计算机组成技术

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电子信箱：zhangyu@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IBMPC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：算盘机械式计算工具：手摇台式计算机1642年，法数学家Pascal始创；1673年，德数学家Leibnitz改进。1812年，英数学家Babbage，差分机1871年，英数学家Babbage，分析机机电式计算工具：1944年IBM公司MARKI(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“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（JohnVonNeuman）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ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator）EDVAC（ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer）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）时期元器件代表机器第一代电子管第一台计算机ENIAC第一台通用电子计算机EDVAC第二代晶体管IBM公司生产的IBM-7904CDC公司生产的CDC1604第三代集成电路DEC公司研制成功的PDP-8，PDP-11，VAX-11第四代大规模集成电路Cray公司1976年推出的Cray-1各时期计算机的比较（2）时期体积重量成本耗电可靠性运算速度第一代大重高高低5000次/秒第二代几万次-几十万次/秒第三代几百万-几千万次/秒第四代小轻低低高几亿次/秒各时期计算机的比较（2）时期体积重量成本耗电可靠性运算速度第一代大重高高低5000次/秒第二代几万次-几十万次/秒第三代几百万-几千万次/秒第四代小轻低低高几亿次/秒1.2微型电子计算机的发展第一代（1971-1972）4位的微处理器和微型电子计算机Intel40042300个晶体管第二代（1972-1977）8位的微处理器和微型电子计算机Intel80083300个晶体管Intel80804900个晶体管M68006800个晶体管Z8010000个晶体管第三代（1978-1983）16位的微处理器和微型电子计算机Intel808629000个晶体管M6800068000个晶体管Z800037500个晶体管第四代（1984-）32位的微处理器和微型电子计算机代表机型：Intel80286Intel80386MC68020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1993年，中国第一台10亿次巨型银河计算机II型通过鉴定，并于次年在国家气象局投入正式运行1995年，曙光1000型大型机通过鉴定，其峰值可以达到每秒25亿次1997年，银河III并行巨型机研制成功1999年，银河四代巨型机研制成功2000年，自行研制成功“神威I”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Dos，Windows，UNIX，LINUX，Oracle，SQL程序设计语言汇编语言，Basic，C/C++，Pascal，Java应用软件人事管理软件，财务管理软件等等1.4.2计算机系统的层次结构软件的分类系统软件Dos，Windows，UNIX，LINUX，Oracle，SQL程序设计语言汇编语言，Basic，C/C++，Pascal，Java应用软件人事管理软件，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）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=存储单元数*字长运算速度基本法吉普森法（Gibson）1.4.4电子计算机的性能评价MIPS（MillionInstructionPerSecond）CPI（CyclePerInstruction）FPOPS（FloatingPointOperationPerSecond）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1.5.1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网络教育虚拟现实飞行员的方针虚拟现实系统1.5.2计算机的应用CAD/CAM/CIMSCAD（ComputerAidedDesign）按设计任务书的要求，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的风险。因此，CAD技术已被各种制造业广泛应用。

1.5.2计算机的应用CAM（ComputerAidedManufacturing）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CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystems）是信息技术和现代管理技术改造传统制造业、加强新兴制