上海海事大学计算机组成原理第一章

上海海事大学计算机系

黄晓霞计算机原理与系统计算机原理与系统2课程简介课程邮箱课程特点课程教学计划课程学习过程要求教学内容安排计算机原理与系统3课程邮件xinx13计算机原理与系统4课程特点专业必修的核心课程计算机专业硕士研究生入学必考课程教学内容计算机硬件系统的基本组成及运行原理各功能部件的构成原理和运行原理计算机硬件系统及功能部件的设计简介计算机原理与系统5《计算机组成原理》

与先修后继课程的关系先修数字电子技术汇编语言程序设计

本课程位置与作用专业主干课程之一专业基础课与专业课的重要纽带，承上启下的作用

后继操作系统计算机网络计算机接口技术嵌入式系统单片机原理、可编程逻辑器件等计算机原理与系统6课程教学计划

——教材主教材:《计算机组成与结构》王爱英主编清华大学出版社。参考教材：数字电子技术基础阎石主编实验教材：计算机原理与系统实验指导书上海海事大学计算机原理与系统7学时:上课学时:71实验学时:10课程教学计划

——学时学分:4.5计算机原理与系统8计算机组成原理:期末考试：70％平时成绩:30％（包括作业、考勤、课堂小测验及期中考查，期中考试时间暂定在10.28（第八周））课程教学计划

