計(jì)算機(jī)組成原理課件01第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論

1、1 主講主講 馬洪連馬洪連計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)清華大學(xué)清華大學(xué) 王愛英主編王愛英主編參考書：計(jì)算機(jī)組成原理（第三版）白中英編參考書：計(jì)算機(jī)組成原理（第三版）白中英編 科學(xué)出版社科學(xué)出版社 計(jì)算機(jī)組成原理（修訂版）俸遠(yuǎn)幀編計(jì)算機(jī)組成原理（修訂版）俸遠(yuǎn)幀編 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社21.4 1.4 計(jì)算機(jī)的現(xiàn)代發(fā)展史計(jì)算機(jī)的現(xiàn)代發(fā)展史34 567移位器移位器alualu選擇器通用寄存器組通用寄存器組選擇器運(yùn)算器運(yùn)算器8移位器移位器alualu選擇器選擇器通用寄存器組通用寄存器組 alu: alu: 通過加法器實(shí)現(xiàn)運(yùn)算操作通過加法器實(shí)現(xiàn)運(yùn)算操作（由全加器（由全加器 求和、由求和、由進(jìn)

2、位鏈傳遞進(jìn)位信號(hào)）。進(jìn)位鏈傳遞進(jìn)位信號(hào)）。 選擇器：選擇操作數(shù)；選擇控制選擇器：選擇操作數(shù)；選擇控制條件，實(shí)現(xiàn)條件，實(shí)現(xiàn) 各種算法。各種算法。 通用寄通用寄 存器組：存器組：提供操作數(shù)，存放運(yùn)算結(jié)果。提供操作數(shù)，存放運(yùn)算結(jié)果。 移位器：直接或者移位送出運(yùn)移位器：直接或者移位送出運(yùn)算結(jié)果。算結(jié)果。910微命令發(fā)生器微命令發(fā)生器指令信指令信息息狀態(tài)信狀態(tài)信息息時(shí)序信時(shí)序信號(hào)號(hào)微命令序列微命令序列邏輯條件邏輯條件時(shí)間條件時(shí)間條件控制器控制器1112存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體地址寄存地址寄存器器譯碼器譯碼器讀讀/ /寫線路寫線路數(shù)據(jù)寄存數(shù)據(jù)寄存器器控制線路控制線路存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器1314輸入輸入/輸出設(shè)備輸出設(shè)備 主機(jī)

3、主機(jī)接口接口輸入輸入/出出設(shè)備設(shè)備15alualucpu主機(jī)主機(jī)i/oi/ocucu主主存存1617運(yùn)算器運(yùn)算器和控制和控制器器 cpu存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器輸入輸輸入輸出設(shè)備出設(shè)備18192021 虛擬機(jī)（通過軟件擴(kuò)充的物理機(jī)）目的：虛擬機(jī)（通過軟件擴(kuò)充的物理機(jī)）目的：擺脫真實(shí)機(jī)器的束縛。擺脫真實(shí)機(jī)器的束縛。 比較：比較：javajava虛擬機(jī)虛擬機(jī) 實(shí)際機(jī)器（機(jī)器語言物理機(jī)）實(shí)際機(jī)器（機(jī)器語言物理機(jī)）專用語言虛擬機(jī)專用語言虛擬機(jī)高級(jí)語言虛擬機(jī)高級(jí)語言虛擬機(jī)匯編語言虛擬機(jī)匯編語言虛擬機(jī)程序程序22 虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器 m4 （高級(jí)語言機(jī)器）（高級(jí)語言機(jī)器）高級(jí)語言程序經(jīng)編譯程序翻譯高級(jí)語言程序經(jīng)編譯程序

4、翻譯成匯編語言或中間語言程序成匯編語言或中間語言程序 圖圖 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多級(jí)層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多級(jí)層次結(jié)構(gòu)虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器m3 （匯編語言或中（匯編語言或中 間機(jī)器語言）間機(jī)器語言） 本級(jí)語言程序經(jīng)編譯程序翻譯成本級(jí)語言程序經(jīng)編譯程序翻譯成機(jī)器語言程序或操作系統(tǒng)語言機(jī)器語言程序或操作系統(tǒng)語言 虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器m2 （操作系統(tǒng)（操作系統(tǒng)語言機(jī)器）語言機(jī)器）一般用機(jī)器語言解釋操作系統(tǒng)語言一般用機(jī)器語言解釋操作系統(tǒng)語言實(shí)際機(jī)器實(shí)際機(jī)器m1（機(jī)器語言機(jī)器）（機(jī)器語言機(jī)器）由硬件或微程由硬件或微程序序* *執(zhí)行機(jī)器語言執(zhí)行機(jī)器語言* *注：微程序?qū)⒃诘谧ⅲ何⒊绦驅(qū)⒃诘? 6章中講述章中講述23 1.4

5、 1.4 計(jì)算機(jī)的現(xiàn)代發(fā)展史計(jì)算機(jī)的現(xiàn)代發(fā)展史24 介紹：重達(dá)30噸 占地170平方米 內(nèi)裝18000個(gè)電子管 計(jì)算速度5000次/秒 不足：存儲(chǔ)容量小 20個(gè)字長(zhǎng)10位 非自動(dòng) 采用線路連接來編程 von neumann 在此基礎(chǔ)上提出了 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的模型第一臺(tái)計(jì)算機(jī) eniac25 26典型馮典型馮. .諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)圖 1-1 計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器輸出輸入運(yùn)算器控制器數(shù)據(jù)線路控制信號(hào)27算術(shù)運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算存放數(shù)據(jù)存放數(shù)據(jù)和程序和程序?qū)⑿畔⑥D(zhuǎn)換成機(jī)將信息轉(zhuǎn)換成機(jī)器能識(shí)別的形式器能識(shí)別的形式將結(jié)果轉(zhuǎn)換成將結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們熟悉的形式人們熟悉的形式指揮程序指揮程序

6、運(yùn)行運(yùn)行馮馮諾依曼計(jì)算機(jī)硬件框圖諾依曼計(jì)算機(jī)硬件框圖存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸入設(shè)備運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器輸出設(shè)備輸出設(shè)備2829303132ibm system360 33世界上較快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)世界上較快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)1. .ibm: seaborg6 080個(gè)個(gè) cpu 最大平均速度最大平均速度 7.304 tf (1012)342. .ibm: asci white8 192個(gè)個(gè) cpu 最大平均速度最大平均速度 7.304 tf (1012)世界上較快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)世界上較快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)353. .linux networx : mcr linux cluster 2 304個(gè)個(gè) cpu 最大平均速度最大平均速度 7.634 tf (1012)世界上較快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)世界上較快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)364. hp : asci q4 096個(gè)個(gè) cpu 最大平均速度最大平均速度 13.88 tf (1012)世界上較快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)世界上較快的五臺(tái)