第一章 计算机组成原理精选文档.ppt
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1、第一章 计算机组成原理本讲稿第一页,共三十九页 计计算算机机组组成成原原理理是是计计算算机机类类学学科科本本科科教教学学中中的的一一门门重重要要专专业业基基础础课课。在在专专业业教教学学计计划划中中占占有有重重要要地地位位和和作作用用。它它主主要要阐阐述述构构成成一一台台计计算算机机的的基基本本原原理理,包包括括计计算算机机的的结结构构组组成成、各各个个功功能能部部件件的的作作用用、工工作作原原理理及及设设计计方方法法。学学习习本本课课程程旨旨在在建建立立计计算算机机系系统统的的整整体体概概念念,对对培培养养设设计计开开发发计计算算机机系系统统的的能能力力有有重重要要作作用用。该该课课程程为为
2、今今后后学学习习计计算算机机体体系系结结构构、计计算算机机网网络络、计计算算机机容容错错技技术术、计计算算机机并并行行处处理理、计计算算机机分分布布式式处处理理技技术术等等课程打好基础。课程打好基础。计计算算机机组组成成原原理理的的先先修修课课程程为为信信息息论论导导论论、数数字字逻逻辑辑设设计计;后继课程为微机系统与接口、单片机应用技术等系列课程。后继课程为微机系统与接口、单片机应用技术等系列课程。谭乐婷谭乐婷 2010 2010年年9 9月月 本讲稿第二页,共三十九页组成原理的地位和对象组成原理的地位和对象l1.1.地位:地位:l核心课程(与系统结构、操作系统构成核心课程(与系统结构、操作
3、系统构成3 3门专门专业核心课程)业核心课程)l2.2.对象:对象:l计算机专业(科学与技术、软件工程、网络计算机专业(科学与技术、软件工程、网络工程)工程)l高年级课程高年级课程本讲稿第三页,共三十九页概论概论知识结构知识结构计算机计算机本讲稿第四页,共三十九页知识结构知识结构计算机系统的硬件结构计算机系统的硬件结构计算机计算机I/O系统总线系统总线存储器存储器运算器运算器控制器控制器本讲稿第五页,共三十九页知识结构知识结构运算器运算器内部互连内部互连ALU寄存器寄存器CPU计算机计算机I/O系统总线系统总线存储器存储器运算器运算器控制器控制器本讲稿第六页,共三十九页组成原理的主要内容组成原
4、理的主要内容l1.1.计算机信息表示(数据、指令)计算机信息表示(数据、指令)l2.2.运算器的算法运算器的算法l3.3.存储器的结构及设计存储器的结构及设计l4.4.控制器的原理及设计控制器的原理及设计l5.I/O5.I/O设备原理设备原理l6.6.总线的原理与设计总线的原理与设计本讲稿第七页,共三十九页第第章章 概论概论1.1 计算机的发展历史计算机的发展历史1.4 计算机系统的组织结构计算机系统的组织结构1.3 计算机的软件系统计算机的软件系统1.2 计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成1.5 计算机的特点和性能指标本讲稿第八页,共三十九页约翰冯诺依曼 John Von Neuman
5、(19031957)美藉匈牙利人 开创了现代计算机理论,于开创了现代计算机理论,于19451945年提出了年提出了“程序内存式程序内存式”计算机的设计思想。这一卓越的计算机的设计思想。这一卓越的思想为电子计算机的逻辑结构设计奠定了基础,思想为电子计算机的逻辑结构设计奠定了基础,已成为计算机设计的基本原则。已成为计算机设计的基本原则。1946 1946年,冯年,冯诺依曼开始研究程序编制问题,诺依曼开始研究程序编制问题,他是现代数值分析他是现代数值分析计算数学的缔造者之一,他计算数学的缔造者之一,他首先研究线性代数和算术的数值计算,首先研究线性代数和算术的数值计算,冯冯诺依曼逝世后,未完成的手稿于
