计算机组成与结构第1章–计算机系统概论.ppt

第一章 计算机系统概论 1.1 电子计算机的发展简史 第一代 电子管时代(1946-1958) 耗电高，体积大，定点计算，机器语言，汇编语言 第二代 晶体管时代(1958-1965) 变集中处理为分级处理，浮点运算、高级语言 第三代 中小规模集成电路时代(1965-1970) 存储容量大，运算速度快，几十至几百万次/秒 第四代 大规模集成电路时代(1971至今) 向大型机和微型机两个方向发展 现代计算机发展方向 巨型化，微型化，网络化，智能化，多媒体化 根据摩尔定律集成电路大体上每18个月翻一番，今后可再用10年。 目前，大规模芯片生产工艺已达到0.25微米。微电子工业发展每下一步的线宽大约是前一步的0.7倍，因而0.25微米的下一步是0.18微米，其后是0.13微米、0.09微米、0.06微米。 计算机的六大分类 巨型机——世界几家公司生产，最快1.4万亿次，9千个CPU组 成Cray-1,Cray-2,Cray-3,国产银河I, 银河II, 银 河III，目前我国神威号速度达3480亿次/秒。 小巨型机——功能同巨型机相近，价格相对便宜，发展十分迅速 美国Convex公司的C系列机为其代表产品。 大型机——大中型企事业单位作为计算中心的主机使用，统一调 度主机资源，代表产品有IBM360，370，4300等 小型机——它可以满足部门性的需求，供小型企事业单位使用， 典型产品有IBM-AS/400，DEC-VAX系列 工作站——用于特殊的专业领域，例如图象处理和辅助设计等。 典型产品有HP-APOLLO，SUN工作站等。 微型机——个人或家庭使用，PC机/个人计算机，价格低廉 世界上较快的五台超级计算机 6. IBM Blue Gene 04年 32768个双核嵌入式CPU 13w 08年 122400个CPU 1.026 PFLops 1PF=1000TF 计算机的语言 计算机解题的过程可归结为： (1) 程序员用高级语言编写程序； (2) 将程序与数据输入计算机，并由计算机将程序翻译成机器语言程序，保存在计算机的存储器中； (3) 运行程序，输出结果。 在计算机中能执行的程序是由指令组成的，因此计算机执行程序的过程，实际上就是按照给定次序执行一组指令的过程。 一条指令通常分成两部分： (1) 操作码规定该指令执行什么样的运算(或操作)，因此被命名为操作码。 (2) 地址码规定对哪些数据进行运算，通常表示的是数据地址，因此被称为地址码。 冯.诺依曼机具有如下基本特点: 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。 采用存储程序的方式，程序和数据放在同一存储器中，由指令组成的程序可以修改。 数据以二进制码表示 指令由操作码和地址码组成。 指令在存储器中按执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址，一般按顺序替增。 机器以运算器为中心，数据传送都经过运算器。 输入设备用来输入原始数据和处理这些数据的程序。 输出设备用来输出计算机的处理结果。 存储器用来存放程序和数据，是计算机各种信息的存储和交流中心。 中央处理器又叫CPU，在早期的计算机中分成运算器和控制器两部分，由于电路集成度的提高，现在已把它们集成在一个芯片中。 运算器是对信息或数据进行处理和运算的部件，经常进行的是算术运算和逻辑运算，所以在其内部有一个算术及逻辑运算部件(ALU)。 控制器主要用来实现计算机本身运行过程的自动化，即实现程序的自动执行。 以总线连接的计算机框图 计算机的解题过程 虚拟机：通过配置软件扩展功能后形成的与实际机无关的机器。它将提供给用户的功能抽象出来，脱离了物理机。 由于站在不同层次上编程的程序员所看到的计算机属性也是个不相同的。 高级语言虚拟机器的层次结构 计算机系统的多级层次结构 1.5 计算机的应用领域 科学研究计算 密码破