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1、计算机组成原理 教材主编: : 欢迎在座各位常与我交流！1概况1您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。概况2您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。概况3您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。+整体概况2计算机组成原理课件计算机组成原理课件目录目录第第0101讲：计算机系统概论讲：计算机系统概论与与数据表示数据表示 第第0202讲：讲：数据表示数据表示与与定点加减法运算定点加减法运算第第0303讲：定点乘讲：定点乘法法、定点、定点除法除法与与ALUALU第第0404讲：讲：内部总线内部总线与与运算器运算器第第0505讲：讲：SRAMSRAM与与DRAMDRAM存储器存储器第第0606
2、讲：存储器容量扩充、只读存储器和闪速存储器讲：存储器容量扩充、只读存储器和闪速存储器第第0707讲：并行存储器与讲：并行存储器与cachecache存储器存储器第第0808讲：讲：cachecache的替换与虚拟存储器的替换与虚拟存储器第第0909讲：指令系统讲：指令系统第第1010讲：讲：CPUCPU的功能和组成及指令周期的功能和组成及指令周期第第1111讲：讲：时序发生器和微程序控制器时序发生器和微程序控制器第第1212讲：讲：硬连线控制器、流水硬连线控制器、流水CPUCPU、奔腾、奔腾CPUCPU与与RISC CPURISC CPU第第1313讲：讲：总线系统总线系统第第1414讲：讲：
3、外围设备外围设备第第1515讲：讲：程序查询方式与中断程序查询方式与中断方式方式第第1616讲：讲：DMADMA方式方式与与通道方式通道方式3第第01010101讲：计算机系统概论讲：计算机系统概论与与数据表示数据表示 第一章：计算机系统概论（目录）1.1、计算机的分类1.2、计算机发展简史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总目录总目录第第01010101讲：计算机系统概论与数据表示讲：计算机系统概论与数据表示( ( ( (3 3 3 3课时课时) ) ) )41.11.11.11.1、计算机的分类、计算机的分类一、电子计算机从总体上来说分为两大类。一、电子计
4、算机从总体上来说分为两大类。 电子模拟计算机：“模拟”就是相似的意思。模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，运算过程也是连续的。电子数字计算机：它是在算盘的基础上发展起来的，是用数目字来表示数量的大小。数字计算机的主要特点是按位运算，并且不连续地跳动计算。数字计算机与模拟计算机的主要区别比较项数字计算机模拟计算机数据表示方式数字0和1电压计算方式数字计数电压组合和测量值控制方式程序控制盘上连线精度高低数据存储量大小逻辑判断能力强无总目录总目录第第01010101讲：计算机系统概论与数据表示讲：计算机系统概论与数据表示( ( ( (3 3 3 3课时课时) ) ) )51.11.11.11.1、
5、计算机的分类、计算机的分类二、数字计算机分类二、数字计算机分类 数字计算机根据计算机的效率、速度、价格、运行的经数字计算机根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分，可以划分为两类：济性和适应性来划分，可以划分为两类：专用专用计算机：计算机：专用机是最有效、最经济和最快速的计算机，但专用机是最有效、最经济和最快速的计算机，但是它的适应性很差。是它的适应性很差。通用通用计算机：计算机：通用计算机适应性很大，但是牺牲了效率、速度通用计算机适应性很大，但是牺牲了效率、速度和经济性。和经济性。三、通用计算机分类三、通用计算机分类 通用计算机根据体积、简易性、功率损耗、性能指标、通用计算机
6、根据体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格等可以分为：数据存储容量、指令系统规模和机器价格等可以分为：超级计算机超级计算机大型机大型机服务器服务器 工作站工作站 微型机微型机单片机单片机 总目录总目录第第01010101讲：计算机系统概论与数据表示讲：计算机系统概论与数据表示( ( ( (3 3 3 3课时课时) ) ) )61.11.11.11.1、计算机的分类、计算机的分类三、通用计算机分类三、通用计算机分类 总目录总目录第第01010101讲：计算机系统概论与数据表示讲：计算机系统概论与数据表示( ( ( (3 3 3 3课时课时) ) ) )71.21.
