《计算机组成原理 教学课件 ppt 作者 杨光煜 第一章 概述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机组成原理 教学课件 ppt 作者 杨光煜 第一章 概述（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、计算机组成原理,主编：杨光煜,第1章 概 述,本章将使学生在头脑中对计算机的组成形成一个基本轮廓，对其工作有一个大致了解。重点要让学生把握人对计算机如何操纵，如何与计算机产生联系。 1.1 计算机发展概况 1.2 计算机的组成及解题过程 1.3 计算机系统的技术指标 1.4 计算机的分类及应用 1.5 小结,1.1 计算机发展概况,1.1.1 计算机发展简史 1第一台计算机 1946年在美国宾夕法尼亚大学由卖国物理学家（J.W.Mauchly）博士和艾克特(J.P.Eckert)博士研制出世界上第一台计算机ENIAC（Electronic Numerical Integratar And Co
2、mputer，电子数字积分和计算机）。它是由电子管做元件组装起来的一台电子数字计算机，为计算机和信息产业的发展奠定基础。,1.1 计算机发展概况,2计算机的更新换代 从构成计算机的物理元件角度，把计算机归分为四代： 第一代为电子管计算机时代（19461958）： 组成计算机的物理元件为电子管，用光屏管或汞延时电路做存储器输入输出主要采用穿孔纸带或卡片；运行计算机使用机器语言或汇编语言；计算机的应用主要面向科学计算；代表产品有UNIVAC-I、IBM701、IBM650和ENIAC（唯一不是按存储控制原理设计的）；这一代计算机的缺点是体积笨重、功耗大、运算速度低、存储容量小、可靠性差、维护困难、
3、价格昂贵。 第二代为晶体管计算机时代（19591964年）： 组成计算机的物理元件为晶体管，使用磁芯和磁鼓做存储器，引进了通道技术和中断系统；开始采用FORTRAN、COBOL、ALGOL60、PL/1等高级程序设计语言和批处理操作系统；计算机的应用不仅面向科学计算，还能进行数据处理和过程控制；代表产品有IBM公司的IBM7090和IBM7094、Burroughs公司的B5500；此代计算机各方面的性能都有了很大的提高，软件和硬件日臻完善。,1.1 计算机发展概况,第三代为中小规模集成电路计算机时代（19651970年）： 组成计算机的物理元件为集成电路，每个芯片集成11000个元件；运行计
4、算机广泛地采用高级语言，有了标准化的程序设计语言和人机会话式的BASIC语言，操作系统更加完善和普及，实时系统和计算机通讯网络得以发展；计算机的结构趋于标准化；计算机的应用趋于通用化。它不仅可以进行科学计算、数据过理，还可以进行实时控制；代表产品有IBM公司的IBM360（中型机）和IBM370（大型机）、DEC公司的PDP-11（小型机）；此代的计算机体积小、功耗低、可靠性高。 第四代为大规模超大规模集成电路计算机时代（1971现在）： 组成计算机的物理元件为大规模（每个芯片集成1000十万个元件）、超大规模集成电路（每个芯片集成十万一百万个元件），采用半导体存储器做内存储器，发展了并行技术
5、和多机系统，出现了精简指令计算机RISC；运行计算机有了丰富的软、硬件环境，软件系统实现了工程化、理论化和程序设计自动化；计算机体积更小巧，性能更高；此代计算机尤其是计直机网络与多媒体技术的实现使得计算机成为现代化的计算工具，它能够对数字、文字、语音、图形、图像等多种信息接收及处理，能够对数据实施管理、传递和加工，对工业过程进干空动化控制，从而使其成为实施办公自动化和信息交流的工具。,1.1 计算机发展概况,按用户所使用的主流计算机所属类型可划分为四个时期： 大型机时期（194670年代初）： IBM公司生产的大型机占据主要市场。 小型机时期（70年代初80年代初）： DEC公司的PDP-11