——成绩构成计算机原理与系统9课程学习过程要求上课:听课投入

上课不迟到、不无故缺勤作业:作业本（封面写上学号和姓名）认真复习相关内容相互探讨，独立完成按时按质交作业，难题集中讲解实验:预习——操作——报告计算彻机原斧理与月系统10教学稿内容盲安排教材云总目烈录第一伞章骑计算铁机系丹统概星论第二污章纠（数岩字电百路基头础）邮计算教机的末逻辑岗器件第三采章蛮（数辛据表扒示）女运算凶算法宣和运饰算部禁件第四烤章嚼主存崖储器第五吵章佩指亦令系谋统（刮汇编芬语言宫程序嚷设计脆简介姓）第六惑章繁中奶央控视制器第七请章康存塌储系究统第八富章辅助私存储帆器第九箩章输入甩输出韵设备第十诱章见输入造输出暑系统第十录一章计算昆机系宏统计算标机原逐理与性系统11Ch掘ap奸te袭r检1计算善机系央统概掠论计算患机的抓发展秩简史计算屯机硬健件计算喇机的军语言计算滑机的勤应用（计控算机示网络战）计算冤机的串性能滥指标生活际中的膛计算对机系跳统Pr拢od谱uc售t:扩Ve螺nd亿o氏Vu拳e闸40迎v缠en坐di及ng笨m黄ac弱hi云ne板.Mi馒cr说op亩ro搭ce膏ss岭or筹:初T赤wo茫1极6-态bi拨t灭Hi畜ta爷ch沸i谱H8侮/3野00造H塌Pr科oc闻es妙so慈rsA概ro沟bo套t侮ha声nd仰d层is踢pe隙ns贼es举i争te墨msPr第od唉uc盏t:旋C嗓an岁no迎n循EO并S刑30发D倚Di授gi屿ta详l舱Ca尽me妇raMi筑cr硬op共ro候ce丝式ss透or抚:吸DI族GI陆C烟II衡I痒ma趣ge农P地ro明ce笨ss胀orPr暗od讽uc齐t:摊N等AS涛A'蒸s嗓Tw住in玩M碍ar利s味Ro里ve京rs楚.最M担ic俱ro好pr胡oc潮es穷so块r:办Ra领di级at正io爬n芽Ha赶rd叉en忧ed高2贷0M徐hz礼P叫ow杂er舍PC蔑Co券mm笼er索ci冈al爪R浆ea漫l-炸ti驶me浇O栗S俯S跳of陪tw群ar漠e瞒an践d禾OS挥w喷as鬼d牛ev清el隔op膝ed袋d淘ur提in逮g崭mu吃lt坚i-闷ye方ar钉f眯li字gh子t斥to彻M浓ar撑s菠an燃d盲do怖wn黎lo辱ad盒ed网u沙si叼ng敲a扣ra漠di球o裤li池nkPh陈ot雁og粗ra筝ph她c嫂ou削rt河es迹y权of宾N窝AS娇A/贷JP织L喘CA业LT建EC帅HPr芒od花uc鸦t:绞A踏tr繁on盟ic遇S税lo挡t那Ma胡ch错in别e纤M辅ic晓ro红pr酿oc尝es准so测r:锄X前86摊OS柔:偏Wi激nd纳ow扑s代CE丧Sl到ot桑s显ar币e来ne昌tw糊or窑ke顺d老to网a羊c只as斑in糕o’s辱ba恶ck惩o地ff起ic矩e拒co辉mp顺ut秤er释s烦ys笼te杨m.胜S拍ta铺te改G浇am煌in恰g行ag殊en被ci绣es季a锦ud衡it暑c赤od绍e跌an良d测pa袖yo悔ff找o锹dd束s.Pr酬od姓uc吴t:恳L巴G骂Vo少IP挽Ph奏on曾e姿M蓝ic您ro哪pr眯oc道es勿so单r:突Fr证ee数sc阵al净e劝i.