計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)PPT第1章 - 概述

1、計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-1計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 主講人：朱 芳 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-2計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)l 課課 程程 簡(jiǎn)簡(jiǎn) 介介l 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系所有專業(yè)的一門核心課程，它在先導(dǎo)課系所有專業(yè)的一門核心課程，它在先導(dǎo)課和后續(xù)課之間起著承上啟下的和繼往開來(lái)和后續(xù)課之間起著承上啟下的和繼往開來(lái)的作用。計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)教學(xué)具有知識(shí)的作用。計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)教學(xué)具有知識(shí)面廣、內(nèi)容多、難度大、更新快的特點(diǎn)。面廣、內(nèi)容多、難度大、更新快的特點(diǎn)。l 本課程講述計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)方面的本課程講述計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)方面的知識(shí)，包括：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論、數(shù)據(jù)的表

2、知識(shí)，包括：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論、數(shù)據(jù)的表示、運(yùn)算器與運(yùn)算方法、存儲(chǔ)系統(tǒng)、指令示、運(yùn)算器與運(yùn)算方法、存儲(chǔ)系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、中央處理機(jī)組織、總線及總線互連系統(tǒng)、中央處理機(jī)組織、總線及總線互連結(jié)構(gòu)、輸入輸出設(shè)備及組織等內(nèi)容。結(jié)構(gòu)、輸入輸出設(shè)備及組織等內(nèi)容。計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-3計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)l第一章 概述l第二章 數(shù)據(jù)的表示l第三章 運(yùn)算器與運(yùn)算方法l第四章 存儲(chǔ)系統(tǒng)l第五章 指令系統(tǒng)l第六章 中央處理機(jī)組織l第七章 總線及總線互連結(jié)構(gòu)l第八章 輸入/輸出設(shè)備l第九章 輸入/輸出組織計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-4第一章 概 述本章學(xué)習(xí)導(dǎo)讀：（1）什么是電子計(jì)算機(jī)？（2）它由哪幾部分組成？（3）其特點(diǎn)又是什么？（

3、4）在它的發(fā)展歷程中經(jīng)歷了哪幾代？計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-5第一章 概述1.1 計(jì)算機(jī)的定義和特性1.2 計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程1.3 計(jì)算機(jī)的組成與結(jié)構(gòu)1.4 計(jì)算機(jī)的分類與應(yīng)用1.5 計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程1.6 計(jì)算機(jī)性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-61.1計(jì)算機(jī)的定義和特性1.1.1什么是計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī)是一種能對(duì)各種數(shù)字化信息進(jìn)行自動(dòng)高速運(yùn)算的通用處理裝置。 信息 運(yùn)算 處理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-71.1 計(jì)算機(jī)的功能和構(gòu)成內(nèi)部特性高速高集成度器件數(shù)字化編碼信息邏輯判斷和處理存儲(chǔ)程序工作方式 外部特性高速性準(zhǔn)確性通用性智能性1.1.2計(jì)算機(jī)的特性 計(jì)算機(jī)具有高速、通用、準(zhǔn)確和智能的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-8

4、1.1 計(jì)算機(jī)的功能和構(gòu)成 功能數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)傳送控制 內(nèi)部結(jié)構(gòu)中央處理器(運(yùn)算器)存儲(chǔ)器組織輸入/輸出模塊中央處理器(控制器)系統(tǒng)互連n計(jì)算機(jī)硬件的功能和結(jié)構(gòu)中央處理器（CPU）是最復(fù)雜的功能部件。近年來(lái)采用多個(gè)處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)越來(lái)越多，但本課程重點(diǎn)在于單處理器系統(tǒng)的組織和結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-91.2 計(jì)算機(jī)的發(fā)展史計(jì)算機(jī)的發(fā)展史一、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展一、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展1946年年 美國(guó)美國(guó) ENIAC1955年退役年退役十進(jìn)制運(yùn)算十進(jìn)制運(yùn)算18 0001 500150301 500多個(gè)電子管多個(gè)電子管多個(gè)繼電器多個(gè)繼電器千瓦千瓦噸噸平方英尺平方英尺5 000次加法秒次加法

