《计算机系统原理汇编》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机系统原理汇编（95页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、计算机系统原理 国防科技大学计算机学院 唐玉华 教授 E-mail：yhtang62 Tel: 73640-602（O） 13975150918 计算机系统原理计算机系统原理 2 课程研究内容 ppPrinciple Principle n n A general A general truthtruth or or beliefbelief that is used as a that is used as a base for reasoning or action, or for the base for reasoning or action, or for the developme
2、nt of further ideas development of further ideas n n A A law of naturelaw of nature as scientifically discovered as scientifically discovered and statedand stated pp计算机原理计算机原理Computer PrincipleComputer Principle n 基本结构 Basic Architecture n 工作原理Principle n 设计方法 Layout Methods 计算机系统原理计算机系统原理 3 与其它课程的关
3、系 计算机系统原理计算机系统原理 计算机程序设计计算机程序设计数字电子技术数字电子技术计算机基础计算机基础 军用嵌入式系统军用嵌入式系统课程设计课程设计操作系统操作系统 计算机系统原理计算机系统原理 4 课程学习的意义 pp了解计算机的工作原理了解计算机的工作原理 pp理解并掌握计算机的使用理解并掌握计算机的使用 pp为计算机应用打下坚实基础为计算机应用打下坚实基础 计算机系统原理计算机系统原理 5 课程学习方法 pp认真听讲认真听讲，积极思考，积极思考 n n 是什么，为什么是什么，为什么 pp温故而知新温故而知新 n n 预习、复习预习、复习、实践、实践 n n 概念的记忆与原理的理解概念
4、的记忆与原理的理解 pp交流是成功的关键交流是成功的关键 n n 向他人交流向他人交流 n n 查阅相关文献和书籍查阅相关文献和书籍 计算机系统原理计算机系统原理 6 参考文献 ppCarl Carl HamacherHamacher等，等， 计算机组成计算机组成，机械，机械 工业出版社，工业出版社，20042004 ppRandal E. BryantRandal E. Bryant等，等， 深入理解计算机系深入理解计算机系 统统，中国电力出版社，中国电力出版社，20042004 pp唐溯飞，唐溯飞，计算机组成原理计算机组成原理，高等教育出，高等教育出 版社，版社，20042004 pp尤晋
5、元等尤晋元等 ，WindowsWindows操作系统原理操作系统原理，机，机 械工业出版社，械工业出版社，20012001 pp颜彬等，颜彬等，计算机操作系统计算机操作系统，清华大学出，清华大学出 版社，版社，20072007 计算机系统原理计算机系统原理 7 课程考核方法 pp笔试：笔试：70%70% pp实验：实验：2020 pp作业：作业：10%10% 计算机系统原理计算机系统原理 8 第一章 概述 1.1 计算机的发展历史 1.2 计算机系统结构组成 1.3 程序在计算机中的执行 1.4 计算机性能评价 1.5 计算机的应用与发展 计算机系统原理计算机系统原理 9 本讲简要说明 p目的
6、与要求：了解计算机的发展历史， 熟悉计算机，尤其是微机的基本结构 p授课重点：时代划分，硬件组成，层次 结构 p授课难点：存储程序原理，硬件结构 p阅读章节：第1.1节和1.2节 p作业安排：P39 1.3、1.5、1.6题 计算机系统原理计算机系统原理 10 1.1 计算机的发展历史 p工具扩展人类探索自然界的功能 n 劳动创造工具 n 机械工具扩展四肢的功能 n 测试工具扩展五官的功能 n 计算工具扩展大脑的功能 计算机系统原理计算机系统原理 11 1.1.1 计算机的产生与发展 p手工计算阶段 n 记数工具：穴石、绳结、刻痕 n 公元前五六世纪就出现了算盘 n 1621年，计算尺问世 计
7、算机系统原理计算机系统原理 12 1.1.1 计算机的产生与发展 p机械计算阶段 n 1642年，法国人Pascal发明了机械计算 器 n 1812年，英国人Babbage提出计算过程 自动化的概念，并设计了第一台通用自动 时序控制机械式计算机 计算机系统原理计算机系统原理 13 1.1.1 计算机的产生与发展 p电子计算阶段 n 1939年，美国依阿华大学教授 V.Atanasoff首次试用电子元件按二进制原 理制造了一台电子管计算机 n 1942年，又制造出了一台电子管计算机 ABC 计算机系统原理计算机系统原理 14 1.1.1 计算机的产生与发展 p电子计算阶段 n 1945年，第一台
8、电子数字计算机ENIAC 诞生 计算机系统原理计算机系统原理 15 1.1.1 计算机的产生与发展 p电子计算阶段 n 1949年，英国剑桥大学开发的EDSAC是 世界上第一台通用电子数字计算机 计算机系统原理计算机系统原理 16 1.1.1 计算机的产生与发展 p时代划分 n 四个时代，电子器件成为划分的重要标志 n 第一代（20世纪40年代中期到50年代末期 ） 以电子管作为逻辑元件 用阴极射线管、声汞延迟线、磁带和磁鼓等 作为主存储器 数据主要是定点表示，用机器/汇编语言编 写程序 代表：ENIAC和EDSAC 计算机系统原理计算机系统原理 17 1.1.1 计算机的产生与发展 p时代划
