武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)組成原理第1章_計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論

1、計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)本科生課程教學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)q 本課程著重計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)的教學(xué)和研究。Ø 計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)定義為系統(tǒng)程序員所能見到的計(jì)算機(jī)硬件特性；Ø 計(jì)算機(jī)組成是指計(jì)算機(jī)硬件的具體實(shí)現(xiàn)。q 本課程與當(dāng)代先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)課程，是很多計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的前續(xù)課程。q 本課程將介紹計(jì)算機(jī)各硬件部分的組成原理及互連成整機(jī)的技術(shù)，通過本課程的學(xué)習(xí)，可以學(xué)到很多硬件方面的設(shè)計(jì)技術(shù)，特別是微程序的設(shè)計(jì)技術(shù)。計(jì)算機(jī)學(xué)院參考書q 計(jì)算機(jī)組成原理習(xí)題 （第三版 A級） 2004年4月 徐愛萍 編著q 計(jì)算機(jī)組成原理2003年1月輔導(dǎo)徐愛萍 編著q 計(jì)

2、算機(jī)組成原理考點(diǎn)精要與解題指導(dǎo)郵電2002年11月徐愛萍 編著計(jì)算機(jī)學(xué)院第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論重點(diǎn)q 計(jì)算機(jī)的語言程序、系列機(jī)、硬件、軟件、固件的概念；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成；q 計(jì)算機(jī)的硬件q 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)；計(jì)算機(jī)的發(fā)展；計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)（放第6章）q 計(jì)算機(jī)的發(fā)展q 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用課時：2計(jì)算機(jī)學(xué)院內(nèi)容提要q （一） 計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程（二） 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)1. 計(jì)算機(jī)硬件的基本組成2. 計(jì)算機(jī)軟件的分類3. 計(jì)算機(jī)的工作過程（三） 計(jì)算機(jī)性能指標(biāo)（放第六章）q 吞吐量、響應(yīng)時間；CPU時鐘周期、主頻、CPI、CPU執(zhí)行時間；MIPS、MFLOPS。計(jì)算機(jī)學(xué)院1.1

3、計(jì)算機(jī)的語言q 計(jì)算機(jī)的語言一般可分為三類：語言、匯編語言和高級語言。一、語言q 從計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史來看，最初在計(jì)算機(jī)中使用的語言不是高級語言，而是語言。q 用二進(jìn)制代碼表示的計(jì)算機(jī)語言稱為以直接在計(jì)算機(jī)硬件中執(zhí)行。語言，語言可計(jì)算機(jī)學(xué)院1.1 計(jì)算機(jī)的語言二、匯編語言q 用助記符編寫的語言稱為匯編語言，匯編語言需要通過匯編程序翻譯成目標(biāo)程序后才可執(zhí)行。q 例如，實(shí)現(xiàn)簡單加運(yùn)算的匯編程序如下：MOV MOV ADD HALTA, 3B, 5A, B計(jì)算機(jī)學(xué)院1.1 計(jì)算機(jī)的語言三、高級語言q 和自然語言接近，并能為計(jì)算機(jī)接受的語言，稱為高級語言。用高級語言編寫的程序稱為源程序。q 不同語言的源

4、程序，對應(yīng)有不同的語言處理程序。q 語言處理方式有匯編程序、編譯程序、解釋程序三種。計(jì)算機(jī)學(xué)院1.1 計(jì)算機(jī)的語言q 匯編程序的功能是把匯編語言編寫的源程序翻譯成目標(biāo)程序，其翻譯過程稱為匯編。語言的q 高級語言的處理程序，按其翻譯的方法不同，可分為解釋程序與編譯程序兩大類。q 解釋程序?qū)υ闯绦虻姆g采用邊解釋、邊執(zhí)行的方法，并不生成目標(biāo)程序；q 編譯程序必須先將源程序翻譯成目標(biāo)程序后，才能開始執(zhí)行。計(jì)算機(jī)學(xué)院1.1 計(jì)算機(jī)的語言q 因此，計(jì)算機(jī)與語言有著密切的。q 可以將計(jì)算機(jī)解題的過程歸結(jié)為：Ø 程序員編寫源程序Ø 將程序輸入計(jì)算機(jī)，并由編譯程序編譯成目標(biāo)代碼Ø

