1. 計算機專業論文(800字)關於一些計算機理論什麼的都可以 最好有中文對照。。兩篇發我郵箱[email protected]
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網路工程專業《計算機組成原理》課程教學改革探討
摘要:《計算機組成原理》是網路工程專業的核心專業課程之一,在整個專業課程中起到了承上啟下的作用,對於網路工程專業人才的培養起著關鍵性的作用。本文根據網路工程專業的專業特點,從教學內容、教學模式和實驗教學三個方面進行了探索,提出了網路工程專業的《計算機組成原理》課程改革方案。
關鍵詞:網路工程專業;計算機組成原理;教學改革
1 前言
計算機網路是計算機科學與技術浪潮發展的第二次產物,是隨著計算機、通信、多媒體等技術的發展應運而生的。網路工程專業是以現代計算機軟硬體技術和網路通信技術及相關領域知識的高度綜合為特徵,發展迅速、應用廣闊的新型專業。我國2001年增設該專業,目前國內很多高校開設了網路工程專業。
《計算機組成原理》是計算機相關專業的核心專業基礎課程,因此也是網路工程專業的主幹課程。從課程地位來說,它是網路工程專業的核心專業課程之一,在整個專業課程中起到了承上啟下的作用,對於網路工程專業人才的培養起著關鍵性的作用。在計算機科學與技術專業里,《計算機組成原理》課程主要介紹微型計算機各部件的功能、組成和工作原理,實驗也是圍繞微型計算機開設的,其主要任務是培養學生對微型計算機硬體結構的分析、應用、設計和開發能力。但是,除了微型計算機,網路工程行業還會頻繁地用到伺服器,因此,網路工程專業的學生需要掌握一定的伺服器硬體知識。所以,完全照搬計算機科學與技術專業的《計算機組成原理》到網路工程專業中來是不合適的。如何更好的將《計算機組成原理》的理論教學和實驗教學與網路工程專業的實際情況緊密結合,提高學生實驗動手能力,是《計算機組成原理》教學中一個非常重要、急需解決的課題。基於這種情況,我們提出了網路工程專業的《計算機組成原理》課程教學改革和實驗模式。
2 教學內容改革
把計算機科學與技術專業的《計算機組成原理》課程內容精簡,去掉一些偏僻、深奧的內容,將微型計算機組成原理與伺服器硬體部分內容進行整合,全面、系統地介紹微型計算機的基本組成與運行原理,在此基礎之上介紹伺服器的基礎知識和伺服器的各種技術,比如伺服器的系統結構、存儲技術等。伺服器的硬體結構比微型計算機復雜的多,所以在教學內容的安排順序上應該把對伺服器的基礎知識和各種技術的介紹放在微型計算機的後面。
在計算機技術飛速發展的今天,新知識、新技術不斷涌現,讓人目不暇接,學生會認為教學內容過於陳舊而失去對該課程的興趣,甚至對該課程產生反感。如何在有限的教學時間內,適當引導學生在掌握基礎知識的前提下去了解新知識、新技術,提高學生對該課程的學習興趣和對新知識、新技術的理解能力,這也是《計算機組成原理》課程理論教學內容改革的主要問題。為此,在理論教學內容的選擇上我們遵守下面三個原則:(1)講解單台馮諾依曼結構的微型計算機五大功能部件的組成原理以及運行原理、邏輯實現、設計方法以及如何把它們組織成為一個計算機系統的方法。(2)突出微型計算機中共性的問題。教學過程中,重點講解基本概念、基本原理和具體的實現方法,偏僻、深奧的內容則去掉。適當引導學生在掌握基礎知識的前提下去了解微型計算機的前沿知識。(3)在微型計算機基礎之上介紹伺服器的概念、系統結構、硬碟系統以及網路存儲技術,適當引導學生在掌握基礎知識的前提下去了解伺服器的前沿知識。
3 教學模式
《計算機組成原理》是一門非常抽象的課程,傳統的教學模式無法形象地描述計算機的內部組成和工作原理。因此,我們在多媒體課件的基礎上又使用了模擬軟體對計算機系統功能進行模擬。通過模擬系統,學生可以直觀地看到指令在分步執行時,計算機內各部件之間的數據通路、數據的流動流水線的調度、數據相關和控制相關的處理等,把復雜、抽象的問題簡單化、形象化,吸引學生的注意力。
