计算机组成原理No21、2章

1、计算机组成原理计算机组成原理Principles of Computer Composition2一、一、计算机系统概述计算机系统概述31 1、计算机系统简介、计算机系统简介计算机系统由硬件系统和软件系统构成。计算机系统由硬件系统和软件系统构成。 计算机硬件（计算机硬件（HardwareHardware）是指构成计算机的所有实体部）是指构成计算机的所有实体部件的集合，通常这些部件由电路（电子元件）、机械等物件的集合，通常这些部件由电路（电子元件）、机械等物理部件组成理部件组成n软件（软件（Software)Software)：计算机系统中使用的各种程序，软件：计算机系统中使用的各种程序，软件系

2、统是指挥计算机硬件系统工作的程序集合。系统是指挥计算机硬件系统工作的程序集合。 n计算机的软件通常又分为两大类：系统软件和应用软件。计算机的软件通常又分为两大类：系统软件和应用软件。42 2、计算机系统的层次结构、计算机系统的层次结构 应应用用程程序序 操操作作系系统统 实实现现 指指令令系系统统 组组成成 编编译译 软件软件硬件硬件计算机系统按功能计算机系统按功能划分成多级层次。划分成多级层次。52 2、计算机系统的层次结构、计算机系统的层次结构n现代计算机的工作过程通常是先由用户用高级语言编写程现代计算机的工作过程通常是先由用户用高级语言编写程序（称作源程序），然后将它和数据一起送入计算机

3、内，序（称作源程序），然后将它和数据一起送入计算机内，再由计算机将其翻译成机器能识别的机器语言程序（称作再由计算机将其翻译成机器能识别的机器语言程序（称作目标程序），机器自动执行该机器语言程序，并将计算机目标程序），机器自动执行该机器语言程序，并将计算机结果输出。结果输出。62 2、计算机系统的层次结构、计算机系统的层次结构n一级层次结构的计算机系统一级层次结构的计算机系统 n早期的计算机只有机器语言，用户必须用二进制早期的计算机只有机器语言，用户必须用二进制0/10/1代码代码来编写程序（即机器语言程序）。来编写程序（即机器语言程序）。72 2、计算机系统的层次结构、计算机系统的层次结构n两

4、级层次结构的计算机系统两级层次结构的计算机系统n2020世纪世纪5050年代开始出现了符号式语言。用符号表示指令或年代开始出现了符号式语言。用符号表示指令或数据所在存储空间的地址，机器不能直接识别这种汇编语数据所在存储空间的地址，机器不能直接识别这种汇编语言程序，由机器系统软件中的汇编程序来完成程序翻译。言程序，由机器系统软件中的汇编程序来完成程序翻译。n把具有翻译功能的汇编程序的计算机看作是一台虚拟机，把具有翻译功能的汇编程序的计算机看作是一台虚拟机，则整个计算机系统便具有两级层次结构。则整个计算机系统便具有两级层次结构。 82 2、计算机系统的层次结构、计算机系统的层次结构n三级层次结构的

5、计算机系统三级层次结构的计算机系统n直接用高级语言来编程。直接用高级语言来编程。n必须先将高级语言程序翻译成汇编语言程序（或必须先将高级语言程序翻译成汇编语言程序（或其他中间语言程序），然后再将其翻译成机器语其他中间语言程序），然后再将其翻译成机器语言程序。也可将高级语言程序直接翻译成机器语言程序。也可将高级语言程序直接翻译成机器语言程序。言程序。92 2、计算机系统的层次结构、计算机系统的层次结构102 2、计算机系统的层次结构、计算机系统的层次结构n四级层次结构的计算机系统四级层次结构的计算机系统nM1M1机器内部也可向下延伸而形成下一级的微程序机器机器内部也可向下延伸而形成下一级的微程序