6、诺依曼逝世后,未完成的手稿于19581958年年以计算机与人脑为名出版他的主要著作收以计算机与人脑为名出版他的主要著作收集在六卷冯集在六卷冯诺依曼全集中,诺依曼全集中,19611961年出版年出版 本讲稿第九页,共三十九页阿兰阿兰麦席森麦席森图灵图灵Alan Mathison TuringAlan Mathison Turing(1912.6.231912.6.231954.6.71954.6.7)英国数学家、逻辑学家英国数学家、逻辑学家被视为计算机之父被视为计算机之父 在他短暂的生涯中,图灵在量子力学、数理在他短暂的生涯中,图灵在量子力学、数理逻辑、生物学、化学方面都有深入的研究,在晚逻辑、
7、生物学、化学方面都有深入的研究,在晚年还开创了一门新学科年还开创了一门新学科 非线性力学。非线性力学。24岁提出图灵机理论,岁提出图灵机理论,31岁参与岁参与COLOSSUS的研制,的研制,33岁设想仿真系统,岁设想仿真系统,35岁岁提出自动程序设计概念,提出自动程序设计概念,38岁设计岁设计“图灵测验图灵测验”。这一朵朵灵感浪花无不闪耀着他在计算机发展史这一朵朵灵感浪花无不闪耀着他在计算机发展史上的预见性。上的预见性。“图灵机图灵机”与与“冯冯诺伊曼机诺伊曼机”齐名,被永远载齐名,被永远载入计算机的发展史中入计算机的发展史中。为表彰他的贡献,专门设有一个一年一度的为表彰他的贡献,专门设有一个
8、一年一度的“图灵奖图灵奖”,颁发给最优秀的电脑科学家。,颁发给最优秀的电脑科学家。本讲稿第十页,共三十九页1.1 计算机的发展史计算机的发展史一、计算机的产生和发展一、计算机的产生和发展1946年年 美国美国 ENIAC1955年退役年退役十进制运算十进制运算18 0001 500150301 500多个电子管多个电子管多个继电器多个继电器千瓦千瓦吨吨平方英尺平方英尺5 000次加法秒次加法秒用手工搬动开关和拔插电缆来编程用手工搬动开关和拔插电缆来编程本讲稿第十一页,共三十九页世界上第一台电子计算机世界上第一台电子计算机 ENIAC(1946)1.1本讲稿第十二页,共三十九页硬件技术对计算机更
9、新换代的影响硬件技术对计算机更新换代的影响 100 000 000 超大规模超大规模 集成电路集成电路 1978现在现在五五 10 000 000 大规模大规模 集成电路集成电路 19721977 1 000 000 中小规模中小规模 集成电路集成电路 19651971 200 000 晶体管晶体管 19581964 40 000 电子管电子管 19461957 速度速度 /(次(次/秒)秒)硬件技术硬件技术 时间时间 代代三三四四二二一一1.1本讲稿第十三页,共三十九页 电子管电子管晶体管晶体管集成电路集成电路本讲稿第十四页,共三十九页 1.IBM:BlueGene/L-eServer Bl
10、ue Gene Solution212 992 个个 CPU 最大平均速度最大平均速度 478 200 GFLOPS最快的五台超级计算机最快的五台超级计算机(截止到(截止到 2007.11)1.1本讲稿第十五页,共三十九页2.IBM:JUGENE-Blue Gene/P Solution 65 536个个 CPU 最大平均速度最大平均速度 167 300 GFLOPS 最快的五台超级计算机最快的五台超级计算机(截止到(截止到 2007.11)1.1本讲稿第十六页,共三十九页3.SGI:SGI Altix ICE 820014 336个个 CPU 最大平均速度最大平均速度 126 900 GFL
11、OPS 最快的五台超级计算机最快的五台超级计算机(截止到(截止到 2007.11)1.1本讲稿第十七页,共三十九页4.HP:EKA-Cluster Platform 3000 BL460c14 240个个 CPU 最大平均速度最大平均速度 117 900 GFLOPS最快的五台超级计算机最快的五台超级计算机(截止到(截止到 2007.11)1.1本讲稿第十八页,共三十九页最快的五台超级计算机最快的五台超级计算机(截止到(截止到 2007.11)5.HP:Cluster Platform 3000 BL460c13 728个个 CPU 最大平均速度最大平均速度 102 800 GFLOPS1.1
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