教學過程中要理論聯系實際,在基礎知識和新知識之間架起一座橋梁,啟發學生用課堂上掌握的基礎知識來理解新知識、新技術。比如,講解完動態隨機存儲器的基本概念和工作原理後,還要向學生介紹目前市場上動態隨機存儲器的主流產品——DDR SDRAM,讓學生自行比較技術特點,從而理解動態隨機存儲器的發展新動向,提高自身的理解能力和自學能力。在講解伺服器時,要和微型計算機作對比,讓學生理解為何伺服器會採用不同於微型計算機的系統結構和其他技術。
4實驗改革
我們從兩方面進行實驗改革:實驗內容和實驗模式。
(1)實驗內容改革。以原有的微型計算機實驗——運算器實驗、存儲器實驗和控制器實驗為基礎,增加與網路工程專業密切相關的實驗,如測試伺服器性能實驗、磁碟陣列配置實驗以及雙機熱備實驗。測試伺服器性能實驗能使學生掌握伺服器性能的判斷方法,能簡單對伺服器進行性能測試。磁碟陣列配置實驗能使學生掌握使用軟體或硬體RAID卡的方法進行磁碟陣列配置的方法,熟悉各級別RAID的優缺點,配置各個級別的RAID,能夠根據需要自己選擇RAID的級別。雙機熱備實驗使學生掌握利用Windows Server2003操作系統實現雙機熱備的功能,並進行性能的測試。
(2)實驗開放。以往我們對所有的學生開設同樣的實驗,沒有充分考慮到學生的興趣、能力和水平差距問題。為了盡量滿足就業市場對人才知識的要求,提高學生的實踐動手能力,滿足不同層次學生的學習需要,引導學生確定自己的就業方向或研究方向。我們對各個實驗項目進行綜合評定,設定其難易程度、培養目標、與課堂教學的符合度等,根據以上指標定義實驗等級,然後根據實驗等級的不同來安排實驗項目的開放順序和開放對象。學生可根據自己的興趣和能力,自行設計出電路、程序選題、選元器件、選擇編程語言。實驗室也將所有的實驗平台全部對學生進行開放使用。開放式實驗教學過程中,我們只對學生所做的題目進行審查,論證實驗方案的可行性,檢查最後的實驗結果。通過開放式實驗方法的教學,既能有效幫助非硬體方向同學盡快掌握基本知識和技能,使他們能順利完成《計算機組成原理》課程及後續專業課程的學習,又能更好地滿足硬體方向的同學在完成正常學習之餘的進一步的學習要求,培養了他們的創造性思維,調動起他們的學習熱情、主動性和積極性。
5 結束語
華東交通大學於2004年開設了網路工程專業,幾年來,我們不斷地探索和實踐,完成了《計算機組成原理》精品課程的建設和《計算機組成原理》教材的編寫,深化了網路工程專業《計算機組成原理》課程教學改革,提高了課程的教學水平和教學質量,促進了網路工程專業以及課程的建設與發展。同時,對培養學生的硬體設計能力和解決實際問題的能力起到了積極的作用。通過該課程的學習,學生不僅能夠掌握微型計算機的基本組成與工作原理, 能掌握伺服器的架構與必要的伺服器基礎技術,具有伺服器選型、伺服器配置的基本技能。為學習本專業後繼課程和從事與硬體有關的工作打好堅實的基礎。課程改革使得我們在有限的課時內從培養應用型人才出發,使學生既掌握計算機系統各部分的工作原理又具有較強的實際動手能力,從而激發學生學習的主觀能動性,改變當前計算機相關專業學生「重理論、輕實踐、重軟體、輕硬體」的現象。
2. 計算機組成原理的實驗報告 1、算術邏輯運算器;2、半導體存儲器原理實驗;3、微程序控制器實驗
具體見: http://yaner12110.blog.163.com/blog/static/10077023920114605317373/
3. 大學裡面計算機系都需要做哪些硬體和軟體實驗
1、數字邏輯電路
實驗1 多路選擇器設計
實驗2 四位加法器(逐級進位、超前進位)
實驗3 一位十進制加減法運算器設計
實驗4 乘法器設計
實驗5 求多路信號最小值
實驗6 計數器設計
實驗7 時鍾分頻電路設計
實驗8 狀態機設計
實驗9 VGA顯示控制器設計
實驗10 PS/2鍵盤介面控制器設計
實驗11 綜合實驗
2、計算機組成原理
實驗1 編碼實驗
實驗2 運算器實驗
實驗3 存儲器實驗
4. 高分求高人做計算機組成原理實驗題
配圖呢?