6、机器M0M0。M0M0是直接将是直接将M1M1机器中的每一条机器指令翻译成一组微指令，机器中的每一条机器指令翻译成一组微指令，即构成一个微程序。即构成一个微程序。M0M0机器每执行完对应于一条机器指令机器每执行完对应于一条机器指令的一个微程序后，便由的一个微程序后，便由M1M1机器中的下一条机器指令，使机器中的下一条机器指令，使M0M0机器自动进入与其相对应的另一个微程序的执行。机器自动进入与其相对应的另一个微程序的执行。112 2、计算机系统的层次结构、计算机系统的层次结构122 2、计算机系统的层次结构、计算机系统的层次结构n五级计算机系统的层次结构。五级计算机系统的层次结构。n在实际机器

7、在实际机器M1M1与虚拟机器与虚拟机器M2M2之间，还有一级虚拟机器，它之间，还有一级虚拟机器，它是由操作系统软件构成的。是由操作系统软件构成的。n操作系统的功能是通过其控制语言来实现的。操作系统的功能是通过其控制语言来实现的。132 2、计算机系统的层次结构、计算机系统的层次结构142 2、计算机系统的层次结构、计算机系统的层次结构 计算机系统按功能划分成计算机系统按功能划分成5 5级层次，每一级各对应一种级层次，每一级各对应一种机器。机器。 从某一层次的观察者看来，他只通过该层次的语言来了从某一层次的观察者看来，他只通过该层次的语言来了解和使用计算机，不必关心下几层的机器是如何工作和实现解

8、和使用计算机，不必关心下几层的机器是如何工作和实现各自功能的。各自功能的。2 2、计算机系统的层次结构、计算机系统的层次结构15软件软件硬件硬件由硬件直接执行微指令由硬件直接执行微指令微指令系统微指令系统-微程序机器微程序机器M0逻辑设计员逻辑设计员用编译程序翻译用编译程序翻译成汇编语言程序成汇编语言程序高级语言高级语言-虚拟机器虚拟机器 M4高级语言程序员高级语言程序员用汇编程序翻译用汇编程序翻译成机器语言程序成机器语言程序汇编语言汇编语言-虚拟机器虚拟机器 M3汇编语言程序员汇编语言程序员用机器语言解释操作系统用机器语言解释操作系统操作系统操作系统-虚拟机器虚拟机器 M2操作员操作员用微指

9、令解释机器指令用微指令解释机器指令机器指令机器指令-实际机器实际机器 M1机器语言程序员机器语言程序员由软件实现的由软件实现的虚拟机器虚拟机器。由硬件实现的由硬件实现的实际机器实际机器。是我们将要学习的！是我们将要学习的！虚拟机：虚拟机：是一个由软件实现是一个由软件实现的抽象计算机，的抽象计算机，不同软件（语言）不同软件（语言）角度获得不同角度获得不同层次的虚拟机。层次的虚拟机。163 3、计算机的基本组成、计算机的基本组成计算机系统结构计算机系统结构 Computer ArchitectureComputer Architecture 是从计算机系统的外部来研究计算机的一门学科。是从计算机系

10、统的外部来研究计算机的一门学科。 从程序员角度观察到的计算机外特性从程序员角度观察到的计算机外特性 概念性的属概念性的属性和功能。性和功能。 对不同虚拟机层次程序员看到的外特性不完全相同。对不同虚拟机层次程序员看到的外特性不完全相同。透明性：在计算机技术中，一种本来是存在的事物或属透明性：在计算机技术中，一种本来是存在的事物或属性，但从某角度看似乎不存在，称为透明性现象。性，但从某角度看似乎不存在，称为透明性现象。计算机组成计算机组成 Principles of Computer Composition（学习）学习） 是从计算机系统的内部来研究计算机构成的。是从计算机系统的内部来研究计算机构成

11、的。 从逻辑设计人员的角度来研究计算机各组成部分的构成从逻辑设计人员的角度来研究计算机各组成部分的构成和互联。和互联。 研究主要内容：运算方法、研究主要内容：运算方法、CPUCPU组成、主存储器、输入组成、主存储器、输入/ /输出设备及接口等。输出设备及接口等。计算机实现计算机实现computer implementationcomputer implementation 计算机组成的物理实现。计算机组成的物理实现。17冯冯诺依曼计算机的特点诺依曼计算机的特点当代计算机体系结构形式是当代计算机体系结构形式是冯冯. .诺依曼诺依曼等人提出了等人提出了计算机设计的一计算机设计的一些基本思想些基本思

