第01章 计算机系统概论

1、第1章 概论本章本章概括地描述概括地描述计算机的发展史计算机的发展史计算机系统的基本组成、层次结构计算机系统的基本组成、层次结构计算机计算机的特点、分类和应用的特点、分类和应用重点讨论重点讨论计算机的组成和工作原理计算机的组成和工作原理从而了解计算机是由哪些从而了解计算机是由哪些主要部件组成主要部件组成的，的，它是怎样实现它是怎样实现自动解算问题自动解算问题的，以期建立初的，以期建立初步的步的整机整机概念。概念。第1章 概论冯冯诺依曼思想诺依曼思想信息的数字化表示信息的数字化表示存储程序工作方式存储程序工作方式计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构计算机的主要特点计算机的主要特点计算机的主要

2、性能指标计算机的主要性能指标第1章 概论冯冯诺依曼思想诺依曼思想信息的数字化表示信息的数字化表示存储程序工作方式存储程序工作方式计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构计算机的主要性能指标计算机的主要性能指标第1章 概论1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.2 计算机系统的组织计算机系统的组织1.3 计算机的演变和性能计算机的演变和性能1.4 计算机的特点与性能指标计算机的特点与性能指标1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.1.1 计算机与诺伊曼体制计算机与诺伊曼体制计算机通过自动、连续地运行程序，能够代计算机通过自动、连续地运行程序，能够代替人类完成各种复杂的计算和实现对各类信替

3、人类完成各种复杂的计算和实现对各类信息的处理。息的处理。1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.1.1 计算机与诺伊曼体制计算机与诺伊曼体制 能把解题的原始数据、运算步骤输入到机器能把解题的原始数据、运算步骤输入到机器的部件；的部件； 保存、读取和记录原始数据、运算步骤及中保存、读取和记录原始数据、运算步骤及中间结果、最终结果的部件；间结果、最终结果的部件； 能进行各种基本运算，如加、乘等的部件能进行各种基本运算，如加、乘等的部件 控制计算机按确定的运算步骤运算，控制其控制计算机按确定的运算步骤运算，控制其他部件正确、协调的工作的部件；他部件正确、协调的工作的部件； 将计算结果或其他参考数

4、据以表格、文件或将计算结果或其他参考数据以表格、文件或图形等形式输出给用户的设备。图形等形式输出给用户的设备。程序程序1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.1.1 计算机与诺伊曼体制计算机与诺伊曼体制1. ENIAC1. ENIAC在宾夕法尼亚大学的约翰在宾夕法尼亚大学的约翰莫克利和布莱斯莫克利和布莱斯特特埃克特的带领下，为美国军队的弹道研埃克特的带领下，为美国军队的弹道研究实验室究实验室(BRL)(BRL)设计和建造的设计和建造的ENIACENIAC，是世界，是世界上第一台上第一台。注：注：ENIAC Electronic Numerical Integrator ENIAC Elec

5、tronic Numerical Integrator and Calculatorand Calculator，电子数字积分器和计算器，电子数字积分器和计算器 采用真空管采用真空管? ?1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.1.1 计算机与诺伊曼体制计算机与诺伊曼体制2. 2. 冯冯诺依曼机诺依曼机 冯冯诺依曼在诺依曼在19451945年的一份新型计算机年的一份新型计算机EDVAC( Electronic Discrete Variable EDVAC( Electronic Discrete Variable ComputerComputer，电子离散变量计算机，电子离散变量计算机)

6、 )的计划中的计划中首次公布了这一构想首次公布了这一构想 1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.1.1 计算机与诺伊曼体制计算机与诺伊曼体制2. 2. 冯冯诺依曼机诺依曼机 当代计算机几乎都是以诺依曼提出的概念为当代计算机几乎都是以诺依曼提出的概念为基础。这种设计称为基础。这种设计称为。1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.1.1 计算机与诺伊曼体制计算机与诺伊曼体制2. 2. 冯冯诺依曼机诺依曼机 诺依曼机的特点：诺依曼机的特点：用二进制形式表示数据和指令用二进制形式表示数据和指令采用存储程序方采用存储程序方式式由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设由运算器、存储器、控制器、

