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這是杭州電子科技大學(xué)ppt課件,包括了計(jì)算機(jī)組成原理,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用,計(jì)算機(jī)的分類(lèi)與性能指標(biāo),計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成,本章小結(jié)等內(nèi)容,歡迎點(diǎn)擊下載。
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計(jì)算機(jī)組成原理
課程目的:
掌握計(jì)算機(jī)的工作原理, 深刻理解程序在計(jì)算機(jī)硬件上被執(zhí)行的過(guò)程。
課程任務(wù):
第一章 概 論
1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用
二、計(jì)算機(jī)的發(fā)展
馮·諾依曼
馮·諾依曼(John von Neumann,1903~1957),20世紀(jì)最重要的數(shù)學(xué)家之一,在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、博弈論和核武器等諸多領(lǐng)域內(nèi)有杰出建樹(shù)的最偉大的科學(xué)全才之一,被稱(chēng)為“計(jì)算機(jī)之父”和“博弈論之父” 。
1945年6月,馮·諾依曼與莫爾小組成員共同發(fā)表了“101頁(yè)報(bào)告”,提出了“馮·諾依曼”體系結(jié)構(gòu)思想。
計(jì)算機(jī)行業(yè)發(fā)展的規(guī)律
摩爾定律
安迪-比爾定律 (What Andy gives, Bill takes away)。
反摩爾定律
三、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展
第一代8008微處理器
第二代微處理器
其運(yùn)算速度是第一代的10~15倍,指令系統(tǒng)比較完善,已經(jīng)有了典型的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)以及中斷、DMA功能。支持它們的語(yǔ)言有匯編、BASIC、FORTRAN和PL/M等,后期還開(kāi)始配備CP/M操作系統(tǒng)
1974年,8位微處理器芯片8080,集成了約4800個(gè)晶體管,每秒執(zhí)行29萬(wàn)條指令。
1976年,8位微處理器Z-80
三、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展
第三代微處理器
1978年,16位的微處理器Intel8086,內(nèi)部集成了29000個(gè)晶體管,它的數(shù)據(jù)總線16位(字長(zhǎng)),地址總線20位可直接尋址存儲(chǔ)器1MB
1979年,8位的微處理器Intel8088, 1983年,IBM公司推出帶有硬盤(pán)的IBMPC/XT機(jī)
16位的Z8000和MC68000
1982年Intel公司推出了16位處理器80286,集成晶體管達(dá)13萬(wàn)個(gè),同檔次的有Motorola的68010。它們的數(shù)據(jù)總線仍然是16位,但地址總線增加到24位。80286有兩種工作模式:實(shí)地址模式和虛地址保護(hù)模式。IBM PC/AT
三、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展
第四代微處理器
1985年Intel公司推出了第四代32位微處理器芯片80386,片內(nèi)集成了27.5萬(wàn)個(gè)晶體管,它與8086向上兼容,具有32位數(shù)據(jù)線和32位地址線,通用寄存器也擴(kuò)展為32位。
第五代微處理器
1993年Intel公司推出了第五代32位微處理器芯片Pentium(P5),片內(nèi)集成了320萬(wàn)個(gè)晶體管,具有64位數(shù)據(jù)線和32位地址線。
第六代微處理器
1995年Intel公司推出了第六代32位微處理器芯片PentiumPro(P6),片內(nèi)集成了550萬(wàn)個(gè)晶體管,具有64位數(shù)據(jù)線和36位地址線。
PII,PIII……Pentium4……core(core i3, core i5, core i7(core i7-3960X , core i7 5960X)….)
