計算機接口原理第一章-概論

1、 本課程包括計算機組成原理計算機組成原理和操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)兩大部分，通過本課程的學(xué)習(xí)，使大家了解計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)的組成、原理和內(nèi)部運行機制的組成、原理和內(nèi)部運行機制，使用匯編語言匯編語言編程，準確理解和掌握操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)如何管理和控制計算機系統(tǒng)軟、硬件資源等，熟悉地球物理中廣泛使用的Unix和和Linux操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)，培養(yǎng)良好的程序設(shè)計思維和使用計算機的能力，為將來的地球物理軟件的研制與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。課程的學(xué)習(xí)目的p 計算機系統(tǒng)概述p 數(shù)制與碼制 p 計算機主機的工作原理p 8086指令系統(tǒng)和匯編語言程序設(shè)計p 計算機外圍設(shè)備簡介p 操作系統(tǒng)的基本原理課程的主要內(nèi)容 周佩玲，16位微

2、型計算機原理接口及其應(yīng)用，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2002 蔣本珊，電子計算機組成原理（第三版），北京理工大學(xué)出版社，2004 白中榮，計算機組成原理，科學(xué)出版社，2005 湯子瀛，計算機操作系統(tǒng)，西安電子科技大學(xué)出版社，2002 程麗芳，操作系統(tǒng)原理教程，電子工業(yè)出版社， 2004 張軍華等，計算機原理與操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)指導(dǎo)書，2012主要參考書n 工程類課程 重視練習(xí) 經(jīng)驗很重要 不要鉆牛角尖 授課內(nèi)容有側(cè)重注意事項n 考查方式 閉卷考試 卷面成績70，平時成績30（作業(yè)和上機） 作業(yè)和上機的重要性，平時成績對最終成績的 影響注意事項第一章 概 論第一章 概 論p 計算機發(fā)展簡史p 計算機的基

3、本結(jié)構(gòu)和組成p 計算機的主要性能指標(biāo)p 計算機的發(fā)展趨勢計算機（Computer）： 計算機是一種以電子器件為基礎(chǔ)的，不需人的直接干預(yù)，能夠?qū)Ω鞣N數(shù)字化信息，進行算術(shù)和邏輯運算的快速工具。計算機發(fā)展簡史 19441945年間，美籍匈牙利科學(xué)家在第一臺現(xiàn)代計算機尚未問世時注意到其弱點，并提出一個新機型EDVAC的設(shè)計方案，其中提到了兩個設(shè)想：采用二進制和“存儲程序”。這兩個設(shè)想對于現(xiàn)代計算機至關(guān)重要，也使馮諾伊曼成為“現(xiàn)代電子計算機之父”，馮諾伊曼機體系延續(xù)至今。計算機發(fā)展中的關(guān)鍵人物n 現(xiàn)代電子計算機之父1 1. .科學(xué)計算科學(xué)計算 在大型的系統(tǒng)工程中，往往需要大量的計算。比如天氣在大型的系統(tǒng)

4、工程中，往往需要大量的計算。比如天氣預(yù)報：全國甚至全世界各個地域的溫度、濕度、各個不同高預(yù)報：全國甚至全世界各個地域的溫度、濕度、各個不同高度的大氣數(shù)據(jù)、地域地理數(shù)據(jù)，反正是驚人的數(shù)據(jù)量集中到度的大氣數(shù)據(jù)、地域地理數(shù)據(jù)，反正是驚人的數(shù)據(jù)量集中到大型計算中心，進行大規(guī)模的數(shù)據(jù)運算，得出今后不同時期大型計算中心，進行大規(guī)模的數(shù)據(jù)運算，得出今后不同時期的天氣概率。的天氣概率。2 2. .過程控制過程控制 這里往往用在生產(chǎn)、軍事領(lǐng)域。這樣的計算機實時采集這里往往用在生產(chǎn)、軍事領(lǐng)域。這樣的計算機實時采集外界的數(shù)據(jù)，并且盡量快的加以處理，用事先定義好的應(yīng)對外界的數(shù)據(jù)，并且盡量快的加以處理，用事先定義好的應(yīng)

5、對方式加以響應(yīng)和控制相關(guān)部件。比如化工生產(chǎn)當(dāng)中的各個管方式加以響應(yīng)和控制相關(guān)部件。比如化工生產(chǎn)當(dāng)中的各個管道的壓力溫度流量必須在一定的范圍內(nèi)，這是各個探頭實時道的壓力溫度流量必須在一定的范圍內(nèi)，這是各個探頭實時采集以上數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)不對時立刻控制相關(guān)閥門加以處理。采集以上數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)不對時立刻控制相關(guān)閥門加以處理。計算機的主要應(yīng)用領(lǐng)域3 3. .信息處理信息處理 計算機不僅能處理數(shù)值數(shù)據(jù)和字符信息，還能處理圖形、計算機不僅能處理數(shù)值數(shù)據(jù)和字符信息，還能處理圖形、圖象、聲音、動畫等各種信息。在業(yè)務(wù)處理、情報處理、辦公圖象、聲音、動畫等各種信息。在業(yè)務(wù)處理、情報處理、辦公自動化、管理和決策方面，計算機都