12、想，到目前为止大多数计算机仍沿用这一体制。，到目前为止大多数计算机仍沿用这一体制。 冯冯. .诺依曼体制特点：诺依曼体制特点：1 1、计算机由、计算机由运算器运算器、控制器控制器、存储器存储器、输入设备、输出设备输入设备、输出设备五大五大基本部件组成。基本部件组成。2 2、引入、引入存储程序存储程序概念。（计算机不仅可以存储数据也可以存储程概念。（计算机不仅可以存储数据也可以存储程序）序） 将程序事先存入主存储器中，计算机在工作时自动高速从存将程序事先存入主存储器中，计算机在工作时自动高速从存储器中取出指令加以执行。储器中取出指令加以执行。3 3、指令由、指令由操作码操作码和和地址码地址码组成

13、。组成。 指令在计算机中是顺序执行的，并受指令在计算机中是顺序执行的，并受PCPC的统一控制。的统一控制。4 4、指令和数据均用、指令和数据均用二进制二进制表示。表示。5 5、指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访。、指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访。18计算机的硬件框图计算机的硬件框图典型冯典型冯. .诺依曼计算机结构以运算器为中心：诺依曼计算机结构以运算器为中心： 输入输出设备与存储器之间的数据传送都途径运算器。输入输出设备与存储器之间的数据传送都途径运算器。 运算器、存储器、输入输出设备的操作以及它们之间的联运算器、存储器、输入输出设备的操作以及它们之间的联系都由控制器

14、集中控制。系都由控制器集中控制。 存存储储器器 输输出出 输输入入 运运算算器器 控控制制器器 数数据据线线路路 控控制制信信号号 19计算机的硬件框图计算机的硬件框图现在的计算机结构（冯现在的计算机结构（冯. .诺依曼结构）诺依曼结构）不改变的：存储程序（精华）不改变的：存储程序（精华）改变的是：以存储器为中心，总线结构，分散控制。改变的是：以存储器为中心，总线结构，分散控制。输入设备输入设备控制器控制器存储器存储器输出设备输出设备运算器运算器地址地址指令指令数据数据结果结果反馈信息反馈信息操作指令操作指令控制信号控制信号请求信号请求信号控制信号控制信号请求信号请求信号203 3、计算机系统

15、的组成：硬件系统、计算机系统的组成：硬件系统(1)CPU(1)CPU（运算器、控制（运算器、控制器、器、CacheCache）(2)(2)存储系统（高速缓存储系统（高速缓存、主存储器、外存、主存储器、外存设备）存设备）(3)(3)输入输入/ / 输出设备等输出设备等主要组成部分主要组成部分 通过总线和接口连通过总线和接口连接在一起，构成一接在一起，构成一台完整的计算机。台完整的计算机。系系统统总总线线存储器存储器运算器运算器控制器控制器接口与通信接口与通信输入设备输入设备输出设备输出设备213 3、计算机系统的组成：硬件系统、计算机系统的组成：硬件系统计算机进行解题的过程完全和我们人用算盘解题

16、的情况类似：计算机进行解题的过程完全和我们人用算盘解题的情况类似：运算器：运算器：相当于相当于算盘算盘，具有，具有计算计算功能的部件。功能的部件。存储器存储器：相当于：相当于纸纸，具有，具有记忆记忆功能的部件。功能的部件。输入设备输入设备或者或者输出设备输出设备：相当于：相当于笔笔，把原始解题数据送到计，把原始解题数据送到计算机或者把运算结果显示出来的设备。算机或者把运算结果显示出来的设备。控制器控制器：相当与我们人的：相当与我们人的大脑大脑，能够自动控制整个计算过程，能够自动控制整个计算过程的。的。223 3、计算机系统的组成：硬件系统、计算机系统的组成：硬件系统运算器运算器: 是计算机中进