三、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展
目前,通用微處理器的方向發(fā)展:
進(jìn)一步提高電路的復(fù)雜度來(lái)提高處理器的性能。采用傳統(tǒng)的指令級(jí)并行方法加速單線程應(yīng)用,采用更多功能部件、多級(jí)Cache、更寬的超標(biāo)量。
通過(guò)線程/進(jìn)程級(jí)并行性來(lái)提高處理器的性能。如多處理器、多線程處理器等。
將存儲(chǔ)器集成到處理器芯片內(nèi)來(lái)提高其性能。這樣可使訪存延時(shí)減少5~10倍以上,存儲(chǔ)器帶寬可增加50~100倍。
發(fā)展嵌入式處理器。嵌入式處理器實(shí)現(xiàn)高性能的途徑與通用處理器不同,大多針對(duì)專(zhuān)門(mén)的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)以滿足高性能、低成本和低功耗的要求。
四、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用
科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域
工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域
實(shí)時(shí)控制
CAD/CAM
企業(yè)管理
輔助決策
商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域
電子銀行
電子商務(wù)
教育應(yīng)用領(lǐng)域
遠(yuǎn)程教學(xué)
模擬教學(xué)
多媒體教學(xué)
數(shù)字圖書(shū)館
生活應(yīng)用領(lǐng)域
數(shù)字社區(qū)
信息服務(wù)
人工智能領(lǐng)域
1.2 計(jì)算機(jī)的分類(lèi)和性能指標(biāo)
一、按計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類(lèi)
即Michael Flynn分類(lèi)法:
計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序過(guò)程中,有2種信息在流動(dòng)。一種是計(jì)算機(jī)指令,它從存儲(chǔ)器流入控制器,并變成整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制信號(hào)。另一種是數(shù)據(jù),從輸入設(shè)備流入存儲(chǔ)器,再流入執(zhí)行部件如運(yùn)算器,運(yùn)算結(jié)果流入存儲(chǔ)器或輸出設(shè)備。
Flynn稱(chēng)前一種信息為“指令流”,后一種信息為“數(shù)據(jù)流”。因此根據(jù)指令流與數(shù)據(jù)流的不同組合,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為以下4類(lèi)。
一、按計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類(lèi)
二、按計(jì)算機(jī)的用途分類(lèi)
1、通用計(jì)算機(jī)
通用計(jì)算機(jī)是指為解決各種問(wèn)題,具有較強(qiáng)的通用性而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。該機(jī)適用于一般的科學(xué)計(jì)算、學(xué)術(shù)研究、工程設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理等廣泛用途,這類(lèi)機(jī)器本身有較大的適用面。
2、專(zhuān)用計(jì)算機(jī)
專(zhuān)用計(jì)算機(jī)是指為適應(yīng)某種特殊應(yīng)用而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī),具有運(yùn)行效率高、速度快、精度高等特點(diǎn)。一般用在過(guò)程控制中,如智能儀表、飛機(jī)的自動(dòng)控制、導(dǎo)彈的導(dǎo)航系統(tǒng)等。
三、按計(jì)算機(jī)的使用方式分類(lèi)
桌上型計(jì)算機(jī)
桌上型計(jì)算機(jī)包括PC機(jī)、工作站和筆記本型計(jì)算機(jī),為用戶提供良好的計(jì)算性能和較低成本的工作環(huán)境。桌上型計(jì)算機(jī)是成本低、應(yīng)用廣的計(jì)算機(jī)類(lèi)型
服務(wù)器型計(jì)算機(jī)
服務(wù)器型計(jì)算機(jī)是指在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境或具有客戶—服務(wù)器結(jié)構(gòu)的分布式計(jì)算環(huán)境中,為客戶請(qǐng)求提供服務(wù)的節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)。
嵌入式計(jì)算機(jī)
嵌入式計(jì)算機(jī)是將計(jì)算機(jī)作為一個(gè)部件,成為某個(gè)設(shè)備的一部分,嵌入式計(jì)算機(jī)成本更低,用途更廣。它的結(jié)構(gòu)一般是面向特定應(yīng)用。不同的嵌入式應(yīng)用有不同的要求,需要根據(jù)不同的應(yīng)用進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。
四、按計(jì)算機(jī)的規(guī)模分類(lèi)
1、巨型計(jì)算機(jī)
運(yùn)算速度快、存儲(chǔ)容量大,價(jià)格相當(dāng)昂貴,主要用于復(fù)雜、尖端的科學(xué)研究領(lǐng)域,特別是軍事科學(xué)計(jì)算。
2、大/中型計(jì)算機(jī)
通用性能好、外部設(shè)備負(fù)載能力強(qiáng)、處理速度快。它有完善的指令系統(tǒng),豐富的外部設(shè)備和功能齊全的軟件系統(tǒng),并允許多個(gè)用戶同時(shí)使用。主要用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理或做網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。