6、得到了廣泛的應(yīng)用，如管自動化、管理和決策方面，計算機都得到了廣泛的應(yīng)用，如管理信息系統(tǒng)（理信息系統(tǒng)（MISMIS），決策支持系統(tǒng)（），決策支持系統(tǒng)（DSSDSS）等。）等。4 4. .計算機輔助設(shè)計、輔助制造和輔助教學(xué)計算機輔助設(shè)計、輔助制造和輔助教學(xué) 計算機輔助設(shè)計（計算機輔助設(shè)計（CADCAD），計算機輔助制造（），計算機輔助制造（CAMCAM），計），計算機輔助教學(xué)（算機輔助教學(xué)（CAICAI），這些都是新興的行業(yè)，利用計算機在），這些都是新興的行業(yè)，利用計算機在這些傳統(tǒng)領(lǐng)域的拓展，大大縮短了制造業(yè)的設(shè)計制造周期。這些傳統(tǒng)領(lǐng)域的拓展，大大縮短了制造業(yè)的設(shè)計制造周期。5 5. .人工智能（

7、人工智能（AIAI） 用計算機代替人類的某些腦力勞動。用計算機代替人類的某些腦力勞動。計算機的主要應(yīng)用領(lǐng)域一、第一代電子管計算機（1946-1958） 1946年年2月15日，世界上第一臺通用數(shù)字電子計算機ENIAC研制成功。 計算機ENIAC （Electronic Numerical Integrator And Computer）第一代電子管計算機 ENIAC運作了九年之久，吃電很兇， 據(jù)傳ENIAC每次一開機，整個費城西區(qū)的電燈都為之黯然失色。 另外，真空管的損耗率相當(dāng)高，幾乎每15分鐘就可能燒掉一支真空管，操作人員須花15分鐘以上的時間才能找出壞掉的管子，使用上極不方便。曾有人調(diào)侃道

8、：“只要那部機器可以連續(xù)運轉(zhuǎn)五天，而沒有一只真空管燒掉，發(fā)明人就要額手稱慶了”。 第一代電子管計算機 ?？颂兀ㄓ遥┖湍死ㄗ螅┮蚬餐兄瞥晒NIAC而名垂青史。總工程師?？颂禺?dāng)時年僅24歲。 ENIAC的開發(fā)經(jīng)費幾經(jīng)追加，達到48萬美元，相當(dāng)于現(xiàn)在的1000萬美元以上。第一代電子管計算機二、第二代晶體管計算機（1958-1964） 這一時期主要采用晶體管晶體管作為基本器件，因而縮小了體積，降低了功耗，提高了速度和可靠性，代表機型TRADIC。晶體管與電子管的比較 第二代晶體管計算機晶體管晶體管肖克萊（左）、巴?。ㄖ校?、布拉頓（右）于1956年共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎。第二代晶體管計算機 美國

9、貝爾實驗室于1954年研制成功第一臺使用晶體管的第二代計算機TRADIC。裝有800只晶體管，僅100瓦功率，占地也只有3立方英尺。相比采用定點運算的第一代計算機，第二代計算機普遍增加了浮點運算，計算能力實現(xiàn)了一次飛躍。 第二代晶體管計算機三、集成電路計算機（1964-1972） 這一時期主要采用集成電路集成電路作為基本器件，功耗、體積和價格等進一步下降，代表機型IBM360。1958年，美國物理學(xué)家基爾比和諾伊斯同時發(fā)明集成電路基爾比(左)和諾伊斯（右）微電子學(xué)創(chuàng)始人第三代集成電路計算機第三代集成電路計算機 IBM 360具有極強的通用性，適用于各方面的用戶，它具有“360度”全方位的特點，

10、并因此得名。開發(fā)360被稱為“世紀豪賭”，IBM為此投入了50億美元的研發(fā)費用，遠遠超過制造原子彈的“曼哈頓計劃”的20億美元。四、大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路計算機（1972- ） 出現(xiàn)集成電路后，唯一的發(fā)展方向是擴大規(guī)模擴大規(guī)模。大規(guī)大規(guī)模集成電路模集成電路可以在一個芯片上容納幾百個元件。到了80年代，超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路在芯片上容納了幾十萬個元件，后來的超大規(guī)模集成化超大規(guī)模集成化將數(shù)字擴充到百萬級。 臺式臺式PC微機微機 筆記本電腦筆記本電腦 第四代大規(guī)模集成電路計算機格魯夫、諾依斯和摩爾 Intel公司成立于1968年， Intel這個字是由“集成/電子(Integrated

