清华计算机组成原理课件01 计算机系统概论.ppt

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1、 主讲主讲 马洪连马洪连计算机组成与结构计算机组成与结构清华大学清华大学 王爱英主编王爱英主编参考书：计算机组成原理（第三版）白中英编参考书：计算机组成原理（第三版）白中英编 科学出版社科学出版社 计算机组成原理（修订版）俸远帧编计算机组成原理（修订版）俸远帧编 电子工业出版社电子工业出版社1第一章第一章 计算机系统概论计算机系统概论 硬件是计算机的物资基础，没有硬件计算机将不硬件是计算机的物资基础，没有硬件计算机将不硬件是计算机的物资基础，没有硬件计算机将不硬件是计算机的物资基础，没有硬件计算机将不复存在；软件是发挥计算机功能，没有软件计算机无复存在；软件是发挥计算机功能，没有软件计算机无复

2、存在；软件是发挥计算机功能，没有软件计算机无复存在；软件是发挥计算机功能，没有软件计算机无法投入使用。如同电影机和电影胶片的关系。法投入使用。如同电影机和电影胶片的关系。法投入使用。如同电影机和电影胶片的关系。法投入使用。如同电影机和电影胶片的关系。计算机的组成：硬件和软件计算机的组成：硬件和软件1.1 1.1 计算机软件的组成计算机软件的组成计算机软件的组成计算机软件的组成1.2 1.2 1.2 1.2 计算机的硬件计算机的硬件计算机的硬件计算机的硬件1.3 1.3 1.3 1.3 计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构 1.4 1.4 计算机的现代

3、发展史计算机的现代发展史1.5 1.5 1.5 1.5 计算机的应用领域计算机的应用领域计算机的应用领域计算机的应用领域2 软件组成软件组成软件组成软件组成系统软件系统软件系统软件系统软件应用软件应用软件应用软件应用软件操作系统或管理软件操作系统或管理软件操作系统或管理软件操作系统或管理软件汇编程序汇编程序汇编程序汇编程序 高级语言的编译或解释程序高级语言的编译或解释程序高级语言的编译或解释程序高级语言的编译或解释程序故障诊断或检验程序故障诊断或检验程序故障诊断或检验程序故障诊断或检验程序系统调试程序系统调试程序系统调试程序系统调试程序 数据库管理程序数据库管理程序数据库管理程序数据库管理程序

4、 使用者根据需要采用各类语言使用者根据需要采用各类语言使用者根据需要采用各类语言使用者根据需要采用各类语言编写的各种应用程序，包括各编写的各种应用程序，包括各编写的各种应用程序，包括各编写的各种应用程序，包括各类应用软件包类应用软件包类应用软件包类应用软件包1.1 计算机软件的组成计算机软件的组成 没有配备任何软件的没有配备任何软件的“裸机裸机”无法投入使用，无法投入使用，没没有配备足够的软件，其功能就不能很好的发挥。有配备足够的软件，其功能就不能很好的发挥。计计算机软件的分类如下：算机软件的分类如下：3 计算机的语言简介计算机的语言简介自然语言自然语言：人类相互交流信息所用的语言：人类相互交

5、流信息所用的语言 高级语言高级语言：由于当前的计算机还不具备理解自然：由于当前的计算机还不具备理解自然 语言的能力，于是人们希望找到一种和自然语言语言的能力，于是人们希望找到一种和自然语言 接近并能为计算机接受的语言，这种语言被称为接近并能为计算机接受的语言，这种语言被称为 计算机的高级语言计算机的高级语言。汇编语言汇编语言：符号式程序设计语言，属于低级语言。：符号式程序设计语言，属于低级语言。机器语言机器语言：然而目前的通用计算机不会直接执行用：然而目前的通用计算机不会直接执行用高级语言编写的程序，因而要先将其翻译成机器高级语言编写的程序，因而要先将其翻译成机器能执行的语言，这种语言被称为机

