计算机组成原理（第二版） 第1章 计算机系统概论.pptVIP

第一篇 概 述 计算机是一种层次化结构的系统。一台计算机可以看成由一些部件组成，它的功能由各个部件的集合功能来决定。每个部件能够根据它的内部结构和功能依次来描述。 第一章 计算机系统概论 重点内容： 计算机软、硬件概念； 计算机系统的层次结构； 计算机的基本组成、冯·诺依曼计算机的特点； 计算机的硬件框图及工作过程； 计算机硬件的主要技术指标； 计算机的发展及应用。 1.1 计算机系统简介 1.1.1 计算机简史 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer，电子数字积分计算机）是第一台正式运转的通用电子计算机（见图1-1），它于1946年2月15日，在美国宾夕法尼亚大学的物理学家约翰·莫克利（John Mauchly）和工程师普雷斯伯·埃克特（J Presper Eckert）的领导下研制成功。 1.1 计算机系统简介 1944年，冯·诺依曼由ENIAC研制组的戈尔德斯廷中尉介绍参加ENIAC研制小组后，便和这批富有创新精神的年轻科技人员，向着更高的目标进军。1945年，他们在共同讨论的基础上，发表了一个全新的“存储程序通用电子计算机方案”——EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）。 EDVAC方案明确了新机器由五个部分组成，包括运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备，并描述了这五部分的功能和相互关系。EDVAC还有两个非常重大的改进： ① 采用了二进制，不但数据采用二进制，指令也采用二进制。 ② 使用存储程序方式，指令和数据一起放在存储器里，并采用相同的处理方式，简化了计算机的结构，大大提高了计算机的速度。 1.1 计算机系统简介 自从ENIAC问世以来，从使用的元器件角度来看，计算机的发展大致经历了四代。 （1）第一代（1946—1954年）电子管计算机 （2）第二代（1955—1964年）晶体管计算机 （3）第三代（1965—1973年）集成电路计算机 （4）第四代（1974年至现在）大规模和超大规模集成电路计算机 1.1 计算机系统简介 1.1.2 摩尔定律 集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18个月就翻一番。 1.1 计算机系统简介 1.1.3 计算机系统的分类 1．按所处理的信号分类 （1）模拟计算机 （2）数字计算机 2．按硬件的组合及用途分类 （1）专用计算机 （2）通用计算机 3．按计算机的规模分类 （1）单片机 （2）桌面计算机 （3）服务器 1.1 计算机系统简介 1.1.4 计算机系统 1．计算机系统组成 计算机系统由硬件（子）系统和软件（子）系统组成。 2．计算机的硬件 3．计算机的软件 （1）系统软件 （2）支撑软件 （3）应用软件 1.1 计算机系统简介 1.1.5 计算机的应用和发展趋势 1．科学计算 2．数据处理 3．过程控制 4．人工智能 5．计算机辅助工程 6．信息高速公路 7．电子商务 1.1 计算机系统简介 计算机的系统结构仍在继续发展，其发展趋势是： ① 由于计算机网络和分布式计算机系统能为信息处理提供廉价的服务，因此计算机系统进一步发展的最终目标，是将有线电视、数据通信和电话“三网合一”，进入以通信为中心的体系结构。 ② 计算机智能化的进一步发展，使各种知识库及人工智能技术逐渐普及，人们将用自然语言和机器对话。计算机从数值计算为主过渡到知识推理为主，从而使计算机进入知识处理阶段。 ③ 随着大规模集成电路的发展，用多处理机技术不仅可以实现并行计算机的功能，而且还会出现计算机的动态结构，即所谓模块化计算机系统结构。 ④ 多媒体技术将有重大突破和发展，并在微处理器、计算机网络与通信等方面引起重大变革。 1.1 计算机系统简介 1.1.6 计算机体系结构、组成与实现 （1）计算机体系结构 计算机体系结构指程序员所看到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性 （2）计算机组成 计算机组成是指计算机体系结构的逻辑实现。 （3）计算机实现 计算机实现指计算机组成的物理实现。 1.2 现代计算机的体系结构 1.2.1 冯·诺依曼计算机的特点 1．采用二进制形式表示数据和指令 2．采用存储程序方式 3．计算机系统由五大部件组成 1.2 现代计算机的体系结构 1.2.2 计算机的硬件组成 典型的冯·诺依曼计算机是以运算器为中心的 1.2 现代计算机的体系结构 现代的计算机已转化为以存储器为中心 1.2 现代计算机的体系结构 1.2.3 非冯·诺依曼计算机 典型的冯·诺依曼机从本质上讲是采取串行顺序处理的工作机制，即使有关数据已经准备好，也必须逐条执行指令序列，而提高计算机性能的根