计算机原理及系统结构发帖 计算机系统概论.ppt

计算机组成原理主讲教师：**琴Email：@tom微机原理微机原理体系结构体系结构汇编语言汇编语言计算机原理计算机原理数字逻辑数字逻辑电子技术电子技术电路分析电路分析第一章计算机系统概论第一代电子管时代(1946-1958)耗电高，体积大，定点计算，机器语言，汇编语言第二代晶体管时代(1958-1965)变集中处理为分级处理，浮点运算、高级语言第三代中小规模集成电路时代(1965-1970)存储容量大，运算速度快，几十至几百万次/秒第四代大规模集成电路时代(1971至今)向大型机和微型机两个方向发展现代计算机发展方向巨型化，微型化，网络化，智能化，多媒体化根据摩尔定律集成电路大体上每18个月翻一番，今后可再用10年。目前，大规模芯片生产工艺已达到0.25微米。微电子工业发展每下一步的线宽大约是前一步的0.7倍，因而0.25微米的下一步是0.18微米，其后是0.13微米、0.09微米、0.06微米。年份大事建成了第一台二进制的机电式通用计算机Z-等建成了一台真空管计算机1945J.W.教授等研制成由IBM公司和哈佛大学共同制成自动机电式哈佛Mark计算机1948曼彻斯特Mark成为第一台存储程序的数字计算机研制成功制成第一台军用的存储程序电子计算机A成为第一台商业计算机，采用磁芯存储器1956采用晶体管的商用计算机开发成功公司11月研制成PDP-1，第一台具有显示器和键盘的商用计算机公司研制成7030，号称超级计算机1962英国研制成Atlas计算机，首次采用虚拟存储器和流水操作宣布/研制成功，第一台商用超级计算机推出PDP-8，采用晶体管线路设计成功超级计算机，推出第一个微处理器芯片推出PDP-第一台微型机研制成功-1研制成功，第一台向量结构超级计算机和推出商品微型机公司研制成第一台工程工作站推出-MP推出，将两台Cray-1链接在一起1982日本启动”第五代”计算机项目-2和研制成功，性能均达每秒十亿次运算-3研制成功，采用砷化镓芯片-MPC90研制成功，采用16个处理机巨型机——世界几家公司生产，最快1.4万亿次，9千个CPU组成Cray-1,Cray-2,Cray-3,国产银河I,银河II,小巨型机——功能同巨型机相近，价格相对便宜，发展十分迅速美国公司的C系列机为其代表产品。

大型机——大中型企事业单位作为计算中心的主机使用，统一调度主机资源，代表产品有，370，4300等小型机——它可以满足部门性的需求，供小型企事业单位使用，典型产品有IBM-AS/400，DEC-VAX系列工作站——用于特殊的专业领域，例如图象处理和辅助设计等。典型产品有HP-，SUN工作站等。微型机——个人或家庭使用，PC机/个人计算机，价格低廉1.IBM:个CPU最大平均速度7.304TF(10122.IBM:个CPU最大平均速度7.304TF(10123.个CPU最大平均速度7.634TF(个CPU最大平均速度13.88TF(10125.NEC:个CPU最大平均速度35.86TF(1012完整的计算机系统由硬件和软件组成16硬盘电源导线和电缆软驱内存微处理器（CPU）扩展卡主板扩展槽软件组成软件组成系统软件系统软件应用软件应用软件操作系统或管理软件操作系统或管理软件汇编程序汇编程序高级语言的编译或解释程序高级语言的编译或解释程序故障诊断或检验程序故障诊断或检验程序系统调试程序系统调试程序数据库管理程序数据库管理程序使用者根据需要采用各类语言使用者根据需要采用各类语言编写的各种应用程序，包括各编写的各种应用程序，包括各类应用软件包类应用软件包计算机软件的组成计算机软件的组成没有配备任何软件的没有配备任何软件的““**机**机””无法投入使用，没有配备足无法投入使用，没有配备足够的软件，其功能就不能很好的发挥。

