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(简答题)
计算机组成原理(简单题)第一章概论1、计算机的应用领域：科学计算、数据处理、实时控制、辅助设计、通信和娱乐。
2、计算机的基本功能：存储和处理外部信息，并将处理结果向外界输出。
3、数字计算机的硬件由：运算器、控制器、存储器、输入单元和输出单元。
4、软件可以分成系统软件和应用软件。
其中系统软件包括：操作系统、诊断程序、编译程序、解释程序、汇编程序和网络通信程序。
5、计算机系统按层次进行划分，可以分成，硬件系统、系统软件和应用软件三部分。
6、计算机程序设计语言可以分成：高级语言、汇编语言和机器语言。
第二章数据编码和数据运算1、什么是定点数？它有哪些类型？答：定点数是指小数点位置固定的数据。
定点数的类型有定点整数和定点小数。
2、什么是规格化的浮点数？为什么要对浮点数进行规格化？答：规格化的浮点数是指规定尾数部分用纯小数来表示，而且尾数的绝对值应大于或等于1/R并小于等于1。
在科学计数法中，一个浮点数在计算机中的编码不唯一，这样就给编码带来了很大的麻烦，所有在计算机中要对浮点数进行规格化。
3、什么是逻辑运算？它有哪些类型？答：逻辑运算时指把数据作为一组位串进行按位的运算方式。
基本的逻辑运算有逻辑或运算、逻辑与运算和逻辑非运算。
4、计算机中是如何利用加法器电路进行减法运算的？答：在计算机中可以通过将控制信号M设置为1，利用加法器电路来进行减法运算。
第三章存储系统1、计算机的存储器可以分为哪些类型？答：计算机的存储器分成随机存储器和只读存储器。
2、宽字存储器有什么特点？答：宽字存储器是将存储器的位数扩展到多个字的宽度，访问存储器时可以同时对对个字进行访问，从而提高数据访问的吞吐量。
3、多体交叉存储器有什么特点？答：多体交叉存储器是由对个相互独立的存储体构成。
每个存储器是一个独立操作的单位，有自己的操作控制电路和存放地址的寄存器，可以分别进行数据读写操作，各个存储体的读写过程重叠进行。
4、什么是相联存储器？它有什么特点？答：相联存储器是一种按内容访问的存储器。
16版自考02318计算机组成原理重点总结提纲有(已排版)
处理机制 。
硬故障中断 ：是由硬连线路出现异常而 引起 的，如电源掉电、
校验线路错等。 程序性异常 ：是由 CPU执行某条指令 而引起 的，发生在 CPU内
部的异常事件，如除数为零、溢出、断点、单步跟踪、寻址错，
访问超时、非法操作码、桟溢出等。
机器周期 ：是一个指令周期可分为取指令读、读操作数、执行
较短的 时间间隔内
空间局限性 ：是指被访问的某个储存单元的 短的时间间隔内很可能也被访问。
邻近单元 在一个较
直接映射 ：每个主存块映射到 cache 的固定行中。
全相联映射 ：每个主存块映射到 cache 的任一行中。
组相联映射 ：每个主存块映射到 cache 的固定组的任一行中。
程序 ：是 代码和数据的集合 ，程序的代码是一个机器指令序列， 是一种 静态 的概念。
异常和中断的响应 ： CPU从检测 到异常事件或中断请求信号， 到调出相应的异常或中断处理 程序开始执行 的过程。
半导体存储器 ：用半导体器件 构成的 存储器，磁表面存储器： 磁性材料存储器。
随机存取存储器 RAM：特点是 按地址访问 存储单元。
顺序存储器 SAM：信息 按顺序 存放和读出，其存取时间取决于 信息存放位置，以记录块为单位编制。
并写结果等多个基本工作周期，这些
基本工作周期 就称为机器
周期。
流水段寄存器 ： 保存 流水段中得到信息的寄存器。
流水线冒险 ：指指令序列在流水线中执行时，
遇到的一些情况 ，
使流水线无法正确按时执行后续指令，
从而引起 流水线阻塞或
停顿。
结构冒险 ：也称为 硬件资源冲突 ，原因在于同一部件同时被不
同指令所用，也就是说它是由硬件资源竞争造成的。
纪禄平-计算机组成原理(第四版)-3-5-2CPU子系统-MIPS-基本部件分析PPT课件
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4、数据通路选择部件
32位的多路选择器—MUX
32 I1
32 In
MUX
m位选通
10
信号
32
32
A
1 32
D
C
32
B
0
…
其中，2m≥n
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感谢您的阅读收藏，谢谢！
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op(6) rs(5) rt(5)
imm (16)
op(6)
address(26)
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基本部件的选型
※ 存储相关的部件 ※ 数据预处理部件 ※ 运算部件 ※ 数据通路选择部件 ※ 控制单元（控制器）
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1、存储相关的部件
(1)寄存器堆（组） ➢ 读数据(根据指令中的rs或rt) ➢ 写数据(根据指令中的rt或rd) 32个寄存器，数据宽度32位
