计算机组成原理刘宏伟版本一第2讲

1、计算机组成原理哈尔滨工业大学计算机硬件基础教研室刘宏伟2022/8/311哈尔滨工业大学 刘宏伟（第二讲）计算机的工作步骤建立数学模型确定计算方法用机器语言编写了一个程序代码和数据在内存中的存储情况存储器的结构运算器的结构运算器的工作过程控制器的结构完成一条指令的过程程序的执行过程2022/8/31哈尔滨工业大学 刘宏伟2 ACC MQ X(2)运算器的基本组成及操作过程1.2运算器MQACCALUX被加数被减数被除数乘数商加数减数被乘数除数加法减法乘法除法和差余数乘积高位乘积低位2022/8/313哈尔滨工业大学 刘宏伟运算器MQACCALUXACC 被加数ACC初态 加法操作过程1.2AC

2、C+XALUM XXACCACC指令 加M2022/8/314哈尔滨工业大学 刘宏伟1.2 减法操作过程运算器MQACCALUX指令 减MACC 被减数ACC初态 M XXACC-XALUACCACC2022/8/315哈尔滨工业大学 刘宏伟运算器MQACCALUXACCACC 被乘数初态 1.2MQMMQ指令 乘M 乘法操作过程XACCXALUXMQ00ACCACCMQACCMQ2022/8/316哈尔滨工业大学 刘宏伟运算器MQACCALUXACC 被除数ACC初态 1.2ACCXALUMQACCMQ余数在ACC中指令 除MM XX 除法操作过程2022/8/317哈尔滨工业大学 刘宏伟取

3、指令分析指令执行指令PCIRCUPCIRCUPC 存放当前欲执行指令的地址， 具有计数功能（PC）+ 1 PCIR 存放当前欲执行的指令完成一条指令1.2(3)控制器的基本组成2022/8/318哈尔滨工业大学 刘宏伟12356789以取数指令为例4(4)主机完成一条指令的过程1.2CU控制单元主存储器MDRMAR存储体CPUPC控制器IR运算器MQACCALUXI/O设备2022/8/319哈尔滨工业大学 刘宏伟12356798以存数指令为例41.2(4)主机完成一条指令的过程CU控制单元主存储器MDRMAR存储体CPUPC控制器IR运算器MQACCALUXI/O设备2022/8/3110哈

4、尔滨工业大学 刘宏伟(5) ax2 + bx + c 程序的运行过程 将程序通过输入设备送至计算机 程序首地址 打印结果 分析指令 取指令 停机 启动程序运行,(PC )+ 1 PC 执行指令 1.2MARMMDRIRPCCUOP(IR)Ad(IR)MARMMDRACCPC2022/8/3111哈尔滨工业大学 刘宏伟1.3 计算机硬件的主要技术指标1.机器字长2.运算速度CPU 一次能处理数据的位数与 CPU 中的 寄存器位数 有关=ni =1fi tiTM吉普森法主频每秒执行百万条指令MIPS每秒浮点运算次数FLOPS2022/8/3112哈尔滨工业大学 刘宏伟执行一条指令所需时钟周期数CP

5、I221b= 256 KB213 b= 1 KB如3.存储容量主存容量辅存容量存储单元个数 存储字长字节数字节数 80 GB如 MAR MDR 容量 10 8 16 32存放二进制信息的总位数1.31K = 210 1B = 23b1GB = 230B1 K 8位64 K 32位2022/8/3113哈尔滨工业大学 刘宏伟第篇 概论1.4 本书结构计算机2022/8/3114哈尔滨工业大学 刘宏伟1.4 本书结构第篇计算机系统的硬件结构计算机I/O系统总线存储器CPU2022/8/3115哈尔滨工业大学 刘宏伟1.4 本书结构 CPU内部互连ALUCU寄存器中央处理器第篇 CPU计算机I/O系