够的软件，其功能就不能很好的发挥。计算机软件的分计算机软件的分类如下：类如下：自然语言自然语言：人类相互交流信息所用的语言：人类相互交流信息所用的语言高级语言高级语言：：由于当前的计算机还不具备理解自然由于当前的计算机还不具备理解自然语言的能力，于是人们希望找到一种和自然语言语言的能力，于是人们希望找到一种和自然语言接近并能为计算机接受的语言，这种语言被称为接近并能为计算机接受的语言，这种语言被称为计算机的高级语言计算机的高级语言。。汇编语言汇编语言：符号式程序设计语言，属于低级语言。：符号式程序设计语言，属于低级语言。机器语言机器语言：：然而目前的通用计算机不会直接执行然而目前的通用计算机不会直接执行用高级语言编写的程序，因而要先将其翻译成机用高级语言编写的程序，因而要先将其翻译成机器能执行的语言，这种语言被称为机器语言（由器能执行的语言，这种语言被称为机器语言（由二进制代码表示的指令组成）。二进制代码表示的指令组成）。计算机解题的过程可归结为：将程序与数据输入计算机，并由计算机将程序翻译成机器语言程序，保存在计算机的存运行程序，输出结果。在计算机中能执行的程序是由指令组成的，因此计算机执行程序的过程，实际上就是按照给定次序执行一组指令的过程。

一条指令通常分成两部分：操作码规定该指令执行什么样的运算(或操作)，因此被命名为操作码。地址码规定对哪些数据进行运算，通常表示的是数据地址，因此被称为地址码。21组成计算机的所有电子元件和机电装置的统称冯.诺依曼机具有如下基本特点:计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。采用存储程序的方式，程序和数据放在同一存储器中，由指令组成的程序可以修改。数据以二进制码表示指令由操作码和地址码组成。指令在存储器中按执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址，一般按顺序 机器以运算器为中心，数据传送都经过运算器。输入设备用来输入原始数据和处理这些数据的程 输出设备用来输出计算机的处理结果。存储器用来存放程序和数据，是计算机各种信息 的存储和交流中心。 中央处理器又叫CPU，在早期的计算机中分成运 算器和控制器两部分，由于电路集成度的提高， 现在已把它们集成在一个芯片中。 运算器是对信息或数据进行处理和运算的部件，经常进行的是算术运算和逻辑运算，所以在其内部有一个 算术及逻辑运算部件(ALU)。 控制器主要用来实现计算机本身运行过程的自动化，即实现程序的自动执行。

24 以二进制表示和存储程序控制为核心运算器 ALU 输出设备 存储器 控制器 输入设备 算术运算 逻辑运算 存放数据 和程序 将信息转换成机 器能识别的形式 将结果转换成 人们熟悉的形式 指挥程序 运行 存储器输入设备 运算器 控制器 输出设备 26 计算机要自动完成解题任务，必须将事先设计好、用以描述计算机解题过程的 程序与数据一样，采用二进制形式存储 在机器中，计算机在工作时自动高速地 从机器中逐条取出指令加以执行。 以总线连接的计算机框图 28 按功能划分：CPU内部总线、外总线、局部总 线、系统总线。 按时序划分：同步总线、异步总线。 按数据传送方式划分：并行总线、串行总线。 按传送方向划分：单向总线、双向总线。 按信息类型划分：数据总线、地址总线、控制 总线。 计算机的解题过程 1.3 计算机系统的层次结构 虚拟机：通过配置软件扩展功能后形成的与实际 机无关的机器。它将提供给用户的功能抽象出来 ，脱离了物理机。 由于站在不同层次上编程的程序员所看到 的计算机属性也是个不相同的。 虚拟机（通过软件扩充的物理机）目的： 摆脱真实机器的束缚。 比较：Java虚拟机 实际机器（机器语言物理机） 专用语言虚拟机 高级语言虚拟机 汇编语言虚拟机 程序 高级语言虚拟机器的层次结构 计算机系统的多级层次结构 科学研究计算 密码破译，天气预报，地质勘探，卫星轨道计算 过程控制 机器人以及各种自动化装备，温度调节，阀门控制 辅助设计/分析/制造/教学 机械CAD，建筑CAD，CAE，CAM，CAI 数据处理 数据库管理，企业信息管理，统计汇总、办公自动化 智能模拟 人工智能、专家系统、自学习 作业 P14 1.1, 1.3