计算机组成原理 第一章 概述

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1、《计算机组成原理》PrincipleofComputerOrganization¾第一章计算机系统概述计算机科学与技术学院体系结构中心1本章内容¾从存储程序的概念入手，说明计算机的基本组成；¾从信息处理过程出发，说明一个完整的计算机系统是由哪些硬件和软件构 成的，以及软硬件之间的关系¾对各部分有一些粗浅的、整体的认识计算机科学与技术学院体系结构中心2计算机的分类计算机－>电子计算机－>电子数字计算机计算机科学与技术学院体系结构中心3计算机工业的分类¾按照计算机的体系结构、运算速度、结构规模、适用领域分类：巨型机

2、大型机中型机小型机微型机计算机科学与技术学院体系结构中心4以应用为中心的分类方法¾通用计算机：具有计算机的标准形态，通过装配不同的应用软件，以类同面目出现并应用在社会 的各个方面。¾专用计算机/嵌入式(Embedded)计算机：指被安装、固定、嵌入到交通工具、仪器仪表、控制系统、通信设备、家用电器等 部件中的模块化数据处理机。以嵌入式系 统的形式隐藏在各种装置、产品和系统 中。计算机科学与技术学院体系结构中心5计算机的发展历史¾机械式数字计算机1642年法国数学家Pascal 1671年德国数学家Leibniz

3、计算机科学与技术学院体系结构中心6技术和理论准备¾GeogeBoole，《思维规律研究》， 1854年，创立数理逻辑¾Turing，《理想计算机》，1936年， “图灵机”¾JohnVonNeumann，《电子计算工 具逻辑设计》，1946年，“存储程序”的概念，冯·诺依曼结构计算机科学与技术学院体系结构中心7计算机的发展简史¾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¾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¾第三代中小规模集成电路

4、时代(1965-1970)存储容量大，运算速度快，几十至几百万次/秒¾第四代大规模集成电路时代(1971－1985年)¾第五代巨规模集成电路时代(1986至今)计算机科学与技术学院体系结构中心8世界上第一台计算机ENIAC1946美国¾18000多个电子管 ¾1500多个继电器 ¾150千瓦¾30吨¾1500平方英尺 ¾5000次加法/秒¾用手工搬动开关和拔插电缆来编程计算机科学与技术学院体系结构中心9计算机的发展方向¾性能方面：运行速度不断提高，处理器字长不断增加 ¾功能方面：全面支持多媒体技术，与网络技术全

5、面结合。 ¾体系结构方面：从单处理器、单机系统向多处理器和网络化演进 向以通信为中心的体系结构发展 ¾可用性方面：从面向过程的机制向面向对象的机制转变 计算机向智能化的方向发展计算机科学与技术学院体系结构中心10计算机的发展方向¾制造工艺方面：向超高集成度方面发展力求在电子技术之外找到解决办法¾从用户的角度看，计算机技术发展的主要目标是：提高性能方便使用计算机科学与技术学院体系结构中心11达到目标的技术途径提高性能：现有半导体技术：提高并行处理能力数据流计算机网络化，多处理机技术非半导体技术：超导计算量子计算生

6、物计算光计算方便使用：智能化：人工智能机器推理大众化多媒体技术计算机科学与技术学院体系结构中心12摩尔（）定律GordonMoore集成电路大体上每18个月翻一番，今后可持续?年计算机科学与技术学院体系结构中心返回132005最快的五台超级计算机1.IBM与美国能源部（DOE）国家核安全署 （NNSA）联合开发的蓝色基因/L系统蝉联榜首位 置，该机器安装于DOE的劳伦斯—利弗莫尔国家实 验室用于核武器模拟试验，其Linpack测试性能达 到136.8Tflops2.BGW系统，该机器安装于IBM的ThomasW

7、atson 研究中心，它与蓝色基因/L结构相同，其Linpack 性能达到91.2Tflops。3.SGI公司开发、安装于NASAAmes研究中心的 哥伦比亚系统，其Linpack测试性能为 51.87Tflops。计算机科学与技术学院体系结构中心142005最快的五台超级计算机1.连续五次荣获TOP500榜首的NEC公司的“地球模拟 器”系统这次排在第4位，其Linpack性能为 35.86Tflops。共有5120个CPU2.IBM安装于西班牙巴塞罗那超级计算机中心的 MareNostrum机群系统以微弱优

8、势获得第五位， 其Linpack测试性能为27.91Tflops。计算机科学与技术学院体系结构中心15计算机的应用领域¾科学计算：最早的应用领域——高速、高精度密码破译，天气预报，地质勘探，卫星轨道计算¾信息处理：起源于数据处理文字处理、事务处理、信息管理¾过程控制：程控交换机、机电一体化、智能仪表、测控系统¾人工智能：模拟人类的高级思维活动计算机辅助设计/分析/制造/教学、决策帮助、