计算机组成原理(I)

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1、教材：胡乃平曲英杰周艳平主编计算机组成与结构青岛科技大学自编教材计算机组成原理教师：胡乃平hunaiping@163.com信息科学技术学院计算机硬件教研室ftp://211.87.147.172(A0公共区)用户名：public密码：public先修课程：数字逻辑电路课程性质：专业必修课学时分配：课堂64学时，实验16学时其他参考教材：白中英计算机组成原理科学出版社唐朔飞计算机组成原理高等教育出版社后续课程：计算机系统结构课程历史沿革：1987年，中国计算机学会教育专业委员会推出我国计算机本科

2、专业“87教程”，对8门重点课程（其中含计算机组成原理）提出了基本要求；2002年，中国计算机学会教育专业委员会、全国高等学校计算机教育研究会推出《中国计算机科学与技术学科教程2002》，提出硬件课程包含“数字逻辑与数字系统”、“计算机组成”、“计算机体系结构”三大知识模块;2006年，教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会推出“高等学校计算机科学与技术专业发展战略报告暨专业规范”，仍然将“数字逻辑与数字系统”、“计算机组成”、“计算机体系结构”列为主干课程。目录第1章计算机系统概述第2章

3、数据的表示和运算第3章存储器层次结构第4章指令系统第5章中央处理器第6章总线第7章输入输出系统目录第8章流水线处理技术第9章并行计算机体系结构第1章计算机系统概论1.1计算机的发展历程1.2计算机系统的层次结构1.3计算机的性能指标1.4计算机的分类和应用1.1计算机的发展历程根据制造计算机所使用的元器件的不同，电子计算机的发展依次经历了电子管时代、晶体管时代、中小规模集成电路时代、大规模和超大规模集成电路时代、甚大规模和极大规模集成电路时代等几个不同的发展阶段。第一代，电子管计算机时代（194

4、6～1959）电子管是封装在玻璃外壳内的一种电真空器件，如图1.1所示。世界上第一台电子数字计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndcalculator），1946年由美国宾夕法尼亚大学研制，字长12位，运算速度5000次/秒，使用18800个电子管、1500个继电器，功耗150kw，占地170m2，重达30吨，造价100万美元，如图1.2所示。图1.1电子管图1.2第一台电子数字计算机ENIAC第二代，晶体管计算机时代（1959～1964）晶体管，通常

5、指的是晶体三极管，是用半导体材料制作出来、封装在一个金属壳内的带有三个管脚的小器件，1958年进入批量生产阶段。用它可以设计出实现反相功能的反相器线路，在此基础上，再实现出计算机使用的全部组合逻辑线路，和触发器、寄存器、计数器等各种时序逻辑线路。用分立的晶体管线路实现的计算机称为晶体管计算机。第二代计算机的体积和价格都下降了，使用的人也多起来了，计算机工业迅速发展，主要用于商业、大学教学和政府机关。第三代，中小规模集成电路计算机时代（1964～1970）集成电路（IntegratedCircui

6、t，简称IC）是做在晶片上的一个完整的电子电路，这个晶片比手指甲还小，却包含了几千个晶体管元件。计算机的数据存储、运算、传输以及控制功能基本上都是由具有逻辑功能的各类门电路组成实现的，而门电路又是由晶体管、电阻、电容等组成，因此集成电路制造技术的发展可以实现将成百上千个门电路全部制作在一块极小的硅片上，这种技术的应用使得计算机的体积大大缩小，并且降低了功耗，提高了计算机的可靠性。第三代计算机的代表是IBM公司花了50亿美元开发的IBM360系列。第四代，大规模、超大规模集成电路计算机时代（197

7、0～至今）这个时代的计算机使用的元件依然是集成电路，不过，这种集成电路已经大大改善，它包含着几十万到上百万个晶体管，人们称之为大规模集成电路（LargeScalelntegratedCircuit，简称LSI）和超大规模集成电路（VeryLargeScalelntegratedCircuit，简称VLSI）。1975年，美国1BM公司推出了个人计算机PC（PersonaIComputer），从此，人们对计算机不再陌生，计算机开始深入到人类生活的各个方面。表1.1计算机发展历程中各个阶段的特点年代

8、第一代1946-1959第二代1959-1964第三代1964-1970第四代1970-现在电子器件电子管晶体管集成电路大规模、超大规模集成电路存储器延迟线磁芯、磁鼓磁带、纸带磁芯、磁鼓磁带、磁盘半导体存储器磁芯、磁鼓磁带、磁盘半导体存储器磁带、磁盘光盘处理方式机器语言汇编语言监控程序高级语言实时处理操作系统实时/分时处理网络操作系统应用领域科学计算科学计算数据处理过程控制科学计算系统设计等科技工程领域各行各业运行速度5000至3万次/秒几十万至百万次/秒百万至几百万次/秒几百万至千亿次/秒典型