计算机组成与系统结构.ppt

上海交通大学网络教育学院 计算机组成与系统结构 上海交通大学 网络教育学院 陈泽宇 博士 副教授 2009年第1学期（2009.2－2009.5） 对象：上海交通大学网络教育学院2008秋（业余制专升本）计算机科学与技术专业（软件、网络） 总学分/总学时：4/60 时间：周四晚上18:30-21:30（2.12-5.21） 主教室：江苏路504教室 国家精品课程网站：jpkc.onlinesjtu/jsjzc/ 教材：计算机组成与系统结构，陈泽宇主编，清华大学出版社，2009 本课程与计算机专业其他课程的关系 数学基础课 离散数学 计算机基础课 计算机应用基础（国家统考） 计算机专业课 硬件、软件、网络…… 计算机专业课 软件类 数据结构（学位课） 操作系统（学位课） 程序设计： 程序设计（C） 面向对象程序设计（Java） Windows程序设计（C#） 基于Web的程序设计 数据库： 数据库原理与应用 数据库系统管理与维护 第1章 计算机系统概论 第2章 运算方法和运算器 第3章 存储系统 第4章 指令系统 第5章 中央处理器（CPU） 第6章 总线系统 第7章 输入输出（I/O）系统 第8章 并行计算机系统 第1章 计算机系统概论 1.1 计算机的分类、发展与应用 1.2 计算机的基本组成 1.3 计算机系统的概念 1.1 计算机的分类、发展与应用 1.1.1 计算机的分类 1.1.2 计算机的发展概况 1.1.3 计算机的应用 电子数字计算机（Electronic Digital Computer） 通常简称为计算机（Computer） 是按照一系列指令来对数据进行处理的机器 计算机拥有众多的物理形态 个人计算机（Personal Computer，PC） 便携计算机（Portable Computer） 又称膝上型计算机（Laptop Computer） 嵌入式计算机（Embedded Computer） 使用最为广泛的计算机形态 根据Church–Turing理论， 任何一台具有最基本功能的计算机，原则上都能够执行任何其他计算机可以执行的任务 只要不考虑时间和存储容量，性能和复杂度均相差甚远的各种计算机，都能够执行相同的运算任务 美国SGI公司为NASA制造 的Columbia超级计算机 1.1.1 计算机的分类 1．计算机分类 2．通用计算机分类 1．计算机分类 根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分，计算机可分为通用计算机和专用计算机两大类 通用计算机 功能齐全，通用性强，适应面广，可完成各种各样的工作 但是牺牲了效率、速度和经济性 专用计算机 是专为某些特定问题而设计的功能单一的计算机，一般结构简单 具有可靠性高、速度快、成本低的优点，是最有效、最经济和最快速的计算机 但是其适应性很差 2．通用计算机分类 通用计算机分为6类，其区别在于体积、复杂度、功耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和价格 超级计算机（Supercomputer） 大型机（Mainframe） 服务器（Server） 工作站（Workstation） 微型机（Microcomputer） 单片机（Single-Chip Computer） 超级计算机 主要用于科学计算 运算速度远远超过其他计算机，数据存储容量很大，结构复杂，价格昂贵 单片机 是只用单片集成电路（Integrated Circuit，IC）做成的计算机 体积小，结构简单，性能指标较低，价格便宜 大型机、服务器、工作站、微型机 结构规模和性能指标依次递减 随着超大规模集成电路的迅速发展，今天的工作站可能是明天的微型机，而今天的微型机也可能是明天的单片机 1.1.2 计算机的发展概况 1．第一台通用电子数字计算机 2．数字计算机的发展史 3．计算机体系结构的发展过程 4．数字计算机的发展趋势 “Computer”一词 最初指的是从事数值运算的人，他们往往借助于某种机械运算装置来完成数值运算工作 现在专指计算机，即电子数字计算机 1．第一台通用电子数字计算机 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer，电子数字积分计算机） 1946年，美国宾夕法尼亚大学 18000多个电子管 占地170平方米 总重量达30吨 耗电140千瓦 每秒能做5000次加减运算 是科学史上一次划时代的创新，奠定了现代电子数字计算机的基础 最初的结构设计不够灵活，每一次重新编程都必须重新连线（Rewiring） 存储程序体系结构（Stored-Program Architecture） 给计算机一个指令序列（即程序），计算机会存储它们，并在未来的某个时间里，从计算机存储器中读出，依照程序给定的顺序执行它们 现代计