6、器语言（由二能执行的语言，这种语言被称为机器语言（由二进制代码表示的指令组成）。进制代码表示的指令组成）。41.2 1.2 计算机的硬件计算机的硬件 组成计算机的基本部件有中央处理器组成计算机的基本部件有中央处理器CPUCPU（运算运算器和控制器）、存储器和输入、输出设备。器和控制器）、存储器和输入、输出设备。中央处理器中央处理器中央处理器中央处理器又叫又叫又叫又叫CPUCPU，在早期的计算机中分成运算器和，在早期的计算机中分成运算器和，在早期的计算机中分成运算器和，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，现在已把它们集控制器两部分，由于电路集成度的提高，现在已把它们集

7、控制器两部分，由于电路集成度的提高，现在已把它们集控制器两部分，由于电路集成度的提高，现在已把它们集成在一个芯片中。成在一个芯片中。成在一个芯片中。成在一个芯片中。l l存储器存储器存储器存储器用来存放程序和数据，是计算机各种信息的存储用来存放程序和数据，是计算机各种信息的存储用来存放程序和数据，是计算机各种信息的存储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。存储器可与和交流中心。存储器可与和交流中心。存储器可与和交流中心。存储器可与CPUCPU、输入输出设备交换信息，、输入输出设备交换信息，、输入输出设备交换信息，、输入输出设备交换信息，起存储、缓冲、传递信息的作用。起存储、缓冲

8、、传递信息的作用。起存储、缓冲、传递信息的作用。起存储、缓冲、传递信息的作用。l l输入设备输入设备输入设备输入设备用来输入原始数据和处理这些数据的程序、输用来输入原始数据和处理这些数据的程序、输用来输入原始数据和处理这些数据的程序、输用来输入原始数据和处理这些数据的程序、输入的信息有数字符、字母和控制符等。入的信息有数字符、字母和控制符等。入的信息有数字符、字母和控制符等。入的信息有数字符、字母和控制符等。l l输出设备输出设备输出设备输出设备用来输出计算机的处理结果。可以是数字、字用来输出计算机的处理结果。可以是数字、字用来输出计算机的处理结果。可以是数字、字用来输出计算机的处理结果。可以

9、是数字、字母、表格、图形等母、表格、图形等母、表格、图形等母、表格、图形等.5计算机硬件构成演示计算机硬件构成演示6移位器移位器ALUALU选择器通用寄存器组通用寄存器组选择器运算器运算器7移位器移位器ALUALU选择器选择器通用寄存器组通用寄存器组 ALU:ALU:通过加法器实现运算操作通过加法器实现运算操作（由全加器（由全加器 求和、由求和、由进位链传递进位信号）。进位链传递进位信号）。选择器：选择操作数；选择控制选择器：选择操作数；选择控制条件，实现条件，实现 各种算法。各种算法。通用寄通用寄 存器组：提存器组：提供操作数，存放运算结果。供操作数，存放运算结果。移位器：直接或者移位送出运

10、移位器：直接或者移位送出运算结果。算结果。8运算器组成功能演示运算器组成功能演示9微命令发生器微命令发生器指指令令信信息息状状态态信信息息时时序序信信号号微命令序列微命令序列逻辑条件逻辑条件时间条件时间条件控制器控制器10控制器工作过程演示控制器工作过程演示11存储体存储体地地址址寄寄存存器器译译码码器器读读/写写线线路路数数据据寄寄存存器器控制线路控制线路存储器存储器12存储器按存储器按“读命令读命令”和和“写命写命令令”演示读写过程演示读写过程13输入输入/输出设备输出设备 主机主机接口接口输入输入/出出设备设备14 在计算机中各部件间来往的信号可分成三种在计算机中各部件间来往的信号可分成