5、秒用手工搬動(dòng)開關(guān)和拔插電纜來(lái)編程用手工搬動(dòng)開關(guān)和拔插電纜來(lái)編程計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-1012 計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.2.1 電子計(jì)算機(jī)的誕生第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer）于1946年在美國(guó)誕生。每秒5000次加法運(yùn)算；每秒50次乘法運(yùn)算；平方和立方計(jì)算；Sin和Cos函數(shù)數(shù)值運(yùn)算；其它更復(fù)雜的計(jì)算。計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-11世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī) ENIAC(1946)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-12圖1.2 第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-13 1.2.2 第一代計(jì)算機(jī) （20世紀(jì)4

6、0年代中到50年代末）第一代計(jì)算機(jī)為電子管計(jì)算機(jī)，其邏輯元件采用電子管，存儲(chǔ)器件為聲延遲線或磁鼓，典型邏輯結(jié)構(gòu)為定點(diǎn)運(yùn)算。計(jì)算機(jī)“軟件”一詞尚未出現(xiàn)，編制程序所用工具為低級(jí)語(yǔ)言。計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-1414 第一代第一代電子管（ 19461946年年19571957年）年）采用手動(dòng)編程采用手動(dòng)編程單單CPU，定點(diǎn)運(yùn)算，程序控制，定點(diǎn)運(yùn)算，程序控制I/O體積大，成本高，可靠性低體積大，成本高，可靠性低圖1.3 電子管計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-15 圖1.4 電子管計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-161.2.3 第二代計(jì)算機(jī)（50年代中后期到60年代中）第二代計(jì)算機(jī)為晶體管計(jì)算機(jī)。這一代計(jì)算機(jī)除了邏輯元件采用

7、晶體管以外，其內(nèi)存儲(chǔ)器由磁芯構(gòu)成，磁鼓與磁帶成為外存儲(chǔ)器。計(jì)算機(jī)典型邏輯結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了浮點(diǎn)運(yùn)算，并提出了變址、中斷、I/O處理等新概念。計(jì)算機(jī)軟件也得到了發(fā)展，出現(xiàn)了多種高級(jí)語(yǔ)言及其編譯程序。計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-171.2.4 第三代計(jì)算機(jī)（60年代中到70年代中）第三代計(jì)算機(jī)為集成電路計(jì)算機(jī)，其邏輯元件與存儲(chǔ)器均由集成電路實(shí)現(xiàn)，這是微電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的一大突破。微程序控制、高速緩存、虛擬存儲(chǔ)器、流水線等先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)開始使用。另一大特點(diǎn)是大型/巨型機(jī)與小型機(jī)同時(shí)發(fā)展。計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-181.2.5 第四代計(jì)算機(jī)（70年代中期開始）大規(guī)模（LSI）和超大規(guī)模（VLSI）集成電路及微處理器

8、為這一代計(jì)算機(jī)的典型特征。并行處理技術(shù)的研究與應(yīng)用以及眾多巨型機(jī)的產(chǎn)生也成為這一時(shí)期計(jì)算機(jī)發(fā)展的特點(diǎn)。四代機(jī)時(shí)期的一個(gè)重要特點(diǎn)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用。計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-19硬件技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的影響硬件技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的影響 100 000 000 超大規(guī)模超大規(guī)模 集成電路集成電路 1978現(xiàn)在現(xiàn)在五五 10 000 000 大規(guī)模大規(guī)模 集成電路集成電路 19721977 1 000 000 中小規(guī)模中小規(guī)模 集成電路集成電路 19651971 200 000 晶體管晶體管 19581964 40 000 電子管電子管 19461957 速度速度 /（次（次/秒）秒） 硬件

