微)处理器，它们各有不同的分工和任务,用于执行系统软件和应用软件的处理器称为CPU，CPU是计算机必不可少的核心组成部件。

过去，个人计算机通常只有1个CPU；现在，大部分PC机虽然仍只有1个CPU芯片，但其内部却包含有2个、4个或6个CPU(内核)，目的是提高系统性能。

（3）内存储器①内存储器的概念内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。

计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。

②内存储器的工作原理内存的作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。

只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU 再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。

计算机组成原理控制器组成计算机组成原理控制器是计算机系统的重要组成部分，它负责控制和管理计算机的各种硬件和软件资源，是实现计算机系统自主控制的核心。

它的主要功能是解释指令、调度程序、读写存储器、输入输出数据等。

本文将着重讨论控制器的组成，介绍控制器的基本原理和常见方法，并探讨控制器在计算机系统中的作用和发展趋势。

一、控制器的组成控制器是计算机系统的核心，由多个部分组成。

控制器的主要组成部分包括指令寄存器、程序计数器、指令译码器、算数逻辑单元、时钟、中断控制器、总线接口等。

1.指令寄存器指令寄存器是控制器中的一个重要组成部分。

它负责存储指令的编码和操作数的地址等信息，并将其传输给指令译码器进一步处理。

指令寄存器还可以保存运算相关的状态信息，如标志位等。

2.程序计数器程序计数器是一种专门用于存储和计算当前指令位置的寄存器。

它的作用是保存下一条指令的地址，当控制器执行完当前指令后，就能够继续取下一条指令的执行。

程序计数器通常与指令寄存器相连，从指令寄存器中获取指令地址，并将其存储到程序计数器中。

3.指令译码器指令译码器是控制器中的一种逻辑电路，它用来解释指令并将其转化为可执行的操作。

指令译码器的主要功能是将机器指令转换为微操作，为下一步操作做好准备。

指令译码器可以同时处理多个指令，并将它们转换为特定的控制信号送往各个部件。

4.算数逻辑单元算数逻辑单元是一种专门用于进行算术和逻辑运算的电路。

它可以执行各种算术和逻辑操作，如加法、乘法、除法、取余等。

算数逻辑单元还可以进行位运算、移位等操作，以及比较和判断等操作。

5.时钟时钟是计算机系统的一个核心部件，它用于控制计算机的运行速度和时序，以及协调各种操作的执行时间。

时钟负责产生周期性电信号，这些信号可以被用来同步控制器和其他部件的动作。

6.中断控制器中断控制器是一种用于管理计算机系统中各种中断的部件。

它可以监控各种硬件事件和软件异常，当一个事件发生时，中断控制器会向处理器发送一个信号，使其停止当前的任务并处理中断事件。

计算机组成原理中的控制单元与数据通路计算机组成原理是计算机科学与技术专业中的一门重要课程，主要研究计算机硬件系统的组成和功能原理。

其中，控制单元与数据通路是计算机的两个核心模块，它们负责协调和处理计算机的指令和数据。

一、控制单元控制单元是计算机的重要组成部分，主要负责控制计算机中各个部件的协同工作，确保计算机按照预定的指令顺序执行任务。

1.1 概述控制单元由控制器和时序逻辑两部分组成。

控制器是控制单元的主要组成部分，负责指令的解码和执行。

时序逻辑则根据指令的操作码和操作数生成各个部件的控制信号，以实现指令的执行。

1.2 功能控制单元的功能主要包括指令译码、时序控制、操作控制和异常处理等。

指令译码：控制单元通过解读指令中的操作码和操作数，将其翻译成机器语言，以便给数据通路发送控制信号。

时序控制：控制单元通过产生各种时钟信号和定时信号，控制计算机各个部件的工作时间和工作顺序，确保指令按照正确的时间顺序执行。

操作控制：控制单元通过产生各个部件的控制信号，控制数据通路中的寄存器、算术逻辑单元、存储器等部件的工作方式和工作模式。

异常处理：控制单元在指令执行的过程中，如果遇到错误或异常情况，可以产生异常信号，通知其他模块进行相应的处理。

二、数据通路数据通路也称为数据路径，是计算机中用于处理和传递数据的核心部分，主要由寄存器和算术逻辑单元(ALU)组成。

2.1 寄存器寄存器是数据通路的基本组成单元，用于存储和传递数据。

计算机中的各类数据都需要经过寄存器进行存储和传递。

寄存器的种类包括通用寄存器、数据寄存器、地址寄存器等。

通用寄存器用于存储临时数据，数据寄存器主要用于存储指令中的操作数，地址寄存器则用于存储指令中的地址信息。

2.2 算术逻辑单元(ALU)ALU是数据通路中的重要组成部分，是完成各种算术和逻辑运算的核心模块。

ALU主要实现加法、减法、乘法、除法、与、或、非等运算。

它可以对指令中的操作数进行各种计算和逻辑判断，然后将运算结果传递给其他部件。

《计算机组成原理》（白中英）复习第一章计算机系统概论电子数字计算机的分类（P1）通用计算机（超级计算机、大型机、服务器、工作站、微型机和单片机）和专用计算机。

计算机的性能指标（P5）数字计算机的五大部件及各自主要功能（P6）五大部件：存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备。