17、行数据加工的部件。是计算机中进行数据加工的部件。其主要功能包括：其主要功能包括：1、执行数值数据的、执行数值数据的 加加 减减 乘乘 除除 等等算术运算算术运算，执行逻辑数据，执行逻辑数据的的 与与 或或 非非 等等逻辑运算逻辑运算， 所有的运算功能由一个被称为所有的运算功能由一个被称为 ALU（算术逻辑单元）（算术逻辑单元）的的线路完成。线路完成。 功能强的功能强的ALU还能执行定点运算、浮点运算，甚至向量还能执行定点运算、浮点运算，甚至向量运算。运算。2、暂时存放暂时存放参加运算的数据和参加运算的数据和中间结果中间结果。 （由多个通用寄存器来完成）（由多个通用寄存器来完成）233 3、计算

18、机系统的组成：硬件系统、计算机系统的组成：硬件系统控制器：控制器：是计算机的管理机构和指挥中心。是计算机的管理机构和指挥中心。（人的大脑人的大脑）控制计算机的各个部件，控制计算机的各个部件，对运算器、存储器、输入对运算器、存储器、输入/输出设备等部件发出有关操作命令。输出设备等部件发出有关操作命令。功能：功能：1、正确执行每条指令（单个指令）、正确执行每条指令（单个指令）先取一条指令、先取一条指令、分析这条指令、分析这条指令、再按指令格式和功能执行这条指令。再按指令格式和功能执行这条指令。2、保证指令按规定序列自动连续执行。、保证指令按规定序列自动连续执行。（多个指令）（多个指令）3、对异常情

19、况和请求及时响应和处理。、对异常情况和请求及时响应和处理。系系统统总总线线存储器存储器运算器运算器控制器控制器接口与通信接口与通信输入设备输入设备输出设备输出设备243 3、计算机系统的组成：硬件系统、计算机系统的组成：硬件系统存储器：存储器：是存放程序和数据的部件，它具有是存放程序和数据的部件，它具有记忆记忆作用。作用。三级存储系统三级存储系统：高速缓冲存储器、高速缓冲存储器、主存储器、主存储器、辅助存储器辅助存储器。这三级存储器所用的存储介质这三级存储器所用的存储介质（半导体材料，磁性材料），（半导体材料，磁性材料），工作原理和特性各不相同。工作原理和特性各不相同。系系统统总总线线存储器存

20、储器运算器运算器控制器控制器接口与通信接口与通信输入设备输入设备输出设备输出设备253 3、计算机系统的组成：硬件系统、计算机系统的组成：硬件系统存储器存储器是是存储单元存储单元的集合。的集合。存储器的基本操作：存储器的基本操作：读读/写写，统称为，统称为访问访问。每个存储单元都有一个编号，称为每个存储单元都有一个编号，称为“地址地址”。存储器的容量：存储器的容量：存储器所有存储单元的总数（通常以存储器所有存储单元的总数（通常以字节字节为单位）。为单位）。例如：例如：宾馆的房间号码是地址，宾馆的房间号码是地址，每个房间里的床位相当于存储的一位数据。每个房间里的床位相当于存储的一位数据。1KB（

21、210字节字节）1MB（220字节）字节）1GB（230字节）字节）1TB（240字节）字节）存储单元地址存储单元地址：每个存储单元赋予一个地址：每个存储单元赋予一个地址存储字：存储字：存储单元中二进制代码的组合存储单元中二进制代码的组合存储字长：存储字长：存储单元中二进制代码的位数存储单元中二进制代码的位数8位；位；16位；位；32位；位；64位位10110010存储单元存储单元（房间）（房间）存储位（床位：有人存储位（床位：有人/无人）无人）存储器存储器（大楼）（大楼）地址地址263 3、计算机系统的组成：硬件系统、计算机系统的组成：硬件系统输入设备：输入设备：向计算机向计算机送入程序和数