9、技術(shù)硬件技術(shù) 時(shí)間時(shí)間 代代三三四四二二一一計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-2020第一個(gè)系列計(jì)算機(jī)：IBM 360微程序控制器微程序控制器計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-21IBM System360 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-22最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到（截止到 2009.06）1. .IBM Roadrunner（ 走鵲走鵲 ）129 600 個(gè)計(jì)算核心個(gè)計(jì)算核心 最大平均速度最大平均速度 1 105 000 GFLOPS計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-232. . Cray XT5 Jaguar（美洲虎）（美洲虎）150 152 個(gè)計(jì)算核心個(gè)計(jì)算核心 最大平均速度最大平均速度 1 059 000 GFL

10、OPS最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到（截止到 2009.06）計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-243. . IBM JUGENE-Blue Gene/P 最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到（截止到 2009.06）294 912 個(gè)個(gè)計(jì)算核心計(jì)算核心 最大平均速度最大平均速度 825 500 GFLOPS計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-25最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到（截止到 2009.06）4. SGI Pleiades系統(tǒng)系統(tǒng)51 200 個(gè)計(jì)算核心個(gè)計(jì)算核心 最大平均速度最大平均速度 487 005 GFLOPS 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-26最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)最

11、快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到（截止到 2009.06）5. . IBM BlueGene/L系統(tǒng)系統(tǒng)212 992 個(gè)計(jì)算核心個(gè)計(jì)算核心 最大平均速度最大平均速度 478 200 GFLOPS計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-27最權(quán)威的超級(jí)計(jì)算機(jī)排名的參考網(wǎng)址最權(quán)威的超級(jí)計(jì)算機(jī)排名的參考網(wǎng)址 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-28表1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程中各個(gè)階段的特點(diǎn) 年代第一代1946-1959第二代1959-1964第三代1964-1970第四代1970-現(xiàn)在電子器件電子管晶體管集成電路大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路存儲(chǔ)器延遲線磁芯、磁鼓磁帶、紙帶磁芯、磁鼓磁帶、磁盤半導(dǎo)體存儲(chǔ)器磁芯

12、、磁鼓磁帶、磁盤半導(dǎo)體存儲(chǔ)器磁帶、磁盤光盤處理方式機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言監(jiān)控程序高級(jí)語(yǔ)言實(shí)時(shí)處理操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)/分時(shí)處理網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)處理過(guò)程控制科學(xué)計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)等 科技工程領(lǐng)域各行各業(yè)運(yùn)行速度5000至3萬(wàn)次/秒幾十萬(wàn)至百萬(wàn)次/秒百萬(wàn)至幾百萬(wàn)次/秒幾百萬(wàn)至千億次/秒典型機(jī)型ENIACEDVACIBM705UNIVACIBM7094CDC6600IBM360PDP 11NOVA1200ILLIAC-VAX 11IBM PC計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-29摩爾定律（Intel公司創(chuàng)始人之一摩爾1965年提出）： “由于硅技術(shù)的發(fā)展，每18個(gè)月，集成電路的集成度將翻一番，速度將提高一倍，

13、而其價(jià)格將降低一半。”重要意義： 不斷改進(jìn)技術(shù)，提高質(zhì)量，降低成本； 為計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展與使用的普及創(chuàng)造了條件； 促進(jìn)了軟件業(yè)的發(fā)展。面臨的難題： 傳統(tǒng)工藝難以適應(yīng)； “門”越來(lái)越窄而難以關(guān)閉； 攙質(zhì)的使用接近極限； 傳統(tǒng)材料難以適應(yīng)。格登摩爾照片計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-301.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程l 新一代計(jì)算機(jī) 日本的第五代計(jì)算機(jī) 80年代初，日本政府制定了一項(xiàng)10年研究計(jì)劃第五代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研究計(jì)劃（1982-1992年）。該計(jì)劃以研究開發(fā)創(chuàng)新的并行推理實(shí)現(xiàn)技術(shù)為目的，并以邏輯程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言為推理機(jī)的核心語(yǔ)言。 學(xué)術(shù)界和工業(yè)界已不再沿用“第x代計(jì)算機(jī)”的說(shuō)法。 新一代計(jì)算機(jī)主要著眼于機(jī)器的智能化；采

