计算机组成原理1-概述课件

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1、欢迎大家学习计算机组成原理计算机学院沈磊tigerchina@sdu.edu.cn教学大纲目的和要求该课程是计算机科学与技术专业的一门专业基础课。它的内容主要介绍计算机各个功能部件的组织结构、功能以及它们之间互连组成的计算机系统。使学生了解计算机的组成原理及工作原理，以建立整机概念。教学内容概论、数据表示、运算方法和运算器、指令系统、控制器、存储系统、输入输出系统、外部设备、计算机系统。第一章概论本章要点：1)冯·诺伊曼体系的基本特征2)总线结构的概念及特点3)计算机系统的层次结构4)计算机的性能指标教学目的：本章的目的在于

2、帮助读者建立一个关于计算机系统框架的整体概念，并初步了解有关计算机系统的基本常识和基本概念。什么是电子计算机？计算机是一种能够执行程序，进行复杂计算的工具。数字电子计算机是一种能存储程序并能自动地、高速地对各种数字化信息进行运算处理的电子设备。自动的含义是指程序执行时，不再需要人的干预，程序能连续发出各种命令，控制计算机完成预定的操作任务。1.1计算机的发展与应用计算工具的发展概况手工时代机械时代电子时代-500纪元162116411830193619401946195119591964197119791994十算算计帕巴米通

3、阿电ENIACUNIVACIBMIBMINTELIBM新指算斯贝斯用塔子700036040044300一计尺卡奇工计那计代数筹盘计分业算索算计算析机夫机算机机方机案电子管时代晶体管时代集成电路时代大规模集成电路时代1、电子计算机的产生理论基础：1854年，英国科学家GeorgeBoole发表《布尔代数》，把逻辑理论建立在“0”、“1”两种值和“与”、“或”、“非”三种运算上。物质基础：1919年，W.H.Ecclers和F.W.Jordan用两只三极电子管接成了E-J双稳态触发器，提供了用电子元件表示二进制数的物质基础。现实需

4、要：二战因弹道计算需要高速、准确的计算工具。2、第一代计算机电子管时代（46-59）ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandComputer)二战因弹道计算需要高速、准确的计算将电子管和继电器存储器用绝缘导线互连在一起，有单个CPU组成，CPU用程序计数器和累加器完成定点运算，采用机器语言或汇编语言，用CPU程序控制I/O。代表性的有宾夕法尼亚大学莫尔学院1950年的ENIAC、IBM于1953年IBM701计算机。特征：使用电子管为计算机的基本器件体积大、耗电多、速度慢、可靠性低速度为每秒

5、几千到几万次应用与军事和国防贡献：确立了模拟量可变换成数字量进行计算确立了计算机的基本结构确立了程序设计的基本方法使用阴极射线管（CRT）作显示器代表：ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandComputer)介绍：重达30吨占地170平方米内装18000个电子管计算速度5000次/秒不足：存储容量小20个字长10位非自动采用线路连接来编程VonNeumann在此基础上提出了现代计算机的模型第一台计算机ENIAC3、第二代计算机晶体管时代（59-64）BELL实验室的Johnbardeen,

6、WalterBrattain发明晶体管。采用分立式晶体管和铁氧体的磁芯，用印刷电路将它们互连。采用变址寄存器、浮点运算、多路存储器和I/O处理机。采用高级语言、子程序库、批处理监控程序。代表性系统是IBM7030。特征：使用晶体管为计算机的基本器件体积缩小、耗电减少、重量减轻、可靠性提高速度为每秒几万到几十万次开始应用于数据处理贡献：在图形处理领域开始应用鼠标器问世有了操作系统和高级语言出现通用机和专用机代表：CDC66007600IBM70904、第三代计算机集成电路时代1965-1974仙童公司和德州仪器把整个电路做在一片

7、半导体上。采用小规模或中小规模的集成电路和多层印刷电路。微程序控制。采用了流水线、高速缓存和先行处理机。软件采用多道程序设计和分时操作系统。代表性的有IBM/360-370系列、DigitalEquipment公司的PDP-8系列。特征：使用中、小规模集成电路为计算机的基本器件体积、功耗显著缩小、可靠性大大提高速度为每秒几百万次贡献：分成巨型机、大型机、中型机、小型机多种完善的操作系统和高级语言出现系列机（解决硬件更新和软件相对稳定的矛盾，大受欢迎）代表：IBM3605、第四代计算机大规模集成电路时代1974-1991开始生产

8、包含CPU的IC，Intel和Motorola的8080和6800采用大规模和超大规模的集成电路和半导体存储器。出现了共享存储器、分布存储器或或向量硬件选择的不同结构的并行计算机。使用了并行处理的多处理操作系统、专用语言和编译器，产生了用于并行处理和分布处理的软件工具和环境。