22、据送入程序和数据的，有一定独立功能的的，有一定独立功能的设备。设备。它通过它通过接口接口和和总线总线与计算机连通，用于人机交互联系，把人与计算机连通，用于人机交互联系，把人们所熟悉的某种数据变换成机器内部所能接收和识别的二们所熟悉的某种数据变换成机器内部所能接收和识别的二进制数据。进制数据。例如：键盘、鼠标等。例如：键盘、鼠标等。系系统统总总线线存储器存储器运算器运算器控制器控制器接口与通信接口与通信输入设备输入设备输出设备输出设备273 3、计算机系统的组成：硬件系统、计算机系统的组成：硬件系统输出设备：输出设备：用于送出计算机内部数据的设备。用于送出计算机内部数据的设备。它把计算机的数据以

23、人们能以识别的形式输出。它把计算机的数据以人们能以识别的形式输出。例如：显示器等例如：显示器等系系统统总总线线存储器存储器运算器运算器控制器控制器接口与通信接口与通信输入设备输入设备输出设备输出设备283 3、计算机系统的组成：硬件系统、计算机系统的组成：硬件系统接口接口：通过接口，主机和外设可以并行协调地工作。：通过接口，主机和外设可以并行协调地工作。输入输入/ /输出设备通常称为输出设备通常称为外围设备外围设备。其种类繁多，数据传送方式和速。其种类繁多，数据传送方式和速度差异也很大，因此它度差异也很大，因此它不能直接同计算机相连接不能直接同计算机相连接，而要通过，而要通过接口接口与与主机相

24、连接。主机相连接。例如：例如：网卡、声卡、显卡等。网卡、声卡、显卡等。系统总线：系统总线：是是构成计算机系统的骨架，构成计算机系统的骨架，是多个系统部件之间进行数据传送的是多个系统部件之间进行数据传送的公公共通道共通道。借助系统总线的连接，计算机在各系统借助系统总线的连接，计算机在各系统部件之间实现地址部件之间实现地址、数据、控制数据、数据、控制数据的的传送。传送。例如：主板例如：主板系系统统总总线线存储器存储器运算器运算器控制器控制器接口与通信接口与通信输入设备输入设备输出设备输出设备294 4、计算机硬件的主要技术指标、计算机硬件的主要技术指标计算机硬件的三个主要技术指标：计算机硬件的三个

25、主要技术指标：n机器字长：机器字长：字长是指计算机的运算部件能同时处理的二进字长是指计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数。通常是字节的整倍数。制数据的位数。通常是字节的整倍数。通常与通常与CPU的寄的寄存器位数有关。存器位数有关。n字长与计算机的功能和用途有很大的关系，字长决定了计字长与计算机的功能和用途有很大的关系，字长决定了计算机的运算精度。算机的运算精度。30nIntelX86数据总线、寄存器位宽数据总线、寄存器位宽314 4、计算机硬件的主要技术指标、计算机硬件的主要技术指标运算速度：运算速度： 主频：主频：CPUCPU时钟周期的倒数时钟周期的倒数 MIPSMIPS：每秒执行百

26、万条指令每秒执行百万条指令 FLOPSFLOPS：每秒浮点运算次数每秒浮点运算次数 CPICPI：执行一条指令所需时钟周期数执行一条指令所需时钟周期数由于各种指令执行时间不同：某计算机的统计结果为由于各种指令执行时间不同：某计算机的统计结果为1 109nV= 0.3200+0.2 400+0.1 2500+0.2 300 +0.2 250n =2 106条条=2MIPS n即平均每秒能执行即平均每秒能执行200万条机器指令万条机器指令324 4、计算机硬件的主要技术指标、计算机硬件的主要技术指标n例题：例题：n设某甲机主频为设某甲机主频为200MHZ，平均每，平均每5个时钟执行完一条个时钟执行

