组成原理课程设计论文

2024-04-09

组成原理课程设计论文（精选6篇）

篇1：组成原理课程设计论文

摘要

显示器作为计算机重要的输出部件和人机交流的窗户，是一台电脑必不可少的部分，其重要性是不言而喻的。我们打开电脑，从开机的字符提示到开机后的图形化界面以及浏览图片观赏电影都是根据显示器的输出获得信息。

显示器随着电子技术的发展有着惊天的变化，特别是最近10余年的科技进步产生了大量各式各样的显示设备。目前常见显示器有阴极射线管CRT(Cathode Ray Tube)，发光二极管LED（Lighting Emitting Diode）和等离子显示器PDP（Plasma Display Panel）液晶显示器LCD（Liquid Crystal Display）,电化学反应显示等。它们有各自的特点，应用在各种不同的场合。

显示器显示方式和显示模式：就屏幕显示画面的点组织方式而言，显示方式有两种，即字符数字方式（Alphabet/Number，A/N）和全点寻址图形方式（All Point Addressable，APA）。显示模式主要是指一屏能显示的点数和颜色数（包括一屏能显示的字符数）。常用的显示模式有CGA、EGA、VGA和SVGA（即TVGA）等等。典型的 IBM指标是：CGA为320×200和8色，EGA为640×350和16色，VGA为640×480，SVGA为800×600、1024×768、1280×1024和1600×1200等。目前的显示都采用VGA以上的显示模式，它们的同屏彩色数可在16、256、16K、32K、64K、16M（所谓真彩色）直到4G中选择。很多人对于显示器的直观认识一般会产生对显示原理的疑惑。就如将在后面详细展示一样，其实质是在显存中存放一帧待显示字符的ASCII码，显示时通过查询相应字符在字符库中的点阵信息来确定屏幕上点的亮暗来得到显示结果。这实质是A/N显示方式的原理。为了适应技术的发展，加深对相关技术的理解本文就显示器的一些相关知识作详细的论述。

本文从结构上分成两大部分：

Ⅰ

摘要

第一部分：显示设备及其原理作详细的介绍。了解各种显示设

备以及显示技术的相关术语，介绍了字符和图形两种显示方式，并在这两种显示方式的对比中让大家对显示器有更深的理解和认识。在屏幕的组织形式的基础上，细致的说明了屏幕显示和显示缓存之间的对应关系，并结合两种显示方式进行了较为。最后结合屏幕的显示，展示了显示器内部各级计数器之间的对应关系。第二部分：为了加深直观认识，本文特地使用FLASH实现A/N显示方式的演示动画，以期对读者深刻的展示理论的实现。本章主要讨论了A/N显示方式演示动画的FLASH实现。其中涉及到的要点有组件的动画效果实现，字符矩阵动画的实现思路，并梳理了A/N显示方式的逻辑流程。为了完善动画演示过程，我们还在FLASH中加入了对播放的控制，以及一些简单的脚本编写。相信对读者理解显示原理有一些直观的帮助。希望本文对广大读者有所帮助。如有不当之处希望读者指出以便更正。

关键字：显示器显示方式字符 ASCII码点阵

Ⅱ

Abstract

Abstract The monitor is a computer display output window and man-machine communication.Is an essential part of a computer and Its importance is self-evident.We turn on the computer,the character tips when booting,graphical interface, and viewing pictures, watching the film are based on access to the information display output.The development of electronic technology has shaking changes, particularly in the last 10 years produced a large number of scientific and technological progress in a variety of display devices.Currently there are common cathode ray tube monitors CRT(Cathode Ray Tube), light emitting diode LED(Lighting Emitting Diode)and plasma display PDP(Plasma Display Panel)liquid crystal display LCD(Liquid Crystal Display), the electrochemical reaction display.They have their own characteristics, used in a variety of occasions

Display mode Point on the screen display in terms of organization, There are two display modes :Alphabet/Number，A/N, All Point Addressable，APA.Display mode mainly refers to the nunber of points a screen can display

and number of colors（Including a screen showing the number of characters）Common display mode: CGA、EGA、VGA

and SVGA（namely TVGA）The IBM targets are CGA 320×200 ,8 colors，EGA 640×350,16 colors，VGA 640×480，SVGA 800×600、1024×768、1280×1024 and 1600×1200.The current display modes are generally beyond VGA.Their number of colors in one screen can be 16、256、16K、32K、64K、16M upto 4G if the vram is large enough(The so-called true color)Many people have an intuitive understanding of the theory on display the general principle.As will be detailed later in the same show, and its essence is stored in a memory to be displayed in the ASCII character code, displayed by querying the corresponding character in the character library of information to determine the lattice points on the screen to be bright and dark displayed.This is essentially A / N

Ⅲ

Abstract display principle.In this paper, we pay attention to Alphabet/Number，A/N.In this paper, we pay attention to Alphabet/Number，A/N.The characters will be introduced and the principle will be demonstrated.As will be later detailed representation ,the essence is in video memory storing an ASCII code of the characters to be displayed, is displayed by querying the corresponding characters in dot matrix characters in the information library to determine the points of the screen to be bright or dark displayed.In order to adapt to technological development, deepen the understanding of related technologies on display some of this knowledge for detail.Part I: Principles of display devices and a detailed description.Understanding of various display devices and display technologies related terms, describes the character and graphic display, and in contrast to the two displayed in so that we can display a deeper understanding and awareness.The organizational form of the screen based on the detailed description of the screen and display the correspondence between the cache and display were combined with two more.Finally, the screen display, internal display shows the correspondence between the counter at all levels.Part II: In order to enhance intuitive understanding, this article specifically to achieve using FLASH A / N display demo, to show the reader a profound realization of the theory.This chapter discusses the A / N display FLASH Animation of realization.Which involves the main points of the components to achieve animation, character animation realization matrix idea, and sort out the A / N display logic process.In order to improve the animation process, we also added a FLASH on the play control, and some simple scripting.I believe the reader understand the principles shown to help some intuitive Hope this article helps you much.Please point out irregularities in order to correct.Keywords: Monitor Display mode Character ASCII code Dot matrix

Ⅳ

目录...............................................................................................................................5 第一章题目来源............................................................................................................6 1.1 题目背景.................................................................................................................6 1.2 实现方式及可行性...................................................................................................7 1.3 课程设计效果..........................................................................................................7 第二章开发环境.............................................................................................................8 2.1 Adobe Flash CS4 Professional程序.....................................................................8 2.2 Adobe Flash CS4 Professional与之前版本对比及其新功能..................................8 第三章显示器设备........................................................................................................11 3.1 概述......................................................................................................................11 3.2 显示技术中的相关术语..........................................................................................12 3.3 显示方式和显示规格.............................................................................................14 3.4 光栅扫描成像原理.................................................................................................15 3.5 屏幕显示与显示缓存间的对应关系........................................................................20 3.6 本章小结.................................................................................................................24 第四章开发流程...........................................................................................................25 4.1 图形组件绘制........................................................................................................25 4.2 箭头的绘制及动态效果实现...................................................................................26 4.3 字符矩阵的绘制及扫描动画实现方法.....................................................................27 4.4 A/N显示方式流程及其动态描述............................................................................28 4.5 时序控制与优化....................................................................................................28 4.6 播放控制...............................................................................................................29 4.7 美化及校验...........................................................................................................30 4.8 本章小结...............................................................................................................31 第五章总结与改进........................................................................................................32 5.1 总结......................................................................................................................32

Ⅴ

题目来源

第一章题目来源

1.1 题目背景

输入输出设备是计算机系统与人或其他设备、系统之间进行信息交互的装置。人们常用数字、字符、文字、图形、声音等形式来表示各种信息，而在计算机内部所能处理的则是以电信号形式表示的数字代码（一系列0/1表示的二进制代码）。在输出设备中，显示设备是计算机系统重要的输出设备之一。对于软件的设计和执行效果往往以字符或图形的形式在屏幕上显示出来，以便操作者观察结果。

在CRT显示器中，画面产生的字符或图形都是用若干点组成的，每个字符横向、纵向均占有一定的点数，称之为字符的点阵结构。而用来产生字符点阵图形的器件称之为字符发生器。它有专用的芯片，如APPLE-I所用的2513，采用5*8点阵，能产生64种字符的点阵信息。也可以用通用ROM作为字符发生器，如PC机，用8KB ROM空间存放256种字符的点阵代码，有三套字体，即每个字符可以用7*9,7*7,5*7点阵。

64个字符各自编码的6位作为字符发生器的高位地址。当需要在屏幕上显示某字符时，按该字符的6位编址访问ROM，选中这个字符的点阵。该字符的点阵信息是按行输出的，并且要与电子束的扫描保持同步。因此，可以用CRT控制器提供的扫描时序作为字符发生器的低三位地址，经译码后依次取出字符点阵的8行代码。

为了提供显示内容，需要设置一个显示缓冲存储器，或称为视频随机存取存储器VRAM（video RAM）。其中存放一帧画面的相关信息。显示器一方面对屏幕进行光栅扫描，一方面同步地从VRAM中读取显示内容，送往显示器件。在字符方式显示时，在缓存RAM中存放的是一帧待显示字符的ＡＳＣＩＩ码或其他形式的编码，字符的点阵信息则存放在字符发生器（字库）中。一个字符编码占缓存的一个字节，因此缓存的最小容量是由屏幕上字符显示的行列规格决定的。字符显示时，屏幕上每个字符位置对应缓存中的一个字符编码字节，缓存各字节单元的地址随着屏幕由左到右，自上而下的显示顺序从低到高安排。也即，缓存０号单元所放的字符数据经字符发生器转换为字形后，显示在屏幕第一排字符左边第一个位置上，１号单元所放的字符数据转换后显示在屏幕第一行左边第二个位置上，以此类推，缓存最后一个单元放的字符数据转换后显示在屏幕最后一排右边

题目来源

最末一个位置上。

为了便于清晰、明了、直观的再现字符在屏幕上输出显示的整个过程与原理，便于学生直观透彻的了解其全过程，方便学生学习和教学演示，利用FLASH动画制作软件，模拟出整个字符显示的过程，特别是字符编码、地址组织、调用显示等过程。

