計算機組成技術(shù)

1、計 算 機 組 成 技 術(shù),張 宇 電話： 86413683 轉(zhuǎn) 809 地址：綜合樓609 電子信箱：zhangyu@ir.hit.edu.cn,參考書目,計算機組成原理，唐朔飛編著，高等教育出版社出版IBM PC 匯編語言程序設(shè)計（第二版），沈美明、溫冬嬋編著，清華大學(xué)出版社出版,第一章 緒論,電子計算機的產(chǎn)生與發(fā)展微型電子計算機的發(fā)展我國電子計算機的發(fā)展電子計算機的基本結(jié)

2、構(gòu)、分類與性能評價電子計算機的特點及應(yīng)用電子計算機的新進(jìn)展,1.1電子計算機的產(chǎn)生與發(fā)展,電子計算機產(chǎn)生之前計算工具的發(fā)展手動計算工具：算盤機械式計算工具：手搖臺式計算機1642年，法數(shù)學(xué)家Pascal始創(chuàng)；1673年，德數(shù)學(xué)家Leibnitz改進(jìn)。1812年，英數(shù)學(xué)家Babbage，差分機1871年，英數(shù)學(xué)家Babbage，分析機機電式計算工具：1944年IBM公司MARK I(電動、齒輪、繼電器構(gòu)成),“古代”計算

3、機的特點,計算速度慢出現(xiàn)錯誤多,,圖靈（Turing）,馮·諾依曼（John Von Neuman）,兩位杰出的計算機科學(xué)家,1.1.2 現(xiàn)代電子計算機的發(fā)展,第一代計算機（1946-1958）電子管時代ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Calculator）EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）,

4、第二代計算機（1958-1965）晶體管時代第三代計算機（1965-1970）集成電路時代第四代計算機（1970- ）大規(guī)模集成電路時代,各時期計算機的比較（1）,各時期計算機的比較（2）,,,,,,1.2 微型電子計算機的發(fā)展,第一代（1971-1972）4位的微處理器和微型電子計算機Intel 4004 2300個晶體管,第二代（1972-1977）8位的微處理器和微型電子計算機Intel 800

5、8 3300個晶體管Intel 8080 4900個晶體管M6800 6800個晶體管Z80 10000個晶體管,第三代（1978-1983）16位的微處理器和微型電子計算機Intel 8086 29000個晶體管M68000 68000個晶體管Z8000 37500個晶體管,第四代（1984-）32位的微處理器和微型電子計算機代表機

6、型：Intel 80286Intel 80386MC68020,摩爾定律,每18個月微處理器內(nèi)部的晶體管數(shù)量擴(kuò)大一倍，計算機的性能將翻一番，而芯片的價格保持不變,1.3 我國電子計算機的發(fā)展,1973年，中國第一臺百萬次集成電路電子計算機研制成功1983年，銀河I號巨型計算機研制成功，運算次數(shù)達(dá)到每秒1億次1987年，第一臺國產(chǎn)286微機---長城286正式推出1988年，第一臺國產(chǎn)386微機---長城386正式推出,我國電

7、子計算機的發(fā)展,1993年，中國第一臺10億次巨型銀河計算機II型通過鑒定，并于次年在國家氣象局投入正式運行1995年，曙光1000型大型機通過鑒定，其峰值可以達(dá)到每秒25億次1997年，銀河III并行巨型機研制成功1999年，銀河四代巨型機研制成功2000年，自行研制成功“神威I”高性能計算機,1.4 電子計算機的基本結(jié)構(gòu)、 分類與性能評價,1.4.1 計算機硬件的基本組成,輸入設(shè)備,,,主存儲器,控制器,

8、運算器,,,程序或數(shù)據(jù),CPU,主機,,,,指令流,,,,,,數(shù)據(jù)流,,輸出設(shè)備,,,,程序或結(jié)果,,程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、控制信號發(fā)生器,輔助存儲器,,1.4.2 計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),軟件的分類系統(tǒng)軟件Dos，Windows，UNIX，LINUX，Oracle，SQL程序設(shè)計語言匯編語言，Basic，C/C++，Pascal，Java應(yīng)用軟件人事管理軟件，財務(wù)管理軟件等等,計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),實際機器M1