11、三种类型，即地址、数据和控制信号。通常这些信号类型，即地址、数据和控制信号。通常这些信号是通过总线传送的，是通过总线传送的，CPUCPU发出的控制信号，经控制发出的控制信号，经控制总线送到存储器和输入输出设备，控制这些部件总线送到存储器和输入输出设备，控制这些部件完成指定的操作。与此同时，完成指定的操作。与此同时，CPUCPU（或其他设备）（或其他设备）经地址总线向存储器或输入输出设备发送地址，经地址总线向存储器或输入输出设备发送地址，使得计算机各个部件中的数据能根据需要互相传使得计算机各个部件中的数据能根据需要互相传送。送。ALUALUCPU主机主机I/OI/OCUCU主主存存15计算机工作

12、过程演示计算机工作过程演示16计算机硬件的组成框图计算机硬件的组成框图CPUCPU（包括运算器和控制器）包括运算器和控制器）包括运算器和控制器）包括运算器和控制器）存储器存储器存储器存储器 ROMROM RAMRAM输入输入输入输入/输出设备输出设备输出设备输出设备(I/O(I/O设备设备设备设备)总线总线总线总线 DBUSDBUS ABUSABUS CBUSCBUS运算器运算器和控制和控制器器 CPU存储器存储器输入输输入输出设备出设备地址总线地址总线数据总线数据总线控制总线控制总线17 硬软件界面与逻辑上的等价硬软件界面与逻辑上的等价 计算机系统以硬件为基础，通过软件扩充其功能，计算机系统

13、以硬件为基础，通过软件扩充其功能，计算机系统以硬件为基础，通过软件扩充其功能，计算机系统以硬件为基础，通过软件扩充其功能，并以执行程序方式体现其功能。一般来说，硬件只完成并以执行程序方式体现其功能。一般来说，硬件只完成并以执行程序方式体现其功能。一般来说，硬件只完成并以执行程序方式体现其功能。一般来说，硬件只完成最基本的功能，而复杂的功能则通过软件实现。在实际最基本的功能，而复杂的功能则通过软件实现。在实际最基本的功能，而复杂的功能则通过软件实现。在实际最基本的功能，而复杂的功能则通过软件实现。在实际的具体实施中，许多功能即可直接由硬件实现，也可在的具体实施中，许多功能即可直接由硬件实现，也可

14、在的具体实施中，许多功能即可直接由硬件实现，也可在的具体实施中，许多功能即可直接由硬件实现，也可在硬件支持下靠软件实现，对用户来说在功能上是等价的。硬件支持下靠软件实现，对用户来说在功能上是等价的。硬件支持下靠软件实现，对用户来说在功能上是等价的。硬件支持下靠软件实现，对用户来说在功能上是等价的。例如乘法运算就是一个例子。例如乘法运算就是一个例子。例如乘法运算就是一个例子。例如乘法运算就是一个例子。早期曾采用硬件软化的技术策略来降低造价，如依早期曾采用硬件软化的技术策略来降低造价，如依早期曾采用硬件软化的技术策略来降低造价，如依早期曾采用硬件软化的技术策略来降低造价，如依靠软件实现乘、除、浮点

15、运算等更高级一些的功能。随靠软件实现乘、除、浮点运算等更高级一些的功能。随靠软件实现乘、除、浮点运算等更高级一些的功能。随靠软件实现乘、除、浮点运算等更高级一些的功能。随着集成电路技术的飞速发展，于是又出现了另一种技术着集成电路技术的飞速发展，于是又出现了另一种技术着集成电路技术的飞速发展，于是又出现了另一种技术着集成电路技术的飞速发展，于是又出现了另一种技术策略策略策略策略-软件硬化，如浮点运算器等。这样系统将有更高软件硬化，如浮点运算器等。这样系统将有更高软件硬化，如浮点运算器等。这样系统将有更高软件硬化，如浮点运算器等。这样系统将有更高的处理速度，在软件的支持下具有更强的功能。的处理速度