3、小型計(jì)算機(jī)
具有規(guī)模較小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、操作簡(jiǎn)單、易于維護(hù)、與外部設(shè)備連接容易等特點(diǎn)。
4、微型計(jì)算機(jī):簡(jiǎn)稱(chēng)微機(jī)
以運(yùn)算器和控制器為核心,加上由大規(guī)模集成電路制作的存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口和系統(tǒng)總線,構(gòu)成了體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低但又具有一定功能的計(jì)算機(jī)。
五、計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)分類(lèi)
1、機(jī)器字長(zhǎng)
CPU一次能處理的數(shù)據(jù)位數(shù)
2、存儲(chǔ)容量
存儲(chǔ)容量=存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)×存儲(chǔ)字長(zhǎng)
單位:字節(jié) 1字節(jié)(B)=8位
度量:1K=210 1M=220 1G=230
3、運(yùn)算速度(MIPS、CPI、FLOPS)
4、可配置的外設(shè)
5、性能價(jià)格比
6、可靠性、可維修性和可用性
除此之外,評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)時(shí)還會(huì)看它的兼容性,系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的要求,耗電量的大小等
1.3 計(jì)算機(jī)的基本組成
一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成
一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),包括兩大部分,即硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。
一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成
軟件和硬件之間的關(guān)系
計(jì)算機(jī)是依靠硬件和軟件的協(xié)同工作來(lái)執(zhí)行一個(gè)具體任務(wù)。
硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ),而軟件又是硬件功能的擴(kuò)充和完善。
任何軟件都是建立在硬件基礎(chǔ)上的,任何軟件也離不開(kāi)硬件的支持。
如果沒(méi)有軟件的支持,硬件的功能就不能得到充分的發(fā)揮。
一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成
馮·諾依曼(Von Neumann )體系結(jié)構(gòu)
1946年由美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮 · 諾伊曼提出
計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了許多變化,但Von Neumann提出的二進(jìn)制、程序存儲(chǔ)和程序控制,依然是普遍遵循的原則。
馮·諾伊曼的存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)基本思想是:
采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令;指令由操作碼和地址碼組成。
二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)
把編好的程序和原始數(shù)據(jù)預(yù)先存入計(jì)算機(jī)主存中,使計(jì)算機(jī)自動(dòng)地從存儲(chǔ)器中取出一條條指令并執(zhí)行,從而自動(dòng)完成預(yù)定的任務(wù);即“存儲(chǔ)程序”和“程序控制”的概念。
指令的執(zhí)行是順序的,即一般按照指令在存儲(chǔ)器中存放的順序執(zhí)行,程序分支由轉(zhuǎn)移指令實(shí)現(xiàn)。
計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成,并規(guī)定了五大部件的基本功能。
計(jì)算機(jī)以運(yùn)算器為中心,輸入輸出設(shè)備與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送通過(guò)運(yùn)算器完成。
二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)
典型的馮.諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖(以運(yùn)算器為中心)
二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)
現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖(以存儲(chǔ)器為中心)
總線結(jié)構(gòu)的馮.諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖
系統(tǒng)總線:包括地址總線(AB)、數(shù)據(jù)總線(DB)、控制總線(CB)
二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)(五大部件)
1、存儲(chǔ)器
功能:存放指令和數(shù)據(jù)。
操作:
存儲(chǔ)器讀操作:從存儲(chǔ)器取出數(shù)據(jù),又稱(chēng)為讀出。
存儲(chǔ)器寫(xiě)操作:向存儲(chǔ)器存放數(shù)據(jù),又稱(chēng)為寫(xiě)入;
概念:
存儲(chǔ)單元:存儲(chǔ)二進(jìn)制信息的部件,每個(gè)單元可以存放一個(gè)字或字節(jié)的信息,存儲(chǔ)器就是存儲(chǔ)單元的集合。
單元地址:存儲(chǔ)單元的編號(hào),是區(qū)分存儲(chǔ)器中不同存儲(chǔ)單元的唯一標(biāo)志。