6、和VAX11小型机占领市场。 PC机时期（80年代初90年代初）： Microsoft和Intel公司领导PC机发展潮流。 Intelnet时期（90年代初今）： 各大实力派竞相争霸。,1.1 计算机发展概况,3微型计算机的发展 属于第四代计算机的微型计算机是以微处理器为核心的计算机。 CPU （Central Prseessing Unit）中央处理器：计算机的运算器和控制器合称为中央处理器。 微处理器（Microprocessor）： CPU被大规模超大规模集成电路技术微缩制作在一个芯片上后，就成了微处理器（Microprocessor）。,1.1 计算机发展概况,微型计算机的发展也历经了
7、四代： 第一代微型计算机是以4位微处理器为核心的微型计算机。1971年由Intel公司用PMOS工艺制成。典型的微处理器产品有Intel4004、4040和早期的8位微处理器，如Intel8008。 第二代微处理器的产品始于1973年12月研制成功的Intel8080；其他型号的微处理器产品是Intel公司的Intel8085，Motorola公司的M6800，以及Zilog公司的Z-80，它们都是8位微处理器。另一类代表产品是位片（BitSlicl）式微处理器，典型产品是Intel公司的3000，AMD微器件公司的AMD2901和Motrola公司的M10800。,1.1 计算机发展概况,第
8、三代微处理器的代表产品是1978年由Intel公司推出的Intol8086；接着又推出了Intel8088。相继，Zilog公司也推出了Z8000， Motolora公司推出M68000。它们都是准16位微处理器，都采用HMOS高密度集成半导体工艺技术，运算速度更快。这些公司在技术上互相竞争，很快又推出了全16位的微处理器Intel80286、M68020和Z-80000。Intel80286微处理器芯片的问世，导致了80年代后期286微型计算机风靡全球。 第四代微处理器的其实标志是1985年10月，由Intel公司推出了32位字长的微处理器Intel80386。Intel180386微处理器
9、芯片的面世，使得80年代末在全球出现了386微型机轰动一时的微型机“第一浪潮”。1989年4月，Intel公司又研制成功了性能更为优越的Intel80486微处理器，这是一种全32位的微处理器芯片。Intel80486微处理器一面世，使得在90年代初486微型机走红全球，出现了微型机的“第二浪潮”。1993年3月22日，Intel公司在全球同时宣布，它推出了更新的微处理器芯片P5（Pentium），这次它不以Intel80586命名，而赋予一个新的名字pentium，主要是为了与其他生产80586微处理器芯片生产厂家区别。Pentium是CISC（复杂指令集计算机）和RISC（精简指令集计算机
10、）两种体系结构有机结合后的产物，它吸收了RISC的优点，采用了超级标量或双路流水线结构；有各自独立的数据Cache和令Cache，减少了CPU访问内存的冲突；还精心设计了片内的浮点运算部件使得运算速度大大提高。这种微处理器芯片的时钟频率高达66MHZ，在一个时钟周期内可平均执行两条指令，即达到100Mi/s。,1.1 计算机发展概况,4发展小结 计算机虽然经历了4次更新换代，但是到目前为止，从基本工作原理上说仍然属于冯诺依曼型的。所谓冯诺依曼型的计算机是指使用者使用计算机时，首先要把计算机所从事的工作编写成程序存储在计算中，然后启动该程序，计算机自动完成使用者所要完成的工作。因此，冯诺依曼型的
11、计算机也可以简单地说成是存储程序和程序控制型的计算机，或者说成是程序式的计算机。 从世界上第一台计算机的诞生到现在，虽然只有半个世纪，但是计算机的发展速度及其对人类对带来的影响是任何一项科学技术都无法比拟的。从工业革命的角度，人们把计算机的广泛应用与电的发明、蒸汽机的出现相提并论为“第三次浪潮”，；从信息革命的角度，人们又把计算机的应用称作“第四次信息革命”。微型计算机的发展，又给人类带来了网络时代，信息革命时代。 在未来的时空里，计算机对人类的生存与发展所带来的影响是难以预测的。但有一点是可以肯定的，那就是-信息化、网络化的计算机技术对人类生活的影响必将是巨大的。,1.1 计算机发展概况,1