7、输入设备和输出设备五部分组成计算机硬件系统备五部分组成计算机硬件系统指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻访地址寻访指令在存储器内按顺序存放指令在存储器内按顺序存放机器以运算器为中心机器以运算器为中心1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.1.1 计算机与诺伊曼体制计算机与诺伊曼体制2. 2. 冯冯诺依曼机诺依曼机 数据和指令存储在单一的数据和指令存储在单一的“读写存储器读写存储器”中中存储器的内容通过位置寻址，而不考虑它存储器的内容通过位置寻址，而不考虑它容纳的数据是什么容纳的数据是什么以顺序的形式从一条指令执行到下一条指以顺序的形式从

8、一条指令执行到下一条指令，除非有明确的修改令，除非有明确的修改1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.1.1 计算机与诺伊曼体制计算机与诺伊曼体制2. 2. 冯冯诺依曼机诺依曼机19461946年，冯年，冯诺依曼和他的同事在普林斯顿诺依曼和他的同事在普林斯顿高级研究院开始设计一种新的高级研究院开始设计一种新的：IASIAS计算机。计算机。该机成为了后来该机成为了后来。 1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.1.1 计算机与诺伊曼体制计算机与诺伊曼体制IASIAS计算机结构：计算机结构：主主存存储储器器(M)(M)算术逻辑单算术逻辑单元元(CA)(CA)程序控制器程序控制器(CC)(C

9、C)I/OI/O设设备备(I,O)(I,O)1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.1.1 计算机与诺伊曼体制计算机与诺伊曼体制IASIAS计算机结构包括：计算机结构包括： 主存储器，用于存储数据和指令主存储器，用于存储数据和指令 能够操作二进制数的算术逻辑单（能够操作二进制数的算术逻辑单（ALUALU） 控制器，翻译内存中的指令并执行控制器，翻译内存中的指令并执行 由控制器操纵的输入、输出设备（由控制器操纵的输入、输出设备（I/OI/O）1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.1.1 计算机与诺伊曼体制计算机与诺伊曼体制输入设备输入设备存储器存储器输出设备输出设备运算器运算器控制器控

10、制器程序程序数据数据结果结果命令、状态命令、状态命令、状态命令、状态数据数据指令指令计算机基本组成示意图计算机基本组成示意图1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.1.1 计算机与诺伊曼体制计算机与诺伊曼体制 对数据进行算术和逻辑运算对数据进行算术和逻辑运算 存放程序和数据的记忆装置存放程序和数据的记忆装置 控制指令的执行，控制计算机中各控制指令的执行，控制计算机中各部件有条不紊地工作部件有条不紊地工作 把人所熟悉的某种信息形式变换把人所熟悉的某种信息形式变换为机器所能接收和识别的二进制信息形式为机器所能接收和识别的二进制信息形式 把计算机处理的结果变换为人或把计算机处理的结果变换为人或其

11、他设备所能接收和识别的信息形式其他设备所能接收和识别的信息形式1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.1.1 计算机与诺伊曼体制计算机与诺伊曼体制计算机作为一个处理信息的工具，要解决哪计算机作为一个处理信息的工具，要解决哪些问题？些问题？1. 信息的表示信息的表示2. 信息的存储信息的存储3. 信息的传送信息的传送4. 信息的变换信息的变换5. 信息的加工处理信息的加工处理6. 对上述过程的控制对上述过程的控制1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.1.2 信息的数字化表示信息的数字化表示计算机中的信息分为两大类：计算机中的信息分为两大类： 用来控制计算机的工作用来控制计算机的工作 计

12、算机加工处理的对象计算机加工处理的对象？计算机中如何表示信息计算机中如何表示信息1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.1.2 信息的数字化表示信息的数字化表示电子数字计算机中采用数字化表示方法：电子数字计算机中采用数字化表示方法：用数字代码表示各种信息用数字代码表示各种信息用数字信号表示数字代码用数字信号表示数字代码1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.1.2 信息的数字化表示信息的数字化表示1. 1. 在计算机中用数字代码表示各种信息在计算机中用数字代码表示各种信息是指一组数字是指一组数字( (二进制数字代码二进制数字代码) )的的集合。可以根据需要描述的信息集合。可以根据需要描

13、述的信息( (控制信息、控制信息、数据信息数据信息) )，用一组约定含义的数字代码来，用一组约定含义的数字代码来表示它。表示它。1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.1.2 信息的数字化表示信息的数字化表示2.2. 在物理机制上用数字信号在物理机制上用数字信号( (电平电平或或脉冲脉冲) )表示数字代码表示数字代码1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.1.2 信息的数字化表示信息的数字化表示3.3. 用数字化方法表示信息的主要优点用数字化方法表示信息的主要优点 在物理上容易实现信息的表示与存储在物理上容易实现信息的表示与存储 抗干扰能力强，可靠性高抗干扰能力强，可靠性高 数值的表示

