计算机组成技术.ppt

计计 算算 机机 组组 成成 技技 术术参考书目•计算机组成原理，唐朔飞编著，高等教育出版社出版•IBM PC 汇编语言程序设计（第二版），沈美明、温冬婵编著，清华大学出版社出版第一章第一章 绪论绪论•电子计算机的产生与发展•微型电子计算机的发展•我国电子计算机的发展•电子计算机的基本结构、分类与性能评价•电子计算机的特点及应用•电子计算机的新进展1.1电子计算机的产生与发展•电子计算机产生之前计算工具的发展–手动计算工具：算盘手动计算工具：算盘–机械式计算工具：手摇台式计算机机械式计算工具：手摇台式计算机• •16421642年，法数学家年，法数学家PascalPascal始创；始创；• •16731673年，德数学家年，德数学家LeibnitzLeibnitz改进• •18121812年，英数学家年，英数学家BabbageBabbage，，差差分机分机• •18711871年，英数学家年，英数学家BabbageBabbage，，分析机分析机–机电式计算工具：机电式计算工具：19441944年年IBMIBM公司公司MARK IMARK I( (电动、齿轮、继电器构成电动、齿轮、继电器构成) )“古代”计算机的特点•计算速度慢•出现错误多• 图灵（Turing）冯·诺依曼（John Von Neuman）两位杰出的计算机科学家1.1.2 现代电子计算机的发展•第一代计算机（1946-1958）电子管时代–ENIACENIAC（（Electronic Numerical Electronic Numerical Integrator and CalculatorIntegrator and Calculator））–EDVACEDVAC（（Electronic Discrete Electronic Discrete Variable Automatic ComputerVariable Automatic Computer））•第二代计算机（1958-1965）晶体管时代•第三代计算机（1965-1970）集成电路时代•第四代计算机（1970- ）大规模集成电路时代各时期计算机的比较（1）时期时期元器件元器件代代 表表 机机 器器第一代第一代电子管电子管第一台计算机第一台计算机ENIACENIAC第一台通用电子计算机第一台通用电子计算机EDVACEDVAC第二代第二代晶体管晶体管IBMIBM公司生产的公司生产的IBM-7904IBM-7904CDCCDC公司生产的公司生产的CDC1604CDC1604第三代第三代集成电路集成电路DECDEC公司研制成功的公司研制成功的PDP-8PDP-8，，PDP-11PDP-11，，VAX-11VAX-11第四代第四代大规模集大规模集成电路成电路CrayCray公司公司19761976年推出的年推出的Cray-1Cray-1各时期计算机的比较（2）时期时期体积体积 重量重量 成本成本 耗电耗电 可靠性可靠性运算速度运算速度第一代第一代 大大重重高高高高低低50005000次次/ /秒秒第二代第二代几万次几万次- -几几十万次十万次/ /秒秒第三代第三代几百万几百万- -几几千万次千万次/ /秒秒第四代第四代 小小轻轻低低低低高高几亿次几亿次/ /秒秒1.2 微型电子计算机的发展•第一代（1971-1972）4 4位的微处理器和微型电子计算机位的微处理器和微型电子计算机Intel 4004 2300Intel 4004 2300个晶体管个晶体管•第二代（1972-1977）8 8位的微处理器和微型电子计算机位的微处理器和微型电子计算机Intel 8008 3300Intel 8008 3300个晶体管个晶体管Intel 8080 4900Intel 8080 4900个晶体管个晶体管M6800 6800M6800 6800个晶体管个晶体管Z80 10000Z80 10000个晶体管个晶体管•第三代（1978-1983）1616位的微处理器和微型电子计算机位的微处理器和微型电子计算机Intel 8086 29000Intel 8086 29000个晶体管个晶体管M68000 68000M68000 68000个晶体管个晶体管Z8000 37500Z8000 37500个晶体管个晶体管•第四代（1984-）3232位的微处理器和微型电子计算机位的微处理器和微型电子计算机代表机型：代表机型：Intel 80286Intel 80286Intel 80386Intel 80386MC68020MC68020摩尔定律•每18个月微处理器内部的晶体管数量扩大一倍，计算机的性能将翻一番，而芯片的价格保持不变1.3 我国电子计算机的发展•1973年，中国第一台百万次集成电路电子计算机研制成功•1983年，银河I号巨型计算机研制成功，运算次数达到每秒1亿次•1987年，第一台国产286微机---长城286正式推出•1988年，第一台国产386微机---长城386正式推出我国电子计算机的发展•19931993年，中国第一台年，中国第一台1010亿次巨型银河计算机亿次巨型银河计算机IIII型通过鉴定，并于次年在国家气象局投入正型通过鉴定，并于次年在国家气象局投入正式运行式运行•19951995年，曙光年，曙光10001000型大型机通过鉴定，其峰型大型机通过鉴定，其峰值可以达到每秒值可以达到每秒2525亿次亿次•19971997年，银河年，银河IIIIII并行巨型机研制成功并行巨型机研制成功•19991999年，银河四代巨型机研制成功年，银河四代巨型机研制成功•20002000年，自行研制成功年，自行研制成功“ “神威神威I”I”高性能计算机高性能计算机1.4 电子计算机的基本结构、 分类与性能评价1.4.1 计算机硬件的基本组成输入设备主存储器控制器运算器程序或数据CPU主机指令流数据流输出设备程序或结果程序计数器、指令寄存器、指令译码器、控制信号发生器辅助存储器1.4.2 计算机系统的层次结构•软件的分类–系统软件系统软件• •DosDos，，WindowsWindows，，UNIXUNIX，，LINUXLINUX，，OracleOracle，，SQLSQL–程序设计语言程序设计语言• •汇编语言，汇编语言，BasicBasic，，C/C++C/C++，，PascalPascal，，JavaJava–应用软件应用软件• •人事管理软件，财务管理软件等等人事管理软件，财务管理软件等等计算机系统的层次结构实际机器M1具有L1机器语言（机器指令系统）实际机器M1具有L1机器语言（机器指令系统）虚拟机器M2具有L2机器语言（汇编语言）计算机系统的层次结构实际机器M1具有L1机器语言（机器指令系统）虚拟机器M2具有L2机器语言（汇编语言）计算机系统的层次结构虚拟机器M3具有L3机器语言（高级语言）实际机器M1，具有L1机器语言（机器指令系统）虚拟机器M2，具有L2机器语言（汇编语言）计算机系统的层次结构虚拟机器M3 ，具有L3机器语言（高级语言）微程序机器M0，具有L0机器语言（微指令系统）实际机器M1，具有L1机器语言（机器指令系统）虚拟机器M3，具有L3机器语言（汇编语言）计算机系统的层次结构虚拟机器M4 ，具有L4机器语言（高级语言）微程序机器M0，具有L0机器语言（微指令系统）虚拟机器M2，具有L2机器语言（作业控制语言）虚拟机器M5，具有L5机器语言（应用语言）1.4.3 电子计算机的分类•从电子计算机的内部实现来分模拟式电子计算机，数字式电子计算机模拟式电子计算机，数字式电子计算机•从电子计算机的性能来分微型电子计算机，小型电子计算机，中型电子微型电子计算机，小型电子计算机，中型电子计算机，大型电子计算机，超级电子计算机计算机，大型电子计算机，超级电子计算机•从电子计算机的用途来分个人电子计算机，工业控制电子计算机，军用个人电子计算机，工业控制电子计算机，军用电子计算机，嵌入式电子计算机电子计算机，嵌入式电子计算机•按设计目的：专用、通用电子计算机1.4.4 电子计算机的性能评价•基本字长•主存容量主存容量主存容量= =存储单元数存储单元数* *字长字长•运算速度–基本法基本法–吉普森法（吉普森法（GibsonGibson））1.4.4 电子计算机的性能评价–MIPSMIPS（（Million Instruction Per Million Instruction Per SecondSecond））–CPICPI（（Cycle Per InstructionCycle Per Instruction））–FPOPSFPOPS（（Floating Point Operation Floating Point Operation Per SecondPer Second））1.5 电子计算机的特点及应用1.5.1 电子计算机的特点•自动连续地高速运算•运算速度快•具有记忆能力和逻辑判断能力•运算精度高•通用性强1.5.2 计算机的应用•科学计算和数据处理•工业控制和实时控制•网络技术的应用–电子商务电子商务–网络教育网络教育•虚拟现实–飞行员的方针虚拟现实系统飞行员的方针虚拟现实系统1.5.2 计算机的应用•CAD/CAM/CIMSCAD/CAM/CIMS CAD CAD（（Computer Aided DesignComputer Aided Design））按设计按设计任务书的要求，可进行各种设计方案的比较，任务书的要求，可进行各种设计方案的比较，确定产品结构、外形尺寸、材料选择、模拟组确定产品结构、外形尺寸、材料选择、模拟组装；再对模拟整机进行各种性能测试，包括强装；再对模拟整机进行各种性能测试，包括强度分析、振动分析、运动状态分析等；并任意度分析、振动分析、运动状态分析等；并任意修正，最后从性能的先进性、经济的合理性、修正，最后从性能的先进性、经济的合理性、加工的可行性等方面进行论证，获得最终的设加工的可行性等方面进行论证，获得最终的设计产品，大大降低了产品设计的成本，缩短了计产品，大大降低了产品设计的成本，缩短了产品的设计周期，最大限度地降低了产品设计产品的设计周期，最大限度地降低了产品设计的风险。