11、 Electronics)兩個英文單詞組合成的，象征新公司將在集成電路市場上飛黃騰達 第四代大規(guī)模集成電路計算機第一代：4位和低檔8位微處理器（1972-1974） Intel 4004 , Intel 8008第二代：中檔8位微處理（1974-1978） Intel 8080 ,Motorola M6800,Zilog z80第三代：16位微處理器（1978-1981） Intel 8086/8088, Motorola M68000,Zilog z8000第四代：32位微處理器（1981- 2001） Intel 80486 Pentium I-IV第五代：64位微處理器（2001-）微處

12、理器發(fā)展歷史微處理器發(fā)展歷史 摩爾預(yù)言，晶體管的密度每過摩爾預(yù)言，晶體管的密度每過1818個月就會翻一番，這個月就會翻一番，這就是著名的摩爾定律。這個趨勢一直延續(xù)至今。在就是著名的摩爾定律。這個趨勢一直延續(xù)至今。在2626年的年的 時間里，芯片上的晶體管數(shù)量增加了時間里，芯片上的晶體管數(shù)量增加了32003200多倍多倍，從從19711971年年 推出的第一款推出的第一款40044004的的23002300個增加到奔騰個增加到奔騰 II II處理器的處理器的750 750 萬個萬個 。 摩爾定律 1971年1月，Intel公司的霍夫研制成功世界上第一塊世界上第一塊4位位微處理器芯片微處理器芯片I

13、ntel 4004，標(biāo)志著第一代微處理器問世，微處理器和微機時代從此開始。因發(fā)明微處理器，霍夫被英國經(jīng)濟學(xué)家雜志列為“二戰(zhàn)以來最有影響力的7位科學(xué)家”之一。 Intel 4004Intel 4004 Intel4004的集成度只有2300個晶體管，功能其實比較弱，且計算速度較慢，以致只能用在Busicom計算器上，更不用說進行復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算了。不過比起第一臺電子計算機ENIAC來說，它已經(jīng)輕巧太多太多了。而且最大的歷史意義是，它是第一個通用型處理器 1972年4月，霍夫等人開發(fā)出第一個8位微處理器Intel 8008。 I Intel 8008 主頻2MHz的8080芯片運算速度比8008快1

14、0倍，可存取64KB存儲器，使用了基于6微米技術(shù)的6000個晶體管，處理速度為0.64MIPS。 Intel 8080 1978年6月，Intel推出4.77MHz的8086微處理器，標(biāo)志著第三代微處理器問世。它采用16位寄存器、16位數(shù)據(jù)總線和29000個3微米技術(shù)的晶體管，售價360美元。 Intel 8086 1979年，Intel推出4.77MHz的準16位微處理器8088。它在內(nèi)部以16位運行，但支持8位數(shù)據(jù)總線，采用現(xiàn)有的8位設(shè)備控制芯片，包含29000個3微米技術(shù)的晶體管，可訪問1MB內(nèi)存地址，速度為0.33MIPS。 Intel 8088 第一臺IBM PC采用了主頻為4.77

15、MHz的Intel 8088，操作系統(tǒng)是Microsoft提供的MS-DOS。IBM將其命名為“個人電腦（Personal Computer）”，不久“個人電腦”的縮寫“PC”成為所有個人電腦的代名詞。 第一臺IBM PC 1983年，Intel推出6MHz的Intel 80286微處理器，采用16位數(shù)據(jù)總線。它提供了保護模式操作功能，最初的批發(fā)價為360美元。 Intel 80286 1985年10月，Intel推出16MHz 80386DX微處理器，80386進入了32位元的時代。Intel 80386 Intel 80486 1988年，Intel推出80486微處理器。Intel于19

16、93年3月推出奔騰（Pentium）處理器 Pentium（586）n Intel公司和HP公司在2001年共同開發(fā)的64位處理器Itanium（安騰）處理器n 2003年4月AMD公司推出首款64位處理器，這是一款采用x86兼容架構(gòu)的64位CPU。微處理器時代n 2004年3月，Intel也發(fā)布了其首款64位位Xeon處理器處理器，同時支持32位和64位運算，在運行64位程序時采用64位工作方式，而在處理32位運算時依然是IA32(即x86)工作 結(jié)構(gòu)，這實際上也一起被稱為x86-64架構(gòu)。微處理器時代n 2006 年 5 月：英特爾英特爾 酷睿酷睿 2 雙核處理器雙核處理器品牌隆重推出全新

17、處理器可實現(xiàn)高達 40% 的性能提升，其能效比最出色的英特爾 奔騰 處理器高出 40%。英特爾 酷睿 2 雙核處理器包含 2.91 億個晶體管。 微處理器時代 在2007年的9月6日，Intel發(fā)布Tigerton7300 系列系列四核處理器四核處理器。微處理器時代 Intel在2008年9月14日推出業(yè)界首款六核心服務(wù)器處理器六核心服務(wù)器處理器Dunnington。微處理器時代國產(chǎn)處理器：龍芯處理器系列n 我國第一款高性能通用CPUn 國家重大科研成果 歷經(jīng)八年研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化 使中國成為除美國外唯一可以設(shè)計通用處理器的國家 中科院、科技部等部委持續(xù)投入支持 獲得國務(wù)院“核高基”重大專項重點支持