5、 由硬件裝置運(yùn)行程序，并輸出結(jié)果計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2 計(jì)算機(jī)的硬件q 實(shí)際應(yīng)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)及通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成的一個整體系統(tǒng)。q 一臺完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，如下圖所示。計(jì)算機(jī)學(xué)院寄 存 器運(yùn) 算 器控 制 器處理 器cach eR O MP R O ME P R O M E 2 PR O M 級R O M ( 只讀)cache器主機(jī)二 級內(nèi)S R A M硬件系統(tǒng)器硬 盤軟 盤光盤 外器R A M ( 隨機(jī))DRAM 鍵盤輸 入 設(shè) 備鼠 標(biāo)掃 描 儀計(jì)算機(jī)系統(tǒng)外設(shè)顯 示 器打 印 機(jī)繪 圖 儀操 作 系 統(tǒng)語 言 處 理 程服 務(wù) 性 程 序輸出設(shè)

6、備序系統(tǒng)軟件軟件系統(tǒng)數(shù) 據(jù) 庫 管 理 系計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 軟統(tǒng)件信 息 管 理 軟 件應(yīng) 用 軟 件輔 助 設(shè) 計(jì) 軟 件文 字 處 理 軟 件各 種 程 序 包計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2 計(jì)算機(jī)的硬件q 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成計(jì)算機(jī)的所有實(shí)體部件的集合。一、計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)1、馮.諾伊曼（Von.Neumann）結(jié)構(gòu)q 我們先從怎樣用算盤算題研究，如用紙、筆、和算盤來計(jì)算9315×5？，完成這一套運(yùn)算必須具有：Ø 運(yùn)算裝置算盤Ø 存題目、計(jì)算步驟、中間結(jié)果和最后結(jié)果的裝置紙張Ø 進(jìn)行控制的裝置腦、手計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2 計(jì)算機(jī)的硬件q 那么計(jì)算機(jī)要能自動計(jì)算，也必

7、須具備與其相似的幾個裝置：運(yùn)算器、器、控制器；除此之外，還有輸入設(shè)備、輸出設(shè)備，它與人機(jī)之間起著橋梁作用。q 所以，計(jì)算機(jī)可由運(yùn)算器、控制器、器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備等五個部分組成，這就是著名的Von.Neumann結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)學(xué)院Von.Neumann的基本思想P6q Von.Neumann計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的思想是“程序”。q “程序”概念的內(nèi)容可以簡要地概括為以下幾點(diǎn)：計(jì)算機(jī)(指硬件)應(yīng)由運(yùn)算器、備五大基本部件組成；器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制來表示指令和數(shù)據(jù)；采用程序方式將編好的程序和原始數(shù)據(jù)事先存入器中，然后再啟動計(jì)算機(jī)工作，使計(jì)算機(jī)在不需要人工干預(yù)的情況下，自動、高速

8、地從存儲器中取出指令加以執(zhí)行，這就是程序的基本含義。計(jì)算機(jī)學(xué)院早期的馮·諾依曼計(jì)算機(jī)q 在微處理器問世之前，運(yùn)算器和控制器是兩個分離的功能部件，加上當(dāng)時器還是以磁芯器為主，計(jì)算機(jī)的信息量較少，因此早期馮·諾依曼提出的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)是以運(yùn)算器為中心的，其他部件都通過運(yùn)算器完成信息的傳遞。計(jì)算機(jī)學(xué)院現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組織結(jié)構(gòu)隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步，人們成功地研制出了微處理器。微處理器將運(yùn)算器和控制 器兩個主要功能部件合二為一，集成到一個里。同時，隨著半導(dǎo)體器代替磁芯器，容量成倍地?cái)U(kuò)大，加上需要計(jì)算機(jī)處理、加工的信息量與日俱增，以運(yùn)算器為中心的結(jié)構(gòu)已不能滿足計(jì)算機(jī)發(fā)展的需求，甚至?xí)绊懹?jì)算機(jī)的

