計算機組成技術

1、計 算 機 組 成 技 術張 宇 電話： 86413683 轉 809 地址：綜合樓609 電子信箱：參考書目計算機組成原理，唐朔飛編著，高等教育出版社出版IBM PC 匯編語言程序設計（第二版），沈美明、溫冬嬋編著，清華大學出版社出版第一章 緒論電子計算機的產生與發(fā)展微型電子計算機的發(fā)展我國電子計算機的發(fā)展電子計算機的基本結構、分類與性能評價電子計算機的特點及應用電子計算機的新進展1.1電子計算機的產生與發(fā)展電子計算機產生之前計算工具的發(fā)展手動計算工具：算盤機械式計算工具：手搖臺式計算機1642年，法數(shù)學家Pascal始創(chuàng)；1673年，德數(shù)學家Leibnitz改進。1812年，英數(shù)學家Bab

2、bage，差分機1871年，英數(shù)學家Babbage，分析機機電式計算工具：1944年IBM公司MARK I(電動、齒輪、繼電器構成)“古代”計算機的特點計算速度慢出現(xiàn)錯誤多 圖靈（Turing）馮諾依曼（John Von Neuman）兩位杰出的計算機科學家1.1.2 現(xiàn)代電子計算機的發(fā)展第一代計算機（1946-1958）電子管時代ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Calculator）EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）第二代計算機（1958-1965）晶體管時代第三代計

3、算機（1965-1970）集成電路時代第四代計算機（1970- ）大規(guī)模集成電路時代各時期計算機的比較（1）時期元器件代 表 機 器第一代電子管第一臺計算機ENIAC第一臺通用電子計算機EDVAC第二代晶體管IBM公司生產的IBM-7904CDC公司生產的CDC1604第三代集成電路DEC公司研制成功的PDP-8，PDP-11，VAX-11第四代大規(guī)模集成電路Cray公司1976年推出的Cray-1各時期計算機的比較（2）時期體積重量成本耗電可靠性運算速度第一代大重高高低5000次/秒第二代幾萬次-幾十萬次/秒第三代幾百萬-幾千萬次/秒第四代小輕低低高幾億次/秒1.2 微型電子計算機的發(fā)展第一

4、代（1971-1972）4位的微處理器和微型電子計算機Intel 4004 2300個晶體管第二代（1972-1977）8位的微處理器和微型電子計算機Intel 8008 3300個晶體管Intel 8080 4900個晶體管M6800 6800個晶體管Z80 10000個晶體管第三代（1978-1983）16位的微處理器和微型電子計算機Intel 8086 29000個晶體管M68000 68000個晶體管Z8000 37500個晶體管第四代（1984-）32位的微處理器和微型電子計算機代表機型：Intel 80286Intel 80386MC68020摩爾定律每18個月微處理器內部的晶體管

5、數(shù)量擴大一倍，計算機的性能將翻一番，而芯片的價格保持不變1.3 我國電子計算機的發(fā)展1973年，中國第一臺百萬次集成電路電子計算機研制成功1983年，銀河I號巨型計算機研制成功，運算次數(shù)達到每秒1億次1987年，第一臺國產286微機-長城286正式推出1988年，第一臺國產386微機-長城386正式推出我國電子計算機的發(fā)展1993年，中國第一臺10億次巨型銀河計算機II型通過鑒定，并于次年在國家氣象局投入正式運行1995年，曙光1000型大型機通過鑒定，其峰值可以達到每秒25億次1997年，銀河III并行巨型機研制成功1999年，銀河四代巨型機研制成功2000年，自行研制成功“神威I”高性能計

6、算機1.4 電子計算機的基本結構、 分類與性能評價1.4.1 計算機硬件的基本組成輸入設備主存儲器控制器運算器程序或數(shù)據CPU主機指令流數(shù)據流輸出設備程序或結果程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、控制信號發(fā)生器輔助存儲器1.4.2 計算機系統(tǒng)的層次結構軟件的分類系統(tǒng)軟件Dos，Windows，UNIX，LINUX，Oracle，SQL程序設計語言匯編語言，Basic，C/C+，Pascal，Java應用軟件人事管理軟件，財務管理軟件等等計算機系統(tǒng)的層次結構實際機器M1具有L1機器語言（機器指令系統(tǒng)）實際機器M1具有L1機器語言（機器指令系統(tǒng)）虛擬機器M2具有L2機器語言（匯編語言）計算機系統(tǒng)的