1.2 实现方式及可行性

FLASH是一款强大的基于帧动画的动画制作软件，其具有简明但不失专业的动画制作能力，利用帧的编辑及连接，使用ActionScript语言执行相应动作，可以方便制作出各种动画效果，能够直观清晰的演示各种效果及步骤。此次利用FLASH10进行动画演示制作，能够充分展现出各步骤效果，让演示过程流畅明了,便于理解字符显示的整个过程。

1.3 课程设计效果

字符显示FLASH演示动画：

完整再现字符的编码显示过程，从VRAM中的字符编码到ROM中的储存点阵，从点阵调用再到点频控制下的移位寄存器的移位，最后串行输出依次显示在屏幕上。动态直观展现各流程的流向和字符的产生中间过程。

通过此动画演示，清楚展现了字符显示的内部原理以及调用产生关系，掌握字符显示全过程，让人对整个流程留下清晰、直观的印象。

开发环境

第二章开发环境

2.1 Adobe Flash CS4 Professional程序

本设计以Adobe Flash CS4 Professional程序为开发工具。Adobe Flash CS4 Professional 软件是业界领先的创作环境, 用于创建引人入胜的交互式体验。面向使用不同平台和设备的用户。Flash 中的动画制作更简单，借助基于对象的动画快速创建动画、轻松修改运动路径并全面控制个别动画属性。使用一系列链接对象创建类似于链的动画效果, 或使用全新的骨骼工具扭曲单个形状。

选择Adobe Flash CS4 Professional作为开发工具因为其功能更为强大，应用更为广泛。

1.Adobe Flash CS4 Professional的工具箱可伸缩成单双列的，面板调板可以缩为精美的图标，半透明标题栏，可随意伸缩。

2.Adobe Flash CS4 Professional的界面会很方便在“设计布局”和“编程布局”间切换。

3.改良的钢笔工具，类似illustrator的相应工具。

4.属性面板可以监测出您画的原始形状是圆、椭圆还是方，而不像以前统一显示出为形状。

5.可以直接绘制出圈环。圆角矩形的四个拐角都可以单独调整，有点像Fireworks的自动形状属性。

6.可直接导入分层的Photoshop PSD文件，并且可能决定哪些层需被导入。还可以保留图层的上组、样式、蒙版和智能滤镜、路径的可编辑性。导入选项包括是否保留原图层内容的位置和尺寸、是否保持PSD的分层状态、是否把图层转换为影片剪辑，是否为其起实例名，以及选择参考点的位置、单独对每层进行JPG优化等等。对于是否能够保持文字图层的可编辑状态，现在还不能完全确定。

7.可更完美的导入illustrator AI矢量文件，应该可以保留所有特性，包括精确的颜色、形状、路径和样式。

2.2 Adobe Flash CS4 Professional与之前版本对比及其新功能

开发环境

通过对比可看到Adobe Flash CS4 Professional比Adobe Flash CS3 Professional具有更多新功能： 1.基于对象的动画

使用基于对象的动画对个别动画属性实现全面控制, 它将补间直接应用于对象而不是关键帧，可直接将补间动画套用至物件而非关键影格。使用贝赛尔手柄轻松更改运动路径。2.3D 转换

借助令人兴奋的全新 3D平移和旋转工具, 通过 3D 空间为 2D 对象创作动画, 您可以沿 x、y、z 轴创作动画。将本地或全局转换应用于任何对象。但非真正意义上的3D，层的位置关系其显示问题。（处于顶层的图形不会因为3D旋转而到达底部）3.反向运动与骨骼工具

使用一系列链接对象创建类似于链的动画效果, 或使用全新的骨骼工具扭曲单个形状。

开发环境

图7-1，Adobe Flash CS4 Professional与Adobe Flash CS3 Professional功能对比

4.使用 Deco 工具和喷涂刷实现程序建模

将任何元件转变为即时设计工具。以各种方式应用元件: 使用 Deco 工具快速创建类似于万花筒的效果并应用填充, 或使用喷涂刷在定义区域随机喷涂元件。5.动画编辑器

使用全新的动画编辑器体验对关键帧参数的细致控制, 这些参数包括旋转、大小、缩放、位置和滤镜等。使用图形显示以全面控制轻松实现调整。6.元数据(XMP)支持

使用全新的 XMP 面板加入中继资料至 SWF 档。快速指派标籤以增强协同作业并提供更佳的行动使用体验。7.动画预设

借助可应用于任何对象的预建动画启动项目。从大量预设中进行选择, 或创建并保存自己的动画。与他人共享预设以节省动画创作时间。

8.针对 Adobe AIR™ 进行创作

运用全新的整合功能提供桌面互动使用体验,借助发布到 Adobe AIR 运行时的全新集成功能, 实现交互式桌面体验。面向跨更多设备-Web、移动和桌面的更多用户。9.H.264 支持

借助 Adobe Media Encoder 编码为 Adobe Flash Player 运行时可以识别的任何格式, 其它 Adobe 视频产品也提供这个工具, 现在新增了 H.264 支持。10.全新 Adobe Creative Suite® 界面

借助直观的面板停靠和弹出式行为提高工作效率, 它们简化了您在所有 Adobe Creative Suite 版本中与工具的交互。

显示器设备

第三章显示器设备

3.1 概述

以可见光的形式传递和处理信息的设备，即显示设备。如下图所示。

图 3-1

CRT和LCD显示器

显示设备是计算机系统的重要输出设备之一。软件设计及执行结果的效果往往以字符或者图形的形式在屏幕上显示出来，以供使用者观察。如果需要对程序做些修改，操作人员就可以根据显示情况，通过键盘、鼠标等输入设备，将有关的数据和命令送入计算机，以便对程序的运行随时进行人工干预和控制。因此，显示设备是较为理想的人-机通信设备。

对于一般的用户来说，要求显示器在屏幕指定的位置显示需要的字符、数字和图形。对于高级用户，涉及计算机辅助设计和辅助制造中，要求设备显示绘制三维图形等。总之，显示设备和其他I/O设备相比，不仅工作速度快、无机械噪声，且还具有更强的编辑功能和通信功能，广泛用于CAD、CAM、计算机模拟、计算机网和通信网中。

显示设备子系统的硬件组成一般包括显示器件、控制器和接口。在微型系统中，控制器和接口往往合并为一个整体，称为显示适配卡。其软件组成有包含在操作系统内部的驱动程序，可有操作系统调用；提供专门图形功能的各种图形软件等。

显示器的分类

按发光原理不同，可将显示器划分为一下两类： 1.发光器件

外加电信号，发光器件将产生光辐射，从而发光，如：阴极射线管CRT(Cathode

显示器设备

Ray Tube)，发光二极管LED（Lighting Emitting Diode）和等离子显示器PDP（Plasma Display Panel）等。

2.光调节器件

这类器件本身并不发光，工作时需要另设光源。在外加电信号作用下，器件的局部区域的光特性发生变化，引起透射光和反射光。显示屏幕上收到器件形成的调制光，即随电信号而变化的光。如：液晶显示器LCD（Liquid Crystal Display）,电化学反应显示等。

按所显示的信息内容不同，可将显示器划分为：字符显示器、图形显示器、图像显示器三大类。

就一般情况而言，CRT显示设备的清晰度和分辨率较高，大多数显示终端仍以CRT显示器为主，亦是本课程设计主要讨论的对象。在CRT显示设备中，以扫描方式不同，分成光栅扫描和随机扫描两种显示器，以分辨率不同，分成高分辨显示器和低分辨显示器；以显示的颜色分类，有单色（黑白）显示器和彩色显示器，以CRT荧光屏对角线的长度分类，有12英寸、14英寸、16英寸、19英寸等多种显示器。

3.2 显示技术中的相关术语

1.分辨率和灰度级

分辨率是指显示器所能表示的像素个数。象素越高，分辨率越高，图象越清晰，分辨率取决于显像管荧光粉的粒数、荧光屏的尺寸和CRT电子束的聚焦能力。同时刷新存储器要有与显示像素数相对应的存储空间，用来储存每个像素的信息。

灰度级是指黑白显示器中所显示的像素点的亮暗差别，在彩色显示器中则表现为颜色的不用。灰度级越多，图象层次越清楚逼真，灰度级取决于每个像素对应刷新存储器单位的个数和CRT本身的性能。如果用4位表示一个象素，则只有16级灰度或颜色。如果用8位表示一个像素，则有256级灰度或颜色。2.刷新和刷新存储器

显示器设备

CRT发光是由电子束打在荧光粉上引起的，电子束扫过之后其发光亮度只能

显示器设备

维持几十毫秒便消失。为了使人眼能看到稳定的图像显示，必须使电子束不断重复扫描整个屏幕，这个过程叫做刷新。按人的视觉生理，刷新频率大于25次/秒是才不会感到闪烁。显示设备中通常选用电视中的标准，每秒70帧图象。

为了不断提供刷新图像的信号，必须把每一帧图像信息存储在刷新存储器，也叫视频存储器。其存储容量由图象分辨率和灰度级决定。3.随机扫描和光栅扫描

电子束在荧光屏上按某种轨迹运动称为扫描。控制电子束扫描轨迹的电路叫做扫描偏转电路。主要的扫描方式有随机扫描和光栅扫描两种。

随机扫描时控制电子束在CRT屏幕上随机地运动，从而产生图像和字符。电子束只用在需要做图的地方扫描，而不必扫描全屏幕，因此这种扫描方式画图速度快、图像清晰。

光栅扫描是电视中采用的扫描方法。在电视中图象充满整个画面，因此要求电子束扫过整个屏幕。光栅扫描时从上至下顺序扫描，采用逐行扫描和隔行扫描两种方式。如下图所示。

图 3-2

光栅扫描

3.3 显示方式和显示规格

1．显示器的显示方式

（1）字符/数字方式（A/N方式）

在这种显示方式下，以字符为显示内容的基本单元，又称为文本显示方式。实际上，字符是由点阵组成的，在显示过程中需将字符ASCII码转换为相应的字符点阵代码。

显示器设备

（2）图形方式（APA方式）

这种显示方式下，以点(象素)为显示的基本单位。

图形不如字符那样整齐，图形的信息更具随机性。不论字符还是图形，实际上都有许多亮度不同的、或色彩不同的像点所组成。

可用分辨率这一指标衡量显示规格。对字符方式，分辨率指一帧画面最多可显示的字符行数和列数，一般列数大于行数。进一步描述指标是每个字符点阵的组成，即横向点数与纵向点数。对于图形方式，分辨率指一帧画面最多可显示的像点数，即可显示的水平线数与每线的点数。显然，分辨率越高，画面越清晰，显示容量越大。