16、，在软件的支持下具有更强的功能。的处理速度，在软件的支持下具有更强的功能。的处理速度，在软件的支持下具有更强的功能。18 与此同时，人们又采取了另一种策略与此同时，人们又采取了另一种策略与此同时，人们又采取了另一种策略与此同时，人们又采取了另一种策略固件化。采固件化。采固件化。采固件化。采用微程序控制技术使计算机结构和硬、软件功能分配发用微程序控制技术使计算机结构和硬、软件功能分配发用微程序控制技术使计算机结构和硬、软件功能分配发用微程序控制技术使计算机结构和硬、软件功能分配发生了变化，对指令的解释与执行是通过运行微程序来实生了变化，对指令的解释与执行是通过运行微程序来实生了变化，对指令的解释

17、与执行是通过运行微程序来实生了变化，对指令的解释与执行是通过运行微程序来实现的。而微程序是被固化在只读存储器中。从信息形态现的。而微程序是被固化在只读存储器中。从信息形态现的。而微程序是被固化在只读存储器中。从信息形态现的。而微程序是被固化在只读存储器中。从信息形态上讲，微程序类似于软件；从器件上讲它固化在硬件芯上讲，微程序类似于软件；从器件上讲它固化在硬件芯上讲，微程序类似于软件；从器件上讲它固化在硬件芯上讲，微程序类似于软件；从器件上讲它固化在硬件芯片内；在逻辑功能上讲它属于硬件片内；在逻辑功能上讲它属于硬件片内；在逻辑功能上讲它属于硬件片内；在逻辑功能上讲它属于硬件CPUCPU的范畴；因

18、而称的范畴；因而称的范畴；因而称的范畴；因而称为固件。为固件。为固件。为固件。现在常采用软件固化的策略，将系统软件的核心部现在常采用软件固化的策略，将系统软件的核心部现在常采用软件固化的策略，将系统软件的核心部现在常采用软件固化的策略，将系统软件的核心部分固化在存储芯片之中。从用户看去，它们是系统硬件分固化在存储芯片之中。从用户看去，它们是系统硬件分固化在存储芯片之中。从用户看去，它们是系统硬件分固化在存储芯片之中。从用户看去，它们是系统硬件的一部分。如，微机系统将操作系统中的的一部分。如，微机系统将操作系统中的的一部分。如，微机系统将操作系统中的的一部分。如，微机系统将操作系统中的BIOSB

19、IOS固化在固化在固化在固化在系统板上，将存储管理功能集成于系统板上，将存储管理功能集成于系统板上，将存储管理功能集成于系统板上，将存储管理功能集成于CPUCPU芯片之内。芯片之内。芯片之内。芯片之内。19 1.3 计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构 （从语言功能层次划分）（从语言功能层次划分）（从语言功能层次划分）（从语言功能层次划分）虚拟机虚拟机：通过配置软件扩展功能后形成的与：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。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由于站在不同层次

20、上编程的程序员所看到的计算机属性也是个不相同的。例如，用高级语言计算机属性也是个不相同的。例如，用高级语言编程的程序员，可以把编程的程序员，可以把IBM PC与与RS6000两种两种机器看成同一属性的机器。可是，对使用汇编语机器看成同一属性的机器。可是，对使用汇编语言编程的程序员来说，言编程的程序员来说，IBM PC与与RS6000两种两种机器是两种截然不同的机器。因为程序员所看到机器是两种截然不同的机器。因为程序员所看到的这两种机器的属性，如指令集、数据类型、寻的这两种机器的属性，如指令集、数据类型、寻址技术等都完全不同，因此认为这两种机器的结址技术等都完全不同，因此认为这两种机器的结构是各