18、n 進入產(chǎn)業(yè)化推廣期 產(chǎn)業(yè)鏈基本成熟 從安全領(lǐng)域、教育領(lǐng)域等起步 北京中關(guān)村龍芯產(chǎn)業(yè)園已開工建設(shè) 有望成為國家意志n 龍芯一號龍芯一號CPUCPU采用采用0.18um CMOS0.18um CMOS工藝制工藝制造，具有良好的低功耗性，平均功耗造，具有良好的低功耗性，平均功耗0.50.5瓦特，在片內(nèi)提供了一種特別設(shè)計瓦特，在片內(nèi)提供了一種特別設(shè)計的硬件機制，可以抗御緩沖區(qū)溢出類的硬件機制，可以抗御緩沖區(qū)溢出類攻擊。在硬件上根本抵制了緩沖溢出攻擊。在硬件上根本抵制了緩沖溢出類攻擊危險，從而大大增加了服務(wù)器類攻擊危險，從而大大增加了服務(wù)器的安全性。基于龍芯的安全性?；邶埿綜PUCPU的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)的

19、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備可以滿足國家政府部門，企業(yè)機關(guān)備可以滿足國家政府部門，企業(yè)機關(guān)對于網(wǎng)絡(luò)與信息系統(tǒng)安全的需求。對于網(wǎng)絡(luò)與信息系統(tǒng)安全的需求。龍芯1號n 龍芯龍芯2 2號采用號采用180nm180nm的的CMOSCMOS工藝工藝制造，片上集成了制造，片上集成了13501350萬個晶萬個晶體管，硅片面積體管，硅片面積6.26.2毫米毫米6.76.7毫米，最高頻率為毫米，最高頻率為500MHz500MHz，功，功耗為耗為3-53-5瓦。龍芯瓦。龍芯2 2號的號的SPEC SPEC CPU2000CPU2000標(biāo)準測試程序的實測標(biāo)準測試程序的實測性能是龍芯性能是龍芯1 1號的號的8-108-10倍，是倍，是

20、1.3GHz1.3GHz的威盛處理器的的威盛處理器的2 2倍，倍，已達到相當(dāng)于已達到相當(dāng)于Pentium 3Pentium 3的水的水平?；邶埿酒??；邶埿? 2號的號的Linux-PCLinux-PC系統(tǒng)可以滿足絕大多數(shù)的桌面系統(tǒng)可以滿足絕大多數(shù)的桌面應(yīng)用。應(yīng)用。龍芯2號n 龍芯龍芯 3 3 處理器是第一款處理器是第一款集高性能、集高性能、 低成本、低成本、 低功耗于一體的多核處低功耗于一體的多核處理器理器 , ,內(nèi)部集成內(nèi)部集成 4 4 個主個主頻為頻為 1GHz 1GHz 的的 64 64 位超位超標(biāo)量通用處理器核標(biāo)量通用處理器核 , ,采采用用 65nm 65nm工藝設(shè)計工藝設(shè)計,

21、,芯片芯片晶體管數(shù)目為晶體管數(shù)目為4.74.7億。億。龍芯3號計算機發(fā)展歷史第一章 概 論p 計算機發(fā)展簡史p 計算機的基本結(jié)構(gòu)和組成p 計算機的主要性能指標(biāo)p 計算機的發(fā)展趨勢一、計算機的一般結(jié)構(gòu)計算機的一般結(jié)構(gòu) 1944年美籍匈牙利科學(xué)家馮諾伊曼開始研究具有存儲程序功能的計算機EDVAC,1950年研制成功。首次實現(xiàn)了馮諾依曼體系的兩個重要設(shè)想：存儲程序和采用二進制。以上思想被現(xiàn)代計算機采用稱為馮.諾伊曼計算機。n 馮.諾依曼對計算機基本原理的闡述 必須有一個存儲器，程序和數(shù)據(jù)都以二進制代碼的形式存放在存儲器中，在形式上指令和數(shù)據(jù)是沒有區(qū)別的，程序在執(zhí)行的過程中也可以和數(shù)據(jù)一樣進行處理和修