显示器分为单色显示器（单显）与彩色显示器（彩显）两类。对于单色显示器，可用不同灰度提供画面的多层次。对于彩色显示器，则可以不同的颜色提供更好的显示效果。相应的，可提供的灰度级别或色数也是显示规格中的重要指标。2.显示器的显示规格

显示规格取决于显示控制器（适配卡）提供的显示规格和显示头所能满足的分辨率。

随着技术的发展，显示设备的不断更新换代，各设备厂商先后推出了各种显示器适配卡，如VGA卡，A/N方式下：规格有25×40、25×80，2色、4色等。APA方式下：规格有320×200、800×600，2色、256色等。

3.4 光栅扫描成像原理

前面我们大致了解了光栅扫描方法，使大家对光栅扫描有了一定的认识，本小节中我们将更加细致的介绍光栅的扫描成像原理。

CRT显示其所用的显示器件是阴极射线管，其结构原理如图3-3所示。CRT主要由电子枪、视频放大、扫描偏转电路、荧光等几部分组成。人们之所以能在CRT荧光屏行看见所显示的图形或字符，是因为阴极射线管的电子枪所发射的电子流经过聚焦后形成电子束，轰击荧光屏，使屏幕上所涂荧光粉发出可见光。

显示器设备

要在屏幕上指定的位置进行显示，需要通过扫描偏转电路产生两个互相垂直的电磁场，控制电子束在X方向和Y方向偏转，从而将电子束引向屏幕的相应位置。

CRT显示器可以采用多种扫描方式进行工作，用得最多的是光栅扫描和随机扫描的两种方式。在随机扫描方式中，电子束没有固定的扫描路径，旨在需要的显示字符或者图形的地方扫描。因此，扫描控制信号随显示内容的不同为有所变化，这就使扫描电路比较复杂。光栅扫描则有固定格式，不管在屏幕上需要显示或者不需要显示的地方，都按统一路径全屏扫描。因此，扫描控制信号不随显示画面变化，使得扫描电路比较简单。目前，随机扫描方式只用于图形显示，而光栅扫描因控制简单，被广泛用于字符显示和图形显示器中。

图 3-3 显示头的结构原理

1.光栅的形成

在光栅扫描方式中，电子束从荧光的左上角开始，沿着稍稍倾斜的水平方向均匀地向右扫描，到达屏幕右端后迅速水平会扫到左端下一行位置，有从左向右均匀的扫描。这样一行一行的打扫描，直到屏幕最后一行的右端。然后又垂直回扫，返回屏幕左上角，重复当前的扫描过程。经过电子束如此反复的从左至右、自上而下的扫描全屏，便在荧光屏上形成一条一条的垂直分布于整个屏幕的水平扫描线，如下图示。这些扫描线称为光栅，代表电子束在屏幕上的运动轨迹。水平回扫和垂直回扫时，荧光屏上下出现亮线，CRT处于“消隐”状态，如图3-4中白线所示。

显示器设备

图 3-4

光栅-电子束的运动轨迹

为了实现这种有规律的光栅扫描，应该通过电磁场的变化，控制电子束既作水平方向的运动，又做垂直方向的运动。因此，需要在CRT的水平偏转线圈和垂直偏转线圈中，分别记接通不同频率做线性变化的锯齿波电流或锯齿波电压，如图示。水平方向的锯齿波扫描电流引起的电磁场变化控制电子束的运动，形成水平扫描线（行扫描）；垂直方向的锯齿波扫描电流引起的电磁场变化则造成扫描线的垂直移动（场扫描）。这些锯齿波电流是由CRT控制器送来的水平同步和垂直同步信号触发器的扫描电路中的锯齿波发生器产生的。

(a)行扫描电流

(b)场扫描电流

图3-5

锯齿扫描电流

2.象点存在的因素

由前面的内容可知，一帧画面是由一定数量的的平行的水平扫描线组成的，这些扫描线在一个垂直的场扫描控制下均匀的、自上而下分布于整个画面。

每条扫描线由若干像点组成。每个像点的位置和亮度取决于下面的基本因素。电子束X向和Y向的偏转决定像点的位置，电子束的通、断、强、弱决定像点的亮度。由水平同步和垂直同步信号经扫描电路产生的行。场扫描电流能够通过电磁场的变化控制电子束的X偏转和Y的偏转，那么电子束的强弱有什么信号来控

显示器设备

制呢？前面讲过，电子束由CRT管电子枪中的阴极发射的电子流经过聚焦而成。在电子枪中还没有一个控制栅，用控制栅和阴极之间的电位差来控制电子束电流的大小。因此，可将控制像点的视频信号铜鼓视频发达电路加在控制删上，这样便可以用外部信号来调整控制栅极点位的高低，以控制电子枪所发射的电子束的强弱，从而使像点的亮度发生变化。例如，当控制栅所加的信号为“1”时，电子枪发射的具有一定能量的电子束，使屏幕上相应的点发亮；当信号为“0”时，电子枪不发射电子束，使像点成为暗点。若改变所加信号的电平大小，则可控制像点具有不同的亮度（灰度）。

如果画面是彩色的，那么每个像点还要受颜色的控制。彩色CRT根据三基色原理，在显示头中设有3个电子枪，分别发射能产生红、绿、蓝3中基色的电子束。它们受3套视频放大电路的控制，将红、绿、蓝三基色视频信号（R,G,B）分别送到相应的放大电路，用R、G、B与加亮信号I不同组和控制三束电子的强弱。相应的荧屏光屏上的像点由能发出红、绿、蓝的荧光粉小点组成，当一束（或两束、三束）电子轰击对应的荧光粉小点时，屏幕上的像点便出现红、绿、蓝三基色之一或者三基色混合的其他颜色。如下图所示。

图3-6

象点颜色形成

3.字符点阵图形的形成

在CRT显示器中，画面上的字符或图形都是由若干点组成的，每个字符横向、纵向均占一定的点数，成为字符的点阵结构。常用的字符点阵结构有5×7点阵，5×8点阵，7×9点阵，如图3-7所示。所谓5×7点阵，即每个字符由横向5个点，纵向7个点，共35个点组成。其中，需要显示的部分为亮点，不需要显示的部分为暗点。

显示器设备

在CRT显示器中，用来产生字符点阵图形的器件成为字符发生器。它有专用的芯片，如APPLE-1所用的2513，采用5×8点阵，能产生64种字符的点阵信息。

图3-8是2513芯片的逻辑框图，该芯片的核心部分是一个ROM，存储64种字符的点阵码，每个字符排成5列×8行的点阵形式，如图6-13（A）所示。点阵图中字符需要显示的点用代码1表示，不需要显示的点则用代码0表示。每个字符都以这种点阵图形式的代码形式存放在ROM中，一行代码占1个存储单元，因此一个字符的点阵代码占8个存储单元，每个单元5位。

图 3-7

7×9字符点阵代码

图 3-8

2513字符发生器逻辑框图

64个字符以各自的编码的6位作为字符发生器的高位地址。当需要在屏幕上显示某字符时，按该字符的6位编码访问ROM，选中这个字符的点阵。该字符的点阵信息是按行输出的，并且要与电子束的扫描保持同步。因此，可用CRT控制器提供的扫描时序作为字符发生器的低3位地址，经译码后依次取出字符点阵的8行代码。例如，字符H的6位ASCII码是001000，以这6位编码作为高位地址访问的ROM，选中字符H的点阵代码。当扫描线序号为000，即电子束扫描屏幕上该字符未知的第一条光栅时，字符发生器输出该点阵图形的第一行代码；序号为001，扫描第二条光栅，输出第二行代码：......；知道序号为111，即扫描字符位置的最后一条光栅时，字符H的8行代码全部输出完毕。

在屏幕上，每个字符行一般要显示多个字符，而电子束在进行全屏幕扫描时，是沿屏幕从左向右的方向扫描完第一行光栅，再扫描第二行光栅。按照这种扫描方式，在显示字符时，并不是对一排的每个字符单独进行点阵扫描，而是采用对一排的所有字符的点阵进行逐行依次扫描。

显示器设备

为使屏幕上显示的字符不挤在一起，易于辨认，一排的各个字符间要留出若干点的位置，作为字符间的横向间隔，这些点都是消隐的。例如，PC机的显示器一般采用7×9字符点阵，而字符所占区间为9×14点阵。换句话说，字符间的横向间隔是2个消隐点，排间的纵向间隔是5条消隐线。

3.5 屏幕显示与显示缓存间的对应关系

为了提供显示内容，需要设置一个显示缓冲存储器，即前述的刷新存储器，或称为视频随即存取存储器VRAM（VIDEO RAM）。显示缓冲存储器的功能包括数据缓冲和屏幕刷新。其中存放每一帧画面的有关信息。显示器一方面对屏幕进行光栅扫描，一方面同步地从VRAM中读取显示内容，送往显示器件。为了使画面呈现某种动画效果，就需要使VRAM中的内容作相应的变化，或者在读取时进行某种地址转换

从硬件角度讲，显示器控制器的基本任务就是将VRAM内容同步地送往显示器屏幕。为此，需要决定何时发出的水平同步信号？何时发出垂直同步信号？何时访问VRAM？地址码如何产生？从VRAM中读出的代码是否要经过一定的转换以变为控制光点的信号？等等。这些工作以一定频率，同步地、周而复始地进行。采取不同显示规格，上述关系将不同。

VRAM中的内容一般包括显示内容和属性内容两个部分。前者提供显示字符代码，或者图像的像点信息；后者则提出有关显示的属性。本课程设计中主要讨论VRAM的显示内容。

VRAM一般设置在显示器控制器，如CGA卡，EGA卡，VGA卡中。在个人计算机中，VRAM占主存空间，从软件上讲视为主存的一部分。在独立的显示终端中，VRAM作为外围设备存在与主存分离。