存储器主要功能：保存原始数据和解题步骤。

运算器主要功能：进行算术、逻辑运算。

控制器主要功能：从内存中取出解题步骤(程序)分析，执行操作。

输入设备主要功能：把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接收和识别的二进制信息形式。

输出设备主要功能：把计算机处理的结果变换为人或其他机器所能接收和识别的信息形式。

计算机软件（P11）系统程序——用来管理整个计算机系统应用程序——按任务需要编制成的各种程序第二章运算方法和运算器课件+作业第三章内部存储器存储器的分类（P65）按存储介质分类：易失性：半导体存储器非易失性：磁表面存储器、磁芯存储器、光盘存储器按存取方式分类：存取时间与物理地址无关（随机访问）：随机存储器RAM ——在程序的执行过程中可读可写只读存储器ROM ——在程序的执行过程中只读存取时间与物理地址有关（串行访问）：顺序存取存储器磁带直接存取存储器磁盘按在计算机中的作用分类：主存储器：随机存储器RAM ——静态RAM 、动态RAM只读存储器ROM ——MROM 、PROM 、EPROM 、EEPROM Flash Memory高速缓冲存储器（Cache）辅助存储器——磁盘、磁带、光盘存储器的分级（P66）存储器三个主要特性的关系：速度、容量、价格/位多级存储器体系结构：高速缓冲存储器（cache）、主存储器、外存储器。

主存储器的技术指标（P67）存储容量：存储单元个数M ×每单元位数N存取时间：从启动读(写)操作到操作完成的时间存取周期：两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间，时间单位为ns。

存储器带宽：单位时间里存储器所存取的信息量，位/秒、字节/每秒，是衡量数据传输速率的重要技术指标。

计算机五大部件：运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备运算器：完成算数和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器存储器：存放数据和程序控制器：控制、指挥程序和数据的输入、运行及处理运算结果输入设备：将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式输出设备：将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式硬件名词解释：寄存器：暂存指令、数据、地址的存储设备算数逻辑单元（ALU）：完成算数逻辑运算存储器：存放数据和程序字：一个存储单元中存放的一串二进制代码字节：8位二进制代码字长：字的长度容量：存储单元个数＊存储字长地址：存储单元的编号CPU：中央处理器，包含控制器和运算器主机：CPU与主存储器主存：存放数据与程序，可直接与CPU交换信息辅存：总线：连接多个部件的信息传输线，各部件共享的传输介质数据：兼容：指令流：地址流如何区分存储器中的指令和数据：执行阶段取出的是数据，取址阶段取的是指令总线分类：1.片内总线芯片内部的总线2.系统总线CPU、IO设备、主存之间的信息传输线2.1 数据总线传输各部件的数据信息，双向传递2.2 地址总线指出数据总线上的数据在主存单元的地址或IO设备的地址，单向2.3 控制总线发出各种控制信号的传输线，双向3.通信总线计算机系统之间或与其他系统间的通信2.1 串行通信数据在单条1位宽的传输线上，一位一位按顺序分时传送2.2 并行通信数据在多条并行1位宽的传输线上同事传送总线控制包括判优控制和通信控制，总线控制器统一管理总线的一系列问题1.判优控制由总线控制器按一定的优先等级顺序确定哪个设备能使用总线1.1 链式查询总线同意信号BG串行地从一个IO接口送到下一个IO接口，若BG到达的IO接口有总线请求就不再往下传，该借口获得总线使用权并建立总线忙BS信号。

离总线控制器近的设备有最高优先级，只需很少几根线就能实现总线控制，但对电路故障很敏感，且优先级低的设备很难获得请求。

1.2 计数器定时查询总线控制器接到BR送来的总线请求信号后，在总线未被使用的情况下（BS＝0）内部的计数器开始计数，并通过设备地址线向各设备发出一组地址信号。

计算机组成原理中cu计算机组成原理中的CU是指控制单元（Control Unit），它是计算机中的一个重要组成部分，负责控制计算机的各个部件协同工作，实现指令的执行和数据的处理。

控制单元是计算机的大脑，它负责解析指令、生成控制信号，并将控制信号发送给其他部件，以协调和控制计算机的运行。

控制单元通过指令寄存器（Instruction Register）获取指令，并对指令进行解码，确定需要执行的操作类型和操作数。

然后，控制单元将操作类型和操作数传递给执行单元（Execution Unit），执行单元根据控制信号进行运算和数据处理。

控制单元的主要功能包括指令译码、时序控制、地址生成、中断处理等。

指令译码是控制单元的核心任务之一，它根据指令的操作码（Opcode）确定指令的类型和执行方式。

控制单元根据指令的操作类型生成相应的控制信号，控制各个部件的工作，使其按照指令要求进行操作。

时序控制是控制单元的另一个重要功能，它负责生成和分发时钟信号，控制各个部件按照时钟信号的节奏工作。

时序控制的正确性和稳定性直接影响着计算机的运行速度和性能。

地址生成是控制单元的另一个任务，它根据指令中的地址信息生成实际的物理地址，用于访问内存或外设。

中断处理是计算机系统中的一个重要机制，它允许外部设备向CPU 发送中断请求，使CPU暂停当前任务，转而处理中断请求。

控制单元负责监测和处理中断请求，根据中断类型生成相应的中断处理程序，并在适当的时候保存和恢复现场，保证中断处理的正确性和可靠性。

控制单元的设计和实现涉及到多种技术和方法，包括组合逻辑电路、时序逻辑电路、状态机设计等。

在控制单元的设计过程中，需要考虑指令的复杂性、时序的要求、资源的分配等因素，以实现高效、稳定和可靠的控制功能。

控制单元作为计算机的重要组成部分，起着协调和控制计算机运行的关键作用。

它通过解析指令、生成控制信号，实现指令的执行和数据的处理。

控制单元的设计和实现需要考虑多种因素，以满足计算机的运行要求。