计算机组成原理-第一章-计算机系统概论

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1、概述计算机组成原理：主要指计算机硬件的实现方法及工作原理从三方面掌握本课程内容:硬件结构:从物理上逻辑上掌握计算机各部件的构成和作用实现方式:硬件连接方式和内部处理方式(如控制器和运算器的实现方式)工作原理:计算机内部各部件工作过程本课程的重要地位计算机组成原理是计算机相关专业的核心专业课程，对后续课程(计算机网络，单片机，嵌入式)的学习十分重要，也是考研专业课。通过本课程的学习主要掌握:单处理机系统的组成及工作原理，分析说明计算机由哪些功能部件组成，结构，功能，以及他们如何完成各自分配的任务。学习难点：内容多，结

2、果复杂，数字逻辑是基础学习方法：分析结构，弄清原理，多做练习主要内容计算机系统概述运算方法和运算器(数据的表示，编码。包括数值，非数值数据，整数，小数，汉字，校验码。定点运算，浮点运算，逻辑运算）存储器系统(存储器芯片的结构和功能，存储器的组成与连接，高速存储器，Cache)指令系统(指令格式，寻址方式，典型指令)CPU(组成和工作原理，控制器的实现)总线系统(总线的作用，分类，控制和通信)输入输出系统(控制方式)2021/7/174第一章计算机系统概论1.1计算机的分类1.2计算机发展简史1.3计算机的硬件1.4

3、计算机的软件1.5计算机系统的层次结构2021/7/1751.1计算机的分类一、电子计算机从总体上来说分为两大类。电子模拟计算机。“模拟”就是相似的意思。模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，运算过程也是连续的。电子数字计算机，它是在算盘的基础上发展起来的，是用数目字来表示数量的大小。数字计算机的主要特点是按位运算，并且不连续地跳动计算。2021/7/1761.1计算机的分类数字计算机模拟计算机数据表示方式数字0/1电压计算方式数字计数电压组合和测量值控制方式程序控制盘上连线精度高低数据存储量大小逻辑判断能力强无数

4、字计算机与模拟计算机的主要区别2021/7/1771.1计算机的分类二、数字计算机分类数字计算机根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分，可以划分为两类：专用计算机：专用机是最有效、最经济和最快速的计算机，但是它的适应性很差。通用计算机：通用计算机适应性很大，但是牺牲了效率、速度和经济性。2021/7/1781.1计算机的分类三、通用计算机分类通用计算机根据体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格等可以分为：超级计算机大型机服务器PC机单片机多核机演示第一台vonNeu

5、mann系统结构的计算机IBM/360集成电路计算机小型化超级计算机IBMRoaddrunner(走鹊)IBM为美国能源部所属的国家核能安全管理部（NationalNuclearSecurityAdministration，NNSA）建立的超级电脑129600个计算核心，最大平均速度1105000GFLOPSCrayXT5Jaguar美洲虎美国Cray公司建造的一台超级电脑,位于橡树岭国家实验室造价一亿美金,整个系统的内存容量达到300TB，硬盘空间高达10PB1PB=1024TB1TB=1024GB150152个

6、计算核心，最大平均速度1059000GFLOPSIBMJUGENE-BlueGene/P(尤金)德国尤利希超级计算机中心所研制,294912个计算核心，最大平均速度825500GFLOPSSGIPleiades系统美宇航局埃姆斯研究中心51200个计算核心，最大平均速度487005GFLOPS天河2号在德国举行的2015年国际超级计算机大会上发布全球超级计算机500强最新榜单，中国“天河二号”以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度第五次蝉联冠军,312万个计算核心,1.404PB内存，而外部存储器容量方面更是高达1

7、2.4PB.天河二号逐步在生命科学、材料科学、大气科学、地球物理、宇宙、经济学，以及大型基因组组装、基因测序、污染治理等一系列事关国计民生的大科学、大工程中“大显身手”1.2计算机发展简史1.2.1计算机的五代变化1.2.2半导体存储器的发展1.2.3微处理器的发展1.2.4计算机的性能指标2021/7/17162021/7/17171.2计算机发展简史1.2.1计算机的五代变化第一代为1946—1957年，电子管计算机：数据处理第二代为1958—1964年，晶体管计算机：工业控制第三代为1965—1971年，中小

8、规模集成电路计算机：小型计算机第四代为1972—1990年，大规模和超大规模集成电路计算机：微型计算机第五代为1991年开始，巨大规模集成电路计算机：单片机2021/7/17181.2计算机发展简史1.2.2半导体存储器的发展20世纪50～60年代，所有计算机存储器都是由微小的铁磁体环1970年，仙童半导体公司生产出了第一个较大容量半导体存储器从1970年起