計算機系統(tǒng)概論課件

1、計算機組成原理第1頁，共26頁。第一章 計算機系統(tǒng)概論內(nèi)容：現(xiàn)代計算機的特點、產(chǎn)生、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢、應用范圍、組成和層次結構。 從整體上介紹全局概念。 “先觀森林，后察樹木”第2頁，共26頁。2022/7/292第一章 計算機系統(tǒng)概論1 計算機的產(chǎn)生、應用一、現(xiàn)代計算機的基本理論馮諾伊曼（Von Neumann）思想：存儲程序、自動運算現(xiàn)代計算機的基本體系結構和理論基礎，是與舊式計算機理論的根本區(qū)別。 英國數(shù)學家白貝治的前期工作。第3頁，共26頁。2022/7/293第一章 計算機系統(tǒng)概論 二、第一臺現(xiàn)代計算機的誕生 ENIAC(Electronic Numerical Integrator

2、and Calculator) 美國陸軍投資、賓夕法尼亞大學毛徹萊設計，1946年2月投入使用。 參數(shù)： 價格：百萬美元；18000個電子管； 1500個繼電器； 耗電：140千瓦； 重量：30kg； 占地：170m2； 字長：12bit； MTBF：20分鐘； 存儲容量20字（10位/字）； 速度：加法5000次/s，乘法380次/s； 屬性：專用機。 同期：194150年代初：英國EDVAC（通用機）誕生，馮諾伊曼與莫爾小組合作的結果，是劃時代的革命。第4頁，共26頁。2022/7/294第一章 計算機系統(tǒng)概論三、發(fā)展過程1.分代分代時間器件語言應用速度第一代19461958電子管機器/匯

3、編語言軍工、科學計算萬次級第二代19581964晶體管磁芯高級語言、操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理十萬次級第三代19641971集成電路、磁盤豐富的設計語言完善的操作系統(tǒng)民用百萬次級第四代1971現(xiàn)在超大規(guī)模集成電路分布式、網(wǎng)絡、多媒體、軟件工程、數(shù)據(jù)庫普及億萬次級第5頁，共26頁。2022/7/295第一章 計算機系統(tǒng)概論2、中國發(fā)展概況分代時間代表機型速度第一代1958901/103第二代1964109第三代1971TQ1610萬次第四代1974DJS13050萬次第6頁，共26頁。2022/7/296第一章 計算機系統(tǒng)概論3、器件技術對計算機發(fā)展的影響分代器件發(fā)明時間應用到計算機的時間間隔第一代電子管

4、1906194640年第二代晶體管1947195710年第三代集成電路196019644年第四代光盤CD1987 19903年第7頁，共26頁。2022/7/297第一章 計算機系統(tǒng)概論.摩爾定律摩爾定律每18個月，集成電路的性能將提高1倍，而其價格將降低一半。年分型號管數(shù)(個)年分型號管數(shù)(個)1971400423001993Pentium310萬1972800835001995P-Pro550萬1974808060001997P-MMX450萬19788086290001997P-750萬19828028613萬1998Celeron750萬198580386DX27.5萬1999P-95

5、0萬2810萬198980486DX120萬2001P-4200萬第8頁，共26頁。2022/7/298第一章 計算機系統(tǒng)概論40048086802868038680486PentiumP-P-19701975198019851990200019952005(年)103104105106107108每芯片晶體管數(shù)圖示 CPU集成度的提高第9頁，共26頁。2022/7/299第一章 計算機系統(tǒng)概論四、應用與現(xiàn)狀科學計算信息處理（3S技術）自動控制（3C技術）輔助技術家庭化 簡言之：無所不及第10頁，共26頁。2022/7/2910第一章 計算機系統(tǒng)概論五、發(fā)展趨勢高速巨型化微型化網(wǎng)絡化智能化第1