9、性能。因此現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組織結(jié)構(gòu)為以器為 中心。計(jì)算機(jī)學(xué)院現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組織結(jié)構(gòu)圖計(jì)算機(jī)學(xué)院控制信息流和數(shù)據(jù)信息流q 在Von.Neumann結(jié)構(gòu)中，存在著兩股信息流：控制信息流和數(shù)據(jù)信息流。q 控制信息流：其發(fā)源地是控制器，它分散流向各個部件；取指周期從內(nèi)存讀出的信息流是控制信息，q 數(shù)據(jù)信息流：它受控制信息的控制，從一個部件流向另一個部件，邊邊加工處理。執(zhí)行周期從內(nèi)存讀出或送入內(nèi)存的信息流是數(shù)據(jù)信息計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)的硬件組成框圖MEMI/OI/OALUCU計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)的硬件組成說明1、運(yùn)算器q 組成：由累加器A，通用寄存器B和算術(shù)邏輯單元ALU組成。q 功能：完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。q 累加器

10、A(Accumulator):存放歷次累加和的一個寄存器。（即首先在A里存放一個二進(jìn)制數(shù)，當(dāng)它接受另一二進(jìn)制數(shù)時，在接受過程中相加，最后A里存放和，通常用觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)這能。）q 通用寄存器B:用于存放參加運(yùn)算的另一個操作數(shù)。q 算術(shù)邏輯單元ALU：一種執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的裝置，由加法器和控制門組成。計(jì)算機(jī)學(xué)院2、器q 定義：計(jì)算機(jī)中用于完成記憶功能的設(shè)備叫做器MEM。q 功能：器具有按給定地址進(jìn)行寫入/讀出信息，并能長期保存信息的功能。q 字的概念：存入器的信息（一串二進(jìn)制代碼）叫做字。q 字的分類：器中的字基本上可分為兩類：一類時指令（即指令字）；另一類是操作數(shù)（即數(shù)據(jù)字）。計(jì)算機(jī)學(xué)院3

11、、控制器q 控制器由三大部件組成：指令序部件和控制部件q 指令部件：q 程序計(jì)數(shù)器PC(Procedure Count)：存放現(xiàn)行指令地址，通常還決定下一條指令地址，其方法是將現(xiàn)行指令地址加1。q 指令寄存器IR(Instruction Register):存放正在執(zhí)行的指令。q 指令譯碼器ID(Instruction Decoder):將指令的操作碼譯成相應(yīng)的控制信號去控制相應(yīng)的電路。計(jì)算機(jī)學(xué)院q 時序部件：包括時鐘源、節(jié)拍發(fā)生器及微操作電路。q 控制部件：由各控制電路組成。q 4、I/O設(shè)備q 輸入設(shè)備的任務(wù)：能將計(jì)算程序、原始數(shù)據(jù)及某些字符以計(jì)算機(jī)能識別的形式送到中，供自動計(jì)算用。q 輸

12、出設(shè)備的任務(wù)：能將計(jì)算機(jī)的工作結(jié)果或回答信號以人能識別的各種形式表達(dá)出來。q 復(fù)合I/O設(shè)備：既能作為輸入又能作為輸出的設(shè)備。計(jì)算機(jī)學(xué)院q 在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中，將寄存器、運(yùn)算器、控制器、cache合在一起，稱為處理器(CPU)，而將CPU、器、輸入輸出接口和系統(tǒng)總線組裝在一個機(jī)殼內(nèi)，稱為主機(jī)。q 輸入設(shè)備和輸出設(shè)備統(tǒng)稱輸入輸出設(shè)備，有時也稱外部設(shè)備，因?yàn)樗鼈兾挥谥鳈C(jī)的外部。計(jì)算機(jī)學(xué)院軟件與硬件的關(guān)系q 硬件系統(tǒng)是軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)，沒有硬件系統(tǒng)軟件就不能運(yùn)行；沒有系統(tǒng)軟件，計(jì)算機(jī)就不能發(fā)揮其效能。q 任何操作可以由軟件來實(shí)現(xiàn)，也可以由硬件來實(shí)現(xiàn)；任何指令的執(zhí)行可以由硬件完成，同樣也可以由軟件來完成。q

