组成原理第1章计算机系统概论

计算机结构定义为系统程序员所能见到的计算机硬件特计算机组成是指计算机硬件的具体实本课程与当代先进的计算机技术相结合，是计算机科学与技术

程序、系列机、硬件、软件、固件的概念；计算机系统计算机的性能指标（放第6章.计算机的语言一般可分为三类：机器语言、.用二进制代码表示的计算机语言称为机器语言，机器语言可用二进制代码表示的计算机语言称为机器语言，机器语言可..MOVA,MOVB,5 A,B..不同语言的源程序，对应有不同的语言处理程语言处理方式有汇编程序、编译程序、解释程序三......

运算器控制器cach

ROM

ROPRO 二级cache 存储 硬

EPROME2PROMSRAM 外存储 软

RAM系 键输入设 鼠

光 DRA 外算

软件系

信息管理软应用软 辅助设计软 运算装置－－算存题目、计算步骤、中间结果和最后结果的装置－－纸进行控制的装置－－脑、 器、控制器；此之，还有输入设备、输出设备 ann

③采用程序方式将编好的程序和原始数据事先存入器中，然后再启动计算机工作，使计算机在不需要人工干预的情况下，自动、高速地从存储器中取出指令加以执行，这就是程序的基本含义。早期的冯诺依曼计算 器还是以磁芯 为在 内存的信息流是数内存的信息流是数据计算机的硬件组成说明计算机的硬件组成说明 程序计数器PC(ProcedureCount)：常还定下一条指令地址，其方法是将现行指令地址加1指令寄存器IR(InstructionRegister):指令译ID(InstructionDecoder):将指令的操作码译合在一起，称为处理器(CPU)，而将CPU、器、输入输出接口和系统总线组装在一个机壳内，称为软件与硬件的关1.31.3现代计算机不能简单地认为是一种电子设一个十分复杂的硬、软件结合而成的整从使用语言的角度上，将计算机系统看成按功能划分机器、汇编、机器、汇编、高级、应用发展的基础，在单条指令的执行速度相比较，前者更后者比前者功能更强、使用更方便；而前发展的基础，在单条指令的执行速度相比较，前者更1.31.3虚拟机器 （高级语言级 M3（汇编语言级 M2（操作系统语言1.31.3第一级是微程序设计级。这是一个实在的硬件级，它由机第三级是汇编语言级，它给程序人员提供一种符号形式语言，以减少程序编写的复杂性 一级由汇编程序支持第四级是高级语言级，这是面向用户的，为方便用户编写应用程序而设置的。

翻译（应用程序包翻译（汇编程序部分解释（操作系统硬

多级层次结构（机器—语言M5:应用语言机 M3:汇编语言机 M4:M3:汇编语言机 M2:操作系统机 M1:传统机 M0:微程序机 应用程 高级语 汇编语 操作系 机器语 硬联逻

用机器语言程M0是硬件实现 其变由软件实现的机器——虚拟

由硬件或固件实现的机器——实际机在多级层次结构中,算机，至于下层是如何工作的就不必关心了。简而言之，础，层次划分不是翻译(Translation)：先用转换程序将高一级机器计算机系统中计算机系统中的翻译功能常由应用程序包、编译程编程序等软件完解释（ntrpetto）：或者：一条N+1级指令--〉一串N例：解释一件解释过或者：一条N+1级指令--〉一串N例：解释一件翻译和解释是语言实现的两种基本技 翻译为整体行为，可以优化，效率 翻译为整体行为，可以优化，效率关 解释为局部行为，不优化，效率低，与平 翻译+解释例例 第2级的一条指令需要的时间为第3级的一条指令要的时间为例2有一个计算机系统可按功能划分成4级，各级的指令都不相同，每一级的指令都比其下一级的指令在效能上强M倍，即第iKs，问在第2、3和4级上的一段等效程序各需要运行多长时间解：第2级上的一段等效程序运行时间为：NK第3级上的一段等效程序运行时间为：第3级上的一段等效程序运行时间为：(N<M)2KNMM)3K第4第4第3第2 第1 第1 1.41.4回顾计算机的发展,关键性的两个历史 杰出贡献,后者要归功于四位物理学家的不懈努力。在计算机体系结构方面贡献最大的就要数英国数学家布里顿·艾伦·图灵(BritonAlanTuring)和 数学家冯·诺依曼(VonNeumaun)了。在1935年到 图灵抽象机的一种极好的近似。因此

