计算机组成原理与系统结构.ppt

计算机组成原理与系统结构 课程目的： 掌握计算机的工作原理, 深刻理解程序在计算机硬件上被执行的过程。 课程任务： 第一章 概 论 1.1 计算机系统的发展与应用 二、计算机的发展 三、微型计算机的发展 第一代8008微处理器 第二代微处理器 其运算速度是第一代的10～15倍，指令系统比较完善，已经有了典型的计算机体系结构以及中断、DMA功能。支持它们的语言有汇编、BASIC、FORTRAN和PL/M等，后期还开始配备CP/M操作系统 1974年，8位微处理器芯片8080，集成了约4800个晶体管，每秒执行29万条指令。 1976年，8位微处理器Z－80 三、微型计算机的发展 第三代微处理器 1978年，16位的微处理器Intel8086，内部集成了29000个晶体管，它的数据总线16位（字长），地址总线20位可直接寻址存储器1MB 1979年，8位的微处理器Intel8088， 1983年，IBM公司推出带有硬盘的IBMPC/XT机 16位的Z8000和MC68000 1982年Intel公司推出了16位处理器80286，集成晶体管达13万个，同档次的有Motorola的68010。它们的数据总线仍然是16位，但地址总线增加到24位。80286有两种工作模式：实地址模式和虚地址保护模式。IBM PC/AT 1985年Intel公司推出了第四代32位微处理器芯片80386，片内集成了27.5万个晶体管，它与8086向上兼容，具有32位数据线和32位地址线，通用寄存器也扩展为32位。 三、微型计算机的发展 目前，通用微处理器的方向发展： 进一步提高电路的复杂度来提高处理器的性能。采用传统的指令级并行方法加速单线程应用，采用更多功能部件、多级Cache、更宽的超标量。 通过线程/进程级并行性来提高处理器的性能。如多处理器、多线程处理器等。 将存储器集成到处理器芯片内来提高其性能。这样可使访存延时减少5～10倍以上，存储器带宽可增加50～100倍。 发展嵌入式处理器。嵌入式处理器实现高性能的途径与通用处理器不同，大多针对专门的应用领域来专门设计以满足高性能、低成本和低功耗的要求。 四、计算机的应用 科学计算领域 工业应用领域 实时控制 CAD/CAM 企业管理 辅助决策 商业应用领域 电子银行 电子商务 教育应用领域 远程教学 模拟教学 多媒体教学 数字图书馆 生活应用领域 数字社区 信息服务 人工智能领域 1.1 计算机的分类和性能指标 一、按计算机的系统结构分类 即Michael Flynn分类法： 计算机在执行程序过程中，有2种信息在流动。一种是计算机指令，它从存储器流入控制器，并变成整个计算机系统的控制信号。另一种是数据，从输入设备流入存储器，再流入执行部件如运算器，运算结果流入存储器或输出设备。 Flynn称前一种信息为“指令流”，后一种信息为“数据流”。因此根据指令流与数据流的不同组合，计算机系统结构分为以下4类。 一、按计算机的系统结构分类 二、按计算机的用途分类 1、通用计算机 通用计算机是指为解决各种问题，具有较强的通用性而设计的计算机。该机适用于一般的科学计算、学术研究、工程设计和数据处理等广泛用途，这类机器本身有较大的适用面。 2、专用计算机 专用计算机是指为适应某种特殊应用而设计的计算机，具有运行效率高、速度快、精度高等特点。一般用在过程控制中，如智能仪表、飞机的自动控制、导弹的导航系统等。 三、按计算机的使用方式分类 桌上型计算机 桌上型计算机包括PC机、工作站和笔记本型计算机，为用户提供良好的计算性能和较低成本的工作环境。桌上型计算机是成本低、应用广的计算机类型 服务器型计算机 服务器型计算机是指在网络环境或具有客户—服务器结构的分布式计算环境中，为客户请求提供服务的节点计算机。 嵌入式计算机 嵌入式计算机是将计算机作为一个部件，成为某个设备的一部分，嵌入式计算机成本更低，用途更广。它的结构一般是面向特定应用。不同的嵌入式应用有不同的要求，需要根据不同的应用进行专门的开发设计。 四、按计算机的规模分类 1、巨型计算机 运算速度快、存储容量大，价格相当昂贵，主要用于复杂、尖端的科学研究领域，特别是军事科学计算。 2、大/中型计算机 通用性能好、外部设备负载能力强、处理速度快。它有完善的指令系统，丰富的外部设备和功能齐全的软件系统，并允许多个用户同时使用。主要用于科学计算、数据处理或做网络服务器。 3、小型计算机 具有规模较小、结构简单、成本较低、操作简单、易于维护、与外部设备连接容易等特点。 4、微型计算机：简称微机 以运算器和控制器为核心，加上由大规模集成电路制作的存储器、输入/输出接口和系统总线，构成了体积小、结构紧凑、价格低但