13、 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件與硬件可以互相轉(zhuǎn)化，它們之間互為補(bǔ)充。q 將程序固定在ROM中組成的部件稱為固件。固件是一種具有軟件特性的硬件，它既具有硬件的快速性特點(diǎn)，又有軟件的靈活性特點(diǎn)。這是軟硬件相互轉(zhuǎn)化的一個示例計(jì)算機(jī)學(xué)院1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)不能簡單地認(rèn)為是一種電子設(shè)備，而是一個十分復(fù)雜的硬、軟件結(jié)合而成的整體。從使用語言的角度上，將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)看成按功能劃分的多級層次結(jié)構(gòu)、匯編、高級、應(yīng)用語言低級高級后者比前者功能更強(qiáng)、使用更方便；而前者是后者發(fā)展的基礎(chǔ)，在單條指令的執(zhí)行速度相比較，前者更快。計(jì)算機(jī)學(xué)院1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)M4虛擬（高級語言級）應(yīng)用軟件M3 （匯編語言級）虛

14、擬系統(tǒng)軟件M2 （操作系統(tǒng)語言）虛擬硬件系統(tǒng)M1實(shí)際（微程序）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)示意圖計(jì)算機(jī)學(xué)院1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)q 第一級是微程序設(shè)計(jì)級。這是一個實(shí)在的硬件級，它由機(jī)器硬件直接執(zhí)行微令。q 第二級是操作系統(tǒng)級，它由操作系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。q 第三級是匯編語言級，它給程序提供一種符號形式語言，以減少程序編寫的復(fù)雜性。這一級由匯編程序支持和執(zhí)行。q 第四級是高級語言級，這是面向用戶的，為方便用戶編寫應(yīng)用程序而設(shè)置的 。計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)細(xì)分應(yīng)用軟件應(yīng)用語言級L5虛擬機(jī)翻譯（應(yīng)用程序包）高級語言L4虛擬機(jī)翻譯（編譯程序）匯編語言L3虛擬機(jī)系統(tǒng)軟件翻譯（匯編程序）L2虛擬機(jī)操作系統(tǒng)部

15、分解釋（操作系統(tǒng)）軟硬件交界面硬解釋固直接由硬件執(zhí)行硬聯(lián)邏輯電路計(jì)算機(jī)學(xué)院件傳統(tǒng)級物理件微程序級語言）多級層次結(jié)構(gòu)（M5: 應(yīng)用語言M4: 高級語言-應(yīng)用語言（L5）-高級語言（L4）M3: 匯編語言-匯編語言（L3）-作業(yè)控制語言（L2）M2: 操作系統(tǒng)M1: 傳統(tǒng)M0: 微程序-指令系統(tǒng)（L1）-微指令系統(tǒng)（L0）計(jì)算機(jī)學(xué)院從設(shè)計(jì)看到的層次應(yīng)用程序級高級語言級匯編語言級操作系統(tǒng)級用戶高級語言程序員匯編語言程序員操作員語言程序員語言級微程序控制級硬聯(lián)邏輯級邏輯程序員硬件設(shè)計(jì)員計(jì)算機(jī)學(xué)院M0是硬件實(shí)現(xiàn)， M1是微程序(固件）實(shí)現(xiàn)， M2到M5大多是軟件實(shí)現(xiàn)的。固件（Firmware）：指在計(jì)算