7、21.21.2、计算机发展简史、计算机发展简史1.2.1 1.2.1 1.2.1 1.2.1 计算机的五代变化计算机的五代变化第一代第一代1946195719461957年，电子管计算机：数据处理年，电子管计算机：数据处理第二代第二代1958196419581964年，晶体管计算机：工业控制年，晶体管计算机：工业控制第三代第三代1965197119651971年，中小规模集成电路计算机：年，中小规模集成电路计算机： 小型计算机小型计算机第四代第四代1972199019721990年，大规模和超大规模集成电路计算机：年，大规模和超大规模集成电路计算机： 微型计算机微型计算机第五代第五代19911
8、991年开始至今，巨大规模集成电路计算机：年开始至今，巨大规模集成电路计算机： 单片机单片机总目录总目录第第01010101讲：计算机系统概论与数据表示讲：计算机系统概论与数据表示( ( ( (3 3 3 3课时课时) ) ) )81.21.21.21.2、计算机发展简史、计算机发展简史1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 半导体存储器的发展半导体存储器的发展20世纪5060年代，所有计算机存储器都是由微小的铁磁体环1970年，仙童半导体公司生产出了第一个较大容量半导体存储器从1970年起，半导体存储器经历了11代：单个芯片1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4M
9、B、16MB、64MB、256MB、GB。其中1K=210,1M=220,1G=230总目录总目录第第01010101讲：计算机系统概论与数据表示讲：计算机系统概论与数据表示( ( ( (3 3 3 3课时课时) ) ) )91.21.21.21.2、计算机发展简史、计算机发展简史1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 微处理器的发展微处理器的发展19711971年年IntelIntel公公司司开开发发出出Intel Intel Intel Intel 4004400440044004。这这是是第第一一个个将将CPUCPU的的所所有有元件都放入同一块芯片内的产品，于是，微处理器诞生了。
10、元件都放入同一块芯片内的产品，于是，微处理器诞生了。微微处处理理器器演演变变中中的的另另一一个个主主要要进进步步是是19721972年年出出现现的的Intel Intel Intel Intel 8008800880088008，这是第一个，这是第一个8 8位微处理器，它比位微处理器，它比40044004复杂一倍。复杂一倍。19741974年年出出现现了了Intel Intel Intel Intel 8080808080808080。这这是是第第一一个个通通用用微微处处理理器器，而而40044004和和80088008是是为为特特殊殊用用途途而而设设计计的的。80808080是是为为通通用用
11、微微机机而而设设计计的的中中央央处理器。处理器。2020世世纪纪7070年年代代末末才才出出现现强强大大的的通通用用16161616位位微微处处理理器器，80868086便便是是其其中之一。中之一。这这一一发发展展趋趋势势中中的的另另一一阶阶段段是是在在19811981年年，贝贝尔尔实实验验室室和和HPHP公公司司开发出了开发出了32323232位单片微处理器位单片微处理器。IntelIntel于于19851985年推出了年推出了32323232位微处理器位微处理器Intel 80386Intel 80386Intel 80386Intel 80386。到现在的到现在的64646464位处理器
12、和多核处理器位处理器和多核处理器总目录总目录第第01010101讲：计算机系统概论与数据表示讲：计算机系统概论与数据表示( ( ( (3 3 3 3课时课时) ) ) )101.21.21.21.2、计算机发展简史、计算机发展简史1.2.4 1.2.4 1.2.4 1.2.4 计算机的性能指标计算机的性能指标1 1. .吞吞吐吐量量表表征征一一台台计计算算机机在在某某一一时时间间间间隔隔内内能能够够处处理理的的信信息息量量，单位是字节单位是字节/ /秒（秒（B/SB/S）。）。2.2.响响应应时时间间表表征征从从输输入入有有效效到到系系统统产产生生响响应应之之间间的的时时间间度度量量，用时间单
13、位来度量，例如微秒（用时间单位来度量，例如微秒（1010-6-6S S）、纳秒（）、纳秒（1010-9-9S S）。）。3.3.利利用用率率表表示示在在给给定定的的时时间间间间隔隔内内，系系统统被被实实际际使使用用的的时时间间所所占的比率，一般用百分比表示。占的比率，一般用百分比表示。4.4.处处理理机机字字长长指指处处理理机机运运算算器器中中一一次次能能够够完完成成二二进进制制数数运运算算的的位数。当前处理机的字长有位数。当前处理机的字长有8 8位、位、1616位、位、3232位、位、6464位。位。字长越长，表示计算的精度越高。字长越长，表示计算的精度越高。5.5.总总线线宽宽度度一一般般
14、指指CPUCPU中中运运算算器器与与存存储储器器之之间间进进行行互互连连的的内内部部总总线二进制位数。线二进制位数。6.6.存存储储器器容容量量存存储储器器中中所所有有存存储储单单元元的的总总数数目目，通通常常用用KBKB、MBMB、GBGB、TBTB来表示。来表示。其中其中K=2K=21010，M=2M=22020，G=2G=23030，T=2T=24040，B=8B=8位（位（1 1个字节）。个字节）。存储器容量越大，记忆的二进制数越多。存储器容量越大，记忆的二进制数越多。总目录总目录第第01010101讲：计算机系统概论与数据表示讲：计算机系统概论与数据表示( ( ( (3 3 3 3课
15、时课时) ) ) )111.21.21.21.2、计算机发展简史、计算机发展简史1.2.4 1.2.4 1.2.4 1.2.4 计算机的性能指标计算机的性能指标7.7.存存储储器器带带宽宽存存储储器器的的速速度度指指标标，单单位位时时间间内内从从存存储储器器读读出出的的二进制数信息量，一般用字节数二进制数信息量，一般用字节数/ /秒表示。秒表示。8.8.主主频频/ /时时钟钟周周期期CPUCPU的的工工作作节节拍拍受受主主时时钟钟控控制制，主主时时钟钟不不断断产产生生固固定定频频率率的的时时钟钟，主主时时钟钟的的频频率率（f f）叫叫CPUCPUCPUCPU的的主主频频。度度量量单单位位是是M
16、HzMHz（兆兆赫赫兹兹）、GHzGHz（吉吉赫赫兹兹）。例例如如PentiumPentium系系列列机机为为60MHz60MHz266MHz266MHz，而，而Pentium 4Pentium 4升至升至3.6GHz3.6GHz。 主主频频的的倒倒数数称称为为CPUCPUCPUCPU时时钟钟周周期期（T T），即即T=1/fT=1/fT=1/fT=1/f，度度量量单单位位是是微微秒、纳秒。秒、纳秒。9.9.CPUCPUCPUCPU执执行行时时间间表表示示CPUCPU执执行行一一段段程程序序所所占占用用的的CPUCPU时时间间，可可用用下下式计算：式计算：CPUCPUCPUCPU执行时间执行时间 CPU CPU CPU CPU时钟周期数时钟周期数 CPU CPU CPU CPU时钟周期长时钟周期长10.10.指指令令周周期期数数CPICPICPICPI表表示示每每条条指指令令周周期期数数，即即执执行行一一条条指指令令所所需需的平均时钟周期数。用下式计算：的平均时钟周期数。用下式计算：总目录总目录第第01010101讲：计算机系统概论与数据表示讲：计算机系统概论与数据表示( ( ( (3