我们了解各种显示器的工作原理时，应当理解和掌握屏幕显示与显示缓存VRAM之间的对应关系，即显示缓存中存放的内容、所需容量大小、缓存地址组织、由字符编码到字符点阵之间的转换，以及如何通过一组同步计数器控制屏幕的水平扫描与垂直扫描、何时访问VRAM等。

显示器设备

1.显示内容和容量

显示器主要有字符和图形两种显示方式。这儿以CRT为研究对象来讨论在这两种显示方式下，显示存储器的内容和容量。

在字符显示方式下，显示存储器中存放的是每一帧待显示字符的ASCII码，字符点阵信息则存放在相应的字符发生器中，如前面所举的2513字符发生器。在这种方式下，一个字符编码占缓存的一个字节，因而显示存储器的最小容量由屏幕上字符显示的阵列规格决定。这里我们假设在这种显示方式下字符的显示规格为m行 ×n列，那么显示存储器的最小容量（vol，单位为字节）为：

volmn

例如，一帧字符的显示规格为25行×80列，那么缓存的最小容量是2KB。

在图形显示方式下，显示存储器中存放的是每一帧待显示图形的像点代码，其中0和1分别表示图形中的暗点和亮点。这些图形可以是汉字、字符，还可以是几何图形、图标等。在这种显示方式下，显示存储器的容量取决于屏幕分辨率和现实的颜色种类。这里我们假设在图形显示方式下屏幕的分辨率为想x线×y点，每个点需要b位代码来表示，那么显示存储器的最小容量（vol，单位为字节）为：

xybvol8

例如，屏幕分辨率为200线×640点，在单色显示下，则需要一个16KB的缓存来存放一帧的像点代码。在彩色显示下，假设每个点需要2位代码来表示，则此时需要一个32KB的缓存来存放一帧的像点代码。由此我们可以得出，在分辨率（x×y）不变时，颜色增加（b↑），则显示缓冲存储器的容量也增加（vol↑）；在容量（vol）不变时，颜色增加（b↑），则显示分辨率降低（x×y↓）。2．显存的地址组织

显示缓存中不论存放字符的代码信息还是图像的像点信息，每个数据位置都应该与屏幕的位置一一对应，才能在屏幕的指定位置上获得所要显示的字符或图

显示器设备

形。一般情况下，屏幕显示从左向右，自上而下，显存地址从低到高安排。

字符显示时，屏幕上每个字符位置对应缓存中的一个字符编码字节，缓存各字节单元的地址随着屏幕由左向右，自上而下的显示顺序从低向高安排。也就是说，缓存0号单元所放的字符数据经字符发生器转换为字形后，显示在屏幕第一排字符左边第一个位置上，1号单元放的字符数据转换后显示在屏幕第一行左边第二个位置上„„缓存最后一个单元放的字符数据转换后显示在屏幕最后一排右边最末一个位置上。其缓存地址安排与屏幕位置的对应关系如图3-9所示。

图形显示时，用扫描行*列（像点的位置）对应缓存的一位（黑白显示）或几位（彩色显示)。缓存地址也按屏幕扫描顺序由低向高递增，各地址单元内高位存放的点先扫在屏幕上，低位存放的点后显示。其缓存地址安排与屏幕位置的对应关系如图3-10所示。

图 3-9

A/N方式下的地址组织

图 3-10

图形方式下的地址组织

3.信息转换

缓存中的字符编码或图形像点信息都是一些二进制代码，需要经过转换才能成为图像显示在屏幕上。下面讨论在字符方式和图形方式下，缓存中的信息如何转换为屏幕上的图像。

在字符方式下，首先从缓存取出字符编码，将字符编码和CRT控制器提供的扫描时序分别送入字符发生器地址端高位和低位，取出字符的一行点阵代码。这行代码是并行输出的，需要送入移位寄存器转换为串行的点脉冲信号。将这串点脉冲作为视频信号依次送入CRT视频接收端，控制屏幕上像点的亮度，在相应的扫描线上形成与该行点阵代码相对应的亮点和暗点。重复上述过程，屏幕将出现一帧字符的图像。如图3-11所示。

显示器设备

图像显示时，因为缓存中存放的就是像点信息，所以转换比较简单。由缓存取出一个字节的像点信息直接送入移位寄存器，在点频的控制下进行移位，串行地输出与扫描同步的视频信号，用以控制在屏幕上显示相应的图形像点。如图3-12。

图 3-11 字符方式下的信息转换

图 3-12 图形方式下的信息转换

4.同步控制

不论是字符还是图形显示方式，都要求行、场扫描和视频信号在时间上严格同步，即电子束扫描到某点位置，相应视频信号应同时送到，控制点亮或不亮。这里就需要解决以下几个问题：何时访问显存，取字符编码或图形点代码？何时发水平同步信号？何时发垂直同步信号？第一个问题是如何控制产生相应的视频信号，后两个问题是如何控制电子束扫描。

为解决上述提出的几个问题，在显示器中设有若干级计数器，对显示器点频进行若干级分频，产生相应控制信号。

对于我们课程设计中重点研究的字符显示方式，其中设置了4级计数器，分别是点计数器、字符计数器、线计数器、行计数器。

假如，PC机的显示规格为：每帧最大显示25行*80列，字符点阵7*9，自付区9*14。那么，各计数器之间的对应关系如下图所示（图中l为水平回扫轨迹折合所占的字符数，m为垂直回扫轨迹折合所占的行数）。

图3-13

字符显示方式下各计数器之间的对应关系

点计数一个循环，访问VRAM一次以读取显示字符的编码，VRAM的地址根据行计数值与字符计数字决定。

每读一次VRAM，就紧跟着读一次字符发生器ROM，由VRAM读出的字符编码产生ROM的高位地址，线计数值决定ROM的低位地址。

显示器设备

每次从ROM中读出显示字符的一线7位，由点脉冲控制逐位显示7点（亮或暗）。

由于每条水平扫描线只能显示一行字符（可多达80个）的一线，所以，上述访问VRAM与ROM的过程需要重复9遍（每遍又要多次访问VRAM和ROM，以读取不同的字符），才能显示完整的一行字符。

字符计数循环一次，发一次水平同步信号。行计数循环一次，发一次垂直同步信号。

为了让大家对字符显示方式的同步控制有更为明晰的认识，这儿将其与图形显示方式的同步控制做比较。

在同步显示方式下，设置了3级计数器，它们分别是点计数器、字节计数器、线计数。设某单色图形显示器的分辨率为800点*200线。那么各级计数器之间的对应关系如下图所示（图中l为水平回扫轨迹折合所占的字节数，m为垂直回扫轨迹折合所占的线数）。

图3-14

图形显示方式下各计数器之间的对应关系

3.6 本章小结

本章中我们了解了各种显示设备以及显示技术的相关术语，进而结合CRT的工作方式介绍了字符和图形两种显示方式，并在这两种显示方式的对比中让大家对显示器有更深的理解和认识。在屏幕的组织形式的基础上，我们进一步了解了屏幕显示和显示缓存之间的对应关系，并结合两种显示方式进行了较为细致的说明。最后我们结合屏幕的显示，展示了显示器内部各级计数器之间的对应关系。在下一章中我们将结合以上原理进入本课程设计的核心---用flash演示字符显示方式下屏幕显示和显示缓存之间的对应关系以及信息的转换路径。

开发流程

第四章开发流程

本章概要：

使用FLASH实现A/N显示方式的演示动画,首先构建实现的大致思路： 1.各图形组件的绘制

2.箭头的绘制及动态效果实现

3.字符矩阵的绘制及扫描动画实现方法 4.A/N显示方式流程及其动态描述 5.时序控制与优化 6.播放控制 7.美化及校验

4.1 图形组件绘制

首先规划静态组件的大体位置。需要绘制的静态组件如下：VRAM、ROM、地址译码器、移位寄存器、扫描时序、行译码器。

考虑到便于管理，将绘制的图形一律声明为元件。在元件库里统一管理。

开发流程

图4-1 各图形的绘制

为便于管理各图形都以元件的形式由元件库统一管理

4.2 箭头的绘制及动态效果实现

首先按需绘制好长度合适的箭头。

接下来考虑箭头动态效果的实现。在演示动画里希望达到的效果是：箭头所代表的信息传递路线第一次出现时，箭头以擦除效果出现；当该信息传递路线再次被使用的时候，箭头产生闪烁效果以标志此路线被激活。

图4-2 箭头动态效果实现

利用遮罩图层的滑动达到箭头的动画效果

开发流程

箭头动画具体在FLASH中的实现是利用了遮罩图层功能（见图4-2）。为每个箭头建立对应的遮罩图层，遮罩图层的运动会引起箭头的可见性的变化。对遮罩图层内容使用用补间动画可以实现箭头的擦除效果，而闪烁效果则直接对遮罩内容进行几次遮挡和移开就可以实现。

4.3 字符矩阵的绘制及扫描动画实现方法

为了清晰展示出光栅逐行扫描的过程及其内部实现，我采用了数字01和色块结合的方式进行描述。矩阵中1表示改点要显示，同时用红色色块进行标识。（见图4-3）

图4-3 字符矩阵的绘制

用数字01和色块结合的方式进行描述

扫描动画的实现方式和箭头动画类似，都是在加动画的图层上添加一个遮罩图层，利用遮罩图层的逐行运动产生逐行扫描的效果。（见图4-4）

开发流程

图4-4 扫描动画的实现

4.4 A/N显示方式流程及其动态描述

这一步中应按时序将要实现的动画效果准备好。

在演示动画中期望达到的预期效果中有如下部分需要动画： VRAM——>地址译码器（提取字符ASCII码）地址译码器——>ROM（找到对应的字符矩阵）ROM——>移位寄存器（将并行数据转化为串行）移位寄存器——>逐行扫描