9、分 n 第二代计算机（20世纪50年代中、后期到 60年代中期） 以晶体管作为逻辑元件 磁芯作为主存储器元件 引入浮点运算硬件 高级语言FORTRAN、COBOL和ALGOL 出现 代表：IBM 7040，国产441B机等 计算机系统原理计算机系统原理 18 1.1.1 计算机的产生与发展 p时代划分 n 第三代计算机（20世纪60年代中期到70年 代中期） 主要采用小规模集成电路和中规模集成电路 半导体存储器逐渐取代磁蕊存储器 引进了多道程序和并行处理等新的技术 代表：IBM360系列、CDC6600/7600系列和 CYBER系列，国产150、151、DJS-2000系列和 DJS-100
10、0系列等 计算机系统原理计算机系统原理 19 1.1.1 计算机的产生与发展 p时代划分 n 第四代计算机（20世纪70年代中期至今） 采用大规模集成电路和超大规模集成电路 并行处理、多机系统、分布式计算机、计算 机网络等技术迅速发展 各种高级语言、分布式操作系统、数据库技 术竟相争艳 计算机系统原理计算机系统原理 20 1.1.1 计算机的产生与发展 p时代划分 年代基本器件应用范围 19461958电子管科研院校进行科学运算 19581964晶体管 工矿企业、机关事务进行 数据处理工业控制 19641971集成电路 出现了小型机 1971至今 LSI、 VLSI 深入到社会的各个领域， 出
11、现了微机 计算机系统原理计算机系统原理 21 1.1.1 计算机的产生与发展 p摩尔定律 n 由Intel公司的缔造者之一Gordon Moore 于1965年提出 n 定律内容：“在每18个月内，集成电路的 性能翻一番，集成晶体管的数量翻一番，集 成电路的价格下降一半” 计算机系统原理计算机系统原理 22 1.1.1 计算机的产生与发展 计算机系统原理计算机系统原理 23 p按规模分类 n 巨型机 n 大中型机 n 超级小型计算机（super minicomputer） n 小巨型计算机（mini supercomputer ） n 小型计算机（minicomputer） n 微型计算机（m
12、arcocomputer） 1.1.1 计算机的产生与发展 计算机系统原理计算机系统原理 24 p世界最快的超级计算机 1) IBM: BlueGene/L 131072个 CPU 最大平均速度 280.60 TF (1012) 1.1.1 计算机的产生与发展 计算机系统原理计算机系统原理 25 p世界最快的超级计算机 2) Cray: Red Storm 26544个 CPU 最大平均速度 101.40TF (1012) 1.1.1 计算机的产生与发展 计算机系统原理计算机系统原理 26 p世界最快的超级计算机 n日本地球模拟器，20022004五届榜首 5 120个 CPU 最大平均速度
13、35.86 TF (1012) 1.1.1 计算机的产生与发展 计算机系统原理计算机系统原理 27 1.1.2 微机的出现与发展 p什么是微机？ n 规模最小的计算机 n 定义：以微处理器为基础，配以读写存储 器(RAM)，只读存储器（ROM）及输入输出 （I/O）设备和其他相应配套电路构成的计算 机系统 n 特点：体积小，可靠性高、价格低、功耗 小、更新速度快 n 分类：单片机、单板机、PC机、工作站 、网络计算机、笔记本电脑等 计算机系统原理计算机系统原理 29 1.1.2 微机的出现与发展 pPC机的组成 n 包括：主机、显示器、键盘鼠标、外部存 储器及其他外部设备 计算机系统原理计算机
14、系统原理 30 1.1.2 微机的出现与发展 pPC机的组成 硬盘 电源 导线和电缆 软驱 内存 微处理器（CPU ） 扩展卡 扩展槽 计算机系统原理计算机系统原理 31 1.2 微机的出现与发展 p微机的发展 n 核心部件：CPU n 以Intel公司的CPU为主线，分为五代 第一代：4位及低档8位微处理器 第二代：中、低档8位微处理器 第三代：高、中档8位微处理器 第四代：16及低档32位微处理器 第五代：高档32位微处理器 计算机系统原理计算机系统原理 32 1.2 微机的出现与发展 pPC机的发展 产品型号推出年份主频晶体管(万)最大主存 数据总线 宽度 地址总线 宽度 性能特点 40
15、041971740K0.232048B412 45种指令，速度50 60KIPS（每秒千条指 令） 80081972800K0.3316KB81448种指令，速度8KIPS 808019742-3M0.6064KB81670多种指令，速度600KIPS 808619784.77-10M2.91MB16202万种指令，速度2.5MIPS 8018619828-16M41MB1620 在8086基础上增加DMA和 三级中断 8028619828-12.5M13.416MB1624 在80186基础上增加23种指 令，速度4MIPS 80386DX198516-33M27.54GB3232 增加虚拟
16、86模式，速度6- 12MIPS 计算机系统原理计算机系统原理 33 1.2 微机的出现与发展 pPC机的发展 产品型号推出年份主频晶体管(万)最大主存 数据总 线宽度 地址总 线宽度 性能特点 80386SL198816-20M27.532MB1625低功耗面向便携式推出 80486DX198925-50M1204GB3232 增加Cache和80387，速度可 达50MIPS 80486SL199220-25M1204GB3232低功耗面向便携的80486 Pentium199360-233M3204GB32/6432 增加片内1级Cache,速度达 200MIPS Pentium Pro1995133-200M55064GB32/6436 增加片内2级Cache，速度达 200MIPS Pentium1997233-450M75064GB32/6436 增加专用MMX的寄存器，采 用双总线结 构 Pentium1999400M-1.4