驻MX村21贿AR偷M扫OS丢:圈Wi卸nd让ow削s怎CE计算盼机原托理与就系统181.永1计算喇机的息发展和简史Ch恨ap赌te矮r款1计算赌机系辛统概屋论Pa军sc唉al发明剪的史绕上第跃一台机械伍式计息算机就是剃一台忌十进服制计序算机耗，它救利用蚀齿轮客装置猫来保愈存十衰进制舒数据孩，并血通过胃齿轮倍旋转脖来完啦成十杀进制饥的加堆法，舌齿轮点传动肯来完愈成进昂位。计算境机原漏理与霸系统191.累1计算长机的增发展辟简史一、诞第一脚台计扰算机EN低IA蚊C、时奏间（19雕46）、地点正、特最点Ch役ap颜te神r找1计算姻机系机统概散论19陈46年研妨制成催功的材第一兽台电讨子计薄算机EN刑IA匆C也沿且用了族这一汗惯例世即采揭用十恋进制逆，它游是由舒一圈傻共10个真舰空管括来表屋示一垦位十酱进制说数据逗的，猾计算暮实现立起来范非常遗复杂幕。计算披机原君理与走系统20世界殊第一油台电咬子计哨算机朝－EN墓IA名C埃尼施阿克宾夕服法尼谅亚大筑学摩煤尔工添程学秀院莫奇公利和阳埃克电特领蝇导的循研究亩小组19百46年2月14日Th宗e红El聪ec画tr讲on牢ic滨N暑um校er丘ic败al莲I符nt航eg矛ra隔to搅r声An倘d屿Co砍mp是ut悟er17熊46袄8个电怠子管60夺00寸0个电馅阻器10悔00垄0个电赴容器60房诚00个开只关30吨16孕0平方祖米17败4千瓦50炭00次加压法/秒缺点伶：十进涌制人工弓改接器连线计算稠机原段理与疾系统211.计1计算鸣机的僚发展茎史二、竭冯·诺依甲曼计详算机蜡设计绒思想计算狸机的汁工作宗方式--粱--菌--顷-存储辽程序凉的工湾作方嚼式提出房诚：19蛮46冯·诺依稠曼提很出计伤算机筋的若鹊干设夏计思尚想要点萍：计算谱机采蛇用二院进制队表示抢数据牌和指隐令存储皆程序揉的工厨作方线式计算打机硬承件组践成及忽各部凯件功烛能ED案VA留C,采用桨存储篇程序黄方案ED烧VA霉C闪(E兄le花ct与ro挂ni远c摘Di抖sc券re雄te串v辜ar棉ia世bl军e锄Au扛to蜂ma略ti侦c补Co碧mp雁ut勤er弯)。离牧散变矩量自枯动电匀子计束算机愈。Ch僵ap酱te请r主1计算薯机系孕统概断论计算皮机原伶理与球系统22冯·诺依乌曼计优算机万结构以运宾算器踪蝶为核旨心、决以存储鬼程序灶原理为基锦础运算钳器输出迁设备控制炮器输入锣设备存储致器指令盐驱动指令勒流控制欺命令数据售流人们将编狐好的哪程序软和原育始数蛮据存泉入主存混储器中，毫然后启动计算拥机工倍作，母计算坑机在民不需手要人役工干鉴预的均情况甚下，自动绝完成逐条垂取出次指令饱并执浪行指脂令的衣任务丘。计算斑机原瞒理与售系统23程序蚁的执铸行过熟程程序指令1指令2指令3指令4指令n…贡…取指宅令指令添译码取操从作数执行招指令存结傍果指令震周期操作兵码操作娱数执行计算币机原摔理与鸦系统241.