白中英计算机组成原理第1章计算机系统概论

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1、第1章计算机系统概论目录1.0预备知识1.1计算机的分类1.2计算机的发展简史1.3计算机的硬件1.4计算机的软件1.5计算机系统的层次结构7/15/20212学习要求了解计算机的发展历程；清楚计算机的系统层次结构、计算机硬件的基本组成(五大部件的构成)、计算机软件的分类，以及计算机的基本工作过程；了解计算机性能评价指标和相关参数；吞吐量、响应时间、CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间；MIPS、MFLOPS等。要求初步掌握计算机系统的基本概念及基本结构，为进一步深入学习打下基础。7/15/20

2、213一个程序的CPU时间可以用下面两种方式来描述：CPU时间=一个程序的CPU时钟周期数×时钟周期长度或者：        除了执行程序所需的时钟周期数，我们还需要计算程序执行的指令数（IC）。如果我们知道了一个程序执行的指令数和执行所需的时钟周期数，我们就可以计算出执行一条指令所需的平均时钟周期数（CPI）：        这一CPU性能指标不论是对不同的指令集或是对不同的实现都提供了直观的看法。在后面，我们还要经常使用它。    将上式中，时钟周期数可定义为指令数×CPI，这使我

3、们能够在执行时间公式中使用CPI：CPU时间＝IC×CPI×时钟周期的长度7/15/20214将第一个公式展开成度量单位后，可看出各项的组合方式：正象上面公式显示的那样，CPU时间与三个因素有关：时钟周期的长度、执行每条指令所需的时钟周期数和程序的指令数。此外，这三个因素对CPU时间的影响是相同的，这三个因素中的任何一个改进10％，CPU时间就会改进10％。不幸的是，孤立地改变一个参数是很困难的，因为改变各因素的技术是相互关联的：(1)时钟周期的长度是由硬件技术和计算机组成决定；(2)CPI是由计算机

4、组成和指令集的系统结构决定；(3)指令数是由指令集的系统结构和编译器决定；    幸运的是，许多很有潜力的会带来计算机性能提高的技术主要影响CPU性能三个因素中的一个，而对另外两个因素影响较小或是可预测的。7/15/202151.0预备知识问题1：一台计算机一般有哪几部分组成？显示器、键盘、鼠标、音箱、主机箱等；主机箱中有：主板、CPU、硬盘、内存、显卡、声卡等；问题2：如何对以上设备分类？输入输出设备中央处理设备存储设备接口转换卡部件连接线问题3：有了以上设备，计算机是否能发挥其功效？一个完整的计算

5、机系统应包括硬件系统和软件系统两部分。显示器，键盘，鼠标，音箱CPU（集处理和控制于一身）硬盘、内存显卡、声卡总线7/15/202167/15/202177/15/202187/15/202197/15/2021107/15/202111DDR内存条SDRAM内存条7/15/20211280G硬盘7/15/202113硬盘数据线7/15/202114DVD光驱7/15/202115机内电源插头7/15/2021161.1计算机的分类数字计算机模拟计算机专用计算机通用计算机处理数字量信息按位运算，不连续地

6、跳动计算处理模拟量信息数值连续、运算过程连续是针对某一任务设计的最有效、最经济和最快速的计算机，但适应性很差。适应性很大，但牺牲了效率、速度和经济性。单片机微型机服务器大型机超级计算机低高体积功能数据存储量指令系统价格低高简易性分类双核机如P2图1.17/15/2021171.2计算机的发展简史超大规模集成电路中小规模集成电路晶体管电子管1972~1990年1946~1957年，第一代计算机1965~1971年1958~1964年第二代计算机巨大规模集成电路1991年~至今摩尔定律1.2.1计算机的五代

7、变化7/15/202118第一代计算机第一代计算机(1946年－1957年)采用电子管。代表机型：ENIAC（电子数字积分计算机）1941年美国宾夕法尼亚大学开始研制；它于1946年2月15日在美国宣告诞生主要是为了解决美陆军提出的弹道计算问题；ENIAC长30.48米，宽1米，占地面积约170平方米，30个操作台，约相当于10间普通房间的大小，重达30吨，耗电量150千瓦，造价48万美元。包含了17,468真空管7,200水晶二极管,1,500中转,70,000电阻器,10,000电容器，1500继电

8、器，6000多个开关，每秒执行5000次加法或400次乘法，是继电器计算机的1000倍、手工计算的20万倍。1955年10月2日最后切断电源。7/15/202119ENIAC7/15/202120第二代计算机(1958－1964)晶体管7/15/2021217/15/202122摩尔定律1964年，英特尔公司创始人戈登.摩尔（GordonMoore）在一篇很短的论文里断言：每18个月，集成电路的性能将提高一倍，而其价格将降低一半。这就是著名