第1章_计算机系统概述.ppt

Ch1: Computer Abstractions 计算机系统概述 第1讲：计算机系统概述 第2讲：计算机性能评价 第一讲 计算机系统概述 计算机发展简史 IAS通用计算机模型机：冯.诺依曼结构 IBM360系列机：引入兼容性（系列机）概念 DEC PDP-8：引入总线结构 计算机系统的组成 计算机硬件：CPU + MM + I/O 计算机软件：系统软件+应用软件 计算机层次结构 计算机硬件和软件的接口：指令系统 计算机软件如何在硬件上执行 本课程主要内容 计算机的功能和特点 什么是计算机？ 计算机是一种能对数字化信息进行自动、高速算术和逻辑运算的通用处理装置。 计算机的功能： 数据运算、数据存储、数据传送、控制 计算机的特点： 高速：高速元件和“存储程序”工作方式带来高速性 通用：体现在处理对象和应用领域没有限制 准确：精度足够的算术运算带来准确性 智能 ：逻辑推理能力带智能性 回顾：计算机发展简史 第一代：真空管（电子管Vacuum Tube ）1946～57年 46年诞生第1台电子计算机 ENIAC 体积大，重30吨，有18000多个真空管，5000次加法/s 十进制表示/运算，存储器由20个累加器组成，每个累加器存10位十进制数，每一位由10个真空管表示。 采用手动编程，通过设置开关和插拔电缆来实现。 冯·诺依曼机（Von Neumann Machine） 45年冯·诺依曼提出“存储程序(Stored-program)”思想，并于46年开始设计“存储程序”计算机。 “存储程序”思想： 将事先编好的程序和原始数据送入主存中，然后启动执行。计算机能在不需操作人员干预下，自动完成逐条取出指令和执行指令的任务。 The First Generation: Vacuum Tube Computers (1946 - 1957) ENIAC----Non von Neumann Model 冯·诺依曼结构的主要思想 计算机发展简史 第二代：晶体管 1958～64年 元器件：逻辑元件采用晶体管，内存由磁芯构成，外存为磁鼓与磁带。 特点：变址，浮点运算，多路存储器，I/O处理机，中央交换结构(非总线结构)。 软件：使用高级语言，提供了系统软件。 代表机种：IBM 7094 (scientific)、1401 (business)和 DEC PDP-1 计算机发展简史 第三代：SSI/MSI 1965～71年 元器件：逻辑元件与主存储器均由集成电路（IC）实现 。 特点：微程序控制，Cache，虚拟存储器，流水线等。 代表机种：IBM 360和DEC PDP-8（大/巨型机与小型机同时发展 ） 巨型机(Supercomputer)：Cray-1 大型机(Mainframe)：IBM360系列 小型机(Minicomputer)：DEC PDP-8 IBM System/360系列计算机 IBM公司于1964年研制成功 引入了“兼容机”（“系列机”）概念 兼容机的特征 ： 相同的或相似的指令集 相同或相似的操作系统 更高的速度 更多的I/O端口数 更大的内存容量 更高的价格 DEC公司的PDP-8机 同在64年出现。与IBM 360相比，价格更低、更小巧，因而被称为小型机（Minicomputer） PDP-8“创造了小型机的概念，并使之成为数十亿美元的工业”，使DEC成为了最大的小型机制造商。 主要特点：首次采用总线结构。 Omnibus总线包含了96个独立的信号通道，用以传送控制、地址和数据信号。这种结构具有高度的灵活性，允许将模块插入总线以形成各种配置。 PDP–8/E计算机系统框图 计算机发展简史 （第四代：LSI/VLSI/ULSI 1972～至今） 微处理器和半导体存储器技术发展迅猛，微型计算机出现。 使计算机以办公设备和个人电脑的方式走向普通用户。 半导体存储器 70年Fairchild公司生产出第一个相对大容量半导体存储器 74年位价格低于磁芯的半导体存储器出现，并快速下跌 从70年起，存储密度呈4倍提高（几乎是每3年） 微处理器 微处理器芯片密度不断增加，使CPU中所有元件放在一块芯片上成为可能。71年开发出第一个微处理器芯片4004。 特点：共享存储器，分布式存储器及大规模并行处理系统 计算机硬件：打开计算机来看看 PC主板 解剖一台计算机 Integrated Circuits manufacturing process Pentium4处理器内部布局 Hardware/Software Interface Hardware/Software Interface（界面） Software System software(系统软件) - 简化编程过程，使硬件资源被有效