1946年宾夕法尼亚大学研制了第一台由程序控制的电子数字计算机ENIAC(ElectronicNumericalIntergatorandCalculator，它采用了18800个电子管，7000个电阻，10000个电容，1500；重36吨，长30米，宽1米，高3米；加法运算速度5000次/秒,乘法算速度500次/秒主要（2）用线路连接编程，每次解题都要人工改接线，（2）用线路连接编程，每次解题都要人工改接线，准备时间超出时间 VariableAutomaticComputer电子数据计算机)系统。主要特点由运算器、控制器 器、输入设备和输出设备五部分组成采 程序方式采用二进制指令由操作码和地址组成，按顺序存放 器中，由PC指明所单元的地址机器以运算器为中心，I/O设备及MEM间的数据都通过运算按按电子器件的发展把计算机的发展分为以下几个时代 主要特点:电子管作为开关元件；使用机器语言；可 第二代计算机 第三代计算机 主要特点:集成电路取代晶体管；采用半导 器；使用了第四代计算机(1972至今 超大规模集成电路时微型计算机按所采用的In 微处理器的型号来划分，可采用算机采用称采用采用

8088处理器的微型计算机IBMPC和IBMPC／XT为第1代微型80286处理器的微型计算机IBMPC／AT为第2代微型计算机(80386处理器的微型计算机为第 微型 (简称80486处理器的微型计算机为第4代微型计算机(简称采用Pentium处理器的微型计算机为第5代微型计算机(简称586)PentiumProPentiumII和PentiumIIIPentiumII和PentiumIII 算机器件、量子计算机器件和生物计算机器件发展，来取代今第六代计算机---第六代计算机将在体系结构上来个彻底的更新换代，由知识库、推理机、 2.软件（程序系统）：把能按人的思进行操作的各种程序称为 。。..12434 四、国外计算机发1938年KonradZuse建成了第一台二进制的机电式通用计算机Z-1945年J.W.Mauchley教授等建成了1947年由IBM公司和哈佛1945年J.W.Mauchley教授等建成了1947年由IBM公司和哈佛大学共同研制成自动机电式哈佛Mark-I算机1948年曼彻斯特Mark-I成为第一 程序的数字计算机1952年EDVAC研制成功1952年IBM研制成第 用 程序电子计算机1954年Univac1103A成为第一 计算机开发成功 1956年采用晶体管的 计算机开发成功1960年DEC公司11月研制成PDP-1,第一台具有显示器和键盘的用计算机1961年IBM研制成7030,号称超级计算机1962年英国研制成Atlas计算机,首次采用了虚 器和流水操作1964年IBM宣布研制成1964年CDC6600研制成功 一 超级计机1965年DEC推出PDP-8,采用晶体管线路1968年SeymourCray设计成功CDC7600超级计算机1971年 推出第一个微处理 1972年DEC推出PDP-1975年第一台微型机1972年DEC推出PDP-1976年Cray-1研制成功,第一台向量结构超级计算机 modore推出商品微机1980年Apollo公司研制出第一台工程工作站1981年IBM推出PC机1982年CrayX-MP推出,将两台Cray- 在一起1982 强调“第五代”计算机项目 1985年Cray-2和ConnectionMachine研制成功,性能均达每秒次运算Cray-3研制成功,采用砷化 1991年CrayY-MPC90研制成功,采用16个CPU 五、国内计算机的1958年我国第一台电子数字计算机投入运行（1956年开始设计年我国国 型大型机投入运行1967年我