CRT控制器——>行译码器（发出扫描信号）行译码器——>ROM（确定要扫描的行号）

4.5 时序控制与优化

在这一步需要统筹考虑动画的时间安排，将第4步中涉及的动画过程分组管

开发流程

理，根据时序在时间轴上安排动画。

（注：分组管理的思想对于FLASH这种多图层编辑软件来说尤为重要，相当于面向对象的程序语言中的“类”，将具有类似行为属性的元素统一封装管理。）

在这一步已经完成了基本动画的演示，根据播放效果进行时间上的优化。

4.6 播放控制

为了达到更好的展示效果，需要对动画提供控制信息，以便控制动画的播放状态。

此处添加了三个按钮，分别实现回放、暂停、和播放。（见图4-5）

图4-5 播放控制

图中按钮自左向右依次是回放、暂停和播放

FLASH CS4中不再提供直接在按钮上添加动作的功能，只能在帧上添加动作，因此需要为每个按钮注册为监听者。以播放按钮为例，最后一行为注册。（见图4-6）

开发流程

图4-6 播放按钮的脚本描述

将所有按钮制作完毕之后，希望影片在按下播放键之后才播放（而不是初始就自动播放），需要在场景的时间轴上添加一个控制图层，第一帧中加入stop();命令。

4.7 美化及校验

最后，为使演示动画更完美，为演示动画做美化和收尾工作。最终大功告成：

开发流程

图4-7 最后的美化工作

4.8 本章小结

本章主要讨论了A/N显示方式演示动画的FLASH实现。其中涉及到的要点有组件的动画效果实现，字符矩阵动画的实现思路，并梳理了A/N显示方式的逻辑流程。为了完善动画演示过程，我们还在FLASH中加入了对播放的控制，以及一些简单的脚本编写。

总结与改进

第五章总结与改进

5.1 总结

显示设备是几乎每个人在日常生活中都接到的器件，包括电视机屏幕，电脑显示屏，手机显示屏等等，而显示设备本身也是千变万化。随着踏入21世纪的大门，科学技术驶入了快车道，而这也带来了显示设备的不断升级换代，从CRT到LCD，再到LED，其中又伴随着设备体积的减小，分辨率的逐渐提高，在带来极好的便携性的同时，也给我们的视觉也带来一次次的冲击。新一代的显示技术正在日新月异，高清的，可折叠式的塑料显示器，利用空气反射等构成的显示设备、显示原理和显示方式正在一步步向前推进。

本次课程设计在显示器的不断更新换代的背景下，向您介绍了基本的显示设备，而后以CRT显示设别为例，介绍了主要的两种显示方式以及显示器的显示原理，为您进一步了解各种新型的显示设备打好基础。其中，通过对比字符显示方式和图形显示方式，让您能够更加深刻的理解两种显示方式以及它们不同的工原理，而后结合具体的flash演示系统，使您以更加直观的方式去了解显示器的显示原理，屏幕组织和显示缓存之间的对应关系，以及光栅扫描的成像原理。限于时间等因素，课题中只是通过字符显示方式的flash演示向您展示了显示缓存的内容、地址组织以及各种信号的同步控制，而图形显示方式在第三章显示设备中有较为详细的介绍，只要根据图形显示方式的相应的基本显示原理和显示缓存的地址组织等，便可以做出和字符显示方式下的flash演示相似的效果。最后希望大家能结合文中的基本原理和flash演示对显示设备的显示原理有较为深刻的理解，为进一步的学习打下坚实的基础。

5.2 不足之处及改进方式：

由于时间仓促以及同学们水平有限，对课程中的错误以及不足之处，恳请老师批评指正。

总结与改进

我们也认识到本课程中有些不足的地方，各种显示设备以及显示技术的相关术语，很多地方我们都只是简要的说明了一下，某些具体的事例也缺少相应的图文说明。

比如说显示器到底是什么，其实到目前为止显示器的概念还没有统一的说法，但对其认识却大都相同，顾名思义它应该是将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射人眼的一种显示工具。从广义上讲，街头随处可见的大屏幕，电视机的荧光屏、手机、快译通等的显示屏都算是显示器的范畴，但目前一般指与电脑主机相连的显示设备。

在显示器的分类上，可以按：1.显示器的尺寸 2.调控方式不同 3.显像管种类的不同等多种方式进行分类4..按发光原理不同等多种方式进行分类。而在我们课程设计之中只是简要按发光原理不同而进行了分类。

在有关刷新和刷新存储器的方面：动态MOS存储器的刷新可以分为：1.集中式刷新方式 2.分散式刷新方式 3.异步式刷新方式而这些我们都并没有去详细讲解，而只是简要的说明了下。

在有关屏幕显示与显示缓存间的对应关系的讲解处，也缺少相应的图形进行帮助分析说明,所以文中相应的地方可以适当加些图片进行辅助说明，如图所示:

图 5-1

屏幕显示与显示缓存间的对应关系

总结与改进

由此可见如果每个知识点我们要去深入的研究的话，这几乎是不可能的，这

总结与改进

也是超出了同学们的理解范围的了。所以文中很多相关术语我们也是简要的讲解了下，并没有进行深入的探讨。而后对于两种主要的显示方式，我们只是较为详细的介绍了字符显示方式，对于图形显示方式我们只是以类比思想的方式，大概介绍了一下。而后的演示系统也只是向您较为直观的展示了字符方式下的屏幕组织和缓存组织，以及对应的同步控制等，而对于图形显示方式只是在原理方面有较为详实的介绍，具体实现只需按部就班，仿照着字符显示方式的实现方式去做，本次课程中限于时间关系就没有具体实现。

至于作为本课程设计的核心部分-------用flash演示字符显示方式下屏幕显示和显示缓存之间的对应关系以及信息的转换路径，也存在这一些不足之处。其中最大的缺陷便是该程序缺少必要的用户交互界面。如果能够在这方面做的更为生动点的话，那么运行效果就更好了。比如用户可以任意的在一个文本框中输入一串字符串，然后程序会在舞台上显示出相应的运行效果，这样就能使用户感觉更为真实与互动。

在flash制作中画面的整洁是很重要的，一个整洁的画面可以让人第一眼看上去感觉很很清晰自然，也显得井然有序。

其次应该要尽可能的使用图层，因为图层可以让我们在程序制作的过程中，对整个程序的结构以及流程都能够很清楚地把握住。

还应该要多使用影片剪辑实例，很多同学在制作flash的过程中都喜欢把所有的内容都放在主时间轴上，制作混乱，修改起来连自己也找不到地方，并且顾此失彼。其实好的课件主时间轴上只有为数不多的关键帧，每一个关键帧上放置一个主题内容，这些内容都包含在一个影片剪辑之中，制作方便，修改也就不必到处乱找了。这些都是我们在本课程制作过程中还得注意的地方。

缺少与动画播放同步的音频讲解也是本课程设计的一大缺陷，一个好的flash课件都是音频与视屏或者动画相结合同步播放的，所以这也是我们还需改进的地方

当然同学们都是已经尽够自己的最大努力的了。主要还是由于很多同学都没有学过flash制作，同学们的水平有限，所以最后效果也显得不尽完美，还需老师能够指正！

参考文献

1、罗克露，单立平，刘辉，俸志刚等编著。计算机组成原理。电子工业出版社，2004.8

2、白中英著。计算机组成原理。高等教育出版社，2002.6

3、王爱英主编。计算机组成与结构。清华大学出版社，2000.12

4、王闵编著。计算机组成原理。电子工业出版社，2001.1

5、王诚主编。计算机组成与设计。清华大学出版社，2002,9

6、张新荣，刘锋，杨洁，张钢编著。计算机组成原理教程。北京希望电子出版社，2002.7

7、马维华等编著。从8086到Pentium III微型计算机及接口技术。科学出版社，2002.2

8、周明德编著。微型计算机系统原理及应用。清华大学出版社，2002.6

9、李继灿主编，郭麦成等编著。微型计算机技术及应用——从16位到64位。清华大学出版社，2003.2

10、袁开榜编著。计算机组成原理。高等教育出版社，1994

11、（美）斯托林斯（Stallings,W.）。Computer Organization and Architecture：Designing for Performance。Prentice Hall，21July, 2005

12、（荷）特纳鲍姆（Tanenbaum,A.S.）著。Structured Computer Organization（第四版）。Prentice Hall，2002.1

13、John D.Carpinelli。Computer Systems Organization&Architecture。Pearson Education，2002.1

14、John P.Hayes。Computer Architecture and Organization。Prentice Hall，2001.10

篇2：组成原理课程设计论文

课程论文

题

目系

部专

业班

级学生姓名指导教师

计算机组成原理课程综述

计算机科学与技术计算机科学与技术 11级计本（2）班

张向东

2013 年 5 月 27 日

计算机组成原理课程论文

内容摘要：

论文主要论述冯-诺依曼型计算机的基本组成结构器件与其控制单元的构建方法，一台计算机的核心是中央处理器，中央处理器的核心就是他的控制单元，控制单元相对于计算机而言类似于人的大脑，人体的各种行为取决于大脑的指令控制，计算机的各种操作方式取决于控制单元的指令，控制单元直接影响着指令系统，它的格式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，影响机器的适用范围。

关键词：冯诺依曼型计算机的组成，中央处理器，控制单元，指令系统，微指令

一、计算机组成原理课程综述：

本课程的教学采用从整体入手，层层深入细化的方法详细的阐述了计算机的组成以及各部件的工作原理和工作方式，先是介绍计算机的基本组成，发展和展望。后面分阶段详述了存储器，输入输出系统，通信总线，中央处理器的特性结构和功能，包括计算机的基本运算，指令系统和中断系统，并专门介绍了控制单元的功能和设计思路和实现措施。

二、课程主要内容和基本原理：

（一）计算机系统的硬件结构：

计算机的系统包括系统总线、存储器和输入输出系统 1.总线：

总线是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构，它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线，微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。2.存储器：

存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。按用途存储器可分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）,也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据会丢失。

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。

存储器是具有“记忆”功能的设备，它采用具有两种稳定状态的物理器件来存储信息。这些器件也称为记忆元件。在计算机中采用只有两个数码“0”和“1”的二进制来表示数据。记忆元件的两种稳定状态分别表示为“0”和“1”。日常使用的十进制数必须转换成等值的二进制数才能存入存储器中。计算机中处理的各种字符，例如英文字母、运算符号等，也要转换成二进制代码才能存储和操作。3.I/O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。计算机外部设备。在计算机系统中除CPU和内存储外所有的设备和装置称为计算机外部设备（外围设备、I/O设备）。I/O设备：用来向计算机输入和输出信息的设备，如键盘、鼠标、显示器、打印机等。