枯1计算眠机的厅发展园史三、貌以器午件划控分计业算机览的发刚展史1第一够代枯电子斯管计脂算机19拥47俊-1罢95拆72第二站代瓶晶体启管计师算机19休58据-1价96钞43第三嘱代历集成闷电路劣计算钓机19唐64司-1束97秤24第四穿代嘱大规歼模集逐成电想路计旗算机19辆72茧-至今（第言五代凭，19路81）Ch煌ap后te掘r驾1计算蜂机系谱统概龙论计算协机原指理与户系统25真空殖电子桂管诞比生李·德弗鼓雷斯逗特(L勺ee晌d粘eF筑or遗es荷t惩18淹73—19熟61斧)“电子害管之炉父”“无线跑电之允父”、“电视盲始祖”18令99（26岁）访发明滚了电白解检博波器怀和交斥流发年射机民。19检06（33岁）步年他珠发明驴了三骆极真歼空管（检波法、产兆生振威荡、屋放大喊电信捡号、旷改变卸电信饼号频箭率等担）真空厉电子穴管的绳诞生绸为通宰讯、掏广播故、电至视等绘技术玻的发雅展铺贼平了病道路孕。计议算机买历史头由此夺跨进夫了电杜子的具纪元夕。计算齐机原乳理与予系统26李·德·福雷贞斯特13岁便“发明”了好唐几种纲小机碧器，春一生院获得眠了多嫁达30日0余项壁专利慌。20岁那宰年他滑考取锋了耶扫鲁大落学谢伙菲尔很德理苹学院汇的奖呈学金嘴，班鸟上的近同学肆都叫塘他“学校兼里最蕉平庸叉、最有神经深质的胡学生”。成功祸的原广因1.对于疏电学壮、特猫别是赖电磁亭波传肝播有筐着近练乎痴择迷的悉兴趣脏。2.耶鲁坝精神微和美便国精表神耶鲁津精神骄和美反国精倦神耶鲁证的精域神--“我们渠需要糊接收感这种虽观点滩，即希望酷的大掌门为鹊我们缎打开厕，充跑沛的聋精力夫需要旱我们烟展现斥，伟免大的脆思想膝和目花标由谢之而势激励半，对昂未来毒的信早念必姑然会欢在我夸们心侮中生面根，这盒就是肾耶鲁蛾的生膨活所碍带给瓦你们滔的，持这就拦是耶毛鲁的传精神板。在耶刷鲁，搞大家斥都是愤为梦磨想而交来，聚每个盒人都备可以钩为自油己的趣理想症而努东力奋待斗思。不仅北是耶燃鲁人温，那兼时的宝美国坏人都哑相信悠，即俊将到己来的记二十劣世纪过将成垫为“美国汁的世酷纪”。美捉国的果科技庆的高犹速发钻展，贯在美棉西战磁争中喜的辉忙煌胜射利，程还有乓人民闹高涨与的爱湾国热装情，艘都让毁人相吐信这投个国貌家前亡途无弓限。美国抬在20世纪寄成为应世界牛科技朝中心尚。计算趋机原挣理与汽系统28三项脑发明断助力罢计算符机产交业腾架飞贝尔霉实验岔室肖图克利盖等三提人发套明的劫晶体降管诺伊氧斯和胶基尔燥比发园明的划集成披电路始。特德·霍夫猛发明伤的微稿处理豆器。计算猎机原润理与嫌系统29晶体构管之有父——W.秧Sh干oc诞kl菌ey威廉·肖克辆利（Wi佳ll惩ia井m嘉Br俗ad妻fo赵rd择S示ho府ck生le四y，19绿10年2月13日－19捡89年8月12日）亩是一香位英疮国出滴生的跃美国道物理亦学家纱和发诞明家堤。19庆47年12月（37岁）殊，肖滋克利液与合脱作者夕巴丁隔和布倘拉顿吴共凶同发杯明了盏晶体备管，寸分享计了19颤56年度瓶的诺光贝尔吹物理探学奖含金。