计算机组成原理_计算机系统概论.pptx

1 1 计算机组成原理 2 第一章 计算机系统概论 1.1计算机的分类 1.2计算机发展简史 1.3计算机的硬件 1.4计算机的软件 1.5计算机系统的层次结构 3 1.1计算机的分类 一、电子计算机从总体上来说分为两大类。 电子模拟计算机。“模拟”就是相似的意思。模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，运算过程也是连续的。 电子数字计算机，它是在算盘的基础上发展起来的，是用数目字来表示数量的大小。数字计算机的主要特点是按位运算，并且不连续地跳动计算。 4 1.1计算机的分类 数字计算机 模拟计算机 数据表示方式 数字0/1 电压 计算方式 数字计数 电压组合和测量值 控制方式 程序控制 盘上连线 精度 高 低 数据存储量 大 小 逻辑判断能力 强 无 数字计算机与模拟计算机的主要区别 5 1.1计算机的分类 二、数字计算机分类 数字计算机根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分，可以划分为两类： 专用计算机：专用机是最有效、最经济和最快速的计算机，但是它的适应性很差。 通用计算机：通用计算机适应性很大，但是牺牲了效率、速度和经济性。 6 1.1计算机的分类 三、通用计算机分类 通用计算机根据体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格等可以分为： 超级计算机 大型机 服务器 工作站 微型机 单片机 7 1.2计算机发展简史 一、计算机的五代变化 第一代为1946—1957年，电子管计算机：数据处理 第二代为1958—1964年，晶体管计算机：工业控制 第三代为1965—1971年，中小规模集成电路计算机：小型计算机 第四代为1972—1990年，大规模和超大规模集成电路计算机：微型计算机 第五代为1991年开始，巨大规模集成电路计算机：单片机 8 1.2计算机发展简史 二、半导体存储器的发展 20世纪50～60年代，所有计算机存储器都是由微小的铁磁体环 1970年，仙童半导体公司生产出了第一个较大容量半导体存储器 从1970年起，半导体存储器经历了11代：单个芯片1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB、16MB、64MB、256MB、GB。 其中1K=210,1M=220,1G=230 9 1.2计算机发展简史 三、微处理器的发展 1971年Intel公司开发出Intel 4004。这是第一个将CPU的所有元件都放入同一块芯片内的产品，于是，微处理器诞生了。 微处理器演变中的另一个主要进步是1972年出现的Intel 8008，这是第一个8位微处理器，它比4004复杂一倍。 1974年出现了Intel 8080。这是第一个通用微处理器，而4004和8008是为特殊用途而设计的。8080是为通用微机而设计的中央处理器。 20世纪70年代末才出现强大的通用16位微处理器，8086便是其中之一。 这一发展趋势中的另一阶段是在1981年，贝尔实验室和HP公司开发出了32位单片微处理器。 Intel于1985年推出了32位微处理器Intel 80386。 到现在的64位处理器和多核处理器 10 1.3计算机的硬件 一、硬件组成要素 通过一个例子我们来了解数字计算机的主要组成和工作原理。 假设给一个算盘、一张带有横格的纸和一支笔，要求我们计算y=ax+b-c这样一个题目。 解题步骤和数据记录在横格纸上，请看过程。 11 手工模仿计算机工作（1） 12 1.3计算机的硬件 二、数字计算机基本组成 控制器：人的大脑的操作控制功能 运算器：人的大脑的计算功能 存储器：人的大脑记忆功能 输入设备：交互接口，笔 输出设备：交互接口，纸 13 1.3计算机的硬件 三、冯·诺依曼型计算机 存储程序 按地址自动执行 五大部件：包括控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备 以运算器为中心 14 1.3计算机的硬件 冯·诺依曼型计算机 存储器 输出 输入 运算器 控制器 数据信号 控制信号 地址信号 15 1.3计算机的硬件 四、运算器 算术运算和逻辑运算 在计算机中参与运算的数是二进制的 运算器的长度一般是8、16、32或64位 16 1.3计算机的硬件 五、存储器 存储数据和程序（指令） 容量（存储单元、存储单元地址、容量单位） 分类内存（ROM、RAM）、外存 存储器单位： 210 byte＝1K 210 K＝1M 210 M＝1G 210 G＝1T 17 1.3计算机的硬件 六、控制器 指令和程序:指令的形式（操作和地址码、存储程序的概念、指令中程序和数据的存放、指令系统） 指令和数据存储 演示计算机执行模拟过程 18 1.3计算机的硬件 七、控制器的基本任务 控制器的基本任务：按照一定的顺序一条接着一