计算机组成原理与系统结构 第1章 绪论

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1、第一章绪论1.1计算机的发展简史1.2计算机的硬件组成1.3计算机系统1.4计算机系统结构、组成和实现1.5计算机的应用与发展1.1计算机的发展简史计算机是人类智慧的结晶，迄今为止，计算机的发展经历了380多年。计算机大致可分为两大种：机械计算机和电子计算机。电子计算机是指不需要人工直接干预，能够自动、高速、准确地对各种信息进行高速处理以及存储的电子设备。电子计算机分为两类：电子模拟计算机和电子数字计算机。电子模拟计算机中处理的信息是连续变化的物理量，运算过程是连续的；电子数字计算机中处理的信息是在时间上离散的数字量，运算过程是不连续的。如，在电子数字计算机中往往用输出信号电

2、平的高低或脉冲的有无来表示数值“1”或“0”，这样就可以用一串在时间上彼此离散的量来表示一个数。1.1.1电子数字计算机的发展简史1946年，第一台电子数字计算机——ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndComputer）在美国陆军部的资助下，由美国宾夕法尼亚大学研制出来。从第一台电子数字计算机诞生至今的50多年里，计算机科学技术一直在飞速地发展，其发展速度是人类科技史上任何其他学科所无法比拟的。根据组成计算机的电子器件，一般把电子数字计算机分为四个阶段，习惯上称为四代。第一代：电子管计算机（1946~1955），将电子管和继电器用绝缘导

3、线互连在一起构成计算机，代表性的计算机有ENIAC、美国IBM的650小型机和701计算机。第二代：晶体管计算机（1955~1965），采用晶体管和印制电路构成计算机。后来又采用了铁氧体的磁芯存储器。代表性的计算机有美国控制数据公司的CDC1604，IBM的7030等。第三代：中小规模集成电路计算机（1965~1974），采用中小规模集成电路和多层印制电路。代表性的计算机有IBM360、IBM370、CDC6600/7600、Texas仪表公司的ASC、DigitalEquipment公司的PDP-8等。第四代：大规模或超大规模电路计算机（1974~），采用大规模或超大规模电

4、路和半导体存储器构成计算机，70年代初，半导体存储器问世，迅速取代了磁芯存储器在计算机中的地位，并不断地向大容量、高速度的方向发展，此后，存储器芯片集成度大致每三年翻两番，这就是著名的摩尔定律。因为芯片性能呈指数增长已放缓，所以摩尔定律已渐渐不再适用。本时期代表性的计算机有VAX9000、CrayX-MP、IBM/3090VF等。1.1.2冯·诺依曼计算机存储程序概念是冯·诺依曼等人于1946年6月在一篇题为《电子计算机装置逻辑结构初探》的报告中首次提出来的，该报告的内容概括为以下三个基本特点：⒈计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。⒉计算机内部以二

5、进制代码表示指令和数据。⒊采用存储程序的方式。将事先编好的程序（包括数据）存入到同一个存储器，然后再启动计算机工作，计算机自动、连续地从存储器中取出指令并运行，这个过程不需要人工干预。1.1.3计算机的分类计算机的规模由计算机的一些主要技术指标来衡量，如运算速度、存储容量、输入和输出能力等。计算机按照其规模可分为大型机、巨型机、小型机、微机和工作站等。⒈大型机大型机最初是指装在非常大的、带框的铁盒子里的大型计算机系统，以用来同小一些的机器有所区别。比较具有代表性的大型机有60年代的IBM360、70年代和80年代的IBM370、90年代的IBMS/390等。大型机的运算速度非

6、常快，具有高可靠性、高稳定性、安全性和强大的数据处理能力。⒉巨型机尽管大型机的运算速度很快，但是国防、气象等领域需要有运算速度更快的计算机来处理数据，所以出现了巨型机。著名的巨型机如：美国的克雷系列(Cray-1,Cray-2，Cray-3、Cray-4等)；我国自行研制的银河-I（每秒运算1亿次以上）、银河-II（每秒运算了10亿次以上）和银河-III（每秒运算100亿次以上）也都是巨型机。⒊小型机小型机是指运行原理类似于PC机和服务器，但性能及用途又与它们截然不同的一种高性能计算机。小型机一般用于工业自动控制、信号处理、医疗设备的数据采集、企业管理等方面。比较有名的小型机

7、有美国DEC公司生产的VAX系列机、PDP-11；惠普的HP1000、HP9000；国产的浪潮、曙光等等。⒋微机微型计算机简称微机，是目前发展最快、应用最广泛的一种计算机。1971年月11月美国Intel公司推出了世界上第一台微机——MCS-4，中央处理器采用Intel4004。1981年，IBM推出了IBMPC机，IBM的PC机很快成为微机市场的主流产品。⒌工作站工作站是个人使用的台式计算机系统，是一种具有高速数据处理能力、高性能的图形处理系统。它具有良好的人机界面和通用的操作系统（windowNT、