5. 誰能給我一份計算機組成原理的微控制器實驗的小結
微程序控制器組成中的核心成分是控制存儲器(CM),由ROM器件實現,用於存儲按一定規則組織好的全部的控制信號。
微程序控制器的工作原理:是依據讀來的機器指令的操作碼找到與之對應的一段微程序的入口地址,並按由指令具體功能所確定的次序,逐條從控制存儲器中讀出微指令,以「驅動」計算機各功能部件正確運行。
微程序控制的基本思想,就是仿照通常的解題程序的方法,把操作控制信號編成所謂的「微指令」,存放到一個只讀存儲器里.當機器運行時,一條又一條地讀出這些微指令,從而產生全機所需要的各種操作控制信號,使相應部件執行所規定的操作。
微程序控制器同組合邏輯控制器相比較,具有規整性,靈活性,可維護性等一系列優點,因而在計算機設計中逐漸取代了早期採用的組合邏輯控制器,並已被廣泛地應用.在計算機系統中,微程序設計技術是利用軟體方法來設計硬體的一門技術 。
6. 誰有「運算器組成的實驗」「雙埠存儲器原理實驗」這兩個實驗的實驗報告啊,小弟不勝感激啊~
==》運算器組成的實驗(不知道你的是不是運算放大器)
一、實驗目的
1、掌握集成運算放大器的線性應用
2、了解基本運算電路的特點和性能
二、實驗內容說明
集成運放是高增益的直流放大器。若在它的輸出端和輸入端之間加上反饋網路,就可實現個中不同的運算功能。
1、反相比例運算放大器電路
輸出電壓與輸入電壓間的關系:
V0=-(RF/F1)*Vi
閉環放大倍數:AF=AV*F=V0/Vi=-RF/R1
RF=R1時,放大器僅起反相作用,又稱反相器。
運放正端有接入平衡電阻,其目的是為了保持反相比例運算放大器電路的結構對稱,因此運放的兩個輸入電路的電阻必須相等。
2、反相加法運算放大器電路
它有幾個輸入端,能夠對幾個輸入信號電壓進行代數相加的運算。在理想情況下,VO與Vi的關系:
Vo=-(Vi1/R1+Vi2/R2)*Rf
3、同相比例運算放大器電路
在理想條件下,Vo與Vi的關系是:
Vo=(1+Rf/R1)*Vi
4、差動運算放大器電路
Vo=Rf/R1*(Vi2-Vi1)
三、實驗內容(電位器都是接在輸入電壓上的,起改變電壓作用- -)
1、反相比例運算放大器電路
(1)電路調零:所有輸入電阻接地,調節變阻器,使輸出電壓為零(零點調好後不可隨便變動)。
(2)按電路圖接線(電路圖你最好自己去查一下。。我懶得去畫了- -)