9、具有L1機器語言（機器指令系統(tǒng)）,實際機器M1具有L1機器語言（機器指令系統(tǒng)）,虛擬機器M2具有L2機器語言（匯編語言）,,計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),實際機器M1具有L1機器語言（機器指令系統(tǒng)）,虛擬機器M2具有L2機器語言（匯編語言）,,計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),虛擬機器M3具有L3機器語言（高級語言）,,實際機器M1，具有L1機器語言（機器指令系統(tǒng)）,虛擬機器M2，具有L2機器語言（匯編語言）,,計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),虛擬機器M

10、3 ，具有L3機器語言（高級語言）,,微程序機器M0，具有L0機器語言（微指令系統(tǒng)）,,實際機器M1，具有L1機器語言（機器指令系統(tǒng)）,虛擬機器M3，具有L3機器語言（匯編語言）,,計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),虛擬機器M4 ，具有L4機器語言（高級語言）,,微程序機器M0，具有L0機器語言（微指令系統(tǒng)）,,虛擬機器M2，具有L2機器語言（作業(yè)控制語言）,,虛擬機器M5，具有L5機器語言（應(yīng)用語言）,,1.4.3 電子計算機的分類,從電子計算機

11、的內(nèi)部實現(xiàn)來分模擬式電子計算機，數(shù)字式電子計算機從電子計算機的性能來分微型電子計算機，小型電子計算機，中型電子計算機，大型電子計算機，超級電子計算機從電子計算機的用途來分個人電子計算機，工業(yè)控制電子計算機，軍用電子計算機，嵌入式電子計算機按設(shè)計目的：專用、通用電子計算機,1.4.4 電子計算機的性能評價,基本字長主存容量主存容量=存儲單元數(shù)*字長運算速度基本法吉普森法（Gibson）,1.4.4 電子計算機的性能評

12、價,MIPS（Million Instruction Per Second）CPI（Cycle Per Instruction）FPOPS（Floating Point Operation Per Second）,1.5 電子計算機的特點及應(yīng)用,1.5.1 電子計算機的特點,自動連續(xù)地高速運算運算速度快具有記憶能力和邏輯判斷能力運算精度高通用性強,1.5.2 計算機的應(yīng)用,科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理工業(yè)控制和實時控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)

13、用電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)教育虛擬現(xiàn)實飛行員的方針虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),1.5.2 計算機的應(yīng)用,CAD/CAM/CIMS CAD（Computer Aided Design）按設(shè)計任務(wù)書的要求，可進(jìn)行各種設(shè)計方案的比較，確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、外形尺寸、材料選擇、模擬組裝；再對模擬整機進(jìn)行各種性能測試，包括強度分析、振動分析、運動狀態(tài)分析等；并任意修正，最后從性能的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)的合理性、加工的可行性等方面進(jìn)行論證，獲得最終的設(shè)計產(chǎn)品，大大降低了產(chǎn)品設(shè)

14、計的成本，縮短了產(chǎn)品的設(shè)計周期，最大限度地降低了產(chǎn)品設(shè)計的風(fēng)險。因此，CAD技術(shù)已被各種制造業(yè)廣泛應(yīng)用。,1.5.2 計算機的應(yīng)用,CAM（Computer Aided Manufacturing）是以數(shù)控機床為主體，利用存有全部加工資料的的數(shù)據(jù)庫，如刀具、夾具和各種零件的加工程序，以及在加工過程中的自動換刀及加工數(shù)據(jù)的控制。目前人們已經(jīng)將數(shù)控、物料流控制及存儲、機器人、柔性制造、生產(chǎn)過程仿真等計算機相關(guān)控制技術(shù)統(tǒng)稱為計算機輔助制造。,

15、1.5.2 計算機的應(yīng)用,CIMS（Computer Integrated Manufacturing Systems）是信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)改造傳統(tǒng)制造業(yè)、加強新興制造業(yè)、提高企業(yè)市場競爭能力的一種生產(chǎn)模式。具體而言，以企業(yè)選定的產(chǎn)品為龍頭，在產(chǎn)品設(shè)計過程、管理決策過程、加工制造過程、產(chǎn)品質(zhì)量管理和控制等過程中，采用計算機輔助技術(shù)和先進(jìn)的科學(xué)管理方法，在計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫的支持下，實現(xiàn)系統(tǒng)集成，進(jìn)而使企業(yè)優(yōu)化運行，達(dá)到產(chǎn)品上市快，質(zhì)