杭州电子科技大学计算机组成原理课件(1)PPT推荐.ppt

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11掌握计算机硬掌握计算机硬件系统各组成件系统各组成部件的工作原部件的工作原理、逻辑实现、理、逻辑实现、设计思想设计思想22理解各部件联理解各部件联结成整机并协结成整机并协调运转的方法调运转的方法。

33了解当代计算了解当代计算机系统的新技机系统的新技术和新成果术和新成果3第一章第一章概概论论计算机系统的发展与应用计算机系统的发展与应用1.11.1本章小结本章小结计算机的分类与性能指标计算机的分类与性能指标1.21.2计算机系统的基本组成计算机系统的基本组成1.31.341.11.1计算机系统的发展与应用计算机系统的发展与应用计算机的产生计算机的产生一一计算机的发展计算机的发展二二微型计算机的发展微型计算机的发展三三计算机的应用计算机的应用四四5二、计算机的发展二、计算机的发展“摩尔定律摩尔定律”19641964年，年，IBM360IBM360成功成功开发出开发出66个型号的大、个型号的大、中、小型电脑和中、小型电脑和4444种种新式的配套设备，都新式的配套设备，都是系列兼容机，成为是系列兼容机，成为第三代计算机标志性第三代计算机标志性产品产品DECDEC公司公司19651965年制造年制造的的PDPPDP88型集成电路型集成电路计算机，被公认为第计算机，被公认为第一台标准小型机一台标准小型机第一代第一代电子管计算机电子管计算机第二代第二代晶体管计算机晶体管计算机第三代第三代集成电路计集成电路计算机算机第四代大规模第四代大规模与超大规模集与超大规模集成电路计算机成电路计算机19461946年年ENIACENIAC19551955年年ENIACENIAC正式退役正式退役19551955年，年，贝尔实验室研贝尔实验室研制出世界上第一台全晶制出世界上第一台全晶体管计算机体管计算机TRADICTRADICTRADIC，装有，装有800800只晶体只晶体管，管，100100瓦功率，占地有瓦功率，占地有33立方英尺立方英尺1971年，英特尔公司40041972年，8008678冯冯诺依曼诺依曼v冯冯诺依曼（诺依曼（JohnvonJohnvonNeumannNeumann，1903195719031957），），2020世纪最重要的数学家之一，世纪最重要的数学家之一，在现代计算机、博弈论和核在现代计算机、博弈论和核武器等诸多领域内有杰出建武器等诸多领域内有杰出建树的最伟大的科学全才之一，树的最伟大的科学全才之一，被称为被称为“计算机之父计算机之父”和和“博弈论之父博弈论之父”。

v19451945年年66月，冯月，冯诺依曼与莫尔诺依曼与莫尔小组成员共同发表了小组成员共同发表了“101101页页报告报告”，提出了，提出了“冯冯诺依曼诺依曼”体系结构思想。

体系结构思想。

9计算机行业发展的规律计算机行业发展的规律v摩尔定律摩尔定律v安迪安迪-比尔定律比尔定律（WhatAndygives,BillWhatAndygives,Billtakesawaytakesaway）。

）。

v反摩尔定律反摩尔定律10三、微型计算机的发展三、微型计算机的发展v第一代第一代80088008微处理器微处理器v第二代微处理器第二代微处理器其运算速度是第一代的1015倍，指令系统比较完善，已经有了典型的计算机体系结构以及中断、DMA功能。

支持它们的语言有汇编、BASIC、FORTRAN和PL/M等，后期还开始配备CP/M操作系统1974年，8位微处理器芯片8080，集成了约4800个晶体管，每秒执行29万条指令。

1976年，8位微处理器Z8011三、微型计算机的发展三、微型计算机的发展v第三代微处理器第三代微处理器1978年，16位的微处理器Intel8086，内部集成了29000个晶体管，它的数据总线16位（字长），地址总线20位可直接寻址存储器1MB1979年，8位的微处理器Intel8088，1983年，IBM公司推出带有硬盘的IBMPC/XT机16位的Z8000和MC680001982年Intel公司推出了16位处理器80286，集成晶体管达13万个，同档次的有Motorola的68010。