21、不相同的。构是各不相同的。20 虚拟机（通过软件扩充的物理机）目的：摆虚拟机（通过软件扩充的物理机）目的：摆脱真实机器的束缚。脱真实机器的束缚。比较：比较：JavaJava虚拟机虚拟机 实际机器（机器语言物理机）实际机器（机器语言物理机）专用语言虚拟机专用语言虚拟机高级语言虚拟机高级语言虚拟机汇编语言虚拟机汇编语言虚拟机程序程序21 虚拟机器虚拟机器 M4（高级语言机器）（高级语言机器）高级语言程序经编译程序翻译高级语言程序经编译程序翻译成汇编语言或中间语言程序成汇编语言或中间语言程序 图图 计算机系统的多级层次结构计算机系统的多级层次结构 虚拟机器虚拟机器M3（汇编语言或中（汇编语言或中 间

22、机器语言）间机器语言）本级语言程序经编译程序翻译成本级语言程序经编译程序翻译成机器语言程序或操作系统语言机器语言程序或操作系统语言 虚拟机器虚拟机器M2（操作系统（操作系统 语言机器）语言机器）一般用机器语言解释操作系统语言一般用机器语言解释操作系统语言 实际机器实际机器M1（机器语言机器）（机器语言机器）由硬件或微程序由硬件或微程序*执行机器语言执行机器语言*注：微程序将在第注：微程序将在第6 6章中讲述章中讲述 22 1.4.1 1.4.1 计算机的产生计算机的产生计算机的产生计算机的产生 16421642年，年仅年，年仅年，年仅年，年仅1919岁的法国科学家岁的法国科学家岁的法国科学家岁

23、的法国科学家BlaiseBlaise Pascal(1623-1662)Pascal(1623-1662)制造出的制造出的制造出的制造出的第一台能工作的计算机器。整台机器是纯机械设备，使用手柄驱动，用齿第一台能工作的计算机器。整台机器是纯机械设备，使用手柄驱动，用齿第一台能工作的计算机器。整台机器是纯机械设备，使用手柄驱动，用齿第一台能工作的计算机器。整台机器是纯机械设备，使用手柄驱动，用齿轮传动，能完成加法和减法。程序设计语言轮传动，能完成加法和减法。程序设计语言轮传动，能完成加法和减法。程序设计语言轮传动，能完成加法和减法。程序设计语言PascalPascal就是以他的名字命名的。就是以他

24、的名字命名的。就是以他的名字命名的。就是以他的名字命名的。19451945年年年年,美国数学家冯美国数学家冯美国数学家冯美国数学家冯.诺依曼博士发表诺依曼博士发表诺依曼博士发表诺依曼博士发表电子计算工具逻辑设计电子计算工具逻辑设计电子计算工具逻辑设计电子计算工具逻辑设计论文，论文，论文，论文，提出二进制表达方式和存储程序控制计算机构想。提出二进制表达方式和存储程序控制计算机构想。提出二进制表达方式和存储程序控制计算机构想。提出二进制表达方式和存储程序控制计算机构想。19461946年年年年,美国宾西法尼亚大学研制成功电子数字计算机美国宾西法尼亚大学研制成功电子数字计算机美国宾西法尼亚大学研制成

25、功电子数字计算机美国宾西法尼亚大学研制成功电子数字计算机 ENIACENIAC。重。重。重。重2828吨，吨，吨，吨，耗电耗电耗电耗电150kW150kW，占地占地占地占地170170平米，用电子管平米，用电子管平米，用电子管平米，用电子管1880018800个，每秒个，每秒个，每秒个，每秒50005000次加法。次加法。次加法。次加法。19481948年，贝尔实验室的年，贝尔实验室的年，贝尔实验室的年，贝尔实验室的John BardeenJohn Bardeen、Walter BrattainWalter Brattain和和和和William William ShockleyShockle

26、y发明了晶体管，他们也因此获得了发明了晶体管，他们也因此获得了发明了晶体管，他们也因此获得了发明了晶体管，他们也因此获得了19561956年的诺贝尔物理奖。年的诺贝尔物理奖。年的诺贝尔物理奖。年的诺贝尔物理奖。19531953年，麻省理工学院林肯实验室成功研制了第一台晶体管计算机年，麻省理工学院林肯实验室成功研制了第一台晶体管计算机年，麻省理工学院林肯实验室成功研制了第一台晶体管计算机年，麻省理工学院林肯实验室成功研制了第一台晶体管计算机TX-0TX-0。清华大学计算机系于清华大学计算机系于清华大学计算机系于清华大学计算机系于19661966年研制成功晶体管小型通用计算机年研制成功晶体管小型通