27、完一条指令，问该机平均指令执行速度为多少指令，问该机平均指令执行速度为多少MIPS解：（解：（200/5）106= 40 MIPS若乙机主频为若乙机主频为300MHZ，其它条件不变，问其，其它条件不变，问其MIPS是是n多少？多少？n（300/5）106= 60 MIPS334 4、计算机硬件的主要技术指标、计算机硬件的主要技术指标存储容量：存储容量：存放二进制信息的总位数存放二进制信息的总位数（通常用字节表示，包括主存与辅存）（通常用字节表示，包括主存与辅存） 存储单元个数存储单元个数 存储字长存储字长通常以字节数表示主存的容量或外存的容量：通常以字节数表示主存的容量或外存的容量： 1KB=

28、1024B=210B 1MB=1024KB=220B=1048576B 1GB=1024MB=230B=1073741824B 1TB=1024GB=240B=1099511627776B作业作业n课后习题课后习题3435二、二、 计算机的发展及应用计算机的发展及应用361 1、计算机发展史、计算机发展史从器件发展而言，从器件发展而言，经历了四次更新换代经历了四次更新换代 电子管、继电器存储电子管、继电器存储 晶体管磁介质存储晶体管磁介质存储 集成电路集成电路 大规模和超大规模集成电路大规模和超大规模集成电路 从结构的发展而言，经历了：从结构的发展而言，经历了： 单个单个CPUCPU单机系统单

29、机系统 流水线机流水线机 多处理机多处理机 大规模大规模的并行处理机的并行处理机从技术的发展上而言，经历了：从技术的发展上而言，经历了： 变址技术变址技术 中断技术中断技术 微程序技术微程序技术 缓冲技术共享缓冲技术共享 重用技术重用技术 虚拟技术虚拟技术 371 1、计算机发展史、计算机发展史类型类型时期时期主要器件主要器件重重 要要 特特 征征第一代第一代1946-1958电子管电子管机器语言汇编语言，速度低体机器语言汇编语言，速度低体积大，价格贵可靠性差，用于积大，价格贵可靠性差，用于科学计算科学计算第二代第二代1958-1964晶体管晶体管算法语言，操作系统，体积缩算法语言，操作系统，

30、体积缩小，可靠性提高，从科学计算小，可靠性提高，从科学计算扩大到数据处理扩大到数据处理第三代第三代1964-1971中、小规模中、小规模集成电路集成电路体积小，可靠性大大提高，速体积小，可靠性大大提高，速度达几度达几MIPS，软件和外软件和外设发展迅速应用领域扩大设发展迅速应用领域扩大第四代第四代1971-大及超大规大及超大规模集成电路模集成电路速度提高，多机并行处理和计速度提高，多机并行处理和计算机网络迅速发展。算机网络迅速发展。 “微型微型机机” 出现出现381 1、计算机发展史、计算机发展史发展趋势：发展趋势：硬件实现的比例越来越高，软件所占的成本上升。硬件实现的比例越来越高，软件所占的

31、成本上升。硬件实现：速度快，灵活性差；软件实现：速度低，灵活性高。硬件实现：速度快，灵活性差；软件实现：速度低，灵活性高。随着大规模集成电路技术的发展和软件硬化的趋势，要明确划分计随着大规模集成电路技术的发展和软件硬化的趋势，要明确划分计算机系统软、硬件界限已经显得比较困难了。因为任何操作和指令算机系统软、硬件界限已经显得比较困难了。因为任何操作和指令可以由软件来实现，也可以由硬件来实现。可以由软件来实现，也可以由硬件来实现。软硬件比例软硬件比例 软件软件 硬件硬件最少硬件最少硬件 目前计算机目前计算机 不可编程不可编程 发展发展 硬件硬件 软件软件成本成本年代年代391 1、计算机发展史、计

32、算机发展史n世界上第一台电子数字计算机世界上第一台电子数字计算机nENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)，由美国宾夕法尼亚大学于由美国宾夕法尼亚大学于1946年研制成功并投入使用。年研制成功并投入使用。401 1、计算机发展史、计算机发展史41422、第四代计算机微处理器的发展、第四代计算机微处理器的发展nIntel 4004n1971年年1月，月，Intel公司的公司的霍夫霍夫研制成功世界上第一块研制成功世界上第一块4位芯位芯片片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机