14、用速度更快的新元器件，如神經(jīng)元、生物芯片、分子電子器件、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)等等；結(jié)構(gòu)上試圖突破馮諾依曼結(jié)構(gòu)。 新器件和非馮諾依曼結(jié)構(gòu)已成為新一代計(jì)算機(jī)的公認(rèn)標(biāo)志。計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-311.3計(jì)算機(jī)的組成與結(jié)構(gòu) 為了描述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，首先要清楚地區(qū)分計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)組織兩個(gè)概念。l 計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu):主要研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件和硬件的功能分配以及如何最佳、最合理地實(shí)現(xiàn)分配給硬件的功能。對(duì)涉及機(jī)器語(yǔ)言或者匯編語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)人員所見到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，更多的情況下是指計(jì)算機(jī)的外特性。這些屬性直接影響到程序的邏輯執(zhí)行，主要包括指令集、表示各種數(shù)據(jù)類型的比特?cái)?shù)、I/O機(jī)制以及內(nèi)存訪問(wèn)技術(shù)等。 例如，

15、乘法指令是由硬件還是軟件實(shí)現(xiàn)？即：指令系統(tǒng)中是否包含乘法指令？計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-321.3計(jì)算機(jī)的組成與結(jié)構(gòu)l 計(jì)算機(jī)組成:也稱計(jì)算機(jī)組織。指計(jì)算機(jī)主要部件的類型、數(shù)量、組成方式、控制方式和信息流動(dòng)方式及其相互連接構(gòu)成的系統(tǒng)。是那些對(duì)程序員透明的硬件細(xì)節(jié)。計(jì)算機(jī)各部件的具體組成以及它們之間的連接關(guān)系，實(shí)現(xiàn)機(jī)器指令級(jí)的各種功能和特性。從這一點(diǎn)上，計(jì)算機(jī)組成是計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)。 它主要研究數(shù)據(jù)和指令的組織，基本運(yùn)算的算法，數(shù)據(jù)的存取、傳送和加工處理，數(shù)據(jù)流和指令流的控制方式等 。例如,如何實(shí)現(xiàn)乘法指令？計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-331.3.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)l計(jì)算機(jī)系統(tǒng)=硬件系統(tǒng)+軟件系統(tǒng)軟件

16、系統(tǒng)交界面硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-34本書討論的范圍涉及第0、1、2共3層，主要內(nèi)容如下：1. 高速的算術(shù)、邏輯運(yùn)算方法及ALU邏輯設(shè)計(jì)；2. 高速的指令執(zhí)行過(guò)程及指令部件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)， 是采用組合邏輯技術(shù)、或微程序設(shè)計(jì)技術(shù)，還是 PLA技術(shù)；是復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（CISC），還是 精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（RISC）；3. 提高存儲(chǔ)器容量與速度的方法，以及如何解決 “CPU-Cache-MM-外存”之間的匹配問(wèn)題；4. 高效率的輸入/輸出方法、組織，以及它們之間的 互聯(lián)技術(shù)；5. 計(jì)算機(jī)五大部件（運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入 和輸出）之間的相互作用、高效接口（總線）；計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-351.3