27、用计算机年研制成功晶体管小型通用计算机年研制成功晶体管小型通用计算机112112机，后机，后机，后机，后来由北京计算机三厂投产。来由北京计算机三厂投产。来由北京计算机三厂投产。来由北京计算机三厂投产。1.4 1.4 计算机的现代发展史计算机的现代发展史23 介绍：重达30吨 占地170平方米 内装18000个电子管 计算速度5000次/秒 不足：存储容量小 20个字长10位 非自动 采用线路连接来编程 Von Neumann 在此基础上提出了 现代计算机的模型第一台计算机 ENIAC24 一般认为冯一般认为冯.诺依曼机具有如下基本特点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

28、入设备和计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。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。器中，由指令组成的程序可以修改。数据以二进制码表示数据以二进制码表示指令由操作码和地址码组成。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，一般按顺序指明要执行的指令所在的单元地址，一般按顺序替增。替增。机器以运算器为中心，数据传送都经过运算器。机器以运算器为中心，数据传送都经过运算器。25典型冯

29、典型冯.诺依曼计算机结构诺依曼计算机结构图1-1 计算机的基本结构存储器输出输入运算器控制器数据线路控制信号26算术运算算术运算逻辑运算逻辑运算存放数据存放数据和程序和程序将信息转换成机将信息转换成机器能识别的形式器能识别的形式将结果转换成将结果转换成人们熟悉的形式人们熟悉的形式指挥程序指挥程序运行运行冯冯诺依曼计算机硬件框图诺依曼计算机硬件框图存储器存储器输入设备输入设备运算器运算器控制器控制器输出设备输出设备27 提高计算机性能的根本方向之一是并行处理。因此近提高计算机性能的根本方向之一是并行处理。因此近提高计算机性能的根本方向之一是并行处理。因此近提高计算机性能的根本方向之一是并行处理。

30、因此近年来人们在谋求突破传统诺依曼体制的束缚，这种努年来人们在谋求突破传统诺依曼体制的束缚，这种努年来人们在谋求突破传统诺依曼体制的束缚，这种努年来人们在谋求突破传统诺依曼体制的束缚，这种努力被称为非诺依曼化。一般认为它表现在三个方面的努力被称为非诺依曼化。一般认为它表现在三个方面的努力被称为非诺依曼化。一般认为它表现在三个方面的努力被称为非诺依曼化。一般认为它表现在三个方面的努力。力。力。力。1 1）在诺依曼体制的范畴内，对传统诺依曼机进行）在诺依曼体制的范畴内，对传统诺依曼机进行）在诺依曼体制的范畴内，对传统诺依曼机进行）在诺依曼体制的范畴内，对传统诺依曼机进行改造，如采用多个处理部件形成

31、流水线处理，依靠时间改造，如采用多个处理部件形成流水线处理，依靠时间改造，如采用多个处理部件形成流水线处理，依靠时间改造，如采用多个处理部件形成流水线处理，依靠时间上的重叠提高处理效率；又如组成阵列机结构，形成单上的重叠提高处理效率；又如组成阵列机结构，形成单上的重叠提高处理效率；又如组成阵列机结构，形成单上的重叠提高处理效率；又如组成阵列机结构，形成单指令流多数据流，提高处理速度。指令流多数据流，提高处理速度。指令流多数据流，提高处理速度。指令流多数据流，提高处理速度。l l 2 2）用多个诺依曼机组成多机系统，支持并行算法）用多个诺依曼机组成多机系统，支持并行算法）用多个诺依曼机组成多机系