二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)(五大部件)
2、運(yùn)算器
功能:在控制器控制下,進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。
運(yùn)算器的技術(shù)性能高低直接影響著計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和整機(jī)性能。
3、控制器
功能:對(duì)當(dāng)前指令進(jìn)行譯碼分析其所需要完成的操作,產(chǎn)生并發(fā)送各部件所需要的控制信號(hào),從而使整個(gè)計(jì)算機(jī)自動(dòng)、協(xié)調(diào)地工作。
控制器是計(jì)算機(jī)的控制指揮部件,也是整個(gè)計(jì)算機(jī)的控制中心。
二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)(五大部件)
4、輸入設(shè)備
功能:將外界的信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的二進(jìn)制代碼。輸入設(shè)備是給計(jì)算機(jī)輸入信息的設(shè)備。
5、輸出設(shè)備
功能:將計(jì)算機(jī)處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們或其他設(shè)備所能接收的形式。
三、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)
1.系統(tǒng)軟件
2、應(yīng)用軟件:又稱(chēng)為應(yīng)用程序,它是用戶在各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域根據(jù)具體的任務(wù)需要所開(kāi)發(fā)編制的各種程序。
如工程設(shè)計(jì)程序、數(shù)據(jù)處理程序、自動(dòng)控制程序、企業(yè)管理程序、科學(xué)計(jì)算程序等等。
1.系統(tǒng)軟件
系統(tǒng)軟件是指管理、調(diào)度、監(jiān)視和維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟硬件資源的程序集合,使系統(tǒng)資源得到合理調(diào)度,確保高效率運(yùn)行。
(1)操作系統(tǒng)
操作系統(tǒng)是直接運(yùn)行在裸機(jī)上的最基本的系統(tǒng)軟件,是系統(tǒng)軟件的核心,任何其他軟件必須在操作系統(tǒng)的支持下才能運(yùn)行。
操作系統(tǒng)(Operating System)的功能:
管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種軟、硬件資源,使其被高效使用;
為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和用戶之間提供接口,為用戶提供方便。
(2)語(yǔ)言處理程序
功能:將高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序翻譯成計(jì)算機(jī)能識(shí)別和執(zhí)行的二進(jìn)制機(jī)器指令,然后供計(jì)算機(jī)執(zhí)行。又稱(chēng)為翻譯程序。
計(jì)算機(jī)語(yǔ)言
程序是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的具體體現(xiàn),是用某種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言按問(wèn)題的要求編寫(xiě)而成的。程序就是指令的有序集合。
計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序的過(guò)程
四、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)
使用計(jì)算機(jī)解題的過(guò)程
本章小結(jié)
電子計(jì)算機(jī)的歷史分為以下幾個(gè)階段:
1946年~1959年 第一代,電子管計(jì)算機(jī)
1956年~1964年 第二代,晶體管計(jì)算機(jī)
1964年~1975年 第三代,中、小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)
1975年~1990年 第四代,大規(guī)模、超大規(guī)集成電路(LSI,VLSI)計(jì)算機(jī),第一、第二代微處理器
1990年~至今 第五代,甚大規(guī)模集成電路(ULSI)計(jì)算機(jī),第三、四、五、六代及多核微處理器
計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。
計(jì)算機(jī)的分類(lèi)有多種方法。
決定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能有許多因素,其中計(jì)算機(jī)的硬件性能指標(biāo)包括機(jī)器字長(zhǎng)、存儲(chǔ)器容量、運(yùn)算速度和配置外設(shè)等。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。馮·諾伊曼(Von Neumann)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件以操作系統(tǒng)為核心。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)從底層向上層分別為:微程序級(jí)(硬件)、機(jī)器指令級(jí)(與硬件緊密相關(guān))、操作系統(tǒng)級(jí)、語(yǔ)言處理程序及其他系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件。計(jì)算機(jī)組成原理課程所要討論的主要是最底二層。西安電子科技大學(xué)答辯ppt模板:這是西安電子科技大學(xué)答辯ppt模板,包括了我校職工薪酬體系的總體模型,我校校內(nèi)分配制度解析,校內(nèi)分配制度中的難點(diǎn),校內(nèi)分配制度改革的思考等內(nèi)容,歡迎點(diǎn)擊下載。
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