計算機組成原理1-概述課件

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1、歡迎大家學習計算機組成原理計算機學院沈磊tigerchina@sdu.edu.cn教學大綱目的和要求該課程是計算機科學與技術專業(yè)的一門專業(yè)基礎課。它的內容主要介紹計算機各個功能部件的組織結構、功能以及它們之間互連組成的計算機系統。使學生了解計算機的組成原理及工作原理，以建立整機概念。教學內容概論、數據表示、運算方法和運算器、指令系統、控制器、存儲系統、輸入輸出系統、外部設備、計算機系統。第一章概論本章要點：1)馮·諾伊曼體系的基本特征2)總線結構的概念及特點3)計算機系統的層次結構4)計算機的性能指標教學目的：本章的目的在于

2、幫助讀者建立一個關于計算機系統框架的整體概念，并初步了解有關計算機系統的基本常識和基本概念。什么是電子計算機？計算機是一種能夠執(zhí)行程序，進行復雜計算的工具。數字電子計算機是一種能存儲程序并能自動地、高速地對各種數字化信息進行運算處理的電子設備。自動的含義是指程序執(zhí)行時，不再需要人的干預，程序能連續(xù)發(fā)出各種命令，控制計算機完成預定的操作任務。1.1計算機的發(fā)展與應用計算工具的發(fā)展概況手工時代機械時代電子時代-500紀元162116411830193619401946195119591964197119791994十算算計帕巴米通

3、阿電ENIACUNIVACIBMIBMINTELIBM新指算斯貝斯用塔子700036040044300一計尺卡奇工計那計代數籌盤計分業(yè)算索算計算析機夫機算機機方機案電子管時代晶體管時代集成電路時代大規(guī)模集成電路時代1、電子計算機的產生理論基礎：1854年，英國科學家GeorgeBoole發(fā)表《布爾代數》，把邏輯理論建立在“0”、“1”兩種值和“與”、“或”、“非”三種運算上。物質基礎：1919年，W.H.Ecclers和F.W.Jordan用兩只三極電子管接成了E-J雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，提供了用電子元件表示二進制數的物質基礎?，F實需

4、要：二戰(zhàn)因彈道計算需要高速、準確的計算工具。2、第一代計算機電子管時代（46-59）ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandComputer)二戰(zhàn)因彈道計算需要高速、準確的計算將電子管和繼電器存儲器用絕緣導線互連在一起，有單個CPU組成，CPU用程序計數器和累加器完成定點運算，采用機器語言或匯編語言，用CPU程序控制I/O。代表性的有賓夕法尼亞大學莫爾學院1950年的ENIAC、IBM于1953年IBM701計算機。特征：使用電子管為計算機的基本器件體積大、耗電多、速度慢、可靠性低速度為每秒

5、幾千到幾萬次應用與軍事和國防貢獻：確立了模擬量可變換成數字量進行計算確立了計算機的基本結構確立了程序設計的基本方法使用陰極射線管（CRT）作顯示器代表：ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandComputer)介紹：重達30噸占地170平方米內裝18000個電子管計算速度5000次/秒不足：存儲容量小20個字長10位非自動采用線路連接來編程VonNeumann在此基礎上提出了現代計算機的模型第一臺計算機ENIAC3、第二代計算機晶體管時代（59-64）BELL實驗室的Johnbardeen,

6、WalterBrattain發(fā)明晶體管。采用分立式晶體管和鐵氧體的磁芯，用印刷電路將它們互連。采用變址寄存器、浮點運算、多路存儲器和I/O處理機。采用高級語言、子程序庫、批處理監(jiān)控程序。代表性系統是IBM7030。特征：使用晶體管為計算機的基本器件體積縮小、耗電減少、重量減輕、可靠性提高速度為每秒幾萬到幾十萬次開始應用于數據處理貢獻：在圖形處理領域開始應用鼠標器問世有了操作系統和高級語言出現通用機和專用機代表：CDC66007600IBM70904、第三代計算機集成電路時代1965-1974仙童公司和德州儀器把整個電路做在一片

7、半導體上。采用小規(guī)?；蛑行∫?guī)模的集成電路和多層印刷電路。微程序控制。采用了流水線、高速緩存和先行處理機。軟件采用多道程序設計和分時操作系統。代表性的有IBM/360-370系列、DigitalEquipment公司的PDP-8系列。特征：使用中、小規(guī)模集成電路為計算機的基本器件體積、功耗顯著縮小、可靠性大大提高速度為每秒幾百萬次貢獻：分成巨型機、大型機、中型機、小型機多種完善的操作系統和高級語言出現系列機（解決硬件更新和軟件相對穩(wěn)定的矛盾，大受歡迎）代表：IBM3605、第四代計算機大規(guī)模集成電路時代1974-1991開始生產

8、包含CPU的IC，Intel和Motorola的8080和6800采用大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路和半導體存儲器。出現了共享存儲器、分布存儲器或或向量硬件選擇的不同結構的并行計算機。使用了并行處理的多處理操作系統、專用語言和編譯器，產生了用于并行處理和分布處理的軟件工具和環(huán)境。