32、统，支持并行算法）用多个诺依曼机组成多机系统，支持并行算法结构。结构。结构。结构。l l 3 3）从根本上改变诺依曼机的控制流驱动方式。例）从根本上改变诺依曼机的控制流驱动方式。例）从根本上改变诺依曼机的控制流驱动方式。例）从根本上改变诺依曼机的控制流驱动方式。例如采用数据流驱动方式，只要数据已经准备好，有关的如采用数据流驱动方式，只要数据已经准备好，有关的如采用数据流驱动方式，只要数据已经准备好，有关的如采用数据流驱动方式，只要数据已经准备好，有关的指令就可并行执行。指令就可并行执行。指令就可并行执行。指令就可并行执行。28 1.4.2 1.4.2 电子计算机的发展简史电子计算机的发展简史第

33、一代第一代第一代第一代 电子管时代电子管时代电子管时代电子管时代(1946-1958)(1946-1958)耗电高，体积大，定点计算，机器语言，汇编语言耗电高，体积大，定点计算，机器语言，汇编语言耗电高，体积大，定点计算，机器语言，汇编语言耗电高，体积大，定点计算，机器语言，汇编语言第二代第二代第二代第二代 晶体管时代晶体管时代晶体管时代晶体管时代(1958-1965)(1958-1965)变集中处理为分级处理，浮点运算、高级语言变集中处理为分级处理，浮点运算、高级语言变集中处理为分级处理，浮点运算、高级语言变集中处理为分级处理，浮点运算、高级语言第三代第三代第三代第三代 中小规模集成电路时代

34、中小规模集成电路时代中小规模集成电路时代中小规模集成电路时代(1965-1970)(1965-1970)存储容量大，运算速度快，几十至几百万次存储容量大，运算速度快，几十至几百万次存储容量大，运算速度快，几十至几百万次存储容量大，运算速度快，几十至几百万次/秒秒秒秒第四代第四代第四代第四代 大规模集成电路时代大规模集成电路时代大规模集成电路时代大规模集成电路时代(1971(1971至今至今至今至今)向大型机和微型机两个方向发展向大型机和微型机两个方向发展向大型机和微型机两个方向发展向大型机和微型机两个方向发展现代计算机发展方向现代计算机发展方向现代计算机发展方向现代计算机发展方向 巨型化，微型

35、化，网络化，智能化，多媒体化巨型化，微型化，网络化，智能化，多媒体化巨型化，微型化，网络化，智能化，多媒体化巨型化，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根据摩尔定律集成电路大体上每根据摩尔定律集成电路大体上每根据摩尔定律集成电路大体上每1818个月翻一番，今后可再用个月翻一番，今后可再用个月翻一番，今后可再用个月翻一番，今后可再用1010年。年。年。年。291.4.3 1.4.3 计算机的六大分类计算机的六大分类巨型机巨型机巨型机巨型机世界几家公司生产，最快世界几家公司生产，最快世界几家公司生产，最快世界几家公司生产，最快1.41.4万亿次，万亿次，万亿次，万亿次，9

36、 9千个千个千个千个CPUCPU组组组组 成成成成Cray-1,Cray-2,Cray-3,Cray-1,Cray-2,Cray-3,国产银河国产银河国产银河国产银河I,I,银河银河银河银河II,II,银银银银 河河河河IIIIII，目前我国神威号速度达，目前我国神威号速度达，目前我国神威号速度达，目前我国神威号速度达34803480亿次亿次亿次亿次/秒。秒。秒。秒。小巨型机小巨型机小巨型机小巨型机功能同巨型机相近，价格相对便宜，发展十分迅速功能同巨型机相近，价格相对便宜，发展十分迅速功能同巨型机相近，价格相对便宜，发展十分迅速功能同巨型机相近，价格相对便宜，发展十分迅速 美国美国美国美国Co