6、统总线存储器CPU2022/8/3116哈尔滨工业大学 刘宏伟1.4 本书结构 CPU内部互连ALUCU寄存器中央处理器寄存器和解码器控制单元排队逻辑控制存储器第篇 CU计算机I/O系统总线存储器CPU2022/8/3117哈尔滨工业大学 刘宏伟第章 计算机的发展及应用2.3 计算机的展望2.2 计算机的应用2.1 计算机的发展史2022/8/3118哈尔滨工业大学 刘宏伟2.1 计算机的发展史一、计算机的产生和发展1946年 美国 ENIAC1955年退役十进制运算18 0001 500150301 500多个电子管多个继电器千瓦吨平方英尺5 000次加法秒用手工搬动开关和拔插电缆来编程20

7、22/8/3119哈尔滨工业大学 刘宏伟世界上第一台电子计算机 ENIAC(1946)2.12022/8/3120哈尔滨工业大学 刘宏伟硬件技术对计算机更新换代的影响 100 000 000 超大规模 集成电路 1978现在五 10 000 000 大规模 集成电路 19721977 1 000 000 中小规模 集成电路 19651971 200 000 晶体管 19581964 40 000 电子管 19461957 速度 /（次/秒） 硬件技术 时间 代三四二一2.12022/8/3121哈尔滨工业大学 刘宏伟第一台von Neumann 系统结构的计算机2.12022/8/3122哈尔

8、滨工业大学 刘宏伟IBM System360 2.12022/8/3123哈尔滨工业大学 刘宏伟二、微型计算机的出现和发展微处理器芯片存储器芯片1971年 8位16位32位64位4位（4004）1970年256位 1K位16K位64K位256K位1M位16M位64M位4K位4M位2.12022/8/3124哈尔滨工业大学 刘宏伟Intel 公司的典型微处理器产品8080 8位 1974年8086 16位 1979年 2.9 万个晶体管80286 16位 1982年 13.4 万个晶体管80386 32位 1985年 27.5 万个晶体管80486 32位 1989年 120.0 万个晶体管Pe

9、ntium 64位（准） 1993年 310.0 万个晶体管Pentium Pro 64位（准） 1995年 550.0 万个晶体管Pentium 64位（准） 1997年 750.0 万个晶体管Pentium 64位（准） 1999年 950.0 万个晶体管Pentium 64位 2000年 4 200.0 万个晶体管2.1目前 芯片上可集成 超过 30 亿 个晶体管 2022/8/3125哈尔滨工业大学 刘宏伟Moore 定律Intel 公司的缔造者之一 Gordon Moore 提出微芯片上集成的 晶体管数目每三年翻两番2.12022/8/3126哈尔滨工业大学 刘宏伟三、软件技术的兴起

10、和发展机器语言 面向机器汇编语言 面向机器高级语言 面向问题FORTRAN 科学计算和工程计算PASCAL 结构化程序设计C 面向对象Java 适应网络环境 1. 各种语言2.12022/8/3127哈尔滨工业大学 刘宏伟2. 系统软件语言处理程序 汇编程序 编译程序 解释程序操作系统 DOS UNIX Windows 服务性程序 装配 调试 诊断 排错数据库管理系统 数据库和数据库管理软件网络软件2.12022/8/3128哈尔滨工业大学 刘宏伟3. 软件发展的特点 开发周期长 制作成本昂贵 检测软件产品质量的特殊性软件是程序以及开发、使用和维护程序所需要的所有文档2.12022/8/3129哈尔滨工业大学 刘宏伟2.2 计算机的应用一、科学计算和数据处理二、工业控制和实时控制三、网络技术1. 电子商务2. 网络教育3. 敏捷制造2022/8/3130哈尔滨工业大学 刘宏伟四、虚拟现实五、办公自动化和管理信息系统六、CAD/CAM/CIMS七、多媒体技术八、人工智能2.22022/8/3131哈尔滨工业大学 刘宏伟2.3 计算机的展望一、计算机具有类似人脑的一些超级 智能功能要求计算机的速度达1015/秒二、芯片集成度的提高受以下三方面