计算机组成第一章.ppt

计算机组成与系统结构综述,1,本章介绍计算机组成和系统结构的基本概念、一些常用的术语、计算机的历史和发展趋势、计算机的性能评价及计算机的种类。,计算机组成与系统结构综述,1.1 概述 1.2 一些基本术语的定义 1.3 计算机发展简史 1.4 计算机的性能评价 1.5 计算机的种类 1.6 本学期讲授内容,1.1 概述,1.1.1 计算机系统的基本组成 1.1.2 计算机语言和编译器 1.1.3 计算机组成和系统结构 1.1.4 处理机构成和工作过程,1.1.1 计算机系统的基本组成,计算机硬件组成 计算机工作原理 计算机系统组成,计算机硬件组成,输入设备,输出设备,运算器,内存,控制器,控制,指令,数据,CPU,运算器,控制器,主机,运算器,内存,控制器,主机应用,汽车电子中的MCU/DSP,输入设备,键盘 鼠标 读取设备 扫描仪 数码照相机 数码摄影机 音频数字转换器 气味数字化仪 各种数字化传感器,输出设备,显示器 投影仪 打印机 绘图仪 有声输出 控制设备,内存,只读存储器(ROM) 可读可写存储器(RAM),有记忆能力的存储器是个好东西，但是具有忘记能力的存储器 才是真正的伟大的发明。,一、看懂内存条 我们平常所说的“内存”大都是指“内存条”。那么什么是“内存条”呢？常见的“内存条”又有哪些类型呢？ 1内存条的诞生 当CPU在工作时，需要从硬盘等外部存储器上读取数据，但由于硬盘这个“仓库”太大，加上离CPU也很“远”，运输“原料”数据的速度就比较慢，导致CPU的生产效率大打折扣！为了解决这个问题，人们便在CPU与外部存储器之间，建了一个“小仓库”内存。 内存虽然容量不大，一般只有几十MB到几百MB，但中转速度非常快，如此一来，当CPU需要数据时，事先可以将部分数据存放在内存中，以解CPU的燃眉之急。由于内存只是一个“中转仓库”，因此它并不能用来长时间存储数据。 2常见的内存条 目前PC中所用的内存主要有SDRAM、DDR SDRAM、RDRAM等三种类型。 曾经主流SDRAM SDRAM（Synchronous DRAM）即“同步动态随机存储器”。SDRAM内存条的两面都有金手指，是直接插在内存条插槽中的，因此这种结构也叫“双列直插式”，英文名叫“DIMM”。目前绝大部分内存条都采用这种“DIMM”结构。 随着处理器前端总线的不断提高，SDRAM已经无法满足新型处理器的需要了，早已退出了主流市场。 今日主流DDR SDRAM DDR SDRAM（简称DDR）是采用了DDR（Double Data Rate SDRAM，双倍数据速度）技术的SDRAM，与普通SDRAM相比，在同一时钟周期内，DDR SDRAM能传输两次数据，而SDRAM只能传输一次数据。 从外形上看DDR内存条与SDRAM相比差别并不大，它们具有同样的长度与同样的引脚距离。只不过DDR内存条有184个引脚，金手指中也只有一个缺口，而SDRAM内存条是168个引脚，并且有两个缺口。,外存,U盘 磁盘 光盘 磁带,计算机工作原理,取指令,分析指令,执行指令,计算机系统组成,硬件,系统软件,应用软件,1.1.2 计算机语言和编译器,硬件,图 1.2,or,各种计算机语言的形式,高级语言,汇编语言,机器语言,adder(float *x,float s) int i; for(i=0;i100;i+) xi=xi+s; ,Add r1,r2,r3 st r3 ,(sp+100) ld r5,(sp) mov r3.0 . . .,1111110000011111110 1111000000110101011 1111011110001011110 1100010111000101101 0010111110000110101 1001011100100101010 1100101101010010100 1101010101001010101 . . .,1.1.3 计算机组成和系统结构,计算机组成:涉及计算机的硬件结构，包括 硬件部件的构造和如何连接这些部件组成 一个计算机系统。见图1.1。 计算机系统结构是从程序员的角度观察计 算机系统具有哪些特征，如指令系统 及格式、程序可以访问的所有寄存器 、数据类型及格式、存储器空间，等 等。,1.1.4 处理机构成和工作过程,ALU,M U X,M U X,M U X,IR,寄存 器堆,PC,控制部件,图1.3,地址总线,数据总线,控制线,存储器,处理机,001110,001110,001110,011110,001111,000010,1.2 一些基本术语的定义,表 1.1 K,M,G,T,m,u,n,p 的定义,单位,通常意义（十进制）,用来表示2的幂,K(kilo) 103 2 10=1024 M(mega) 106 220=1048576 G(giga) 109 230=1073741824 T(tera) 1012 240=1099511627776,m(mill) 10-3 u(micro) 10-6 n(nano) 10-9 p(pico) 10-12,1.3 计算机发展简史,电子管计算机 晶体管计算机 小规模集成电路计算机 大规模集成电路计算机 超大规模集成电路计算机 甚大规模集成电路计算机,1.4 计算机的性能评价,衡量计算机性能的一个指标是看计算机执行某个或某些程序时 需要用多长的执行时间。执行时间越短，性能越好，即性能等 于所需执行时间的倒数。程序的执行时间可由下式算出： （1） 执行时间 T=I * CPI * TPC I 是程序执行时的动态指令条数， CPI(Cycles Per Instruction) 是每条指令执行所需周期的平均值， TPC(Time Per Cycle) 是每个周期的时间长度。 例如，设某个处理机要执行10亿条指令，每条指令执行平 均需要4.50个时钟周期，时钟频率为500MHz，则, TPC=1/(500 * 106)=2 * 10-9s。执行时间为： T=109 * 4.50 * 2 * 10-9=9.00s,（2） IPC(Instructions Per Cycle) IPC=1/CPI 如上例，CPI=4.50, 则 IPC=0.22。 IPC的值越大，计算机 的性能越高。如以后介绍的超标量计算机， IPC 1。 （3）MIPS(Million Instructions Per Second) 即每秒执行多少百万条指令。 MIPS=执行指令数/执行时间(s) *106 或 MIPS=IPC*时钟频率（MHz) 如上例，执行10亿条指令，所需执行时间是9.00s，则， MIPS=109 /(9 *106)=111.11， 与此相对应，衡量浮点处理机的指标是: （4）MFLOPS=(Million Floating-Point Operations Per Second) 即每秒执行多少百万个浮点操作。 （5）加速比S(Speedup),S=改进后的性能/改进前的性能，或 S=改进前的执行时间/改进后的执行时间。S 1的。 介绍流水线技术时，详细说明此指标。,1.5 计算机的种类,桌面计算机 （Desktop Comput