Vi1從+0.4到-0.4V每一整數測一下Vo,然後算Av
2、反相加法器
調節Vi1和Vi2電位器,讓2個輸入端信號分別為:
次序 Vi1 Vi2 Vo Vo計算值
1 +0.2 +0.3
2 +0.2 -0.1
3 -0.4 -0.1
注意!!Vi1和Vi2互相之間是受影響的,所以要反復測量它們倆的值,反復調節電位器,直到數值穩定到達表中的要求。
3和4的兩個電路操作可以參看1和2
四、實驗儀器:
示波器和函數發生器(如果不輸入正弦交流信號觀察其輸出波形的話就不用)交流毫伏表 數字萬用表 直流穩壓電源
如果這個實驗報告符合你的要求,你還有什麼不明白或是資料找不到,可以發消息給我。
7. 運算器、存儲器、控制器、輸入設備、輸出設備麻煩誰幫忙把這幾個名詞解釋給寫一下
運算器:
arithmetic unit,計算機中執行各種算術和邏輯運算操作的部件。運算器的基本操作包括加、減、乘、除四則運算,與、或、非、異或等邏輯操作,以及移位、比較和傳送等操作,亦稱算術邏輯部件(ALU)。
存儲器
存儲器(Memory)是計算機系統中的記憶設備,用來存放程序和數據。計算機中的全部信息,包括輸入的原始數據、計算機程序、中間運行結果和最終運行結果都保存在存儲器中。它根據控制器指定的位置存入和取出信息。
控制器
控制器是計算機的指揮中心,負責決定執行程序的順序,給出執行指令時機器各部件需要的操作控制命令.由程序計數器、指令寄存器、指令解碼器、時序產生器和操作控制器組成,它是發布命令的「決策機構」,即完成協調和指揮整個計算機系統的操作。
輸入設備
向計算機輸入數據和信息的設備。是計算機與用戶或其他設備通信的橋梁。輸入設備是用戶和計算機系統之間進行信息交換的主要裝置之一.鍵盤,滑鼠,攝像頭, 掃描儀,光筆,手寫輸入板,游戲桿,語音輸入裝置等都屬於輸入設備輸入設備(Input Device )是人或外部與計算機進行交互的一種裝置,用於把原始數據和處理這些數的程序輸入到計算機中。
輸出設備
輸出設備(Output Device)是人與計算機交互的一種部件,用於數據的輸出。它把各種計算結果數據或信息以數字、字元、圖像、聲音等形式表示出來。常見的有顯示器、列印機、繪圖儀、影像輸出系統、語音輸出系統、磁記錄設備等。
8. 計算機組成原理實驗。有人會嗎急需……謝謝了!
我有這樣的實驗報告
9. [組成原理]計算機更新技術從存儲器,匯流排,運算器幾個方面談!!!!