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MIPS32的指令格式
指令字长固定为32位，寄存器型寻址，指令中 给出寄存器号(显、隐)或者偏移量。
指令 类型
R型 I型 J型
指令长度（32位定长）
31 ~ 26 25~21 20~16 25~11 10 ~ 6 5 ~ 0
op(6) rs(5) rt(5) rd(5) sa funct
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加法器的输入端口A,可以固定输入常数4
operation 0000 0001 0010 0110 0111 1100 …
ALU功能
AND OR ADD SUB 小于则置1 NOR …
计算机组成原理复习资料
第一章：1.计算机系统由“硬件”和“软件”两大部分组成计算机的软件通常又可分为两大类：系统软件和应用软件2.冯诺依曼计算机的特点：计算机由运算器、储存器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成运算器、控制器、存储器—》主机控制器、运算器==》 CPU输入、输出–》 I/O3机器字长是指CPU一次能够处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。
字长越长，数的表示范围越大，精度也越高。
4存储容量=储存单元个数*存储字长MAR的位数反映了储存单元的个数，MDR的位数反映了存储字长如MAR为16位，MDR为32位，存储容量=2的16次方*32=2M位（1M=2的20次方）储存容量2M位=2的18次方字节（一个字节=8位）=2的18次方B=256KB第一章课后题：1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？解：P3计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。
计算机硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。
计算机软件：计算机运行所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。
5. 冯•诺依曼计算机的特点是什么？解：冯•诺依曼计算机的特点是：P8计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；指令和数据均用二进制表示；指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码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；指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；机器以运算器为中心（原始冯•诺依曼机）。
7. 解释下列概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
解：P9-10主机：是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。
CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运算器和控制器不在同一芯片上，现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE）。
计算机组成原理目录
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。
计算机组成原理第6章
第6章中央处理器
图 6－6 指令周期与 CPU 周期的包含关系
第6章中央处理器
6. 1. 4 指令执行流程 指令的执行是从取指周期开始的。取指周期主要完成从
内存取出要执行的指令,并使指针指向下一条指令,即 PC=PC+ “ 1 ”,这里的“ 1 ”表示当前这条指令的实际字长。 取指完成后,对指令进行译码,再转入具体的指令执行过程。 指令在执行过程中如果采用间接寻址方式,还需要增加间址 周期,如图 6－5 所示。
第6章中央处理器
3. 时序控制 每一条指令在执行的过程中,必须在规定的时间给出各 部件所需操作控制的信号,才能保证指令功能的正确执行。 因此,时序控制就是定时地给出各种操作信号,使计算机系统 有条不紊地执行程序。 4. 数据加工 数据加工是指对数据进行算术运算、逻辑运算或其他处 理。
第6章中央处理器
第6章中央处理器
图 6－7 所示是一个采用总线结构将运算器、寄存器连 接起来的控制器内部数据通路。其各部件与内部总线 IBUS 和系统总线 ABUS 、 DBUS 的连接方式如图中所示,图中的 “ o ”为控制门,在相应控制信号(信号名称标在“o ”上)的控 制下打开,建立各部件之间的连接。GR 是通用寄存器组, X 和 Z 是两个暂存寄存器。
计算机组成原理
2、总线规范
