第1章 计算机系统组成基础.ppt

第1章 计算机系统组成基础;1.1 计算机的发展及其分类 ; 本章要点;1.1 计算机的发展及其分类 ;1.1 计算机的发展及其分类;1.1 计算机的发展及其分类 ;ENIAC电子管计算机;1.1 计算机的发展及其分类 ;TRADIC全晶体管计算机 ;1.1 计算机的发展及其分类 ; IBM360集成电路计算机 ;1.1 计算机的发展及其分类 ;IBM 370系列机 （LSI或VLSI）;1.1 计算机的发展及其分类 ;1.1 计算机的发展及其分类 ;在软件上，人们已极少使用汇编语言编程计算机，从而降低了目标代码兼容性的要求； 通用、跨平台操作系统如Unix和Linux的出现和发展，使得新的计算机系统结构的成本和风险进一步降低。这促使了20世纪80年代RISC（精简指令系统计算机）的出现和迅速发展，又使指令级并行（从采用流水线到多指令发射）和Cache（高速缓存）技术的使用普遍得以推广。 Intel及时跟上发展的脚步，在其处理器内部将x86（或IA32）指令翻译成类RISC指令，并大量采用许多RISC新技术。而红极一时的VAX系统结构则惨遭淘汰，被RISC系统结构所取代。;1986年之后的16年，计算机系统性能的提高更以50%的速度持续增长。进入新世纪以来，基于微处理器的计算机占据了统治地位，工作站和PC成为计算机产品的主流。基于微处理器的服务器取代了基于逻辑电路或门阵列的小型机，由多个微处理器构成的多处理器系统已经取代了大型机。甚至以复杂计算为主的高端的超级计算机也由多个高性能微处理器构成。;然而，自2002年开始，处理器性能的增长降到了每年约20%的水平。其原因大致有3个： ①器件集成度的提高带来器件内部热耗的迅速增大； ②半导体器件集成度提高的余地不多； ③系统结构上没有多少可以有效发掘的指令级并行，存储器迟延很难设法降低。;2004年，Intel取消了其高性能单一处理器的研究计划，转而加入IBM和Sun阵营，宣称将通过发展多核处理器来进一步提高计算机性能。这标志着一个历史性的转折，处理器的性能不再只依赖于指令级并行，而应更关注线程级并行和数据级并行。一般来说，指令级并行属于隐式并行，它主要利用编译器和硬件技术，可以不需要程序员的干预。而线程级并行和数据级并行是显式并行，要求程序员编写并行代码来改善系统性能。 计算机系统结构的改进将是计算机系统性能提高的主要原动力。;科学技术日新月异飞速发展，促进计算机的体系结构不断发展完善，各种新器件的不断出现，使得计算机在存储容量、运算速度和可靠性等各方面都得到了很大的提高。尤其是在器件集成度提高受到热耗制约的情况下，人们正试图用光电子元件、超导电子元件、生物电子元件等来代替传统的电子元件，制造出在某种程度上具有模仿人的学习、记忆、联想和推理等功能的新一代的计算机系统。计算机系统正朝着功能巨型化、体积功耗微型化、应用网络化和智能化等方向更深入发展。 ;超级计算机“星云”;;1.1.2 PC计算机的发展 ;1971年，诞生了最早的微处理器Intel 4004，字长4位。 基本特点： 采用 PMOS 工艺，集成度低（4000个晶体管/片）。 系统结构和指令系统简单，指令数目较少（20 多条指令），基本指令周期为20～50μs。 主要采用机器语言或简单的汇编语言。 用于家电和简单的控制场合。 ; 1974年至1977年是8位中高档微机的兴旺时期，其典型产品是苹果公司的Apple IIe（采用6502微处理器） 基本特点： 采用NMOS工艺。 指令系统比较完善，具有典型的计算机体系结构和中断、DMA等控制功能。 采用汇编语言、BASIC、FORTRAN等高级语言和相应的解释程序和编译程序，在后期还出现了操作系统，如CM/P就是当时流行的操作系统。;1978年，16位的Intel 8086处理器诞生。标志着x86架构辉煌发达，影响深远的开始。 ;1. 16位PC机时代（1980-1985） 2. 32位PC机时代（1985-1993） ;1. 16位PC机时代（1980-1985） ;2. 32位PC机时代（1985-1993） ;3. 准64位PC机时代（1993-2003） ;3. 准64位PC机时代（1993-2003） ;3. 准64位PC机时代（1993-2003） ;3. 准64位PC机时代（1993-2003） ;3. 准64位PC机时代（1993-2003） ;3. 准64位PC机时代（1993-2003） ;;3. 准64位PC机时代（1993-2003） ;4. 64位PC机与双核PC机时代（2003-）;4. 64位PC机与双核PC机时代（2003-）;4. 64位PC机与双核PC机时代（2003-）;4. 64