我來湊熱鬧~~運算器Top
運算器:arithmetic unit,計算機中執行各種算術和邏輯運算操作的部件。運算器的基本操作包括加、減、乘、除四則運算,與、或、非、異或等邏輯操作,以及移位、比較和傳送等操作,亦稱算術邏輯部件(ALU)。計算機運行時,運算器的操作和操作種類由控制器決定。運算器處理的數據來自存儲器;處理後的結果數據通常送回存儲器,或暫時寄存在運算器中。
運算器-基本簡介
浮點運算器
運算器是由算術邏輯單元(ALU)、累加寄存器、數據緩沖寄存器和狀態條件寄存器組成,它是數據加工處理部件。相對控制器而言,運算器接受控制器的命令而進行動作 ,即運算器所進行的全部操作都是由控制器發出的控制信號來指揮的所以它是執行部件。主要功能:執行所有的算術運算;執行所有的邏輯運算,並進行邏輯測試,如零值測試或兩個值的比較。計算機系統的硬體結構主要由四部分組成:控制器、運算器、內存和輸入輸出設備,其中,控制器和運算器統稱為中央處理器。簡稱CPU.它是計算機硬體系統的指揮中心.它包括控制器和運算器兩個部件。
1、算術邏輯運算單元ALU(Arithmetic and Logic Unit) ALU主要完成對二進制數據的定點算術運算(加減乘除)、邏輯運算(與或非異或)以及移位操作。在某些CPU中還有專門用於處理移位操作的移位器。通常ALU由兩個輸入端和一個輸出端。整數單元有時也稱為IEU(Integer Execution Unit)。我們通常所說的「CPU是XX位的」就是指ALU所能處理的數據的位數。
2、浮點運算單元FPU(Floating Point Unit)FPU主要負責浮點運算和高精度整數運算。有些FPU還具有向量運算的功能,另外一些則有專門的向量處理單元。
3、通用寄存器組是通用寄存器組是一組最快的存儲器,用來保存參加運算的操作數和中間結果。在通用寄存器的設計上,RISC與CISC有著很大的不同。CISC的寄存器通常很少,主要是受了當時硬體成本所限。比如x86指令集只有8個通用寄存器。所以,CISC的CPU執行是大多數時間是在訪問存儲器中的數據,而不是寄存器中的。這就拖慢了整個系統的速度。而RISC系統往往具有非常多的通用寄存器,並採用了重疊寄存器窗口和寄存器堆等技術使寄存器資源得到充分的利用。對於x86指令集只支持8個通用寄存器的缺點,Intel和AMD的最新CPU都採用了一種叫做「寄存器重命名」的技術,這種技術使x86CPU的寄存器可以突破8個的限制,達到32個甚至更多。不過,相對於RISC來說,這種技術的寄存器操作要多出一個時鍾周期,用來對寄存器進行重命名。
4、專用寄存器通常是一些狀態寄存器,不能通過程序改變,由CPU自己控制,表明某種狀態。
運算器-相關數據
運算器
運算器的處理對象是數據,所以數據長度和計算機數據表示方法,對運算器的性能影響極大。70年代微處理器常以1個、4個、8個、16個二進制位作為處理數據的基本單位。大多數通用計算機則以16、32、64位作為運算器處理數據的長度。能對一個數據的所有位同時進行處理的運算器稱為並行運算器。如果一次只處理一位,則稱為串列運算器。有的運算器一次可處理幾位 (通常為6或8位),一個完整的數據分成若干段進行計算,稱為串/並行運算器。運算器往往只處理一種長度的數據。有的也能處理幾種不同長度的數據,如半字長運算、雙倍字長運算、四倍字長運算等。有的數據長度可以在運算過程中指定,稱為變字長運算。按照數據的不同表示方法,可以有二進制運算器、十進制運算器、十六進制運算器、定點整數運算器、定點小數運算器、浮點數運算器等。按照數據的性質,有地址運算器和字元運算器等。
運算器-操作流程
運算器的流程