14、范围大，表示精度高数值的表示范围大，表示精度高 表示的信息类型极其广泛表示的信息类型极其广泛 能用数字逻辑技术进行信息处理能用数字逻辑技术进行信息处理1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.1.3 存储程序工作方式存储程序工作方式诺依曼思想的核心是存储程序，它表明了计诺依曼思想的核心是存储程序，它表明了计算机的工作方式。算机的工作方式。其中包含以下其中包含以下3 3个要点：个要点： 事先编制程序事先编制程序 事先存储程序事先存储程序 自动、连续地执行程序自动、连续地执行程序1.1 计算机的基本组成计算机的基本组成1.1.3 存储程序工作方式存储程序工作方式 能存储程序，能自动地对数字化信息

15、进行连能存储程序，能自动地对数字化信息进行连续运算的快速工具。续运算的快速工具。1.2 计算机系统的组织计算机系统的组织1.2.1 硬件系统硬件系统计算机的计算机的是指系统中可触摸得到的设备是指系统中可触摸得到的设备实体。实体。1. 1. 常见计算机硬件系统组成常见计算机硬件系统组成CPUCPU主存储器主存储器接口接口接口接口I/OI/O设备设备I/OI/O设备设备系统总线系统总线1.2 计算机系统的组织计算机系统的组织1.2.1 硬件系统硬件系统2. 典型的硬件系统结构典型的硬件系统结构 以总线为基础的系统结构以总线为基础的系统结构CPUCPU主存主存公共公共接口接口接口接口I/OI/O接口

16、接口I/OI/O主要特点：主要特点： 数据通路简洁数据通路简洁 数据传送控制方便数据传送控制方便 系统扩展易于实现系统扩展易于实现1.2 计算机系统的组织计算机系统的组织1.2.1 硬件系统硬件系统2. 典型的硬件系统结构典型的硬件系统结构 采用通道采用通道或或I/OI/O处理机处理机的大型系统结构的大型系统结构I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/O控制器控制器I/OI/O控制器控制器I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/O控制器控制器I/OI/O控制器控制器通通道道通通道道CPUCPU主存主存1.2 计算机系统的组织计算机系统的组织1.2.2 软件系

17、统软件系统泛指各类程序和文件。它们实际上是由泛指各类程序和文件。它们实际上是由一些算法及其在计算机中的表示构成，体现一些算法及其在计算机中的表示构成，体现为一些触摸不到的二进制信息状态。为一些触摸不到的二进制信息状态。1.2 计算机系统的组织计算机系统的组织1.2.2 软件系统软件系统1. 1. 系统软件系统软件操作系统操作系统 语言处理程序语言处理程序 数据库管理系统数据库管理系统 各种维护性支撑软件各种维护性支撑软件各种标准程序库各种标准程序库1.2 计算机系统的组织计算机系统的组织1.2.2 软件系统软件系统2.2. 应用软件应用软件科学计算类程序科学计算类程序 工程设计类程序工程设计类

18、程序 数据处理类程序数据处理类程序 信息管理类程序信息管理类程序 自动控制类程序自动控制类程序 情报检索类程序情报检索类程序1.2 计算机系统的组织计算机系统的组织1.2.3 系统组成的层次结构系统组成的层次结构关键在于认识包括计算机在内的大多数复杂关键在于认识包括计算机在内的大多数复杂系统的系统的。层次系统是一组互相关联。层次系统是一组互相关联的子系统，每个子系统又在结构上分层，直的子系统，每个子系统又在结构上分层，直到分成最基本的子系统。到分成最基本的子系统。复杂系统的复杂系统的是设计和说明它们的基是设计和说明它们的基础。设计者每次只须处理某个特定的层即可。础。设计者每次只须处理某个特定的

19、层即可。1.2 计算机系统的组织计算机系统的组织1.2.3 系统组成的层次结构系统组成的层次结构每一层由一组部件及其相互关系组成。每一每一层由一组部件及其相互关系组成。每一层的行为仅依赖于其下一层更为简单的抽象层的行为仅依赖于其下一层更为简单的抽象特征。在每一层上，设计者关心的是特征。在每一层上，设计者关心的是结构结构和和功能功能： 部件相互关联的方式部件相互关联的方式 作为有关结构组成部分的各个部件的作为有关结构组成部分的各个部件的操作操作1.2 计算机系统的组织计算机系统的组织1.2.3 系统组成的层次结构系统组成的层次结构1 功能功能 本质上，计算机的结构和功能运作都很简单。计算机所能完

