计算机组成技术

计算机组成技术张宇电话：86413683转809地址：综合楼609电子信箱：[e-mail]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•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）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）n1iiiMtfT1.4.4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1.5.2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、加强新兴制造业、提高企业市场竞争能力的一种生产模式。具体而言，以企业选定的产品为龙头，在产品设计过程、管理决策过程、加工制造过程、产品质量管理和控制等过程中，采用计算机辅助技术和先进的科学管理方法，在计算机网络和数据库的支持下，实现系统集成，进而使企业优化运行，达到产品上市快，质量好，成本低、服务好的目的，以此提高产品的市场占有率和企业的市场竞争能力。1.5.2计算机的应用•多媒体技术•人工智能