它们的数据总线仍然是16位，但地址总线增加到24位。

80286有两种工作模式：

实地址模式和虚地址保护模式。

IBMPC/AT12三、微型计算机的发展三、微型计算机的发展v第四代微处理器第四代微处理器1985年Intel公司推出了第四代32位微处理器芯片80386，片内集成了27.5万个晶体管，它与8086向上兼容，具有32位数据线和32位地址线，通用寄存器也扩展为32位。

v第五代微处理器第五代微处理器1993年Intel公司推出了第五代32位微处理器芯片Pentium（P5），片内集成了320万个晶体管，具有64位数据线和32位地址线。

v第六代微处理器第六代微处理器1995年Intel公司推出了第六代32位微处理器芯片PentiumPro（P6），片内集成了550万个晶体管，具有64位数据线和36位地址线。

PII,PIIIPentium4core（corei3,corei5,corei7（corei7-3960X,corei75960X）.）13v目前，目前，通用微处理器通用微处理器的方向发展：

的方向发展：

1.进一步提高电路的复杂度来提高处理器的性能。

采用传统的指令级并行方法加速单线程应用，采用更多功能部件、多级Cache、更宽的超标量。

2.通过线程/进程级并行性来提高处理器的性能。

如多处理器、多线程处理器等。

3.将存储器集成到处理器芯片内来提高其性能。

这样可使访存延时减少510倍以上，存储器带宽可增加50100倍。

4.发展嵌入式处理器。

嵌入式处理器实现高性能的途径与通用处理器不同，大多针对专门的应用领域来专门设计以满足高性能、低成本和低功耗的要求。

三、微型计算机的发展三、微型计算机的发展14四、计算机的应用四、计算机的应用v科学计算领域科学计算领域v工业应用领域工业应用领域实时控制CAD/CAM企业管理辅助决策v商业应用领域商业应用领域电子银行电子商务v教育应用领域教育应用领域远程教学模拟教学多媒体教学数字图书馆v生活应用领域生活应用领域数字社区信息服务v人工智能领域人工智能领域151.21.2计算机的分类和性能指标计算机的分类和性能指标按计算机系统结构分类按计算机系统结构分类一按计算机的用途分类按计算机的用途分类二按照计算机的规模分类按照计算机的规模分类四按计算机的性能指标分类按计算机的性能指标分类五按计算机的使用方式分类按计算机的使用方式分类三16一、按计算机的系统结构分类一、按计算机的系统结构分类v即即MichaelFlynnMichaelFlynn分类法：

分类法：

计算机在执行程序过程中，有2种信息在流动。

一种是计算机指令，它从存储器流入控制器，并变成整个计算机系统的控制信号。

另一种是数据，从输入设备流入存储器，再流入执行部件如运算器，运算结果流入存储器或输出设备。

Flynn称前一种信息为“指令流”，后一种信息为“数据流”。

因此根据指令流与数据流的不同组合，计算机系统结构分为以下4类。

17一、按计算机的系统结构分类一、按计算机的系统结构分类18二、按计算机的用途分类二、按计算机的用途分类v11、通用计算机、通用计算机通用计算机是指为通用计算机是指为解决各种问题解决各种问题，具有，具有较强的通用较强的通用性性而设计的计算机。

该机适用于一般的科学计算、而设计的计算机。

该机适用于一般的科学计算、学术研究、工程设计和数据处理等学术研究、工程设计和数据处理等广泛用途广泛用途，这类，这类机器本身有较大的适用面。

机器本身有较大的适用面。

v22、专用计算机、专用计算机专用计算机是指为适应专用计算机是指为适应某种特殊应用某种特殊应用而设计的计算而设计的计算机，具有运行效率高、速度快、精度高等特点。

一机，具有运行效率高、速度快、精度高等特点。

一般用在般用在过程控制过程控制中，如智能仪表、飞机的自动控制、中，如智能仪表、飞机的自动控制、导弹的导航系统等。

导弹的导航系统等。

19三、按计算机的使用方式分类三、按计算机的使用方式分类v桌上型计算机桌上型计算机桌上型计算机包括PC机、工作站和笔记本型计算机，为用户提供良好的计算性能和较低成本的工作环境。