22、改。 必須有一個控制器。在它的控制下，將指令依次從存儲器中取出，然后對其進行解釋和執(zhí)行。每條指令都由操作碼、操作數(shù)地址和運算結(jié)果地址組成。 必須有一個運算器。用來完成所需的算術(shù)運算和邏輯運算。 必須有輸入和輸出設(shè)備。用以進行人機通信，而且人機之間的指令、數(shù)據(jù)及運算結(jié)果的交換是沒有限制的。計算機的一般結(jié)構(gòu)n 馮諾依曼原理的基本思想：采用采用二進制形式二進制形式表示表示數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)和和指令指令。指令由操。指令由操作碼和地址碼組成；作碼和地址碼組成；計算機由計算機由存儲器存儲器、運算器運算器、控制器控制器、輸入設(shè)輸入設(shè)備備和和輸出設(shè)備輸出設(shè)備五大基本部件組成。五大基本部件組成?！俺绦虼鎯Τ绦虼鎯Α焙秃汀?/p>

23、程序控制程序控制” ” ；計算機的一般結(jié)構(gòu)n 馮諾依曼計算機的一般結(jié)構(gòu)計算機的一般結(jié)構(gòu)輸輸入入設(shè)設(shè)備備控制器控制器輸輸出出設(shè)設(shè)備備 存儲器存儲器運算器運算器 如果想叫計算機工如果想叫計算機工作，就得先把程序編作，就得先把程序編出來，然后通過輸入出來，然后通過輸入設(shè)備送到存儲器保存設(shè)備送到存儲器保存起來，即起來，即程序存儲程序存儲。下面就是執(zhí)行程序的下面就是執(zhí)行程序的問題，通過控制器讀問題，通過控制器讀取程序指令進行相應(yīng)取程序指令進行相應(yīng)的操作，即的操作，即程序控制程序控制n 馮諾依曼原理：程序存儲和程序控制計算機的一般結(jié)構(gòu)一、微型計算機的一般結(jié)構(gòu) 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代計算隨著大規(guī)

24、模集成電路技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代計算機機控制器控制器和和運算器運算器已經(jīng)融為一體，被已經(jīng)融為一體，被中央處理器中央處理器CPUCPU所代替。所代替。微型計算機的一般結(jié)構(gòu)存存儲儲器器I/O接接口口輸輸入入設(shè)設(shè)備備I/O接接口口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設(shè)設(shè)備備 CPU微機的硬件由微機的硬件由CPU、存儲器、輸入、存儲器、輸入/輸出設(shè)備輸出設(shè)備構(gòu)成；構(gòu)成；輸入輸入/輸出設(shè)備通過輸出設(shè)備通過輸入輸入/輸出接口輸出接口與系統(tǒng)相連；與系統(tǒng)相連；( 簡稱簡稱I/O接口接口 )各部件通過各部件通過總線總線連接。連接。構(gòu)構(gòu)成成部部件件微型計算機的一般結(jié)構(gòu)I/O接口結(jié)構(gòu)

25、示意圖接口結(jié)構(gòu)示意圖CPU通過對通過對I/O端口進行讀端口進行讀/寫操作，實現(xiàn)對外設(shè)的控制寫操作，實現(xiàn)對外設(shè)的控制I/O端口端口1I/O端口端口2I/O端口端口3地址地址譯碼譯碼數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)緩沖緩沖控制控制電路電路外外設(shè)設(shè)ABDBCBCPU微型計算機的一般結(jié)構(gòu)n 總線分為三類：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線總線分為三類：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線 微型計算機的一般結(jié)構(gòu) 地址總線地址總線 AB (Address Bus) ： 用來傳送用來傳送CPU輸出的地址信號，確定被訪問的存儲單元、輸出的地址信號，確定被訪問的存儲單元、I/O端口。端口。 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB (Data Bus)： 用來在用來

26、在CPU與存儲器、與存儲器、I/O接口之間進行數(shù)據(jù)傳送。接口之間進行數(shù)據(jù)傳送。 控制總線控制總線CB (Control Bus) ： 用于傳送各種控制信號，有的是用于傳送各種控制信號，有的是CPU發(fā)出，如讀控制信號、寫控發(fā)出，如讀控制信號、寫控制信號；制信號； 有的是發(fā)向有的是發(fā)向CPU，如外設(shè)向，如外設(shè)向CPU發(fā)出的中斷申請信號。發(fā)出的中斷申請信號。計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)硬件硬件主主 機機 中央處理器中央處理器CPU軟件軟件外圍設(shè)備外圍設(shè)備運算器運算器控制器控制器存儲器存儲器 (內(nèi)存內(nèi)存)RAMROM 輸入設(shè)備輸入設(shè)備(鍵盤、掃描儀、語音識別儀鍵盤、掃描儀、語音識別儀) 輸出設(shè)備輸出設(shè)備(顯示

27、器、打印機、繪圖儀、顯示器、打印機、繪圖儀、) 輔助存儲器輔助存儲器(磁帶、磁盤、光盤磁帶、磁盤、光盤)輸入輸入/ /輸出接口輸出接口（I/O接口接口） 總線總線 (AB、DB、CB)系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件( (操作系統(tǒng)，編輯、編譯程序，故障診斷操作系統(tǒng)，編輯、編譯程序，故障診斷, ,監(jiān)控程序監(jiān)控程序) )應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件( (科學(xué)計算，工業(yè)控制，數(shù)據(jù)處理科學(xué)計算，工業(yè)控制，數(shù)據(jù)處理三、計算機系統(tǒng)的基本組成n 硬件（hardware）是指那些組成計算機的物件。其基本功能是接受計算機程序的控制來實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、運算、數(shù)據(jù)輸出等一系列根本性的操作。通常由五大部件組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出