计算铃机原功理与厌系统30--Ro店be中rt选N饼oy劈燕ce罗伯联特·诺伊核斯19住68年创妇办英粘特尔害公司19方57年创完办仙板童半狸导体拒公司性。财富车、威然望和妨成就三位旅一体升的圣笑人罗伯蓬特·诺伊洲斯(R锦ob侮er吗t剃No典yc描e)和德歇州仪贫器公忠司的依杰克·基尔女比(J原ac誓k凡Ki腐lb虑y)在两按年后揭分别挑发明排了集锁成电绵路计算菌机原脾理与拣系统31特德·霍夫谋与40聋04微处严理器大学辽期间隐，每闭年暑虚假都到娱通用馅铁路稍信号狐公司兼的电子坟实验犬室做鼠技师。在纽奉那儿牙，在电子红跟踪芒电路，照明栗保护点设计徐项目中，符获得醉了专俗利申丽请的岔荣誉延。大学慕毕业萝后一报年，这估两项帖专利傍被正茫式批久准。19隔58年，姑申请亿了斯竞坦福算大学撇，在湿这里宵获得现了电朗子工金程硕丛士和站博士透学位鲁。在19痒71年（34岁）织，发明明‘40刷04’微处坐理器席。用霍呀夫的醒话来域说，“计算闭机这个种智贼能体间非常碰适合额市场讨销售”。霍夫园一直抱认为德微处久理器水的发卧明远系不如碰知道废这种框产品摸拥有脖市场幼的感狮觉计算则机原孙理与犹系统3240冬04微处睁理器In手te虹l冰40蝴04微处晒理器响是世戚界上婆第一窗款商播用计爆算机阿微处耕理器茂，是“一件罚划时星代的由作品”、"人类最历史名上最础具革孩新性阔的产蒙品之域一"。。它片要内集跨成了22沃50个晶腰体管村，晶迹体管到之间克的距麦离是10微米猾，能捡够处核理4b柄it的数信据，灾每秒差运算6万次河，运察行的绳频率脾为10尺8K酷Hz，成笨本不洁到10真0美元咸。计算佣机原恼理与舌系统33从器主件发毯展而皇言电子干管、罢继电坐器存节储→晶体届管磁芝介质刷存储仅→助集镇成电罢路摩→饭大规浑模和道超大复规模减集成严电路从结重构的归发展希而言单个CP练U组成素的单思机系防统息→摩流水过线机毛→若多短处理比机→崖大村规模跨的并滚行处性理机从技夜术的舞发展佛上而悉言变址螺技术→中断鞠技术→微程贸序技双术→缓冲魔技术嗽共享→重用送技术→虚拟啊技术1.军1计算减机的性发展赵简史Ch产ap心te沾r跪1计算镇机系蒜统概窑论计算雪机原饮理与果系统34也称绢为超吩级计蜜算机发，它芽是一宰个国案家科瓣技水翠平、麦经济串实力与和军喉事威忌力的纯象征追。巨绿型机棉速度拾最快弄，性粒能最巾强，右技术王最复粱杂，霞具有芦巨大贷的数除值计掩算和皮信息员处理贝能力遮，是祸每个竞时代惩计算史机高疏精尖兼技术货的集翁中代许表。19违83年我祥国自渠行研六制出体了第昆一台抄银河级巨型珠机。摆此后丽，我吉国自耐行研初制的肃银河叮－Ⅲ型巨喷型机萝每秒克运算杆可达葬到12弄0亿次席。（1）巨刮型机不同庙类型赤计算计机简你介计算损机原皂理与凶系统35图1-江5第一覆台银终河巨勇型机图1-凝6银河Ⅲ巨型嘉机“天河辈一号”每秒蜓计算12闷06万亿爆次的饲研制伐成功没，世镰界上桑只有数中、稍美能酒造,第一馅台国际产千境万亿晌次超锋级计姓算机——止“天河召一号”20讽10狂.1早1，夺耽魁计算都机原船理与勒系统36▪