每个总线标准都有详细的规范说明，一般包括以下几个部分 1）机械性能规范：模板尺寸、插头、连接器的规格及位置 等。 2）功能规范：信号线的序号、名称及功能等。 3）电气特性的规范：信号线的电平种类、动态转换时间、 负载能力等。
五、总线的性能指标
评价总线性能的优劣 1、总线宽度：主要是指数据总线的数目。如4/8/16/32/64 直接影响总线的传输率（吞吐量） 2、标准传输率（总线带宽） 单位时间内总线上传输数据的位数。以MB/S表示。 例如：某总线工作频率为8.33MHZ，总线宽度为16位，则 标准传输率为 8.33M×2B/s=16.66MB/s 3、总线定时协议（握手机制） 数据传输采用何种时钟控制。分为同步、异步、半同步、 分离式几种 4、总线控制方式：如仲裁机制、自动配置等。 5、总线复用 两种不同时出现的信号共用一组物理线路，即分时使用同 一组总线，称为总线的多路分时复用。其目的在于减少芯 片的引脚数。 6、信号线数：总线所包含的全部信号线的总数。 7、其它指标：如负载能力、电源电压、能否扩展等。
第三章 系统总线
3.1 总线概述 3.2 常用的总线标准 3.3 总线结构
3.4 总线控制
3.1 总线概述
一、为什么要用总线
机内部件间互连方式：
早期：分散连接 以运算器为核心，内部连线复杂，尤其是当I/O 与存储器交换信息时，都需要经过运算器，严重影 响CPU的工作效率。
采用存储器为核心的分散连接结构，虽采用中断、 DMA等技术，仍无法解决I/0设备与主机之间连接的 灵活性。 目前：总线连接
MAR MDR 容量 10 8 1 K × 8位 16 32 64 K × 32位
1K = 210
2 b = 1 KB 1B = 23b 221b = 256 KB 80 GB
计算机组成原理-简单模型机设计课设
目录摘要 (2)前言 (3)正文 (4)一、设计目的和设计原理 (4)1.1设计目的 (4)1.2设计原理 (4)二、总体设计 (7)三、详细设计 (8)3.1运算器的物理结构 (8)3.2存储器系统的组成与说明 (11)3.3指令系统的设计与指令分析 (12)3.4微程序控制器的逻辑结构及功能 (14)3.5微程序的设计与实现 (18)四、系统调试 (27)总结 (29)参考文献 (30)致谢 (31)摘要根据设计任务书要求，本设计要实现完成一个简单计算机的设计，主要设计部分有运算器，存储器，控制器以及微指令的设计。
其中运算器由运算芯片和寄存器来完成,存储器由总线和寄存器构成，使用硬布线的方式实现控制器，从而完成设计要求。
:关键词：基本模型机的设计；运算器；存储器；控制器；前言计算机组成原理是计算机科学技术学科的一门核心专业基础课程。
从课程的地位来说，它在先导课程和后续课程之间起着承上启下的作用。
计算机组成原理讲授单处理机系统的组成和工作原理，课程教学具有知识面广，内容多，难度大，更新快等特点。
此次课程设计目的就是为了加深对计算机的时间和空间概念的理解, 增强对计算机硬件和计算机指令系统的更进一步了解。
计算机组成原理课程设计目的是为加深对计算机工作原理的理解以及计算机软硬件之间的交互关系。
不仅能加深对计算机的时间和空间的关系的理解，更能增加如何实现计算机软件对硬件操作，让计算机有条不紊的工作。
正文一、设计目的和设计原理1.1设计目的融会贯通计算机组成原理课程中各章的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识，特别是对硬连线控制器的认识，建立清晰的整机概念。
对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解,加深对理论课程的理解。
在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统地构造一台基本模型计算机。
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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。
三、控制单元与数据通路的协同工作
控制单元与数据通路紧密配合，共同完成指令的执行和数据的处理。
控制单元通过解码指令，生成各个部件的控制信号，并将控制信号
传递给数据通路。
数据通路根据接收到的控制信号，控制寄存器、
ALU和存储器等部件的工作方式和工作模式。
在指令执行的过程中，控制单元不断产生时序控制信号，确保各个
部件按照正确的顺序和时间执行。
同时，数据通路将运算结果和中间
数据传递给控制单元，供其继续进行指令译码和操作控制。
四、小结
控制单元与数据通路是计算机组成原理中的重要概念，它们负责处
理和传递计算机中的指令和数据。
控制单元通过控制器和时序逻辑实
现指令的解码和执行，同时实现指令的时序控制和操作控制。
数据通
路通过寄存器和ALU实现数据的存储和处理，与控制单元协同工作，
完成计算机的各种指令和数据操作。
总之，控制单元与数据通路是计算机组成原理中的核心模块，深入
理解其原理与功能对于理解计算机的工作原理和性能优化具有重要意义。
通过合理的设计和优化控制单元和数据通路，可以提高计算机的
运行效率和指令执行速度，从而更好地满足用户的需求。