28、設(shè)備。 三、計算機系統(tǒng)的基本組成（1 1）控制器）控制器（Controller） 控制器是計算機的指揮系統(tǒng)，計算機的工作就是在控制控制器是計算機的指揮系統(tǒng)，計算機的工作就是在控制器控制下有條不紊、協(xié)調(diào)地工作的。器控制下有條不紊、協(xié)調(diào)地工作的。 控制器通過地址訪問存儲器，逐條取出選中單元的指令，控制器通過地址訪問存儲器，逐條取出選中單元的指令，分析指令，根據(jù)指令產(chǎn)生相應(yīng)的控制。分析指令，根據(jù)指令產(chǎn)生相應(yīng)的控制。 信號作用于其他各個部件，控制其他部件完成指令要求信號作用于其他各個部件，控制其他部件完成指令要求的操作。上述過程周而復(fù)始，保證了計算機能自動、連續(xù)地的操作。上述過程周而復(fù)始，保證了計算機

29、能自動、連續(xù)地工作。工作。三、計算機系統(tǒng)的基本組成（2）運算器（運算器（ALUArithmetic Logic Unit） 運算器又稱算術(shù)邏輯部件，簡稱運算器又稱算術(shù)邏輯部件，簡稱ALUALU，是計算機用來進行數(shù)，是計算機用來進行數(shù)據(jù)運算的部件。數(shù)據(jù)運算包括算術(shù)運算和邏輯運算。據(jù)運算的部件。數(shù)據(jù)運算包括算術(shù)運算和邏輯運算。（3）存儲器（）存儲器（Memory） 存儲器是計算機中具有記憶能力的部件，用來存放程序存儲器是計算機中具有記憶能力的部件，用來存放程序（指令）或數(shù)據(jù)。指令總是送到控制器，而數(shù)據(jù)則總是送到運算（指令）或數(shù)據(jù)。指令總是送到控制器，而數(shù)據(jù)則總是送到運算器。存儲器就是一種能根據(jù)地址

30、接收或提供指令或數(shù)據(jù)的裝置。器。存儲器就是一種能根據(jù)地址接收或提供指令或數(shù)據(jù)的裝置。 存儲器又分為主存存儲器又分為主存( (內(nèi)存）和輔存（外存）。內(nèi)存）和輔存（外存）。 三、計算機系統(tǒng)的基本組成（4）輸入設(shè)備（）輸入設(shè)備（Input device） 輸入設(shè)備是用來輸入程序和數(shù)據(jù)的部件。常用的輸入設(shè)備有：輸入設(shè)備是用來輸入程序和數(shù)據(jù)的部件。常用的輸入設(shè)備有：鍵盤、鼠標(biāo)器、光筆、圖像掃描儀、數(shù)字化儀等。鍵盤、鼠標(biāo)器、光筆、圖像掃描儀、數(shù)字化儀等。 （5）輸出設(shè)備（）輸出設(shè)備（Output device） 輸出設(shè)備正好與輸入設(shè)備相反，是用來輸出結(jié)果的部件。要輸出設(shè)備正好與輸入設(shè)備相反，是用來輸出結(jié)果

31、的部件。要求輸出設(shè)備能以人們所能接受的形式輸出信息，如以文字、圖形求輸出設(shè)備能以人們所能接受的形式輸出信息，如以文字、圖形的形式在顯示器上輸出。除顯示器外，常用的輸出設(shè)備還打印機、的形式在顯示器上輸出。除顯示器外，常用的輸出設(shè)備還打印機、繪圖儀等。繪圖儀等。三、計算機系統(tǒng)的基本組成n 軟件軟件（software）是相對硬件而言的，它包是相對硬件而言的，它包括計算機運行所需的各種程序及其有關(guān)資料。括計算機運行所需的各種程序及其有關(guān)資料。 三、計算機系統(tǒng)的基本組成n 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件是指那些為了方便計算機資源的使用和管理，系統(tǒng)軟件是指那些為了方便計算機資源的使用和管理，為軟件開發(fā)提供良好

32、手段的軟件。為軟件開發(fā)提供良好手段的軟件。 其中最重要的系統(tǒng)軟件是其中最重要的系統(tǒng)軟件是操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)(Operating (Operating System)System)，現(xiàn)在微型計算機上常用的操作系統(tǒng)有，現(xiàn)在微型計算機上常用的操作系統(tǒng)有DOSDOS、WindowsWindows、UnixUnix和和LinuxLinux等。此外，語言處理軟件、數(shù)據(jù)庫等。此外，語言處理軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及很多工具軟件都屬于系統(tǒng)軟件。管理系統(tǒng)以及很多工具軟件都屬于系統(tǒng)軟件。三、計算機系統(tǒng)的基本組成 應(yīng)用軟件是指用戶或者第三方軟件公司開發(fā)的軟件。應(yīng)用軟件是指用戶或者第三方軟件公司開發(fā)的軟件。這類軟件是為解