20、成的数据处理数据处理 数据存储数据存储数据传送数据传送 控制控制只有两种基本类型的元件是必需的：和：逻辑门逻辑门 是实现布尔或逻辑功能的元件内存位元内存位元 是一个能够存储一位数据的元件1.2 计算机系统的组织计算机系统的组织1.2.3 系统组成的层次结构系统组成的层次结构1 功能功能可能的计算机操作可能的计算机操作传送传送控制控制存储存储处理处理传送传送控制控制存储存储处理处理传送传送控制控制存储存储处理处理传送传送控制控制存储存储处理处理1.2 计算机系统的组织计算机系统的组织1.2.3 系统组成的层次结构系统组成的层次结构2 结构结构 计算机是以某种方式与其外部环境交互的实计算机是以某种

21、方式与其外部环境交互的实体。概括地说，与外部环境的所有连接可以体。概括地说，与外部环境的所有连接可以划分为外围设备和通信线路。我们关心的是划分为外围设备和通信线路。我们关心的是计算机本身的内部结构，有计算机本身的内部结构，有：中央处理单元中央处理单元 主存储器主存储器 I/OI/O 系统互联系统互联1.2 计算机系统的组织计算机系统的组织1.2.3 系统组成的层次结构系统组成的层次结构2 结构结构主存主存储器储器系统系统互联互联CPUCPUI/OI/O计算机计算机算术算术逻辑单元逻辑单元CPUCPU内部互联内部互联寄存器寄存器控制器控制器CPUCPU1.2 计算机系统的组织计算机系统的组织1.

22、2.3 系统组成的层次结构系统组成的层次结构3. 从硬、软件组成角度划分的层次结构模型从硬、软件组成角度划分的层次结构模型逻辑部件级逻辑部件级( (硬件逻辑部件硬件逻辑部件) )微程序级微程序级( (微程序控制器微程序控制器) )传统机器级传统机器级( (指令系统指令系统) )操作系统级操作系统级( (操作系统操作系统) )语言处理程序语言处理程序( (解释、编译解释、编译) )应用程序应用程序( (软件资源软件资源) )用户程序级用户程序级( (用户程序用户程序) )系统分析级系统分析级( (数学模型、算法数学模型、算法) )硬件部分硬件部分硬、软件界面硬、软件界面软件部分软件部分1.2 计

23、算机系统的组织计算机系统的组织1.2.3 系统组成的层次结构系统组成的层次结构4. 从语言角度划分的层次结构模型从语言角度划分的层次结构模型程序程序专用语言虚拟机专用语言虚拟机高级语言虚拟机高级语言虚拟机汇编语言虚拟机汇编语言虚拟机实际机器（机器语言物理机）实际机器（机器语言物理机）1.2 计算机系统的组织计算机系统的组织1.2.4 硬、软件的功能划分与逻辑上的等价硬、软件的功能划分与逻辑上的等价 为降低造价，只让硬件实现较简单的功能，为降低造价，只让硬件实现较简单的功能，依靠软件实现更高级一些的功能依靠软件实现更高级一些的功能 将原来依靠软件才能实现的一些功能改由将原来依靠软件才能实现的一些

24、功能改由大规模、超大规模集成电路直接实现大规模、超大规模集成电路直接实现 将系统软件的核心部分固化在存储芯片中将系统软件的核心部分固化在存储芯片中1.3 计算机的演变和性能计算机的演变和性能1.3.1 计算机简史计算机简史第一代：真空管第一代：真空管莫克利和埃克特设计和建造了莫克利和埃克特设计和建造了ENIACENIAC。19431943年，年，ENIACENIAC项目开始启动。最终的机器重项目开始启动。最终的机器重约约3030吨，占第吨，占第15001500平方英尺，采用了约平方英尺，采用了约1818万万个真空管，它工作时消耗个真空管，它工作时消耗1414万千瓦万千瓦/ /小时的电小时的电力