12、.1.2 现代计算机的特点 1现代数字计算机的特点 快速性：计算机的处理速度（或称运算速度）可简单地用每秒钟可执行多少百万条指令（Mi/s）来衡量。现代计算机每秒钟可运行几百万条指令，数据处理的速度相当快，巨型机的运算速度可达数百个Mi/s。计算机这么高的数据处理（运算）速度是其他任何处理（计算）工具无法比拟的，这是计算机广泛使用的主要原因之一。 准确性：数据在计以机不都是用二进制数编码的，数的精度主要由表示这个数的二进制码的位数决定，也即主要由该计算机的字长所决定，计算机的字长越长，计算精度就越高。现代计算机的字长一般都在32位以上，高档微机都达到64位，大型机达到 128位。 记忆性：计算
13、机的存储器类似于人的大脑，可以“记忆”（存储）大量的数据和计算机程序。这为人们提供了极大的方便，今天没有做完的工作（如计算一道科学计算题，或设计一张工程设计图），可以放到计算机的存储器中“记忆”，明天再拿出来继续做。早期计算机存储器的容量较小，存储器往往成为限制计算机应用“瓶颈”。今天，一台普通的P微机，内存容量即配到64M以上，小型机以上的机器，其内存容量则更大。,1.1 计算机发展概况,逻辑性：具有可靠的逻辑判断能力是计算机的一个重要特点，是计算机能实现信息处理自动化的重要原因。冯诺依曼结构计算机的基本思想，就是将程序预先存储在计算机内，在程序执行过程中，计算机会根据上一步的执行结果，运用
14、逻辑判断方法自动确定下一步该做什么，应该执行哪一条指令。能进行逻辑判断，使计算机不仅能对数值数据进行计算，也能对非数值数据进行处理，使得计算机能广泛地应用于非数值数据处理领域，如信息检索、图形识别及各种多媒体应用等。 可靠性：由于采用了大规模和超大规模集成电路，元器件数目大为减少，印刷电路板上的焊接点数和接插件的数目比中小规模集成电路计算机减少了很多，因而功耗小，发热量低，从而使整机的可靠性大大提高使得计算机具有非常高的可靠性。 通用性：现代计算机不仅可以用来进行科学计算，也可用于数据处理、工业实时控制、辅助设计和辅助制造、办公自动化等通用性非常强。,1.1 计算机发展概况,2微型计算机的特点
15、 微型计算机是目前使用最广泛、最普及的一类计算机。它除了具有计算机的一般特点外，还具有下面一些特点： 体积小，重量轻 价格便宜，成本低 使用方便，运行可靠 对工作环境无特殊要求,1.1 计算机发展概况,1.1.3 计算机的发展趋势 进入二十世纪90年代以来，世界计算机技术的发展更加突飞猛进，产品在不断升级换代。 专家将计算机的发展趋势总结为两方面： 一方面： “巨”（巨型化） “微”（微型化） “网”（网络化） “多”（多媒体技术） “智”（智能化，即让计算机模拟人的认识和思维） 另一方面： “高”（高性能硬件平台、高性能操作系统的开发和缩小化） “开”（开放式系统） “多”、“智”、“网”
16、我们分别从研制和应用的角度来看看计算机的发展趋势。,1.1 计算机发展概况,1从研制的角度看 从研制计算机的角度看，计算机将不断网大型、巨型和小型、微型以及高性能硬件平台方向发展，也将不断把新技术应用于计算机领域。 大型、巨型 从功能的角度，计算机将向高速的、大存储量和强功能的巨型计算机发展。巨型计算机主要应用于天文、气象、地质、核反应、航天飞机、卫星轨道计算等尖端科学技术领域，研制巨型计算机的技术水平是衡量一个国家科学技术和工业发展水平的重要标志。因此，工业发达国家都十分重视巨型计算机的研制。目前运算速度为每秒几百亿次的巨型计算机已经投入运行，每秒上千亿次的巨型计算机也正在研制中。 小型、微型 从体积上，将利用微电子技术和超大规模集成电路技术，把计算机的体积进一步缩小。价格也要进一步降低。计算机的微小化已成为计