17、.2計(jì)算機(jī)硬件l計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件部分從外觀上看主要有主機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)和顯示器等組成；從邏輯功能上看，可以分為控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五個(gè)部分，一般地又把運(yùn)算器和控制器合稱為中央處理器(Central Processing Unit,CPU)。計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-36ALUALU主存主存輔存輔存CPUCPU主機(jī)主機(jī)I/OI/O硬件硬件CUCU現(xiàn)代計(jì)算機(jī)硬件框圖現(xiàn)代計(jì)算機(jī)硬件框圖存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸入設(shè)備運(yùn)算器運(yùn)算器輸出設(shè)備輸出設(shè)備控制器控制器ALUALUCPU主機(jī)主機(jī)I/OI/OCUCU主主存存計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-371.3.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件是指構(gòu)成計(jì)算機(jī)的元器件、部

18、件、設(shè)備、以及它們的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)。馮諾依曼計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)：1）計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器和輸入/輸出五個(gè) 部件組成。2）存儲(chǔ)器以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)；3）存儲(chǔ)程序工作方式；4）五部件以運(yùn)算器為中心進(jìn)行組織；計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-38計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-391.3.2計(jì)算機(jī)硬件馮馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)諾依曼體系結(jié)構(gòu)John von Neumann馮馮 諾依曼諾依曼 先生先生 計(jì)算機(jī)采取事先編制程序、存儲(chǔ)程序、自動(dòng)運(yùn)計(jì)算機(jī)采取事先編制程序、存儲(chǔ)程序、自動(dòng)運(yùn)行程序的工作方式，稱為行程序的工作方式，稱為存儲(chǔ)程序存儲(chǔ)程序方式。方式。按存儲(chǔ)程按存儲(chǔ)程序方式工作的計(jì)算機(jī)統(tǒng)稱為馮序方式工作的計(jì)算機(jī)統(tǒng)稱為

19、馮諾依曼體制計(jì)算機(jī)。諾依曼體制計(jì)算機(jī)。1946年年6月由馮月由馮諾依曼等人首次提出。諾依曼等人首次提出。 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-40第一臺(tái)第一臺(tái)von Neumann 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-41各部分硬件的作用運(yùn)運(yùn)算器算器控制器控制器存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器輸輸入入設(shè)備設(shè)備輸輸出出設(shè)備設(shè)備用來(lái)接收用戶輸入的數(shù)據(jù)和程序，并將它們轉(zhuǎn)用來(lái)接收用戶輸入的數(shù)據(jù)和程序，并將它們轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制編碼存放到內(nèi)存中換為二進(jìn)制編碼存放到內(nèi)存中.它的功能是算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算它的功能是算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算.它的作用是控制整個(gè)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊的工作它的作用是控制整個(gè)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊的工作.存儲(chǔ)

20、器分為內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器兩種，內(nèi)存用于存放要執(zhí)行的存儲(chǔ)器分為內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器兩種，內(nèi)存用于存放要執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)程序和數(shù)據(jù).用于將存放在內(nèi)存中由計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兯糜趯⒋娣旁趦?nèi)存中由計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兯芙邮艿男问侥芙邮艿男问?計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-421.3.3計(jì)算機(jī)軟件 是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各種程序及其文檔的總稱。軟件的作用：軟件的作用：軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈魂，沒(méi)有配軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈魂，沒(méi)有配備任何軟件的備任何軟件的“裸機(jī)裸機(jī)”無(wú)法使用，沒(méi)有配備足無(wú)法使用，沒(méi)有配備足夠的軟件，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍也將受到很大的夠的軟件，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍也將受到很大的影響影響 。l 1.軟件在計(jì)

21、算機(jī)系統(tǒng)中起著指揮和管理的作用l 2.軟件是計(jì)算機(jī)用戶和硬件的接口界面l 3.軟件是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-431.3.3計(jì)算機(jī)軟件軟件的分類 系統(tǒng)軟件（含各種支撐軟件）：用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能、管理系統(tǒng)的軟件，為了便于人們使用計(jì)算機(jī)而設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件管理整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，合理分配系統(tǒng)資源，確保計(jì)算機(jī)正確高效地運(yùn)行。常用的系統(tǒng)軟件有：操作系統(tǒng)、編譯器、解釋器、匯編器、高級(jí)語(yǔ)言的編譯解釋程序、各種實(shí)用程序等。 應(yīng)用軟件：為各類用戶使用計(jì)算機(jī)而開發(fā)的各種應(yīng)用程序。如：辦公自動(dòng)化軟件，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造（CAD/CAM），各種計(jì)算機(jī)圖形、圖像應(yīng)用軟件，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制軟件，事務(wù)處理

