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计 算 机 组 成 技 术,张 宇 电话： 86413683 转 809 地址：综合楼609 电子信箱：,参考书目,计算机组成原理，唐朔飞编著，高等教育出版社出版 IBM PC 汇编语言程序设计（第二版），沈美明、温冬婵编著，清华大学出版社出版,第一章 绪论,电子计算机的产生与发展 微型电子计算机的发展 我国电子计算机的发展 电子计算机的基本结构、分类与性能评价 电子计算机的特点及应用 电子计算机的新进展,1.1电子计算机的产生与发展,电子计算机产生之前计算工具的发展 手动计算工具：算盘 机械式计算工具：手摇台式计算机 1642年，法数学家Pascal始创； 1673年，德数学家Leibnitz改进。 1812年，英数学家Babbage，差分机 1871年，英数学家Babbage，分析机 机电式计算工具：1944年IBM公司MARK I(电动、齿轮、继电器构成),“古代”计算机的特点,计算速度慢 出现错误多,图灵（Turing）,冯诺依曼 （John Von Neuman）,两位杰出的计算机科学家,1.1.2 现代电子计算机的发展,第一代计算机（1946-1958）电子管时代 ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Calculator） EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）,第二代计算机（1958-1965）晶体管时代 第三代计算机（1965-1970）集成电路时代 第四代计算机（1970- ）大规模集成电路时代,各时期计算机的比较（1）,各时期计算机的比较（2）,1.2 微型电子计算机的发展,第一代（1971-1972） 4位的微处理器和微型电子计算机 Intel 4004 2300个晶体管,第二代（1972-1977） 8位的微处理器和微型电子计算机 Intel 8008 3300个晶体管 Intel 8080 4900个晶体管 M6800 6800个晶体管 Z80 10000个晶体管,第三代（1978-1983） 16位的微处理器和微型电子计算机 Intel 8086 29000个晶体管 M68000 68000个晶体管 Z8000 37500个晶体管,第四代（1984-） 32位的微处理器和微型电子计算机 代表机型： Intel 80286 Intel 80386 MC68020,摩尔定律,每18个月微处理器内部的晶体管数量扩大一倍，计算机的性能将翻一番，而芯片的价格保持不变,1.3 我国电子计算机的发展,1973年，中国第一台百万次集成电路电子计算机研制成功 1983年，银河I号巨型计算机研制成功，运算次数达到每秒1亿次 1987年，第一台国产286微机-长城286正式推出 1988年，第一台国产386微机-长城386正式推出,1993年，中国第一台10亿次巨型银河计算机II型通过鉴定，并于次年在国家气象局投入正式运行 1995年，曙光1000型大型机通过鉴定，其峰值可以达到每秒25亿次 1997年，银河III并行巨型机研制成功 1999年，银河四代巨型机研制成功 2000年，自行研制成功“神威I”高性能计算机,1.4 电子计算机的基本结构、 分类与性能评价,1.4.1 计算机硬件的基本组成,输入设备,主存储器,控制器,运算器,程序或数据,CPU,主机,指令流,数据流,输出设备,程序或结果,程序计数器、指令寄存器、指令译码器、控制信号发生器,辅助存储器,1.4.2 计算机系统的层次结构,软件的分类 系统软件 Dos，Windows，UNIX，LINUX，Oracle，SQL 程序设计语言 汇编语言，Basic，C/C+，Pascal，Java 应用软件 人事管理软件，财务管理软件等等,计算机系统的层次结构,实际机器M1 具有L1机器语言（机器指令系统）,实际机器M1 具有L1机器语言（机器指令系统）,虚拟机器M2 具有L2机器语言（汇编语言）,计算机系统的层次结构,实际机器M1 具有L1机器语言（机器指令系统）,虚拟机器M2 具有L2机器语言（汇编语言）,计算机系统的层次结构,虚拟机器M3 具有L3机器语言（高级语言）,实际机器M1，具有L1机器语言（机器指令系统）,虚拟机器M2，具有L2机器语言（汇编语言）,计算机系统的层次结构,虚拟机器M3 ，具有L3机器语言（高级语言）,微程序机器M0，具有L0机器语言（微指令系统）,实际机器M1，具有L1机器语言（机器指令系统）,虚拟机器M3，具有L3机器语言（汇编语言）,计算机系统的层次结构,虚拟机器M4 ，具有L4机器语言（高级语言）,微程序机器M0，具有L0机器语言（微指令系统）,虚拟机器M2，具有L2机器语言（作业控制语言）,虚拟机器M5，具有L5机器语言（应用语言）,1.4.3 电子计算机的分类,从电子计算机的内部实现来分 模拟式电子计算机，数字式电子计算机 从电子计算机的性能来分 微型电子计算机，小型电子计算机，中型电子计算机，大型电子计算机，超级电子计算机 从电子计算机的用途来分 个人电子计算机，工业控制电子计算机，军用电子计算机，嵌入式电子计算机 按设计目的：专用、通用电子计算机,1.4.4 电子计算机的性能评价,基本字长 主存容量 主存容量=存储单元数*字长 运算速度 基本法 吉普森法（Gibson）,1.4.4 电子计算机的性能评价,MIPS（Million Instruction Per Second） CPI（Cycle Per Instruction） FPOPS（Floating Point Operation Per Second）,1.5 电子计算机的特点及应用,1.5.1 电子计算机的特点,自动连续地高速运算 运算速度快 具有记忆能力和逻辑判断能力 运算精度高 通用性强,1.5.2 计算机的应用,科学计算和数据处理 工业控制和实时控制 网络技术的应用 电子商务 网络教育 虚拟现实 飞行员的方针虚拟现实系统,1.5.2 计算机的应用,CAD/CAM/CIMS CAD（Computer Aided Design）按设计任务书的要求，可进行各种设计方案的比较，确定产品结构、外形尺寸、材料选择、模拟组装；再对模拟整机进行各种性能测试，包括强度分析、振动分析、运动状态分析等；并任意修正，最后从性能的先进性、经济的合理性、加工的可行性等方面进行论证，获得最终的设计产品，大大降低了产品设计的成本，缩短了产品的设计周期，最大限度地降低了产品设计的风险。因此，CAD技术已被各种制造业广泛应用。,1.5.2 计算机的应用,CAM（Computer Aided Manufacturing）是以数控机床为主体，利用存有全部加工资料的的数据库，如刀具、夹具和各种零件的加工程序，以及在加工过程中的自动换刀及加工数据的控制。目前人们已经将数控、物料流控制及存储、机器人、柔性制造、生产过程仿真等计算机相关控制技术统称为计算机辅助制造。,1.5.2 计算机的应用,CIMS（Computer Integrated Manufacturing Systems）是信息技术和现代管理技术改造传统制造业、加强新兴制造业、提高企业市场竞争能力的一种生产模式。具体而言，以企业选定的产品为龙头