因此，的风险因此，CADCAD技术已被各种制造业广泛技术已被各种制造业广泛应用 1.5.2 计算机的应用￿￿￿CAM（Computer￿Aided￿Manufacturing）是以数控机床为主体，利用存有全部加工资料的的数据库，如刀具、夹具和各种零件的加工程序，以及在加工过程中的自动换刀及加工数据的控制目前人们已经将数控、物料流控制及存储、机器人、柔性制造、生产过程仿真等计算机相关控制技术统称为计算机辅助制造1.5.2 计算机的应用￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿CIMSCIMS（（Computer￿Computer￿Integrated￿Integrated￿Manufacturing￿Manufacturing￿SystemsSystems））是是信信息息技技术术和和现现代代管管理理技技术术改改造造传传统统制制造造业业、、加加强强新新兴兴制制造造业业、、提提高高企企业业市市场场竞竞争争能能力力的的一一种种生生产产模模式式具具体体而而言言，，以以企企业业选选定定的的产产品品为为龙龙头头，，在在产产品品设设计计过过程程、、管管理理决决策策过过程程、、加加工工制制造造过过程程、、产产品品质质量量管管理理和和控控制制等等过过程程中中，，采采用用计计算算机机辅辅助助技技术术和和先先进进的的科科学学管管理理方方法法，，在在计计算算机机网网络络和和数数据据库库的的支支持持下下，，实实现现系系统统集集成成，，进进而而使使企企业业优优化化运运行行，，达达到到产产品品上上市市快快，，质质量量好好，，成成本本低低、、服服务务好好的的目目的的，，以以此此提提高高产产品品的的市市场场占占有有率率和和企企业的市场竞争能力。

业的市场竞争能力1.5.2 计算机的应用•多媒体技术•人工智能。