37、nvexConvex公司的公司的公司的公司的C C系列机为其代表产品。系列机为其代表产品。系列机为其代表产品。系列机为其代表产品。大型机大型机大型机大型机大中型企事业单位作为计算中心的主机使用，统一调大中型企事业单位作为计算中心的主机使用，统一调大中型企事业单位作为计算中心的主机使用，统一调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，代表产品有度主机资源，代表产品有度主机资源，代表产品有度主机资源，代表产品有IBM360IBM360，370370，43004300等等等等小型机小型机小型机小型机它可以满足部门性的需求，供小型企事业单位使用，它可以满足部门性的需求，供小型企事业单

38、位使用，它可以满足部门性的需求，供小型企事业单位使用，它可以满足部门性的需求，供小型企事业单位使用，典型产品有典型产品有典型产品有典型产品有IBM-AS/400IBM-AS/400，DEC-VAXDEC-VAX系列，国产太级系列，国产太级系列，国产太级系列，国产太级工作站工作站工作站工作站用于特殊的专业领域，例如图象处理和辅助设计等。用于特殊的专业领域，例如图象处理和辅助设计等。用于特殊的专业领域，例如图象处理和辅助设计等。用于特殊的专业领域，例如图象处理和辅助设计等。典型产品有典型产品有典型产品有典型产品有HP-APOLLOHP-APOLLO，SUNSUN工作站等。工作站等。工作站等。工作站

39、等。l l微型机微型机微型机微型机个人或家庭使用，个人或家庭使用，个人或家庭使用，个人或家庭使用，PCPC机机机机/个人计算机，价格低廉个人计算机，价格低廉个人计算机，价格低廉个人计算机，价格低廉31IBM System360 32世界上较快的五台超级计算机世界上较快的五台超级计算机1.IBM:Seaborg6 080个个 CPU 最大平均速度最大平均速度 7.304 TF(1012)332.IBM:ASCI White8 192个个 CPU 最大平均速度最大平均速度 7.304 TF(1012)世界上较快的五台超级计算机世界上较快的五台超级计算机343.Linux NetworX:MCR L

40、inux Cluster 2 304个个 CPU 最大平均速度最大平均速度 7.634 TF(1012)世界上较快的五台超级计算机世界上较快的五台超级计算机354.HP:ASCI Q4 096个个 CPU 最大平均速度最大平均速度 13.88 TF(1012)世界上较快的五台超级计算机世界上较快的五台超级计算机365.NEC:Earth Simulator5 120个个 CPU 最大平均速度最大平均速度 35.86 TF(1012)世界上较快的五台超级计算机世界上较快的五台超级计算机371.5 1.5 计算机的应用领域计算机的应用领域科学研究计算科学研究计算 密码破译，天气预报，地质勘探，卫星

41、轨道计算密码破译，天气预报，地质勘探，卫星轨道计算密码破译，天气预报，地质勘探，卫星轨道计算密码破译，天气预报，地质勘探，卫星轨道计算过程控制过程控制 机器人以及各种自动化装备，温度调节，阀门控制机器人以及各种自动化装备，温度调节，阀门控制机器人以及各种自动化装备，温度调节，阀门控制机器人以及各种自动化装备，温度调节，阀门控制辅助设计辅助设计/分析分析/制造制造/教学教学 机械机械机械机械CADCAD，建筑建筑建筑建筑CADCAD，CAECAE，CAMCAM，CAICAI数据处理数据处理 数据库管理，企业信息管理，统计汇总、办公自动化数据库管理，企业信息管理，统计汇总、办公自动化数据库管理，企业信息管理，统计汇总、办公自动化数据库管理，企业信息管理，统计汇总、办公自动化智能模拟智能模拟 人工智能、专家系统、自学习人工智能、专家系统、自学习人工智能、专家系统、自学习人工智能、专家系统、自学习38 第一章作业第一章作业 1.2 1.3 1.8 1.11 近年来人们在谋求突破传统诺依曼体制的近年来人们在谋求突破传统诺依曼体制的束缚方面做了哪些方面的工作？束缚方面做了哪些方面的工作？39