I/O设备与主机交换信息有三种控制方式：程序查询方式，程序中断方式，DMA方式。

（二）中央处理器

1.计算机的运算方法：

计算机的内部形式为0和1组成的各种编码参与各类数据的运算，这里详细的解读了计算机在自动解题过程中数据的加工处理流程。在计算机中参与运算的数分为有符号数和无符号数两种，相关的有数的定点表示和浮点表示以及定点浮点的相关运算。2.指令系统：

指令系统是计算机硬件的语言系统，也叫机器语言，它是软件和硬件的主要界面，从系统结构的角度看，它是系统程序员看到的计算机的主要属性。因此指令系统表征了计算机的基本功能决定了机器所要求的能力，也决定了指令的格式和机器的结构。对不同的计算机在设计指令系统时，应对指令格式、类型及操作功能给予应有的重视。

计算机所能执行的全部指令的集合，它描述了计算机内全部的控制信息和“逻辑判断”能力。不同计算机的指令系统包含的指令种类和数目也不同。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）。3.运算器：

计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较和传送等操作，亦称算术逻辑部件（ALU）。

运算器由：算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。算术逻辑运算单元（ALU）的基本功能为加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、求补等操作。计算机运行时，运算器的操作和操作种类由控制器决定。运算器处理的数据来自存储器；处理后的结果数据通常送回存储器，或暂时寄存在运算器中。与运算器共同组成了CPU的核心部分。

（三）控制单元：

控制单元负责程序的流程管理。正如工厂的物流分配部门，控制单元是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR、指令译码器ID和操作控制器0C三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。它根据用户预先编好的程序，依次从存储器中取出各条指令，放在指令寄存器IR中，通过指令译码(分析)确定应该进行什么操作，然后通过操作控制器OC，按确定的时序，向相应的部件发出微操作控制信号。操作控制器OC中主要包括节拍脉冲发生器、控制矩阵、时钟脉冲发生器、复位电路和启停电路等控制逻辑。1.微指令

在微程序控制的计算机中，将由同时发出的控制信号所执行的一组微操作称为微指令。所以微指令就是把同时发出的控制信号的有关信息汇集起来形成的。将一条指令分成若干条微指令，按次序执行就可以实现指令的功能。若干条微指令可以构成一个微程序，而一个微程序就对应了一条机器指令。因此，一条机器指令的功能是若干条微指令组成的序列来实现的。简言之，一条机器指令所完成的操作分成若干条微指令来完成，由微指令进行解释和执行。微指令的编译方法是决定微指令格式的主要因素。

三、心得体会：

学习了这门课程后，我加深了对计算机的组成原理的理解，对计算机的构建也有更深层次的体会，使我以前对于计算机的好奇心得到了充分的满足，对于计算机的迷茫也得到了解决，并且使我对计算机的兴趣更加浓厚了，我有信心和兴趣对计算机进行更深入的探索。计算机的每一次发展，都凝聚着人类的智慧和辛勤劳动，每一次创新都给人类带来了巨大的进步，计算机的发展一直都代表着人类最高科技的进程。所以我们要时刻保持着自己的求知欲，只有永不倦怠的学习才会不被社会淘汰，才会在计算机领域内有所作为。当然我也十分期待未来的计算机带给人们更大的惊喜和进步。

四、结语：

自从1945年世界上第一台电子计算机诞生以来，计算机技术迅猛发展，CPU的速度越来越快，体积越来越小，价格越来越低。微型计算机走进千家万户也成为了现实，然而这并不是终点，还有着更多的难题等待着我们去突破去研究，越来越多的专家认识到，在传统计算机的基础上大幅度提高计算机的性能必将遇到难以逾越的障碍，从基本原理上寻找计算机发展的突破口才是正确的道路。近年来很多专家探讨利用生物芯片、神经网络芯片等来实现计算机发展的突破，但也有很多专家把目光投向了最基本的物理原理上，因为过去几百年，物理学原理的应用导致了一系列应用技术的革命，他们认为未来光子、量子和分子计算机为代表的新技术将推动新一轮超级计算技术革命。

五．参考文献：

《计算机组成原理》唐朔飞高等教育出版社

篇3：组成原理课程设计论文

《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业、软件工程专业的专业骨干课程,该课程围绕着构成计算机的五大部件全面详细的阐述了计算机的组成和各部件的工作原理,并引申出各部件的设计实现方法。

为了能够让学生对《计算机组成原理》这门课程有一个感性的理解, 我院于2009年购置了由清华大学计算机学院研制开发的TH- union+ 教学实验系统,将其应用于《计算机组成原理》实验课程。 TH- union+ 教学实验系统本身就是一台简单的计算机,该实验系统不仅能够支持传统的硬件实验,而且创造性的在实验系统中增加了汇编语言指令系统,使得很多传统硬件实验在连接了硬件电路之后,不再使用手动开关向存储器输入指令和数据的方式验证电路的正确性,而是改用通过输入汇编语言程序对电路的正确性进行验证,大大提高了工作效率, 也能够更好的促进学生对理论知识的消化和理解。因此在实验课程的设置中,全体实验大致可以分成两个部分,第一部分是结合TH- union+ 教学实验系统现有的汇编语言编写简单的应用程序,以达到熟悉掌握实验系统各部分硬件的目的。第二部分是在第一部分的基础上由学生利用VHDL语言设计一个8位的CPU,并利用实验系统的汇编语言进行编程, 以验证CPU设计的正确性。在整个实验教学过程中,利用实验系统的汇编语言编程是实验的一个重要环节,但在教学过程中,我们发现,由于学生初次接触该实验系统,对它的汇编语言指令不熟悉,常常和已经学过的8086汇编语言指令混淆, 导致利用实验系统的汇编语言编程的能力不足,对后续实验有一定的影响,因此我们课程组全体教师就有了设计一个汇编语言转换器的想法。

二、对TH- union+ 教学实验系统的改进

TH- union+ 教学实验系统是一个优秀的《计算机组成原理》课程实验教学平台,它最初的受益者是清华大学计算机学院的学生,而我们黑龙江大学计算机学院软件学院的学生与清华大学计算机学院的学生相比,动手能力、综合技能还存在一定的差距,正是由于我院学生的这些差距,使我们必须对TH- union+ 教学实验系统进行改进。

TH- union+ 教学实验系统上有一个汇编语言,它和我们学过的8086汇编语言没有任何关系。也就是说同学们要做计算机组成原理实验就要再学一次汇编语言。这个汇编语言一共有48条指令,只有4种寻址方式,有16个寄存器,……,一切都变了。因此我们必须用一个方法使学生快速学会新的汇编语言,并利用它进行程序设计。

TH- union+ 教学实验系统的设计者为了使实验系统更接近真实的计算机在指令系统中设计了与输入输出操作有关的指令,使得程序在设计过程中可以进行输入输出操作。但是遗憾的是,学生在学习8086汇编语言时, 所有的输入输出操作都是由DOS系统功能调用函数实现, 没有涉及到真正的底层硬件输入输出操作,现在在实验系统上首次自己编写输入输出函数,对学生具有一定的挑战性,这是实验系统的第二点需要改进的地方。

三、解决方法

基于以上两点,课程组全体教师决定自行开发一款辅助软件, 用来实现实验系统的汇编语言程序与8086汇编语言程序相互转换, 进而指导辅助学生快速掌握TH- union+ 教学实验系统的汇编语言和相关知识。

本辅助软件是利用windows下linux模拟环境的flex工具和gcc编写完成的。 flex是linux下的一个用来开发编译器的工具, 主要用于词法分析器的设计开发。由于本辅助软件需要对两种汇编语言的语句进行转换, 其过程包括大量的词法分析工作,因此我们选用flex工具,以缩短开发周期。

本辅助软件由两个可执行文件、两个示例程序和一个说明文件构成, 两个可执行文件暂时定名为my和your。my的功能是把TH- union+ 教学实验系统的汇编语言程序转换成8086汇编语言程序。 your的功能是把8086汇编语言程序转换成TH- union+ 教学实验系统的汇编语言程序。

由于指令格式的原因,实验系统的汇编语言指令操作数的寻址方式全部隐藏在操作码中,也就是说在指令译码的时候, 当指令译码器分析出指令功能的同时,也知道了指令中各操作数的寻址方式。这就使得实验系统无论在指令数量还是在寻址方式方面都比8086汇编语言指令系统简单, 我们把实验系统的汇编语言看成是8086汇编指令系统的子集。当my程序扫描到实验系统汇编语言指令时, 根据操作码就可以判断出它对应的8086汇编指令是什么, 寻址方式是什么, 然后转换成8086汇编语言指令即可。通过my对两种汇编语言相互转换,提示学生注意两种汇编语言的相同点,以便学生在阅读实验系统汇编程序时快速理解它的编程目的。

your的功能是把8086汇编语言程序转换成实验系统的汇编语言程序。在具体操作中,由于8086汇编语言比实验系统的汇编语言复杂,所以需要做一些简单的限制,以便程序转换。

第一, 我们约定your只能转换正确的8086汇编语言程序。辅助软件的设计目的之一是要学生在已经掌握8086汇编语言的基础上, 不需要再额外学习其他汇编语言就可以在实验系统上编写程序,因此我们假设学生能够利用8086汇编语言在通用计算机上实现实验程序的设计。为了便于学生利用8086汇编语言设计程序,我们在软件包中增加了一个示例程序2.asm, 它本身也是一个8086汇编语言程序框架, 学生利用这个框架编程效率会更高。为了保证程序的正确性,在软件中附带了Boland公司的Turbo Assembler汇编语言编译器 ( 简称tasm) , 学生编写的汇编语言可以用tasm编译成可执行文件,以保证程序的正确性。

第二, 我们要对8086汇编语言程序做简单的语法分析。由于实验系统汇编指令的操作数寻址方式都是固定的, 而8086汇编语言的指令系统操作数寻址方式是不固定的, 这就使我们不得不对8086汇编语言程序进行简单的语法分析。