22、、信息處理軟件，科學(xué)計(jì)算程序，多媒體軟件等。計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-441. 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件語(yǔ)言處理程序語(yǔ)言處理程序 匯編程序匯編程序 編譯程序編譯程序 解釋程序解釋程序操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) DOS UNIX Windows 服務(wù)性程序服務(wù)性程序 裝配裝配 調(diào)試調(diào)試 診斷診斷 排錯(cuò)排錯(cuò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件網(wǎng)絡(luò)軟件網(wǎng)絡(luò)軟件計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-452.應(yīng)用軟件文字處理軟件文字處理軟件 WPS、Word表格處理軟件表格處理軟件 Excel 管理軟件管理軟件 MIS較流行軟件：較流行軟件：FIX、InTouchLookout輔助設(shè)計(jì)輔助設(shè)計(jì)軟件軟件 Au

23、toCAD實(shí)時(shí)控制軟實(shí)時(shí)控制軟件件 FIX 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-461.4計(jì)算機(jī)的分類與應(yīng)用l1.4.1計(jì)算機(jī)的分類l1.4 .2計(jì)算機(jī)的應(yīng)用l1.4.3 計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-4714 計(jì)算機(jī)的分類與應(yīng)用1.4.1 計(jì)算機(jī)的分類按計(jì)算機(jī)所處理對(duì)象的表示形式不同可以分成模擬計(jì)算機(jī)與數(shù)字計(jì)算機(jī)兩類。計(jì)算機(jī)按其用途來(lái)分可以分成專用機(jī)和通用機(jī)兩類。其中，通用計(jì)算機(jī)按其規(guī)模、性能和價(jià)格來(lái)分，又可分為巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、工作站、微型機(jī)等多種類型。1.4.2 計(jì)算機(jī)應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)包括了對(duì)各種信息媒體的獲取、表示、加工與表現(xiàn)方法和技術(shù)，大致有以下幾個(gè)方面內(nèi)容：計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-4

24、81語(yǔ)言與文字的處理。2計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與數(shù)字圖象處理。3多媒體技術(shù)。4計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)。5計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)。6計(jì)算機(jī)控制。計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展方向?yàn)榧苫⒕W(wǎng)絡(luò)化、智能化1.4.2 計(jì)算機(jī)應(yīng)用計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-491.4.3 計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 計(jì)算機(jī)的處理速度不斷提高 人們預(yù)言，2020年之前，計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力還將按照“摩爾定律”（每1.5年提高一倍）繼續(xù)不斷提高。 計(jì)算機(jī)體積不斷縮小 近十多年來(lái)，半導(dǎo)體集成電路的集成度，大約每3年提高4倍，這種趨勢(shì)仍將保持下去, 繼續(xù)朝著超微型化方向發(fā)展。 計(jì)算機(jī)的價(jià)格將持續(xù)下降 計(jì)算機(jī)的信息處理功能走向多媒體化 計(jì)算機(jī)與通信相結(jié)合，進(jìn)入“網(wǎng)絡(luò)計(jì)算時(shí)代” 計(jì)算機(jī)