7、層次結構實際機器M1具有L1機器語言（機器指令系統(tǒng)）虛擬機器M2具有L2機器語言（匯編語言）計算機系統(tǒng)的層次結構虛擬機器M3具有L3機器語言（高級語言）實際機器M1，具有L1機器語言（機器指令系統(tǒng)）虛擬機器M2，具有L2機器語言（匯編語言）計算機系統(tǒng)的層次結構虛擬機器M3 ，具有L3機器語言（高級語言）微程序機器M0，具有L0機器語言（微指令系統(tǒng)）實際機器M1，具有L1機器語言（機器指令系統(tǒng)）虛擬機器M3，具有L3機器語言（匯編語言）計算機系統(tǒng)的層次結構虛擬機器M4 ，具有L4機器語言（高級語言）微程序機器M0，具有L0機器語言（微指令系統(tǒng)）虛擬機器M2，具有L2機器語言（作業(yè)控制語言）虛擬機

8、器M5，具有L5機器語言（應用語言）1.4.3 電子計算機的分類從電子計算機的內部實現(xiàn)來分模擬式電子計算機，數(shù)字式電子計算機從電子計算機的性能來分微型電子計算機，小型電子計算機，中型電子計算機，大型電子計算機，超級電子計算機從電子計算機的用途來分個人電子計算機，工業(yè)控制電子計算機，軍用電子計算機，嵌入式電子計算機按設計目的：專用、通用電子計算機1.4.4 電子計算機的性能評價基本字長主存容量主存容量=存儲單元數(shù)*字長運算速度基本法吉普森法（Gibson）1.4.4 電子計算機的性能評價MIPS（Million Instruction Per Second）CPI（Cycle Per Instr

9、uction）FPOPS（Floating Point Operation Per Second）1.5 電子計算機的特點及應用1.5.1 電子計算機的特點自動連續(xù)地高速運算運算速度快具有記憶能力和邏輯判斷能力運算精度高通用性強1.5.2 計算機的應用科學計算和數(shù)據處理工業(yè)控制和實時控制網絡技術的應用電子商務網絡教育虛擬現(xiàn)實飛行員的方針虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)1.5.2 計算機的應用CAD/CAM/CIMS CAD（Computer Aided Design）按設計任務書的要求，可進行各種設計方案的比較，確定產品結構、外形尺寸、材料選擇、模擬組裝；再對模擬整機進行各種性能測試，包括強度分析、振動分析、運動

10、狀態(tài)分析等；并任意修正，最后從性能的先進性、經濟的合理性、加工的可行性等方面進行論證，獲得最終的設計產品，大大降低了產品設計的成本，縮短了產品的設計周期，最大限度地降低了產品設計的風險。因此，CAD技術已被各種制造業(yè)廣泛應用。 1.5.2 計算機的應用 CAM（Computer Aided Manufacturing）是以數(shù)控機床為主體，利用存有全部加工資料的的數(shù)據庫，如刀具、夾具和各種零件的加工程序，以及在加工過程中的自動換刀及加工數(shù)據的控制。目前人們已經將數(shù)控、物料流控制及存儲、機器人、柔性制造、生產過程仿真等計算機相關控制技術統(tǒng)稱為計算機輔助制造。1.5.2 計算機的應用 CIMS（Co

11、mputer Integrated Manufacturing Systems）是信息技術和現(xiàn)代管理技術改造傳統(tǒng)制造業(yè)、加強新興制造業(yè)、提高企業(yè)市場競爭能力的一種生產模式。具體而言，以企業(yè)選定的產品為龍頭，在產品設計過程、管理決策過程、加工制造過程、產品質量管理和控制等過程中，采用計算機輔助技術和先進的科學管理方法，在計算機網絡和數(shù)據庫的支持下，實現(xiàn)系統(tǒng)集成，進而使企業(yè)優(yōu)化運行，達到產品上市快，質量好，成本低、服務好的目的，以此提高產品的市場占有率和企業(yè)的市場競爭能力。1.5.2 計算機的應用多媒體技術人工智能 美文欣賞幸福語錄 遭遇苦難的時候，別急著為自己抱不平。有的禮物，常以遭難的面容現(xiàn)身。 威脅看似好用，但以力服人，都只是一是有效。 記憶有美化的功能，得不到的最美