桌上型计算机是成本低、应用广的计算机类型v服务器型计算机服务器型计算机服务器型计算机是指在网络环境或具有客户服务器结构的分布式计算环境中，为客户请求提供服务的节点计算机。

v嵌入式计算机嵌入式计算机嵌入式计算机是将计算机作为一个部件，成为某个设备的一部分，嵌入式计算机成本更低，用途更广。

它的结构一般是面向特定应用。

不同的嵌入式应用有不同的要求，需要根据不同的应用进行专门的开发设计。

20四、按计算机的规模分类四、按计算机的规模分类v11、巨型计算机、巨型计算机运算速度快、存储容量大，价格相当昂贵，主要用于复杂、尖端的科学研究领域，特别是军事科学计算。

v22、大、大/中型计算机中型计算机通用性能好、外部设备负载能力强、处理速度快。

它有完善的指令系统，丰富的外部设备和功能齐全的软件系统，并允许多个用户同时使用。

主要用于科学计算、数据处理或做网络服务器。

v33、小型计算机、小型计算机具有规模较小、结构简单、成本较低、操作简单、易于维护、与外部设备连接容易等特点。

v44、微型计算机：

简称微机、微型计算机：

简称微机以运算器和控制器为核心，加上由大规模集成电路制作的存储器、输入/输出接口和系统总线，构成了体积小、结构紧凑、价格低但又具有一定功能的计算机。

21将运算器、控将运算器、控制器、存储器制器、存储器和输入和输入/输出接输出接口集成在一块口集成在一块芯片中芯片中所有器件制作所有器件制作在一块印刷线在一块印刷线路板上路板上以微机为核心，以微机为核心，再配以相应的再配以相应的外部设备、电外部设备、电源、辅助电路源、辅助电路和控制微机工和控制微机工作的软件作的软件单板机单板机单片机单片机微型计算微型计算机系统机系统四、按计算机的规模分类四、按计算机的规模分类v目前，目前，微型计算机与工作站、小型计算机乃至中、大微型计算机与工作站、小型计算机乃至中、大型机之间的界限已经愈来愈模糊。

型机之间的界限已经愈来愈模糊。

22五、计算机的性能指标分类五、计算机的性能指标分类v11、机器字长、机器字长CPU一次能处理的数据位数v22、存储容量、存储容量存储容量=存储单元个数存储字长单位：

字节1字节（B）=8位度量：

1K=2101M=2201G=230v33、运算速度（、运算速度（MIPSMIPS、CPICPI、FLOPSFLOPS）v44、可配置的外设、可配置的外设v55、性能价格比、性能价格比v66、可靠性、可维修性和可用性、可靠性、可维修性和可用性v除此之外，评价计算机时还会看它的兼容性，系统的除此之外，评价计算机时还会看它的兼容性，系统的可扩展性，系统对环境的要求，耗电量的大小等可扩展性，系统对环境的要求，耗电量的大小等231.31.3计算机的基本组成计算机的基本组成计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构四四计算机系统组成计算机系统组成一计算机软件系统计算机软件系统三计算机硬件系统计算机硬件系统二24软件系统软件系统是指管理计算机软件和是指管理计算机软件和硬件资源、控制计算机硬件资源、控制计算机运行的程序、命令、指运行的程序、命令、指令、数据等，软件系统令、数据等，软件系统就是程序系统，也称为就是程序系统，也称为“软设备软设备”。

一、计算机系统组成一、计算机系统组成v一个完整的计算机系统，包括两大部分，即一个完整的计算机系统，包括两大部分，即硬件系统硬件系统和