16、機(jī)ROM和其他集成電路中的系統(tǒng)軟件，固件不能隨意改變虛擬機(jī)由軟件實(shí)現(xiàn)的實(shí)際由硬件或固件實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)學(xué)院層次間的關(guān)系q 在多級層次結(jié)構(gòu)中,將除硬件系統(tǒng)之外的上面三級層次稱為虛擬機(jī)。q 所謂虛擬計(jì)算機(jī)是指這個計(jì)算機(jī)只對該級的觀察者存在。對某一層次的觀察者來說，他只能是通過該層次的語言來了解和使用計(jì)算機(jī)，至于下層是如何工作和實(shí)現(xiàn)的就不必關(guān)心了。簡而言之，虛擬計(jì)算機(jī)即是由軟件實(shí)現(xiàn)的。q 層次之間的關(guān)系緊密，上層是下層功能的擴(kuò)展，下層是上層的基礎(chǔ)，層次劃分不是絕對的。計(jì)算機(jī)學(xué)院層次間的關(guān)系翻譯(Translation)：先用轉(zhuǎn)換程序?qū)⒏咭患壖壣系某绦蛘麄€地變換成低一級程序），然后再在低一級例：英語翻譯級

17、上可運(yùn)行的等效程序（中間級上去實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的翻譯功能常由應(yīng)用程序包、編譯程序、匯編程序等軟件完成。計(jì)算機(jī)學(xué)院層次間的關(guān)系解釋（Interpretation）：在低一級級上用它的一串語句或指令來能，通過對高一級高一級上的一條語句或指令的功語言程序中的每條語句或指令逐條解釋來實(shí)現(xiàn)的技術(shù)解釋過程中不生成中間程序（節(jié)省了或者：一條N+1級指令-一串N級指令例：解釋一件事空間）計(jì)算機(jī)學(xué)院層次間的關(guān)系翻譯和解釋是語言實(shí)現(xiàn)的兩種基本技術(shù)。解釋比翻譯費(fèi)時，但節(jié)省空間翻譯為整體行為，可以優(yōu)化，效率高，與平臺有關(guān)解釋為局部行為，不優(yōu)化，效率低，與平臺無關(guān)翻譯+解釋：Java計(jì)算機(jī)學(xué)院例1¾一

18、個經(jīng)解釋實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)，按功能劃分為4級，每一級為了執(zhí)行一條指令需要下一級N條指令解釋，若執(zhí)行第一級的一條指令需K（ns）時間，那么執(zhí)行第2、3、4級的一條指令各需要用多少時間（ns）?Ø 解：第2級的一條指令需第1級的N條指令解釋，所以：Ø 第2級的一條指令需要的時間為NK（ns）；Ø 第3級的一條指令需要的時間為N2K（ns）；Ø 第4級的一條指令需要的時間為N3K（ns）；計(jì)算機(jī)學(xué)院例2有一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可按功能劃分成4級，各級的指令都不相同，每一級的指令都比其下一級的指令在效能上強(qiáng)M倍，即第i級的一條指令能完成第i-1級的M條指令的計(jì)算量。現(xiàn)若需第i

19、級的N條指令解釋第i+1級的一條指令，現(xiàn)有一段第1級的程序需要運(yùn)行Ks，問在第2、3和4級上的一段等效程序各需要運(yùn)行多長時間(s)?解：第2級上的一段等效程序運(yùn)行時間為： N ´ K (s)N M)2 ´ K (s)第3級上的一段等效程序運(yùn)行時間為：(M( N )3 ´ K (s)第4級上的一段等效程序運(yùn)行時間為：MN<M 運(yùn)行的時間才能縮短。計(jì)算機(jī)學(xué)院第4級1條=M(第2級)第3級第2級1條=M(第1級)N條解釋第3級1條N條解釋第2級1條第1級Ks計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4 計(jì)算機(jī)的發(fā)展q 基本定義：電子計(jì)算機(jī)是一種自動、高速、精確地完成各式各樣信息、數(shù)字邏輯（模

