计算机组成原理电子教案马辉 第1章.ppt

计算机组成原理主编：马辉 王丁磊 第1章计算机系统概论 本章导读 本章首先介绍电子数字计算机的发展历程与应用情况，其中也包括微型计算机的产生和发展；然后讲述计算机的基本组成情况，内容包括计算机硬件的基本组成、软件的分类和计算机系统的层次结构。同时通过一个简单模型机结构，讲解计算机执行程序的工作流程；最后介绍计算机主要性能指标，如：吞吐量、响应时间、CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间、MIPS、MFLOPS等。 本章要点 计算机发展历程 计算机系统层次结构 计算机硬件的基本组成 计算机软件的分类 计算机的工作过程 计算机性能指标 1.1 计算机的发展与应用 1.1.1 计算机的产生 1.1.2 计算机的发展 1.1.3 微型计算机的产生与发展 1.1.4 计算机的应用 1.1.5 计算机的未来展望 1.1.1 计算机的产生 计算的需求是伴随着人类的产生和发展一直存在的，因此，很早就有一些计算工具被发明出来应用于人类的生活。 我们现在所说的计算机一般是指电子数字计算机，它的诞生可以认为是在1946年，由宾夕法尼亚大学研制了ENIAC计算机。 ENIAC采用十进制运算，使用18000多个电子管，重量达30吨，使用手工扳动开关和插、拔电缆来编制程序，每秒可进行5000多次加法运算。 ENIAC的出现不仅仅是实现了制造一台通用计算机的目标，更重要的是将计算工具的发展推进到了一个崭新的空间。 1.1.2 计算机的发展 自从ENIAC问世后，人类研制并提高电子计算机性能的欲望就从未减退过，很多发达国家相继开展了计算机的设计和应用研究。 半个多世纪以来，根据电子计算机所采用的物理器件的改变，一般把电子计算机的发展分成四个阶段，习惯上称为四代。 第一代：电子管计算机时代。 第二代：晶体管计算机时代。 第三代：集成电路计算机时代。 第四代：大规模、超大规模集成电路计算机时代。 我国对现代电子计算机的研究始于20世纪50年代初，分别于1958年和1959年推出了103小型数字计算机和104大型通用数字计算机，它们属于第一代电子管机。1965-1966年间分别推出了晶体管计算机，中国进入晶体管机时代。集成电路计算机的研究始于1965年，直到1971年100系列机才进行量产。 1.1.3 微型计算机的产生与发展 集成电路技术的进步使得人们可以将成千上万的门电路全部都集成在一块极小的硅片上，这样就可以把计算机的控制单元和算术逻辑单元集成到一个芯片上，制成微处理器芯片，进而构成微型计算机。 1971年，美国Intel公司的年仅31岁的工程师霍夫研制出了世界上第一个4位的微处理器芯片，这就是Intel 4004。它集成了2300多个晶体管，能完成4位数据的运算。进一步出现了用它作为处理器的MCS-4计算机，这就是世界上最早的微型计算机。 微型计算机具有独特的优点：体积小，重量轻，可靠性高，结构配置灵活，价格低廉，从而发展迅猛。 微处理器的发展代表了微型机的发展，下面以Intel公司的产品为代表，来看一下微处理器的发展情况。 1972年8位微处理器8008。（8080、8085） 1978年16位微处理器8086。（8088、80286） 1985年32位微处理器80386。（80486） 1993年32位微处理器Pentium。（ Pentium Pro、 Pentium II、 Pentium III、 Pentium 4） 人们习惯上用这些不同微处理器的型号来称呼所相应构成的微型计算机。 现在，除了32位的微处理器芯片外，各处理器生产厂家也开发了一些64位的微处理器。但现在微处理器芯片的开发设计除了提高字长和追求工作频率的提高外，也已经转向了多个核心的发展方向。 综观微处理器的发展历程，芯片内所集成的晶体管数目，每隔18~24个月就要翻一番，符合了Intel公司开创人之一的Moore于1965年提出的预言，人们一般称其为摩尔定律。 1.1.4 计算机的应用 早期的计算机是大学和研究机构的娇贵设备，后来随着价格的降低和软件的迅速发展完善，计算机走出了大学和研究室，迅速渗透到了各行各业。近年来计算机技术和通信技术相互结合，配合上Internet网络的普及，计算机以更多的方式应用到更多的领域，同时还出现了许多与计算机相关的新行业。 科学计算：计算机最初设计的主要目的就是为了完成各种复杂、烦琐的运算，发展到现在，科学计算仍然是计算机的重要应用领域之一。 数据处理：随着计算机在社会生活各行业中的普及，数据处理成了当前计算机最普及最广泛的应用领域之一。 计算机控制 计算机辅助（CAD、CAM、CAI等） 人工智能 多媒体应用 网络应用 1.1.5 计算机的未来展望 1989年，IEEE提出了计算机的分类报告，把计算机分为个人机（