25、組成與結(jié)構(gòu)1-501.4 .3計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向l當(dāng)前計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向 巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多媒體化計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-511.5 計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程 計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程就是將編制好的程序經(jīng)過(guò)輸入設(shè)備存放到主存儲(chǔ)器中，并將程序存放的首地址傳送到控制器中。l取指階段：首先，將指令從存儲(chǔ)器讀到指令寄存器。l分析階段：接著，它分析這條指令，指出指令要完成的操作，并指明操作數(shù)的地址。l執(zhí)行階段：最后，根據(jù)指令分析的結(jié)果完成某種操作。 計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程就是取指令、分析指令、執(zhí)行指令，如此周而復(fù)始的過(guò)程。 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-52輸入設(shè)備輸出設(shè)備運(yùn)算器控制器CPU控制流數(shù)據(jù)流存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器信

26、息信息 在計(jì)算機(jī)內(nèi)的處理過(guò)程在計(jì)算機(jī)內(nèi)的處理過(guò)程計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-531.6 計(jì)算機(jī)性能指標(biāo)l機(jī)器字長(zhǎng)：機(jī)器字長(zhǎng)是指CPU一次能處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，實(shí)際上指該計(jì)算機(jī)中的運(yùn)算器的位數(shù)。如某機(jī)器字長(zhǎng)32位，表示該機(jī)器中，每次能完成兩個(gè)32位二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算。通常，機(jī)器字長(zhǎng)越長(zhǎng)，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力越強(qiáng)，其運(yùn)算精度也越高。通常計(jì)算機(jī)有通常計(jì)算機(jī)有8/16/32/64位字長(zhǎng)位字長(zhǎng)l運(yùn)算速度：計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度與很多因素有關(guān)，常用的性能指標(biāo)如下：（1）CPU的主頻（f）：CPU內(nèi)部的工作頻率，表示在CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號(hào)震蕩的速度，與CPU實(shí)際的運(yùn)算能力并沒(méi)有直接關(guān)系，但與CPU實(shí)際的運(yùn)算速度存在一定的關(guān)系。

27、因此，主頻僅是CPU性能表現(xiàn)的一個(gè)方面，而不能代表CPU的整體性能。計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-54l外部工作頻率：簡(jiǎn)稱外頻。它是由主板為CPU提供的基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率，它表示的是系統(tǒng)總線的工作頻率；l倍頻：CPU外頻與主頻相差的倍數(shù)。主頻=外頻倍頻 (單位是兆赫茲（單位是兆赫茲（MHz）)（2）時(shí)鐘周期（T）：CPU內(nèi)部時(shí)鐘頻率的倒數(shù)。是CPU執(zhí)行操作的最小時(shí)間元素。每個(gè)動(dòng)作至少需要一個(gè)時(shí)鐘周期。以PC系列微處理器為例，最初的8086和8088執(zhí)行一條指令平均需要12個(gè)時(shí)鐘周期 ，CPU的主頻與CPU時(shí)鐘周期互為倒數(shù)，即 （3）CPU執(zhí)行時(shí)間：CPU執(zhí)行某段程序所需的時(shí)間，通常用tCPU表示?？梢杂孟率絹?lái)

28、表示： CPU執(zhí)行時(shí)間 CPU時(shí)鐘周期數(shù) CPU時(shí)鐘周期長(zhǎng) l T1f T1f 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-55（4）CPI（Cycles Per Instruction）：執(zhí)行一條指令所需的時(shí)鐘周期數(shù)。計(jì)算公式如下：（5）MIPS（Million Instructions Per Second）：每秒執(zhí)行多少百萬(wàn)條指令。定義為： （6）MFLOPS（Million Floating-point Opereation Per Second）：每秒執(zhí)行多少百萬(wàn)次浮點(diǎn)運(yùn)算。定義為：該程序包含的指令條數(shù)時(shí)鐘周期數(shù)CPU執(zhí)行某段程序所需的CPI 610MIPS執(zhí)行時(shí)間指令條數(shù)610MFLOPS執(zhí)行時(shí)間浮點(diǎn)操作次數(shù)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1-56221 = = 256 KB213 = = 1 KB如如存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量主存容量主存容量輔存