第一章计算机系统概论

*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@Sakai是一个软件工具集，可以帮助教师，研究人员，学生创建协作站点。教师可以创建网站来提供学生讨论的空间，布置作业。学生可以创建网站来在线提交作业。学生使用学号，密码是身份证后6位（123456）计算机组成原理白中英主编科学出版社计算机核心专业课程*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@1.课堂秩序2.实验安排（未定）3.答疑安排（网上进行）

*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@计算机学科专业基础综合考试大纲考试性质考查目标考试形式及试卷结构考查内容*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@考查目标

计算机学科专业基础综合考试涵盖数据结构、计算机组成原理、操作系统和计算机网络等学科专业基础课程。要求考生比较系统地掌握上述专业基础课程的基本概念、基本原理和基本方法，能够综合运用所学的基本原理和基本方法分析、判断和解决有关理论问题和实际问题。*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@考试形式及试卷结构

150分/180分钟；闭卷，笔试；数据结构（45分），计算机组成原理（45分）操作系统（35分），计算机网络（25分）；单选题（80分），综合应用题（70分）。*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@计算机组成原理考查目标1.理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式，具有完整的计算机系统的整机概念。2.理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。3.能够综合运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对一些基本部件进行简单设计。*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@主要参考书主教材：计算机组成原理白中英主编科学出版社参考教材：1．计算机组成原理（第2版）唐朔飞高等教育出版社2．计算机组成与结构王爱英清华大学出版社*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@目录

第一章计算机系统概论第二章运算方法和运算器

第三章存储系统

第四章指令系统

第五章中央处理器

第六章

总线系统

第七章外围设备

第八章输入输出系统*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@第一部分概论内部互连ALUCU寄存器中央处理单元寄存器解码器控制单元排队逻辑控制存储器第二部分计算机系统硬件结构第三部分CPU第四部分CU计算机I/O系统总线存储器CPU*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@学习过程中的要求以及考察方式课堂学习：认真听讲，积极地参与到课堂教学中；课外：在课余时间尽量地抽出时间看书，以便帮助消化吸收课堂内容；考察方式：一般为闭卷考试的形式。*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@第一章计算机系统概述计算机的分类计算机的发展计算机的硬件结构计算机软件计算机系统的层次结构*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@计算机系统概述1.计算机发展历程2.计算机系统层次结构

计算机硬件的基本组成

计算机软件的分类

计算机的工作过程3.计算机性能指标

吞吐量、响应时间、CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间、MIPS、MFLOPS*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@概述计算机分类：

机械计算机电子模拟计算机：数值由连续的量来表示。

电子数字计算机：计算机中的数值由不连续的数字来表示。专用机：经济，有效，快速，适应性差通用机：适应性强

巨型机大型机中型机小型机微型机单片机低简易性高

高体积，功耗，性能，价格低*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@按用途分类通用机：通用性强，综合能力强，解决各种问题专用机：特殊配置，功能单一，解决特定问题按综合性能指标分类巨型机：速度最快、处理能力最强 已达十几万亿次浮点运算

“银河Ⅲ”

达每秒130亿次大型机：大型、通用、较快、较强

作“客户机/服务器”的服务器 作“终端/主机”的主机小型机：规模小，结构简单，设计试制周期短 工艺先进、使用维护简单

工作站：介于PC与小型机之间

高分辨率、大容量内外存，图形功能较强微型计算机：小、巧、轻、使用方便、价格便宜

中央处理器：一个芯片网络计算机：基于Java技术的瘦客户机系统*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@计算机的发展1642BlaisePascal加法器CharlesBabbage1822差分机1833分析机MARKIENIAC计算机发展史*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@简介电子数字计算机是一种能够自动、快捷，准确地实现信息存放数值计算、数据处理过程控制等多种功能的电子机器，其基本功能是进行数字化信息处理。世界上第一台计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）诞生于1946年2月15日，是美国宾夕法尼亚大学摩尔理工学院的摩切利和埃卡特发明的。计算机应用于科学计算、数据处理、工业控制、实时控制、人工智能、虚拟现实、远程教育、电子商务等多种领域。*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@

计算机的发展——第一台电子计算机（ENIAC）计算机发展史5000次加法/秒体重28吨占地170M218800只电子管1500个继电器7000个电阻10000个电容耗电150KW*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@计算机的发展类型时期主要器件

重要特征第一代1946-1957电子管机器语言，汇编语言速度低，体积大，价格昂贵可靠性差，用于科学计算。第二代1958-1964晶体管算法语言，操作系统体积缩小，可靠性提高从科学计算扩大到数据处理。第三代1965-1971中、小规模集成电路体积小，可靠性大大提高，速度达几百万IPS，软件技术和外设发展迅速应用领域不断扩大。第四代1972-中、大及超大规模集成电路速度提高至GIPS乃至TIPS水平多机并行处理和计算机网络迅速发展。*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@各时代代表机型时代机型产地一ENIAC1946EDSAC19491031953美.宾州大学英.剑桥大学二IBM70901958DJS-21,108,X-2,441BIBM中国三IBM360/370系列CDC6000/7600,STAR-100,NOVA,PDP-11DJS-130/200IBMCDC中国四微型机APPLE,IBM-PCVAX系列长城0520,…………….*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@计算机总体发展