25、，每秒钟能执行力，每秒钟能执行50005000次加法。次加法。1.3 计算机的演变和性能计算机的演变和性能1.3.1 计算机简史计算机简史第一代：真空管第一代：真空管1.3 计算机的演变和性能计算机的演变和性能1.3.1 计算机简史计算机简史第一代：真空管第一代：真空管19501950年，随着计算机工业的产生，同时诞生年，随着计算机工业的产生，同时诞生了两个公司：了两个公司：SperrySperry和和IBMIBM。1.3 计算机的演变和性能计算机的演变和性能1.3.1 计算机简史计算机简史第一代：真空管第一代：真空管IBMIBM于于19531953年生产了自己的首台程序存储计算年生产了自己的

26、首台程序存储计算机：机：IBM701IBM701主要面向科学应用主要面向科学应用19551955年年IBMIBM生产了另一种产品：生产了另一种产品：IBM702IBM7021.3 计算机的演变和性能计算机的演变和性能1.3.1 计算机简史计算机简史第二代：晶体管第二代：晶体管19471947年，贝尔实验室发明了晶体管。年，贝尔实验室发明了晶体管。晶体管的使用是第二代计算机的标志。晶体管的使用是第二代计算机的标志。第二代计算机使用了高级编程语言，并为计第二代计算机使用了高级编程语言，并为计算机提供了系统软件。算机提供了系统软件。这个时期出现了数据设备公司（这个时期出现了数据设备公司（DECDEC

27、）。）。DECDEC建于建于19571957年。同年，开发出了它们的第一台年。同年，开发出了它们的第一台计算机计算机PDP-1PDP-1。1.3 计算机的演变和性能计算机的演变和性能1.3.1 计算机简史计算机简史第二代：晶体管第二代：晶体管使用了：使用了：数据通道（数据通道（Data ChannelData Channel）多路器（多路器（MultiplexerMultiplexer）多路器是数据通道、多路器是数据通道、CPUCPU、内存的中心连接点。、内存的中心连接点。多路器调度多路器调度CPUCPU和数据通道对内存的访问，允和数据通道对内存的访问，允许这些设备独立运行。许这些设备独立运行

28、。1.3 计算机的演变和性能计算机的演变和性能1.3.1 计算机简史计算机简史第三代：集成电路第三代：集成电路计算机包含门、内存位元和它们之间的互联计算机包含门、内存位元和它们之间的互联结构。它们由简单的数字电子元件组成。结构。它们由简单的数字电子元件组成。1.3 计算机的演变和性能计算机的演变和性能1.3.1 计算机简史计算机简史用逻辑门和内存位元可以实现用逻辑门和内存位元可以实现4 4个基本功能：个基本功能：数据存储数据存储 由内存位元提供由内存位元提供数据处理数据处理 由逻辑门电路提供由逻辑门电路提供数据移动数据移动 部件间的通路用于将数据从内部件间的通路用于将数据从内存传送到内存，或从

29、内存通过门电路再传送存传送到内存，或从内存通过门电路再传送到内存到内存控制控制 部件之间的通路传送控制信号部件之间的通路传送控制信号 1.3 计算机的演变和性能计算机的演变和性能1.3.1 计算机简史计算机简史第三代：集成电路第三代：集成电路19641964年，年，IBMIBM发布了发布了System/360System/360360360系列与原来的系列与原来的IBMIBM机器不兼容机器不兼容系列机：同一生产厂家生产的具有相同的系统结构，但具有系列机：同一生产厂家生产的具有相同的系统结构，但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。兼容机：不同生产厂

30、家生产的具有相同的系统结构计算机。兼容机：不同生产厂家生产的具有相同的系统结构计算机。1.3 计算机的演变和性能计算机的演变和性能1.3.1 计算机简史计算机简史第三代：集成电路第三代：集成电路System/360System/360是工业上第一个计算机系列的发是工业上第一个计算机系列的发展计划。这一系列覆盖了广泛的性能和价格。展计划。这一系列覆盖了广泛的性能和价格。各种型号的兼容性体现在：为系列中某个型各种型号的兼容性体现在：为系列中某个型号写的程序可以在系列中任一个型号上运行，号写的程序可以在系列中任一个型号上运行，所不同的仅仅是运行时间。所不同的仅仅是运行时间。1.3 计算机的演变和性能