33、时代从此开始。微机时代从此开始。n1971年年11月，月，Intel推出推出MCS-4微型计算机系统（包括微型计算机系统（包括4001 ROM芯片、芯片、4002 RAM芯片、芯片、4003移位寄存器芯片和移位寄存器芯片和4004微处理器）微处理器）43Intel 40044004包含包含2300个晶体管，计算性能远远超过当年的个晶体管，计算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为最初售价为200美元。美元。44800819721972年年4 4月，霍夫等人开发出月，霍夫等人开发出第一个第一个8 8位微处理器位微处理器Intel Intel 80088008。由于。由于80088008采用的是

34、采用的是P P沟沟道道MOSMOS微处理器，因此仍属第微处理器，因此仍属第一代微处理器。一代微处理器。 458080 第二代微处理器第二代微处理器 1973年年8月，霍夫等人研制出月，霍夫等人研制出8位微处理器位微处理器Intel 8080，以以N沟道沟道MOS电路取代了电路取代了P沟道，第二代微处理器就此沟道，第二代微处理器就此诞生。诞生。 主频主频2MHz的的8080芯片运算速度比芯片运算速度比8008快快10倍，可存倍，可存取取64KB存储器，使用了基于存储器，使用了基于6微米技术的微米技术的6000个晶体管，个晶体管，处理速度为处理速度为0.64MIPS。 46Intel 8086 第

35、三代微处理器第三代微处理器n1978年年6月，月，Intel推出推出4.77MHz的的8086微处理器，标志着微处理器，标志着第三代微处理器问世。它采用第三代微处理器问世。它采用16位寄存器、位寄存器、16位数据总线位数据总线和和29000个个3微米技术的晶体管，售价微米技术的晶体管，售价360美元。美元。47Z80微处理器微处理器nZilog公司于公司于1976年开发的年开发的Z80微处理器，广泛用于微型计微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。当时，算机和工业自动控制设备。当时，zilog、Motorola和和Intel在微处理器领域三足鼎立。在微处理器领域三足鼎立。48第一台微型

36、计算机：第一台微型计算机：Altair 8800n1975年年4月，月，MITS发布第一个通用型发布第一个通用型Altair8800，售价，售价375美元，带有美元，带有256B内存，储存能力内存，储存能力4096B。没有屏幕。没有屏幕和键盘，也没有软件。这是世界上第一台微型计算机。和键盘，也没有软件。这是世界上第一台微型计算机。nAltair定位在青年电脑迷市场定位在青年电脑迷市场nBillGates（比尔（比尔盖茨）和盖茨）和PaulAllen（保罗（保罗艾伦）在艾伦）在八周内为八周内为Altair开发出开发出BASIC语言，语言，MITS成为两个未来成为两个未来富翁的第一个客户富翁的第一

37、个客户49Edward Roberts爱德华爱德华罗伯茨罗伯茨50Applen1976年年3月，月，Steve Wozniak(史蒂夫史蒂夫沃兹尼亚克沃兹尼亚克)和和Steve Jobs(史蒂夫史蒂夫乔布斯乔布斯)开发出微型计算机开发出微型计算机Apple I，4月月1日日愚人节这天，两个愚人节这天，两个Steve成立了成立了Apple计算机公司。计算机公司。 nApple II是第一个带有彩色图形的个人计算机，售价为是第一个带有彩色图形的个人计算机，售价为1300美元。美元。Apple II及其系列改进机型风靡一时，这使及其系列改进机型风靡一时，这使Apple成为微型机时代最成功的计算机公司

38、。成为微型机时代最成功的计算机公司。51Steve WozniakSteve Jobs52Steve JobsSteve Wozniak5354Steve JobsSteve Wozniak551981-PC元年元年n早在早在1980年年7月，一个负责月，一个负责“跳棋计划跳棋计划”的的13人小组秘密人小组秘密来到佛罗里达州波克罗顿镇的来到佛罗里达州波克罗顿镇的IBM研究发展中心，开始开研究发展中心，开始开发后来被称为发后来被称为IBM PC的产品。一年后的的产品。一年后的8月月12日，日，IBM公司在纽约宣布第一台公司在纽约宣布第一台IBM PC诞生，这个开创计算机历诞生，这个开创计算机历史