具体操作如下: 转换程序your扫描到一条指令首先对指令的操作码部分进行分析,判断该指令是否可以转换成TH- union+ 教学实验系统的汇编语言指令,如果可以就在指定变量中设置一个指令对应的数值,如果不能转换就输出一行字符串,提示用户你的程序中使用了不可转换的8086汇编语言指令, 在转换过程中把这条指令忽略。 8086汇编语言指令系统是一个复杂指令系统,指令存在大量的功能冗余,因此辅助软件采用忽略指令的方式,在这里也可以采用发现不可转换的指令就发出错误提示,然后强行结束转换的方式,但课程组老师考虑到每个人的编程习惯不同,所以采用前者比较温和的提示方式。

然后是对操作数寻址方式的判断,同样根据不同的寻址方式在指定变量中设置对应的数值,如果是实验平台支持的寻址方式,就直接转换成相应的实验系统汇编语言指令,如果不是实验平台支持的寻址方式,系统将提示出现错误,并强行结束转换。在这一过程中最麻烦的是一些寻址方式的转换。例如在8086汇编语言指令系统中,双操作数指令允许目的操作数采用寄存器寻址方式,源操作数采用立即寻址方式。例如:add ax,10,但是实验系统的汇编语言规定双操作数指令的两个操作数都采用寄存器寻址方式, 只有MVRD指令支持立即寻址,因此一旦发现上述指令,转换程序将产生下面四条指令,以保证程序的正确性。

PUSH R15

MVRD R15,10

ADD R0,R15

POP R15

第三 , 我们要对输入输出指令单独处理。由于TH- union+ 教学实验系统有自己的输入输出指令,这些指令与8086汇编语言的输入输出指令完全不同, 为了简化问题,便于学生们迅速掌握串口操作,我们约定在编写与输入输出操作有关的程序时,必须采用事先设计的宏。首先我们在示例程序2.asm中利用DOS系统功能的7号子功能和2号子功能实现基本的输入输出宏。在编程过程中凡是遇到输入输出操作都调用这两个宏。然后我们把这两个宏名加入到转换程序中,当转换程序扫描到这两个宏名将自动生成对应的实验系统汇编指令。在程序设计过程中,实验系统的输入输出操作采用查询方式,因此每次生成的实验系统汇编程序里面一定要带一个有条件跳转指令和标号,在具体操作时,很可能出现多次使用输入输出操作, 每次产生的标号都要不同, 所以程序中必须对生成标号进行处理,这是此部分的设计重点。

本辅助软件首次应用于2012级软件学院的实验教学中,提高了教学效率,取得较好的教学效果,同时也有许多热心的同学对辅助软件提出了宝贵的意见,课程组全体教师将根据师生的反馈意见进一步完善辅助软件, 为以后的实验教学提供更多更好的支持。

参考文献

[1]王诚,刘卫东,宋佳兴.计算机组成与设计:第三版[M].北京:清华大学出版社,2008:7.

[2]王诚,刘卫东,宋佳兴.计算机组成与设计实验指导:第三版[M].北京:清华大学出版社,2008:8.

篇4：组成原理课程设计论文

关键词：计算机组成原理；实验教学；改革

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)12-21702-02

Discussing the Teaching Model of The Organization Principle of Computer in Computer Experiment Course

HAI Lin-peng,CHEN Feng

(Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003,China)

Abstract:The paper discusses the teaching model of The Organization Principle of Computer in computer experiment course, and puts forward a few methods to improve the teaching effect by analyzing the present condition which exists in many Chinese universities. All of these can promote the development of teaching of The Organization Principle of Computer in Chinese universities.

Key words:The Organization Principle of Computer;experiment lesson;reform

“計算机组成原理”是工科计算机及其相关专业的一门重要的专业基础课程。它是讲述计算机的一般结构、组成、原理的课程。本课程从计算机的基本概念、基本组成及基本功能着手，对计算机的各个基本组成部件的工作原理进行讨论，使学生掌握有关硬件的基本知识，尤其是各基本组成部件如何有机连接构成整机系统的技术，为培养学生对硬件系统的分析、设计、开发和使用能力打下基础。本课程的基础课是数字电路、离散数学等，后继课程有计算机系统结构、微机原理等。学生通过这门课的学习，要掌握计算机的基本组成与运行原理的基本知识(主要是运算器和控制器)，计算机硬件设计、制造、调试和运行维护等多方面的基本技能。为此，这门课的实验环节就显得尤为重要。在开展好理论教学的同时, 对实验教学环节必须给予足够的重视。通过实验教学，使学生具有较强的分析问题和解决问题的能力，以适应科学技术的飞速发展。

1 “计算机组成原理”课程实验教学的现状及存在的问题

目前, 计算机组成原理课程的教学基本上都是采用理论教学+实验的方式，这种方式被国内外大学普遍采用。课堂教学讲授基本概念和理论知识，实验主要是为了加深对基本概念和理论知识的理解及培养动手能力。我国的计算机组成原理实验教学基本采用“计算机组成原理实验箱+ PC机仿真终端”共同完成实验的方式。一般来说，这种结构的教学机的硬件部分都在实验箱上实现。我院教学主要采用的的是清华大学研制的TEC-2实验系统。TEC-2实验系统是清华大学专门为《计算机组成原理》课程的教学实验而研制的。该系统的硬件和软件完整，配备合理。 TEC-2机的主体，包括计算机的运算器、控制器、存储器三个功能部件，配备了两个串行接口电路，可以接终端、 PC 机或另一台 TEC-2机，装置上还设置了 20 余个钮子开关、两个十二位的微型开关、多个按键和 16 个发光二极管，用于手动方式的实验。此外，还配有多种实验接口板用 50 芯扁平电缆与接口机进行联机，学生可以在接口板上搭接线路，完成硬软件的调试实验。该实验设备从这门实验课开设之初到现在为计算机组成实验的教学立下了汗马功劳。但是, 随着计算机技术的发展，它已经不能满足我们的教学目标，在这几年的教学实践中，我们发现了几点不足。

(1)实验设备的可维护性不好。TEC-2实验箱是上世纪90年代末的产品，所采用的主要器件的型号比较老。现在这些芯片在市面就很难买到。过了厂家的保修期后，维护起来就比较麻烦。由于操作实验箱的的学生好多都不太熟练，难免有操作错误的时候，损坏芯片是常有的事。由于缺少相应软硬件支持，使得维修周期比较长，影响了实验课程的正常开设。

(2)实验的交互性不足。在实验课上, 教师通常会按着实验目的、实验内容、实验结果的思路给学生讲解, 然后演示。但是部分学生理解能力有差异，在课堂上往往掌握的不太好, 到了实验室面对实验箱经常不知所措，影响实验效果。如果有一个好的仿真软件, 教师在课堂上可以通过多媒体教学设备先模拟一下,让学生看到实验效果，那么实验的效果会好一些。

(3)实验的扩展接口太少。TEC-2实验箱厂家在设计的时候,根据需要用到了少量可编程器件, 这些都是有固定作用的, 学生不能改动其中的程序，整体功能还不强大，所以学生只能在实验箱上面做验证性实验，相对的提高性的实验完成起来就比较困难。

在教学过程中，我们还发现传统的实验教学模式也有几个问题值得注意。传统实验教学模式一般由这样几个步骤完成: 首先由老师简单讲解课堂实验的内容及原理。然后学生按要求的实验步骤完成实验项目。最后老师检查实验数据记录。这种传统实验的教学中，少了一个重要的环节，就是学生对本节实验课理解程度以及创新能力的考查。所以实验过程中经常有下面几种情况发生。

第一, 实验过程中不求甚解。现在上实验课，大部分学生在实验过程中, 只是按老师安排好的实验步骤完成实验，而对于步骤的原因及电路结构根本不假思索，对于芯片及电路的作用也不去考虑。实验做完了还是什么都不知道。这样做实验, 根本无法真正做到理论与实际的结合，也很难培养出动手能力强、有创新能力的学生。

第二, 学生对实验的主动思考能力没有调动起来。作为教师，在实验过程中我们不能只是等着学生来提问，而因该主动的去激发学生学习积极性。为此我们需要为每个实验设置一些要求学生动脑筋的思考点，激发学生对实验的思考，从而让学生真正掌握试验中所包含的知识。

2 相应的改进思路

(1)更新实验仪器设备。鉴于原有试验设备已经老化，我们申请购置一批新型的实验设备，主要包括TEC-XP实验系统。TEC-XP是16位的教学实验系统，它有自己的指令系统和监控程序，能够与终端或PC机相连，可以进行联机操作和执行比较完整的程序。实验系统分成主要的两个部分：一部分采用模块化的结构(运算器、控制器、主存储器、I/O接口和中断)构成一台完整的模型计算机，支持组合逻辑控制器和微程序控制器两种控制器方案，两种控制器紧凑合理，完成教学实验方便高效；另一部分采用先进的FPGA芯片，学生可自行设计CPU(流水和CACHE)。系统的软硬件配置完整，技术资料齐全，支持的实验项目多达14项，比现有设备多了许多。有了这套设备，我们就可以让学生体验更多的教学内容，锻炼学生的动手能力和自主创新能力，提高实验教学效果。

(2)加强与数字电路技术实验的衔接。“数字电路技术”是计算机组成原理这门课的重要的先导课，在教学过程中我们发现好多学生数字电子技术学得不好，直接影响到计算机組成原理这门课程的学习。在进行计算机组成原理实验时, 最难就是控制器部分的实验，它和数字电路技术中的组合逻辑电路设计和时序电路设计紧密相关。如果在上述试验中引入相关加法器的内容，则为学生学习组成原理实验打下了良好的基础。

(3)改革实验教学模式。为了改变学生在实验课上不求甚解得情况，我们决定改革实验教学模式。我们将实验分为三个阶段：基础性实验，验证性实验和设计性实验。在基础性实验阶段，学生将学习实验设备的使用，基本实验方法和技术，实验机系统结构的组成等。通过设计小实验的验证和应用，要求学生掌握实验系统中每个单元模块的内部结构及相关电子芯片的基本逻辑，理解单元模块的工作原理及该单元模块在整机系统中的应用；在验证性实验阶段，我们将要求学生掌握实验箱中指定的基础性实验项目。在实验以前，学生要先预习实验内容，并填写预习报告。我们在预习报告中将提出一些与实验有关的问题，要求学生作答。教师在确认学生预习报告合格后方可让学生进入实验室做实验。这样可以迫使学生必须去思考实验内容，从而为实验内容打基础；在设计性实验阶段，我们将利用实验设备的强大功能，让学生自行设计一些题目并加以实现，或指定一些题目。通过这一阶段的系列实验，要求学生能利用在第二阶段建立的整体思想，对指导教师提出的课题任务，提出解决方案，陈述原理的应用，自主设计实验所用的单元模块以及实验步骤，进而通过实践得出实验结论。学生在这一阶段, 通过自主实验的设计，整体素质将得到很大的提高。

3 结束语

计算机组成原理是一门非常重要的专业基础课，其实验教学过程尤为重要。我们希望通过我们的努力，能使学生学好这门课程，达到融会贯通，动手能力得到进一步的提高，为以后的课程的学习打下良好的基础。

参考文献：

[1]任春明,刘军.计算机组成原理实验教学的思考与改进[J].实验技术与管理,第23卷,第10期,2006年10月.