年

代

逻辑元件

主

存

辅

存

语言处理

速

度

代表机种

第一代

1946-1957

电子管

磁芯、磁鼓

磁带

机器语言

汇编语言

1万次/秒

ENICA、IBM650

IBM709

第二代

1958-

1964

晶体管

磁芯、磁鼓

磁带、磁盘

高级语言

编译语言

操作系统

几万次

几百万次/秒

IBM7094

DTS-121

X-2

第三代

1965-

1971

集成电路和大规模集成电路

半导体存储器

磁带、磁盘

多道程序实时处理

百万次千万次

IBM360

DJS-100

第四代

1972--

超大规模集成电路

半导体存储器

高速磁盘

数据库系统

网络结构

千万次

1亿次/秒

VAX-11

INTEL系列

*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@微电子与计算机年份型号管数年份型号管数1971400423001993PENTIUM310万1972800835001995P--PRO550万1974808060001997P--MMX450万19788086290001997P--II750万19828028613万1998Celeron750万1985386DX27.5万1999P--III950万1989486DX120万1999.10P-III-COP2800万*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@第五代计算机通信、存储、信息处理和人工智能相结合的超巨能计算机。第六代计算机利用光电子元件、超导电子元件或生物电子元件作为计算机的核心元件。*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@计算机的应用

计算机的应用类型

1.科学计算

2.过程控制

3.CAD/CAM/CAT

4.数据处理

5.电子商务

6.多媒体技术

7.人工智能

计算机的主要应用领域

1.工商：电子商务、CAD/CAM

2.教育：多媒体教育、远程教育

3.医药：CAT、MRI、远程医疗

4.政府：电子政府

5.娱乐：虚拟现实、电影特技

6.科研：数据采集、计算分析

7.家庭：家庭信息化

*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@计算机的技术指标字长：参与运算的基本位数，它决定了寄存器、加法器、存储单元和数据总线的位数。它标志着计算精度。主存容量：存储器可以容纳的二进制信息量。运算速度：单位时间内执行指令的平均条数。软、硬件配置：外部设备的配备和功能强大的操作系统和程序设计语言。性能价格比：性能和价格之比是衡量计算机的综合指标。*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@计算机的技术指标以性能/价格比为核心性能的衡量标准时间、基准程序、硬件测量工具价格的因素集成电路的工艺、产品的生产过程、销售过程性能价格设计的一些原则*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@计算机体系结构和组织

计算机体系结构概念的实质是计算机系统中软硬件界面的确定，其界面之上的是软件的功能，界面之下的是硬件和固件的功能。指令集（instructionset）软件硬件*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@电子计算机的设计思想存储程序控制“存储程序”是把指令以代码的形式事先输入到计算机的主存储器中，即用记忆数据的同一装置存储执行运算的命令，这些指令按一定的规则组成程序；“程序控制”是当计算机启动后，程序就会控制计算机按规定的顺序逐条执行指令，自动完成预定的信息处理任务。冯诺依曼型计算机的设计思想：存储程序并按地址顺序执行。*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@一.硬件系统

存储器运算器控制器输入设备输出设备

二.软件系统

系统软件：OS，语言处理，服务程序，数据库管理系统

用来提高使用效率，发挥和扩大计算机功能和用途的程序。应用软件：工程设计，数据处理，自动控制，企业管理

用户用来解决某些问题而编制的程序。接口接口设备设备运算器控制器内存系统总线*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@运算器：计算机中进行算术运算和逻辑运算的部件。存储器：存放程序和数据的部件（R/W）。控制器：控制计算机有条不紊地执行程序的部件。程序控制输入设备：能将人们所熟悉的信息形式变换为计算机内部能接收和识别的二进制信息的设备。输出设备：把计算机处理的结果变换为人或其它设备所能接收和识别的信息形式的设备。*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@输入设备输出设备输入输出接口和总线外存设备主存储器高速缓存控制器运算器第三单元第四单元第二单元第一单元计算机系统结构—计算机的硬件结构*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@运算器计算机系统结构—计算机的硬件结构*LiuJing,HenanPolytechnicUniversity.liujing@运算器计算机系统结构—计算机的硬件结构

运算器部件是计算机中进行数据加工的部件，其主要功能包括：1.执行数值数据的算术加减乘除等运算，执行逻辑数据的与或非等逻辑运算，由一个被称为ALU的线路完成。2.暂时存放参加运算的数据