39、新篇章的时刻。史新篇章的时刻。n第一台第一台IBM PC采用了主频为采用了主频为4.77MHz的的Intel 8088n操作系统是操作系统是Microsoft提供的提供的MS-DOSnIBM将其命名为将其命名为“个人电脑个人电脑n（Personal Computer）56从从CPU的发展来看的发展来看 40048008-8086-8088-80186-80286- 80386-80486-586-pentium-PII-PIII-P4n从计算机的规模，运算速度上看，从计算机的规模，运算速度上看，n巨型机、大型机、中型机、小型机、巨型机、大型机、中型机、小型机、n微型机、单片机微型机、单片机57

40、582、第四代计算机微处理器的发展、第四代计算机微处理器的发展型号型号4004400480088008808080808086/80888086/8088802868028680386DX80386DX80486DX80486DXPentiumPentiumPentium ProPentium ProPentium IIPentium IIPentium IIIPentium IIIPentium 4Pentium 4发布日期发布日期197119711972197219741974197819781982198219851985198919891993199319951995199719971

41、999199920002000制造工艺制造工艺PMOSPMOSPMOSPMOSNMOSNMOSNMOSNMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOSBiCMOSBiCMOSBiCMOSBiCMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOS特征尺寸特征尺寸（ m m）101010106 63 31.51.51.51.51.01.00.80.80.350.350.350.350.180.180.180.18集成度集成度（晶体管）（晶体管）2 3002 3003 5003 5006 0006 00029 00029 000134 000134 000275 000275 0001 2

42、00 0001 200 0003 100 0003 100 0005 500 0005 500 0007 500 0007 500 00028 000 00028 000 00042 000 00042 000 000工作频率工作频率108KHz108KHz200kHz200kHz2MHz2MHz5MHz5MHz6MHz6MHz16MHz16MHz25/33MHz25/33MHz60/66MHz60/66MHz150MHz150MHz233MHz233MHz500MHz500MHz1400MHz1400MHz基片面积基片面积（mm2mm2）13.513.515.215.220.020.028.

43、628.668.768.7104104163163264264310310209209140140224224IntelIntel公司部分微处理器的部分工艺参数公司部分微处理器的部分工艺参数 59我国计算机技术的发展我国计算机技术的发展n1953年开始研究，年开始研究，1958年研究出第一台计算机，年研究出第一台计算机，103型通型通用计算机用计算机n50年来相继研究出了第二代，第三代计算机。年来相继研究出了第二代，第三代计算机。n80年代研究出了每秒亿次的巨型机，银河年代研究出了每秒亿次的巨型机，银河I,II,其他如曙其他如曙光天演光天演(清华清华BBS,学校高性能计算中心学校高性能计算中心

44、)。1985年年6月，中月，中国第一台自行研制的微机长城国第一台自行研制的微机长城0520研制成功，其广告词是：研制成功，其广告词是：“一台我们自己制造的能够处理中文的电脑一台我们自己制造的能够处理中文的电脑”。 n在高性能计算，并行计算上已紧跟国际先进水平，但计算在高性能计算，并行计算上已紧跟国际先进水平，但计算机的核心部件机的核心部件CPU技术还远远落后。技术还远远落后。n中科院研究开发的龙芯中科院研究开发的龙芯GODSON60613、计算机分类、计算机分类n计算机的分类计算机的分类n超级计算机超级计算机 用于科学计算领域，用于科学计算领域，Gray-1Gray-1，银河机，银河机n大型计算机大型计算机 多用户的通用计算机多用户的通用计算机n小型计算机小型计算机 体积小、成本低，通用性强体积小、成本低，通用性强n工作站工作站 强大的图形功能强大的图形功能n微型计算机微型计算机 成本低、应用广成本低、应用广n嵌入式计算机嵌入式计算机 成为其它设备的一部分成为其它设备的一部分624、计算机的应用、计算机的应用一、科学计算和数据