计算机组成原理绪论

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1、计算机组成原理主讲罗胜耘第一章计算机系统概论第二章运算方法和运算器第三章存储系统第四章指令系统第五章中央处理器第六章总线系统第七章外围设备第八章输入输出系统目录前　　言1.本课程的作用《计算机组成原理》是计算机应用和软件专业必修的专业基础课程，也是其他专业学习计算机基础知识的必选课程。从课程地位来说，它在先导课(汇编语言程序设计、数字逻辑、数据结构)和后续课(操作系统、编译方法、接口技术等)之间起着承上启下的作用。2.本课程的目的与任务从传授基础知识和培养能力的目标出发，使学生掌握宽厚的硬件基础知

2、识，理论联系实际，注重智力开发和能力培养，锻炼学生的硬件分析、设计和调试能力。从而适应在各类计算机上从事开发和应用的需要。第一章计算机系统概论§1.1计算机的分类和应用§1.2计算机的硬件§1.3计算机的软件§1.4计算机系统的层次结构计算机发展简介：20世纪40年代，无线电技术和无线电工业的发展为电子计算机的研制准备了物质基础，1943年～1946年，美国宾夕法尼亚大学研制的ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer，电子数字积分器和计算机)是世

3、界上第一台电子计算机。当时，第二次世界大战正在进行，为了完成新武器在弹道问题中许多复杂的计算，在美国陆军部的资助下开展了这项研究工作，ENIAC计算机于1945年年底完成，1946年2月正式交付使用。§1.1计算机的应用和分类因为ENIAC计算机是最早问世的一台电子数字计算机，所以人们认为它是现代计算机的始祖。ENIAC计算机共用18000多个电子管，1500个继电器，重达30吨，占地170平方米，耗电150kW，每秒钟能进行5000次加法计算，领导研制的是宾夕法尼亚大学的莫克利(J.W.Mauc

4、hly)和埃克特(J.P.Eckert)。该计算机存在两个主要缺点，一是存储容量太小，只能存20个字长为10位的十进制数；二是用线路连接的方法来编排程序，因此每次解题都要依靠人工改接连线，准备时间大大超过实际计算时间。在研制ENIAC计算机的同时，冯·诺依曼(VonNeumann)与莫尔小组合作研制了EDVAC计算机，该计算机采用了存储程序方案，其后开发的计算机都采用这种方式，称为冯·诺依曼计算机。冯·诺依曼计算机具有如下基本特点：(1)计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成

5、。(2)采用存储程序的方式，程序和数据放在同一个存储器中，指令和数据一样可以送到运算器中运算，即由指令组成的程序是可以修改的。(3)数据以二进制码表示。(4)指令由操作码和地址码组成。(5)指令在存储器中按执行顺序存放，由指令计数器(即程序计数器PC)指明要执行的指令所在的单元地址，一般按顺序递增，也可按运算结果或外界条件而改变。(6)机器以运算器为中心，输入/输出设备与存储器间的数据传送都通过运算器。冯·诺依曼计算机开辟了“存储程序自动控制”现代计算机的先河，目前的计算机基本是基于冯·诺依曼计算

6、机的模型和原理研制的。1812年差分机查尔斯.巴贝奇1834年设计的分析机由许多轮子组成的保存数据的存储库；运算装置；能对操作顺序进行控制，并选择所需处理的数据以及输出结果的装置。近代计算机现代计算机体系结构冯·诺依曼机：“存储程序”的概念五十多年来，计算机系统基本结构没有变。英国科学家艾兰.图灵建立图灵机（Turingmachine）模型，奠定了可计算理论的基础；提出图灵测试，阐述了机器智能的概念。美籍匈牙利数学家冯.诺依曼1946年2月由宾州大学研制成功的ENIAC电子计算机时代的到来重达30

7、吨占地250m2启动工耗150000瓦18000个电子管保存80个字节电子数字积分计算机ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator电子计算机的问世1.1.1计算机的分类模拟计算机和数字计算机数字计算机又分为通用机专用机（DSP、IOP、工控机）集成芯片的发展2002最快的计算机2006最快的计算机我国超级计算机的现状通用计算机：摩尔定理摩尔先生于40年前提出了摩尔定律。最早刊登摩尔定律的杂志是1965年4月19日出版的《电子学》，该期杂志发表了摩尔的一篇文

8、章。摩尔在文中预测，半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年翻一番。1975年他又提出修正说，芯片上集成的晶体管数量将每两年翻一番。当时摩尔还是仙童公司的电子工程师，而后于1968年共同创办英特尔，任副总裁，从此将intel的革命带入整个信息产业。计算机所用的基本器件已经从初期的电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模集成电路，发展到现在的超大规模集成电路，其生产工艺从上世纪70年代的10微米发展到现在的0.09微米的水平，只用了不到30年的时间。其所能达到的集成度可以在一个芯片上