6、1頁，共26頁。2022/7/2911第一章 計算機系統(tǒng)概論2 計算機的分類及特性一、分類 1、專用機/通用機 2、數(shù)字/模擬機 全稱：通用數(shù)字式電子計算機 （基于馮諾伊曼結構）第12頁，共26頁。2022/7/2912第一章 計算機系統(tǒng)概論二、計算機的特性1、高速2、通用3、精確4、邏輯5、方便6、直覺的局限性（“電腦”一詞的不妥）第13頁，共26頁。2022/7/2913第一章 計算機系統(tǒng)概論快速性準確性通用性邏輯性高速電子器件邏輯判斷存儲程序數(shù)字化信息圖示 計算機外部特征和內(nèi)部特點的對應關系外部特征內(nèi)部特征第14頁，共26頁。2022/7/2914第一章 計算機系統(tǒng)概論3 計算機系統(tǒng)組成

7、硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)輸入設備存儲器運算器控制器輸出設備系統(tǒng)軟件應用軟件計算機系統(tǒng)第15頁，共26頁。2022/7/2915第一章 計算機系統(tǒng)概論一、硬件系統(tǒng)（五大部分組成部分、構成與工作原理，以馮諾伊曼理論為依據(jù)）輸入設備輸出設備存儲器運算器控制器外部設備CPU圖示計算機硬件系統(tǒng)組成框圖第16頁，共26頁。2022/7/2916第一章 計算機系統(tǒng)概論1、存儲器（Memory）存儲器分內(nèi)存和外存功能：存放信息程序、數(shù)據(jù)實現(xiàn)：具備兩個穩(wěn)定狀態(tài)的組件特點：地址的唯一性；內(nèi)容取之不盡幾個相關概念：單元、地址、容量第17頁，共26頁。2022/7/2917第一章 計算機系統(tǒng)概論地址譯碼存儲單元存儲體存儲單元

8、存儲單元地址總線數(shù)據(jù)總線000001111讀寫控制電路讀/寫命令圖示 存儲組成框圖第18頁，共26頁。2022/7/2918第一章 計算機系統(tǒng)概論2、運算器（ALU）功能：信息加工算術/邏輯運算實現(xiàn)：邏輯電子線路字長：運算器一次運算二進制的位數(shù)累加/暫存器：存放原始數(shù)據(jù)及中間結果第19頁，共26頁。2022/7/2919第一章 計算機系統(tǒng)概論運算電路寄存器累加器AB圖示 運算器示意圖第20頁，共26頁。2022/7/2920第一章 計算機系統(tǒng)概論3、控制器（CU）功能：解釋指令，發(fā)出操作控制命令特點：指令流驅(qū)動下的信息流不同的設計方法會產(chǎn)生不同類型的CU控制信號產(chǎn)生邏輯指令寄存器狀態(tài)觸發(fā)器時序

9、電路圖1.5 控制器結構簡圖第21頁，共26頁。2022/7/2921第一章 計算機系統(tǒng)概論4、輸入設備（ID）功能：將人所熟悉的信息形式轉(zhuǎn)換成計算機所能識別的信息形式。特點：種類繁多、復雜性強、價格高、技術面廣。5、輸出設備（OD）功能：將計算機所能識別的信息形式轉(zhuǎn)換成人 所熟悉的信息形式。特點：種類繁多、復雜性強、價格高、技術面 廣。第22頁，共26頁。2022/7/2922第一章 計算機系統(tǒng)概論二、軟件系統(tǒng)概念 指令：控制 計算機動作的代碼。 程序：指令的集合。 軟件系統(tǒng)：程序的集合。分類系統(tǒng)軟件應用軟件第23頁，共26頁。2022/7/2923第一章 計算機系統(tǒng)概論1、軟件分類匯編語言/機器指令語言處理程序（編譯/解釋方式）標準庫程序（子程序）服務程序數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡軟件第24頁，共26頁。2022/7/2924第一章 計算機系統(tǒng)概論2、計算機軟硬件的邏輯等效性 (固件等技術)3、軟件系統(tǒng)的特點編寫設計工作量大人工成分及價格高缺乏系統(tǒng)性種類復雜標準化程度低 “軟件災難”現(xiàn)象及軟件工程的必要性第25頁，共26頁。2022/7/2925第一章 計算機系統(tǒng)概論4