20、擬）計(jì)算和控制功能地電子。q 基本功能：數(shù)字計(jì)算、邏輯運(yùn)算、模擬運(yùn)算等功能。q 物質(zhì)基礎(chǔ)：電子器件。計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4 計(jì)算機(jī)的發(fā)展q 回顧計(jì)算機(jī)的發(fā)展, 關(guān)鍵性的兩個歷史就是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)的形成及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)的發(fā)明。前者要?dú)w功于兩位數(shù)學(xué)家的杰出貢獻(xiàn), 后者要?dú)w功于四位物理學(xué)家的不懈努力。在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)方面貢獻(xiàn)最大的就要數(shù)英國數(shù)學(xué)家布里頓·艾倫·圖靈(B ritonA lan Tu ring) 和美國數(shù)學(xué)家馮·諾依曼(Von N eum aun) 了。q 在1935 年到1936由圖靈設(shè)計(jì)的抽象計(jì)算機(jī)“圖靈機(jī)”。它是最簡單的“理論上的”數(shù)字計(jì)算機(jī),當(dāng)代計(jì)算機(jī)只

21、是這種理想化的圖靈抽象機(jī)的一種極好的近似。因此, 圖靈被人們公認(rèn)為計(jì)算機(jī)科學(xué)之父.計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4計(jì)算機(jī)的發(fā)展q 1946年美國賓夕法尼亞大學(xué)研制了第一臺由程序控制的電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC (Electronic Numerical Intergator and Calculator，它采用了18800個電子管，7000個電阻，10000個電容，1500個繼電器；重36噸，長30米，寬1米，高3米；加法運(yùn)算速度5000次/秒,乘法運(yùn)算速度500次/秒）主要缺點(diǎn):(1)容量小，只能20個字長為10位的十進(jìn)制數(shù)；（2）用線路連接編程，每次解題都要人工改接線，準(zhǔn)備時間超出運(yùn)算時間。計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4

22、計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4計(jì)算機(jī)的發(fā)展Von.neumann與莫爾小組研制了EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer 電子數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī))系統(tǒng)。主要特點(diǎn)：（1）由運(yùn)算器、控制器、器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分組成；（2）采用程序方式；（3） 采用二進(jìn)制；（4） 指令由操作碼和地址組成，按順序存放在在單元的地址；器中，由PC指明所（5）以運(yùn)算器為中心，I/O設(shè)備及MEM間的數(shù)據(jù)都通過運(yùn)算器。q 按電子器件的發(fā)展把計(jì)算機(jī)的發(fā)展分為以下幾個：計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4計(jì)算機(jī)的發(fā)展q 第一代計(jì)算機(jī)(19461957)電子管主要特點(diǎn):電子管作為開關(guān)元件

23、；使用。語言；可以信息；輸入輸出慢。q 第二代計(jì)算機(jī)(19581964)晶體管主要特點(diǎn):晶體管代替電子管；采用磁心。器；匯編語言取代語言。q 第三代計(jì)算機(jī)(19651971)中小規(guī)模集成電路主要特點(diǎn):集成電路取代晶體管；采用半導(dǎo)體操作系統(tǒng)等。器；使用了計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4計(jì)算機(jī)的發(fā)展q 第四代計(jì)算機(jī)(1972至今)超大規(guī)模集成電路主要特點(diǎn):采用集成度很高的電路；出現(xiàn)了微處理器等。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)誕生了。微型計(jì)算機(jī)按所采用的Intel微處理器的型號來劃分，可劃分為以下幾代：計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4計(jì)算機(jī)的發(fā)展q 采用Intel 8088處理器的微型計(jì)算機(jī)IBMPC和IBMPCXT為第