33、決某一具體問題而編制的。例如常用的這類軟件是為解決某一具體問題而編制的。例如常用的文字處理、人事管理、工資管理、設(shè)備管理、輔助教學(xué)文字處理、人事管理、工資管理、設(shè)備管理、輔助教學(xué)等軟件。等軟件。 三、計算機系統(tǒng)的基本組成n 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件裸機裸機操操作作系系統(tǒng)統(tǒng)用用戶戶 程程序序各各種種實實用用程程 序序軟軟件件包包各各種種語語言言處處理理程程序序計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)三、計算機系統(tǒng)的基本組成第一章 概 論p 計算機發(fā)展簡史p 計算機的基本結(jié)構(gòu)和組成p 計算機的主要性能指標(biāo)p 計算機的發(fā)展趨勢 位位（B Bitit）: :二進制位，這是計算機中最小的數(shù)據(jù)單位。二進制位，這是

34、計算機中最小的數(shù)據(jù)單位。一個二進制位只能表示兩種狀態(tài)一個二進制位只能表示兩種狀態(tài)（0 0或或1 1）。在計算機系統(tǒng)。在計算機系統(tǒng)中，都是由中，都是由0 0、1 1組成的信息數(shù)據(jù)流。組成的信息數(shù)據(jù)流。 字節(jié)字節(jié)（ByteByte）：1 1字節(jié)字節(jié) = = 8 8位。這是計算機中用得最多位。這是計算機中用得最多的數(shù)據(jù)單位。的數(shù)據(jù)單位。 計算機中常用的數(shù)據(jù)單位 千字節(jié)千字節(jié)（KB/Kilo-Bytes)KB/Kilo-Bytes)：1KB1KB = = 2 21010字節(jié)字節(jié) = = 10241024字節(jié)字節(jié) 百萬字節(jié)百萬字節(jié)(MB/Mega-Bytes)(MB/Mega-Bytes)：1MB1MB

35、 = = 1024KB1024KB = = 2 22020字節(jié)字節(jié)= = 10485671048567字節(jié)字節(jié) 字字（WordWord）：兩個字節(jié)稱為一個字（兩個字節(jié)稱為一個字（WordWord），兩個字），兩個字稱為一個雙字（稱為一個雙字（dworddword），兩個雙字稱為一個四字），兩個雙字稱為一個四字（qwordqword） 。計算機中常用的數(shù)據(jù)單位 十億字節(jié)十億字節(jié)(GB/Giga-Bytes)(GB/Giga-Bytes)：1GB1GB = = 1024MB1024MB = = 2 23030字節(jié)字節(jié)= = 1 1 073073 741741 824824字節(jié)字節(jié) 萬億字節(jié)萬億字節(jié)

36、(TB/Trillion-Bytes)(TB/Trillion-Bytes)：1TB1TB = = 1024GB1024GB = = 2 24040字節(jié)字節(jié) = = 1 099 511 627 7761 099 511 627 776字節(jié)。字節(jié)。計算機中常用的數(shù)據(jù)單位 一、主頻 即時鐘頻率，計算機即時鐘頻率，計算機CPUCPU在單位時間內(nèi)發(fā)出的在單位時間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)。脈沖數(shù)。主頻很大程度上決定了計算機的運行速主頻很大程度上決定了計算機的運行速度，主頻越高，微機的運算速度就越快度，主頻越高，微機的運算速度就越快。它的單。它的單位是兆赫茲（位是兆赫茲（MHzMHz）。）。計算機的主要性能指標(biāo) 二

37、、字長 計算機的運算部件能同時處理的二進制數(shù)據(jù)計算機的運算部件能同時處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)。的位數(shù)。字長越長，微機的運算速度就越快，運字長越長，微機的運算速度就越快，運算精度就越高，內(nèi)存容量就越大，微機的功能就算精度就越高，內(nèi)存容量就越大，微機的功能就越強越強( (因支持的指令多因支持的指令多) )。按微機的字長可分為。按微機的字長可分為8 8位位機、機、1616位機、位機、3232位機位機( (如如386386、486486奔騰機奔騰機) )和和6464位位機機( (高檔微機高檔微機) )等。等。計算機的主要性能指標(biāo) 三、存儲容量 存儲容量是指微機內(nèi)存儲器的容量，它表示內(nèi)存儲存儲容量是指微機