[2]杜根远,李娟.关于计算机组成原理课程及实验教学的探讨[J].实验室科学,2006年6月第3期.

[3]李彩虹,屈志毅,刘刚,马俊.“计算机组成原理”实验课教学模式探讨与实践[J].高等理科教育,2006年第2期.

篇5：计算机组成原理课程论文

一、计算机系统概论：

主要介绍了计算机的组成概貌以及工作原理，旨在使读者对计算机总体结构有一个概括的了解，为学习后面内容打下基础。

计算机系统由硬件和软件两大部分组成，它们共同决定了计算机性能的好坏。计算机系统的层次结构经过了多次的发展由最初的一级层次结构发展到了如今的多层次结构。

紧接着，就谈到了著名的冯*诺依曼计算机，它的特点：

1、计算机是由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成。

2、指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻址。

3、指令和数据均用二进制数表示。

4、指令由操作码和地址码组成，操作码是用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。

5、指令在存储器内按顺序存放。

6、机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。现在的计算机由三大部分组成：CPU、I/O设备以及主存储器，以存储器为系统中心。CPU和主存储器合起来称为主机，I/O设备又称为外部设备。计算机硬件的主要技术指标有机器字长（指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关）、存储容量（包括贮存容量和辅存容量）、运算速度（与很多因素有关，如机器的主频、执行什么样的操作、主存本身速度都有关）。

二、系统总线

总线是连接多个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质。当多个部件与总线相连时，如果出现两个或两个以上部件同时向总线发送信息，必将导致信号冲突，传输失效。因此，在某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接受相同的信息。

总线按传送方式可分为并行传输总线和串行传输总线；按使用范围可分为计算机总线、测控总线、网络通信总线等；按连接部件可分为片内总线、系统总线和控制总线，本书重点介绍。总线的性能指标：总线宽度、总线带宽、时钟同步/异步、总线复用、信号线数、总线控制方式等。总线的结构通常分为单总线结构和多总线结构。总线的控制主要包括判优控制和通信控制，总线判优控制分为集中式判优（链式查询、计数器定时查询和独立查询）和分布式判优（自举分布式和冲突检测分布式）。总线通信控制主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，以及双方如何协调配合，通常用四种方式：同步通信、异步通信、半同步通信和分离式通信。

三、存储器

存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。按存储介质分类可分为半导体存储器、磁表面存储器、磁芯存储器和光盘存储器，按存取方式分为随机存储器、只读存储器、串行访问存储器，按在计算机中分类分为主存储器、辅助存储器、缓冲存储器。存储器有三个性能指标：速度、容量和每位价格。存储器的扩展通常有位扩展和字扩展，位扩展即增加存储字长,如将8片16K*1位的存储芯片连接，可组成一个16K*8位的存储器。字扩展是指增加存储字的数量，如2片1K*8位的存储芯片可组成一个2K*8位的存储器。在与存储器外部设备交换信息时，可采用高速原件、使用层次结构、调整主存的结构来提高访存速度。

四、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。计算机外部设备。在计算机系统中除CPU和内存储外所有的设备和装置称为计算机外部设备（外围设备、I/O设备）。I/O设备：用来向计算机输入和输出信息的设备，如键盘、鼠标、显示器、打印机等。I/O设备与主机交换信息有三种控制方式：程序查询方式，程序中断方式，DMA方式。程序查询方式是由CPU通过程序不断的查询I/O设备是否做好准备，从而控制其与主机交换信息。程序中断方式不查询设备是否准备就绪，继续执行自身程序，只是当I/O设备准备就绪并向CPU发出中断请求后才给予响应，这大大提高了CPU的工作效率。在DMA方式中，主存与I/O设备之间有一条数据通路，主存与其交换信息时，无需调用中断服务程序。

五、运算器

计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较和传送等操作，亦称算术逻辑部件（ALU）。运算器由：算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。加减法主要采用补码定点加减法进行运算，乘法可视为加法和移位，主要方法有原码一位乘、原码两位乘、补码一位乘、补码两位乘等，乘积的符号位由两个数的符号位异或运算结果决定。除法运算可视为减法和移位，主要方法有恢复余数法、加减交替法，其中原码除法的符号位单独处理，补码除法的符号位参与运算并最终获得结果。浮点加减法可分为

1、对阶，使两数的小数点位置对其；

2、尾数求和，将对阶后的两尾数按定点加减运算规则求和或差；

3、规格化；

4、舍入，要考虑尾数右移时失去的数值位；

5、溢出判断。浮点乘除运算，乘积的阶码应为相乘两数的阶码之和，乘积的尾数应为相乘两数的尾数之积，商的阶码为被除数的阶码减去减数的阶码，尾数为被除数的尾数除以除数的尾数所得的商。

六、指令系统一条指令就是机器语言的一个语句，它是一组有意义的二进制代码，指令的基本格式如：操作码字段+地址码字段，其中操作码指明了指令的操作性质及功能，地址码则给出了操作数或操作数的地址。指令包括操作码域和地址域两部分。根据地址域所涉及的地址数量，常见的指令格式有以下几种：三地址指令、二地址指令、单地址指令、零地址指令。根据指令内容确定操作数地址的过程称为寻址。可分为指令寻址和数据寻址两大类。其中数据寻址可再细分为：

1、立即寻址：立即寻址的特点是操作数本身设在指令字内，即形式地址A不是操作数地址，而是操作数本身，又称之为立即数。数据采用补码形式存放；

2、直接寻址：特点是指令字中的形式地址A就是操作数的真实地址EA，即EA=A；

3、隐含寻址：隐含寻址是指指令中不明显给出操作数的地址，其中操作数的地址隐含在操作码或某个寄存器中；

4、间接寻址：有效地址是由形式地址间接给出来的，即EA=（A）；

5、寄存器寻址：在寄存器寻址的指令字中，地址码字段直接指出了寄存器的的编号，即EA=Ri；

6、寄存器间接寻址：Ri中内容不是操作数，而是操作数所在主存单元的地址号，即有效地址EA=（Ri）；

7、基址寻址：基址寻址需设有基址寄存器BR，其操作数的有效地址EA等于指令字中的形式地址与基址寄存器中的内容相加，即EA=A+(BR)；变址寻址：变址寻址与基址寻址极为相似，其有效地址EA等于指令字中的形式地址A与变址寄存器IX的内容相加之和，即EA=A+(IX)。

七、CPU的结构和功能

CPU具有控制程序的顺序执行（指令控制）、产生完成每条指令所需的控制命令（操作控制）、对各种操作加以时间上的控制（时间控制）、对数据进行算术运算和逻辑运算（数据加工）以及处理中断等功能。一条指令的执行过程按时间顺序可分为以下几个步骤：

1、CPU发出指令地址。将指令指针寄存器（IP）的内容——指令地址，经地址总线送入存储器的地址寄存器中。

2、从地址寄存器中读取指令。将读出的指令暂存于存储器的数据寄存器中。

3、将指令送往指令寄存器。将指令从数据寄存器中取出，经数据总线送入控制器的指令寄存器中。

4、指令译码。指令寄存器中的操作码部分送指令译码器，经译码器分析产生相应的操作控制信号，送往各个执行部件。

5、按指令操作码执行。

6、修改程序计数器的值，形成下一条要取指令的地址。若执行的是非转移指令，即顺序执行，则指令指针寄存器的内容加1，形成下一条要取指令的地址。指令指针寄存器也称为程序计数器。中断的作用：一方面，有了中断功能，PC系统就可以使CPU和外设同时工作，使系统可以及时地响应外部事件。而且有了中断功能，CPU可允许多个外设同时工作。这样就大大提高了CPU的利用率，也提高了数据输入、输出的速度；另一方面，有了中断功能，就可以使CPU及时处理各种软硬件故障。计算机在运行过程中，往往会出现事先预料不到的情况或出现一些故障，如电源掉电、存储出错，运算溢出等等。计算机可以利用中断系统自行处理，而不必停机或报告工作人员。

八、控制单元

控制单元是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)和操作控制器0C(Operation Controller)三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。它根据用户预先编好的程序，依次从存储器中取出各条指令，放在指令寄存器IR中，通过指令译码(分析)确定应该进行什么操作，然后通过控制总线送至相应部件实现功能。常见的控制方式有同步控制、异步控制、联合控制和人工控制。控制单元的设计有两种方法：组合逻辑设计和微程序设计。组合逻辑设计首先要确定控制方式，然后决定微操作的节拍安排，再根据微操作列出微操作命令的操作时间表、求出最简逻辑表达式并画出微操作的逻辑图。这种方法思路清晰，但每一个微操作都对应一个逻辑电路，最终的控制单元会十分庞杂。微程序设计是指将一条机器指令编写成一个微程序，每一个微程序包含若干条微指令，每一条微指令对应一个或几个微操作命令，然后把这些微程序存到一个控制存储器中，用寻找用户程序机器指令的方法来寻找每一个为程序中的微指令。这些微指令以二进制代码形式表示，每位代表一个控制信号，因此逐条执行每一条微指令，也就相应的完成了一条机器指令的全部操作。微指令的编码方式有直接编码、字段直接编码、字段间接编码、混合编码等，微指令格式有水平型微指令和垂直型微指令。