運算器能執行多少種操作和操作速度,標志著運算器能力的強弱,甚至標志著計算機本身的能力。運算器最基本的操作是加法。一個數與零相加,等於簡單地傳送這個數。將一個數的代碼求補,與另一個數相加,相當於從後一個數中減去前一個數。將兩個數相減可以比較它們的大小。左右移位是運算器的基本操作。在有符號的數中,符號不動而只移數據位,稱為算術移位。若數據連同符號的所有位一齊移動,稱為邏輯移位。若將數據的最高位與最低位鏈接進行邏輯移位,稱為循環移位。運算器的邏輯操作可將兩個數據按位進行與、或、異或,以及將一個數據的各位求非。有的運算器還能進行二值代碼的16種邏輯操作。乘、除法操作較為復雜。很多計算機的運算器能直接完成這些操作。乘法操作是以加法操作為基礎的,由乘數的一位或幾位解碼控制逐次產生部分積,部分積相加得乘積。除法則又常以乘法為基礎,即選定若干因子乘以除數,使它近似為1,這些因子乘被除數則得商。沒有執行乘法、除法硬體的計算機可用程序實現乘、除,但速度慢得多。有的運算器還能執行在一批數中尋求最大數,對一批數據連續執行同一種操作,求平方根等復雜操作。
運算器-運算方法
運算器的方法
實現運算器的操作,特別是四則運算,必須選擇合理的運算方法。它直接影響運算器的性能,也關繫到運算器的結構和成本。另外,在進行數值計算時,結果的有效數位可能較長,必須截取一定的有效數位,由此而產生最低有效數位的舍入問題。選用的舍入規則也影響到計算結果的精確度。在選擇計算機的數的表示方式時,應當全面考慮以下幾個因素:要表示的數的類型(小數、整數、實數和復數):決定表示方式,可能遇到的數值范圍:確定存儲、處理能力。數值精確度:處理能力相關;數據存儲和處理所需要的硬體代價:造價高低。
兩種常用格式:定點格式:定點格式容許的數值范圍有限,但要求的處理硬體比較簡單;浮點格式:容許的數值范圍很大,但要求的處理硬體比較復雜。
1、定點數表示法:定點指小數點的位置固定,為了處理方便,一般分為定點純整數和純小數。
2、浮點數表示法:由於所需表示的數值取值范圍相差十分懸殊,給存儲和計算帶來諸多不便,因此出現了浮點運演算法。
浮點表示法,即小數點的位置是浮動的。其思想來源於科學計數法。IEEE754的浮點數(比較特殊)浮點數的規格化:主要解決同一浮點數表示形式的不唯一性問題。規定 ,否則尾數要進行左移或右移。
機器零的概念:尾數為0或是階碼值小於所能表示的最小數。
3、十進制數串的表示方法:由於人們對十進制比較熟悉,因此在計算機中要增加對十進制運算的支持。兩種方式:將十進制數變為二進制數運算,輸出時再由二進制變為十進制。直接的十進制運算。直接運算的表示方法:字元串形式:用於非數值計算領域、壓縮的十進制數串:分為定長和不定長兩種。需要相應的十進制運算器和指令支持。
運算器應用實物
4、自定義數據表示:標志符數據表示、描述符數據表示。區別:標志符與每個數據相連,二者合起來存放在一個存儲單元,而描述符要和數據分開存放;描述符表示中,先訪問描述符,後訪問數據,至少增加一次訪存;描述符是程序的一部分,而不是數據的一部分。 原碼:比較自然的表示法,最高位表示符號,0為正,1為負。優點:簡單易懂。缺點:加減法運算復雜。補碼:加減法運算方便,減法可以轉換為加法。定點小數的補碼。定點整數的補碼,反碼:為計算補碼方便而引入。由反碼求補碼:符號位置1,各位取反,末位加1。移碼:用於階碼的表示,兩個移碼容易比較大小,便於對階。
ASCII碼 輸入碼:用於漢字輸入;漢字的存儲;字模碼:用於漢字的顯示。余數處理的兩種方法:恢復余數法:運算步驟不確定,控制復雜,不適合計算機運算。加減交替法:不恢復余數,運算步驟確定,適合計算機操作。邏輯數概念:不帶符號的二進制數。四種邏輯運算:邏輯非、邏輯加、邏輯乘、邏輯異。多功能算術/邏輯運算單元(ALU) 並行進位,行波進位加/減法器存在的兩個問題:運算時間長,行波進位加/減法器只能完成加法和減法,而不能完成邏輯操作,控制端M用來控製作算術運算還是邏輯運算,兩種運算的區別在於是否對進位進行處理。M=0時,對進位無影響,為算術運算;M=1時,進位被封鎖,為邏輯運算。 正邏輯中,「1」用高電平表示,「0」用低電平表示,而負邏輯剛好相反。邏輯與負邏輯的關系為,正邏輯的「與」到負邏輯中變為「或」,即+·互換。