38、內(nèi)存儲器的容量，它表示內(nèi)存儲器所能容納信息的字節(jié)數(shù)。內(nèi)存容量越大，它所能存儲器所能容納信息的字節(jié)數(shù)。內(nèi)存容量越大，它所能存儲的數(shù)據(jù)和運行的程序就越多，程序運行的速度就越高，的數(shù)據(jù)和運行的程序就越多，程序運行的速度就越高，微機的信息處理能力就越強。微機的信息處理能力就越強。 1Byte = 8bit 1KB = 1024B = 210 B 1MB = 1024KB= 220 B 1GB = 1024MB =230 B 1TB = 1024GB = 240 B 1PB = 1024TB = 250 B計算機的主要性能指標(biāo) 四、存取周期 連續(xù)啟動兩次獨立的連續(xù)啟動兩次獨立的“讀讀”或或“寫寫”操作所

39、需要的操作所需要的最短時間，稱為存取周期。又稱為讀寫周期，訪問周期，最短時間，稱為存取周期。又稱為讀寫周期，訪問周期，也即存儲器進行一次完整的讀或?qū)懰璧娜繒r間。也即存儲器進行一次完整的讀或?qū)懰璧娜繒r間。 Tm Tm = = TaTa（存取時間）（存取時間）+ +復(fù)原時間復(fù)原時間計算機的主要性能指標(biāo) 五、運算速度 運算速度是運算速度是指計算機每指計算機每秒鐘能執(zhí)行多少條指令。秒鐘能執(zhí)行多少條指令。 （1 1）根據(jù)不同類型指令在計算過程中出現(xiàn)的頻率）根據(jù)不同類型指令在計算過程中出現(xiàn)的頻率程度程度, ,乘上不同的系數(shù)乘上不同的系數(shù), ,求得統(tǒng)計平均值求得統(tǒng)計平均值, ,這時所這時所指的指的運

40、算速度是平均運算速度運算速度是平均運算速度. .（2 2）以每條指令執(zhí)行所需時鐘周期數(shù)）以每條指令執(zhí)行所需時鐘周期數(shù)CPI(CCPI(Cycles Per Insteruction)ycles Per Insteruction)來衡量運算速度來衡量運算速度. .（3 3）以）以MIPS(MIPS(百萬條指令秒百萬條指令秒) )和和MFLOPSMFLOPS（百萬（百萬次浮點運算次浮點運算/ /秒）作為秒）作為計量單位來衡量運算計量單位來衡量運算 速度速度. .（4 4）還有利用所謂）還有利用所謂“標(biāo)準程序標(biāo)準程序”在不同的機器上在不同的機器上運行所得運行所得到的實測速到的實測速度。度。計算機的主

41、要性能指標(biāo) 除了上述個主要技術(shù)指標(biāo)外，還有其他一些因素除了上述個主要技術(shù)指標(biāo)外，還有其他一些因素，也對微機的性能也起重要作用，它們有：，也對微機的性能也起重要作用，它們有： 可靠性可靠性：是指微型計算機系統(tǒng)平均無故障工作時：是指微型計算機系統(tǒng)平均無故障工作時間。無故障工作時間越長，系統(tǒng)就越可靠。間。無故障工作時間越長，系統(tǒng)就越可靠?？删S護性可維護性：是指微機的維修效率，通常用故障平：是指微機的維修效率，通常用故障平均排除時間來表示。均排除時間來表示。可用性可用性：是指微機系統(tǒng)的使用效率，可以用系統(tǒng)：是指微機系統(tǒng)的使用效率，可以用系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)的任意時刻所能正常工作的概率來表示。在執(zhí)行任務(wù)的任意

42、時刻所能正常工作的概率來表示。兼容性兼容性：兼容性強的微機，有利于推廣應(yīng)用。：兼容性強的微機，有利于推廣應(yīng)用。計算機的主要性能指標(biāo)第一章 概 論p 計算機發(fā)展簡史p 計算機的基本結(jié)構(gòu)和組成p 計算機的主要性能指標(biāo)p 計算機的發(fā)展趨勢n 小型化 隨著微電子技術(shù)的進一步發(fā)展，微型計算機將發(fā)展隨著微電子技術(shù)的進一步發(fā)展，微型計算機將發(fā)展得更加迅速，其中筆記本型、掌上型等微型計算機必將得更加迅速，其中筆記本型、掌上型等微型計算機必將以更優(yōu)的性能價格比受到人們的歡迎。以更優(yōu)的性能價格比受到人們的歡迎。 n 巨型化 巨型化是指其高速運算、大存儲容量和強功能的巨巨型化是指其高速運算、大存儲容量和強功能的巨型計算機。其運算能力一般在每秒百億次以上、內(nèi)存容型計算機。其運算能力一般在每秒百億次以上、內(nèi)存容量在幾百兆字節(jié)以上。巨型計算機主要用于尖端科學(xué)技量在幾百兆字節(jié)以上。巨型計算機主要用于尖端科學(xué)技術(shù)和軍事國防系統(tǒng)的研究開發(fā)。術(shù)