31、计算机的演变和性能1.3.1 计算机简史计算机简史IBMIBM系列机具有以下特征：系列机具有以下特征：相同的或相似的指令集相同的或相似的指令集相似或相同的操作系统相似或相同的操作系统更高的速度更高的速度更多的更多的I/OI/O端口数端口数更大的内存容量更大的内存容量成本增加。成本增加。1.3 计算机的演变和性能计算机的演变和性能1.3.1 计算机简史计算机简史第三代：集成电路第三代：集成电路系列概念如何实现？系列概念如何实现？区别在于如下区别在于如下3 3个因素：个因素：基本速度基本速度容量容量并行程度并行程度1.3 计算机的演变和性能计算机的演变和性能1.3.1 计算机简史计算机简史第三代：

32、集成电路第三代：集成电路PDP-8PDP-8小型机能完成大型机的工作，但价格低小型机能完成大型机的工作，但价格低廉。廉。PDP-8PDP-8的低价格、小型化的系统使得其他制造的低价格、小型化的系统使得其他制造商可以购买商可以购买PDP-8PDP-8，并将它集成到自己的系统，并将它集成到自己的系统中再行出售。这些制造商被称为原始设备制中再行出售。这些制造商被称为原始设备制造商（造商（OEMOEM）。）。1.3 计算机的演变和性能计算机的演变和性能1.3.1 计算机简史计算机简史后续的几代后续的几代发展阶段发展阶段大致时间大致时间采用的技术采用的技术典型速度典型速度1 11946-19571946

33、-1957真空管真空管4 4万次万次/ /秒秒2 21958-19641958-1964晶体管晶体管2020万次万次/ /秒秒3 31965-19711965-1971SSI MSISSI MSI100100万次万次/ /秒秒4 41972-19771972-1977LSILSI10001000万次万次/ /秒秒5 51978-19911978-1991VLSIVLSI1 1亿次亿次/ /秒秒6 61991-1991-ULSIULSI1010亿次亿次/ /秒秒1.3 计算机的演变和性能计算机的演变和性能1.3.1 计算机简史计算机简史后续的几代后续的几代19711971年，年，IntelInt

34、el开发出开发出Intel4004Intel4004。40044004是第是第一个将一个将CPUCPU的所有元件都放入同一块芯片内的的所有元件都放入同一块芯片内的产品。于是，微处理器诞生了产品。于是，微处理器诞生了19721972年出现了年出现了Intel8008Intel8008，这是第一个，这是第一个8 8位微位微处理器，它比处理器，它比40044004复杂一倍复杂一倍19741974年出现了年出现了Intel8080Intel8080，这是第一个通用微，这是第一个通用微处理器（处理器（8 8位）位）1.3 计算机的演变和性能计算机的演变和性能1.3.2 性能设计性能设计从计算机组织和结构

35、上看：从计算机组织和结构上看：一方面组成今日计算机的基本模块与一方面组成今日计算机的基本模块与ISAISA计计算机基本相同；算机基本相同；另一个方面，从现有材料中挤出最后一丁另一个方面，从现有材料中挤出最后一丁点性能的技术都变得日益复杂。点性能的技术都变得日益复杂。1.3 计算机的演变和性能计算机的演变和性能1.3.2 性能设计性能设计考察计算机各组成部件时，我们追求的目标：考察计算机各组成部件时，我们追求的目标：解释每个所考察领域的基本功能；解释每个所考察领域的基本功能；探寻为达到最大性能所要求的技术。探寻为达到最大性能所要求的技术。1.4 计算机的特点与性能指标计算机的特点与性能指标1.4

36、.1 数字计算机的特点数字计算机的特点1.自动连续地执行程序自动连续地执行程序 是数字计算机的一个基本特点，也是和其是数字计算机的一个基本特点，也是和其他计算工具最本质上的区别所在他计算工具最本质上的区别所在2.运算速度快运算速度快3.运算精度高运算精度高 以二进制作为信息表示的基以二进制作为信息表示的基础，只要增加位数就能提高运算精度础，只要增加位数就能提高运算精度 4.存储能力强存储能力强5.通用性好通用性好1.4 计算机的特点与性能指标计算机的特点与性能指标1.4.2 计算机的主要性能指标计算机的主要性能指标1. 基本字长基本字长 参加一次定点运算的操作数的位数参加一次定点运算的操作数的位数2. 运算速度运算速度CPUCPU主频与时钟频率主频与时钟频率MIPSMIPS 单位时间内平均执行的指令条数单位时间内平均执行的指令条数CPICPI 执行一条指令所需的时钟周期数执行一条