內部匯流排,匯流排分類:內部匯流排、外部匯流排(系統匯流排)、通信匯流排。匯流排又可分為單向匯流排和雙向匯流排。帶鎖存器的匯流排可實現匯流排的復用。運算器包括ALU、陣列乘除器件、寄存器、多路開關、三態緩沖器、數據匯流排等邏輯部件。運算器的設計,主要是圍繞著ALU和寄存器同數據匯流排之間如何傳送操作數和運算結果而進行的。運算器的三種結構形式:單匯流排結構的運算器:這種結構的主要缺點是操作進度較慢,但控制電路比較簡單。雙匯流排結構的運算器。三匯流排結構的運算器:三匯流排結構的運算器的特點是操作時間快。
運算器-相關結構
運算器
運算器包括寄存器、執行部件和控制電路3個部分。在典型的運算器中有3個寄存器:接收並保存一個操作數的接收寄存器;保存另一個操作數和運算結果的累加寄存器;在進行乘、除運算時保存乘數或商數的乘商寄存器。執行部件包括一個加法器和各種類型的輸入輸出門電路。控制電路按照一定的時間順序發出不同的控制信號,使數據經過相應的門電路進入寄存器或加法器,完成規定的操作。為了減少對存儲器的訪問,很多計算機的運算器設有較多的寄存器,存放中間計算結果,以便在後面的運算中直接用作操作數。為了提高運算速度,某些大型計算機有多個運算器。它們可以是不同類型的運算器,如定點加法器、浮點加法器、乘法器等,也可以是相同類型的運算器。運算器的組成決定於整機的設計思想和設計要求,採用不同的運算方法將導致不同的運算器組成。但由於運算器的基本功能是一樣的,其演算法也大致相同,因而不同機器的運算器是大同小異的。運算器主要由算術邏輯部件、通用寄存器組和狀態寄存器組成。
1、算術邏輯部件ALU。ALU 主要完成對二進制信息的定點算術運算、邏輯運算和各種移位操作。算術運算主要包括定點加、減、乘和除運算。邏輯運算主要有邏輯與、邏輯或、邏輯異或和邏輯非操作。移位操作主要完成邏輯左移和右移、算術左移和右移及其他一些移位操作。某些機器中,ALU 還要完成數值比較、變更數值符號、計算操作數在存儲器中的地址等。可見,ALU 是一種功能較強的組合邏輯電路,有時被稱為多功能發生器,它是運算器組成中的核心部件。ALU 能處理的數據位數(即字長)與機器有關。如 Z80 單板機中,ALU 是 8 位;IBM PC/XT 和 AT 機中,ALU 為 16 位;386 和 486 微機中,ALU 是 32 位。ALU 有兩個數據輸入端和一個數據輸出端,輸入輸出的數據寬度(即位數)與 ALU 處理的數據寬度相同。
運算器部件的組成與設計
2、通用寄存器組近期設計的機器的運算器都有一組通用寄存器。它主要用來保存參加運算的操作數和運算的結果。早期的機器只設計一個寄存器,用來存放操作數、操作結果和執行移位操作,由於可用於存放重復累加的數據,所以常稱為累加器。通用寄存器均可以作為累加器使用。通用寄存器的數據存取速度是非常快的,目前一般是十幾個毫微秒(ns)。如果 ALU 的兩個操作數都來自寄存器,則可以極大地提高運算速度。 通用寄存器同時可以兼作專用寄存器,包括用於計算操作數的地址(用來提供操作數的形式地址,據此形成有效地址再去訪問主存單元)。例如,可作為變址寄存器、程序計數器(PC)、堆棧指示器(SP)等。必須注意的是,不同的機器對這組寄存器使用的情況和設置的個數是不相同的。
3、狀態寄存器狀態寄存器用來記錄算術、邏輯運算或測試操作的結果狀態。程序設計中,這些狀態通常用作條件轉移指令的判斷條件,所以又稱為條件碼寄存器。一般均設置如下幾種狀態位:
1)零標志位(Z):當運算結果為 0 時,Z 位置「1」;非 0 時,置「0」;(2)負標志位(N):當運算結果為負時,N 位置「1」;為正時,置「0」;(3)溢出標志位(V):當運算結果發生溢出時,V 位置「1」;無溢出時,置「0」;(4)進位或借位標志(C):在做加法時,如果運算結果最高有效位(對於有符號數來說,即符號位;對無符號數來說,即數值最高位)向前產生進位時,C 位置「1」;無進位時,置「0」。在做減法時,如果不夠減,最高有效位向前有借位(這時向前無進位產生)時,C 位置「1」;無借位(即有進位產生)時,C 位置「0」。除上述狀態外,狀態寄存器還常設有保存有關中斷和機器工作狀態(用戶態或核心態)等信息的一些標志位(應當說明,不同的機器規定的內容和標志符號不完全相同),以便及時反映機器運行程序的工作狀態,所以有的機器稱它為「程序狀態字」或「處理機狀態字」(Processor Status Word,PSW )。
運算器-發展歷史
運算器
公元前5世紀,中國人發明了算盤,廣泛應用於商業貿易中,算盤被認為是最早的計算機,並一直使用至今。算盤在某些方面的運算能力要超過目前的計算機,算盤的方面體現了中國人民的智慧。 直到17世紀,計算設備才有了第二次重要的進步。1642年,法國人Blaise Pascal(1623-1662)發明了自動進位加法器,稱為Pascalene。1694年,德國數學家Gottfried Wilhemvon Leibniz(1646-1716)改進了Pascaline,使之可以計算乘法。後來,法國人Charles Xavier Thomas de Colmar發明了可以進行四則運算的計算器。 現代計算機的真正起源來自英國數學教授Charles Babbage。Charles Babbage發現通常的計算設備中有許多錯誤,在劍橋學習時,他認為可以利用蒸汽機進行運算。起先他設計差分機用於計算導航表,後來,他發現差分機只是專門用途的機器,於是放棄了原來的研究,開始設計包含現代計算機基本組成部分的分析機。(Analytical Engine) Babbage的蒸汽動力計算機雖然最終沒有完成,以今天的標准看也是非常原始的,然而,它勾畫出現代通用計算機的基本功能部分,在概念上是一個突破。 在接下來的若干年中,許多工程師在另一些方面取得了重要的進步,美國人Herman Hollerith(1860-1929),根據提花織布機的原理發明了穿孔片計算機,並帶入商業領域建立公司。
第一代電子管計算機 (1946-1957)
1946年2月15日,標志現代計算機誕生的ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer)在費城公諸於世。ENIAC代表了計算機發展史上的里程碑,它通過不同部分之間的重新接線編程,還擁有並行計算能力。ENIAC由美國政府和賓夕法尼亞大學合作開發,使用了18000個電子管,70000個電阻器,有5百萬個焊接點,耗電160千瓦,其運算速度為每秒5000次。第一代計算機的特點是操作指令是為特定任務而編制的,每種機器有各自不同的機器語言,功能受到限制,速度也慢。另一個明顯特徵是使用真空電子管和磁鼓儲存數據 。
晶體管計算機
第二代晶體管計算機 (1957-1964)
1948年,晶體管發明代替了體積龐大電子管,電子設備的體積不斷減小。1956年,晶體管在計算機中使用,晶體管和磁芯存儲器導致了第二代計算機的產生。第二代計算機體積小、速度快、功耗低、性能更穩定。1960年,出現了一些成功地用在商業領域、大學和政府部門的第二代計算機。第二代計算機用晶體管代替電子管,還有現代計算機的一些部件:列印機、磁帶、磁碟、內存、操作系統等。計算機中存儲的程序使得計算機有很好的適應性,可以更有效地用於商業用途。在這一時期出現了更高級的COBOL和FORTRAN等語言,使計算機編程更容易。新的職業(程序員、分析員和計算機系統專家)和整個軟體產業由此誕生。