天河二号

(第一名)▪

泰坦

(第二名，USA)▪

Sequoia-blueGene(第三名,USA)▪

KComputer

(第四名)▪

米拉

(第五名,USA)▪

PizDaint（第六名，Switzerland）▪

Stampede

(第七名，USA)▪Juqueen

(第八名，germany)

▪

Vulcan-BlueGene(第九名)（USA）▪

CrayXC30，（USA)计算效机原睡理与梯系统3720厅14.继6年全霸球超康级计永算机薯排行服前1所0强超级初计算获机50瞧0强排闻名20吃15发布赴中挪国“奏天河奇二号眯”五伟连冠计算刺机原龟理与柜系统38天河疯二号天河刘二号饥已经痰是第料五次未拿到狸超级蠢电脑碰运算程能力回的第伴一名乌了。拆位于稀中国猛国防凉科技咐大学闪的天攀河二狸号超捞级电悠脑，谦是中膊科曙扑光所竖开发宋，有31顾2万颗桥核心暗处理浇器，能其浮卖点运弹算速附度达33姑.8惰6侍pe截ta舒fl蛛op板/s，相厉当于轮第二构快的遣超级艺电脑Ti润ta酿n的接酸近二匙倍。计算稻机原顷理与反系统39计算拒机原追理与发系统40位于臭美国冶能源睬部橡密树岭圈国家假实验搏室的Ti牛ta倘n，是裂超级负电脑掩领域驳知名塘的克哀雷电节脑公卷司(C渣ra搁y)打造辆的，铁其浮泛点运赛算能找力为17办.5幸9窄pe型ta仿fl芹op葡/s。第三秩名的俗超级活电脑Se安qu裳oi测a同样叶位于互美国悔的能抖源部席，劳斗伦斯架利福蔑摩尔巷国家脊实验堡室（La饶wr怎en洞ce付L奔iv轨er廊mo建re追N股at钱io英na封l脚La郑bo栏ra漂to使ry；LL阔NL），IB写M所开讲发，御浮点励运算授能力嘴为17糊.1辰7p惰et福af喇lo岁p/构s。第揉四名忌则是烈位于怒日本谦理化答学研弹究所陵的京(K摄c刮om和pu丹te菠r)，由货富士描通打警造。计算怜机原链理与茎系统41z1父3的硬渗件扩透展能没力：41颗可撒配置脉处理回器、10他TB内存业务是能力肠：单吐日能辈够处旱理25亿笔辨交易偶。20育14年双稀十一逢那天穿，支轨付宝变总交邪易2.弃78亿笔层，其势中移宜动端酷完成1.炊97亿笔杀，也辉就是诞说一浑台满哄配的z1丙3几乎擦能处祖理10倍于慎支付蜂宝双挪十一隆的交厅易量（2）大兔型计则算机图1-泼7予IB把M大型墓机Z1玩3ma圾in喉fr委am衔e氏co趁mp墨ut啄er它们派一般刘用于汤大型猪事务观处理失系统计算顾机原务理与捉系统42（Mi铅ni晓co竹mp可ut乖er）小踩型机厅是指依采用酒精简脏指令江集处戚理器完，性纷能和拒价格票介于PC服务依器和甩大型峰主机秘之间更的一纸种计短算机（3）小毅型计至算机IB盒M帆Po妙we娇r愁78喷0计算辅机原汽理与线系统43微型压计算章机（Mi杏cr云oc禁om盟pu国te岔r）简席称微杜型机峰或微仍机，此是以觉微处打理器裂为中本央处置理器秧而组袜成的弄计算堡机系摧统。（4）微堤型计袜算机它是羽性能扇价格台比最磁高、米应用昆领域标最广腐的一归种计笔算机采。近悼年来岔，微鼓型机羡的发坚展最且快、杨市场算占有土率最宫高，储其许族多性坐能达膊到甚邮至超摔过了裤小型的机的柔水平筑。微剪型计矛算机件正不锯断向俯微型卵化、黎网络攀化、脉高性笼能、聪多用菜途发凤展。计算勤机原辽理与虽系统44微型穿计算吃机的羊分类叔方法妄很多羽。按瞎字长挂可分陪为8位、16位、32位、64位微鼠型机浇计算明机;按组槽装形烛式可雪分为季非便伍携式挽和便零携式聚微型酒计算康机，网前者库如台抹式机刷（如煎图1-宗8所示窄），溉后者物是一煮种可补移动涨的微傲型机悉，如齐笔记丘本和触掌上浅计算尾机（毅如图1-脉9所示吹）。图1-橡8台式籍机图1-喇9笔记誓本计算伟机原浮理与额系统45Ch虾ap泽te申r器1计算灰机系肢统概除论1.争2计算夜机的阔硬件软件届与硬狠件计算熟机是唱一种摆能够遵自动雅、高桨速解在决数深学问燥题及得逻辑仓问题罪的现堂代化郑电子请装置狡。硬件裳构成织了计确算机骨系统限的物隔质基获础软件靠则是目计算暂机系筐统的悄应用始基础硬件莫和软觉件正听朝着抖相互亚渗透宅、相礼互融僚合的多方向琴发展虽。计算拿机原欺理与殊系统461.谱2计算漠机的殖硬件一、宏硬件近系统CP践U（运妇算器头、控单制器致）——核心攀组合肉逻辑密控制项器、俊微程忆序控丸制器存储随器——容量轮、速桃度、习价格语主存悦（内泪存）吃、辅疑存（丸外存嚷）、畜高速俱缓冲造存储似器（CA滴CH叫E）、追虚拟婶存储膊器I/击O设备：I/谅O接口计算歼机硬脊件（Ha桂rd直wa须re）是悬指计许算机糊系统耳使用败的电纠子线袭路和农电子讨元件喉等物棚理设护备的挡总称扬。Ch愧ap紧te韵r珠1计算捉机系萌统概易论计算巾机原苍理与艇系统47运算器控制器主存储器输入设备输出设备

总线和输入输出接口高速缓存虚拟存储器(磁盘设备)第3章第6章第4、7、8章第9章第10章Ch须ap擦te棚r忌1计算热机系窄统概徒论计算体机原雹理与依系统48二、六计效算机丝式硬件饥组成稼及各掘部件寄功能运算舅器存储踩器控制刚器输入酱设备输出隙设备程序结果数据结果地址指令命令状态请求命令请求命令计算哲机：CP揪U、存雕储器递、输润入输租出设焰备（I/巴O）+总线运算误器AL箭U+控制钻器Ch碌ap立te止r界1计算组机系辫统概援论计算刊机原柜理与患系统49微型多计算柏机的乏概念帖结构AB爆:摆Ad想dr刘es兰s等Bu守s，DB头:营Da汁ta旱B台us，CB鞋:屑Co顾nt慢ro挥l足Bu袋s地址总线AB存储器I/O接口输入设备I/O接口输出设备CPU数据总线DB控制总线CBI/O接口各个肚部件爹如何霉连接然起来视？（p.辉6图1.馒1）计算判机原拾理与迎系统50Ch译ap期te疏r改1计算刺机系固统概采论1.鞭3计算洒机软