24、1代微型計(jì)算機(jī)；q 采用Intel 80286處理器的微型計(jì)算機(jī)IBMPCAT為第2代微型計(jì)算機(jī)(簡稱286)；q 采用Intel 80386處理器的微型計(jì)算機(jī)為第3代微型計(jì)算機(jī)(簡稱386)；q 采用Intel 80486處理器的微型計(jì)算機(jī)為第4代微型計(jì)算機(jī)(簡稱486)；q 采用Pentium處理器的微型計(jì)算機(jī)為第5代微型計(jì)算機(jī)(簡稱586)。Pentium Pro微處理器MMX及MMX Pentium微處理器Pentium II和Pentium III微處理器新一代64位微處理器Merced計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4計(jì)算機(jī)的發(fā)展q 第五代計(jì)算機(jī)第五代計(jì)算機(jī)將向著超導(dǎo)計(jì)算件、光學(xué)計(jì)算件、量子計(jì)算件和

25、生物計(jì)算件發(fā)展，來取代今天的大規(guī)模集成電路，誰最先完成這個研究，誰將在將來可能就占有主動權(quán)了。q 第六代計(jì)算機(jī)-第六代計(jì)算機(jī)將在體系結(jié)構(gòu)上來個徹底的更新?lián)Q代，由知識庫、 推理機(jī)、 多組成。q 總之，計(jì)算機(jī)的發(fā)展包括兩個方面：元器件的發(fā)展和體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展.計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4 計(jì)算機(jī)的發(fā)展二、計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展q 1.機(jī)：沒有軟件的，早期的計(jì)算機(jī)屬于這種。q 2. 軟件及發(fā)展軟件（程序系統(tǒng)）：把能按人的思維進(jìn)行操作的各種程序稱為軟件系統(tǒng)或程序系統(tǒng)。軟件發(fā)展：語言：由0、1各種不同的代碼排列而成，且內(nèi)部有相應(yīng)電路執(zhí)行其代碼的手編程序：由人工直接用。語言按照指令表編寫的目的程序。計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4 計(jì)算機(jī)的

26、發(fā)展匯編語言：用約定的文字符合、數(shù)字按規(guī)定的格式來表示不同的指令以編制程序。匯編程序：把匯編語言變成”。能懂的語言的一種“翻譯程序編譯語言：高級語言有很多種，如ALGOL、FORTRAN、COBOL、BASIC、PASCAL、C、ADA等。編譯程序：把編譯語言變成能夠識別的一種“翻譯程序”q 總之，軟件的發(fā)展包括：語言（手編程序）、匯編語言（匯編程序）、編譯語言（ 編譯程序）三個階段以及函數(shù)型語言、邏輯型語言等新的分支。計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4 計(jì)算機(jī)的發(fā)展三、計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨向q 1. 研制高速度、強(qiáng)功能的巨型機(jī)；q 2. 發(fā)展微型機(jī)及微處理器；q 3. 發(fā)展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程；q 4. 發(fā)展軟件應(yīng)用工程

27、。計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4 計(jì)算機(jī)的發(fā)展四、國外計(jì)算機(jī)發(fā)展q 1938年Konrad Zuse建成了第一臺二進(jìn)制的機(jī)電式通用計(jì)算機(jī)Z-1;q 1943年Alan Turing等建成了一臺真空管計(jì)算機(jī);q 1945年J.W.Mauchley教授等建成了ENIAC;q 1947年由IBM公司和哈佛大學(xué)共同研制成自電式哈佛Mark-I計(jì)算機(jī);q 1948年曼徹斯特Mark-I成為第一臺q 1952年EDVAC研制成功;程序的數(shù)字計(jì)算機(jī);q 1952年IBM研制成第一程序電子計(jì)算機(jī)IBM701;計(jì)算機(jī)開發(fā)成功;用的q 1954年Univac1103A成為第一臺計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4 計(jì)算機(jī)的發(fā)展q 1956年采用晶體管的Univac計(jì)算機(jī)開發(fā)成功;q 1960年DEC公司11月研制成PDP-1,第一臺具有顯示器和鍵盤的商用計(jì)算機(jī);q 1961年IBM研制成7030,號稱超級計(jì)算機(jī);q 1962年英國研制成Atlas計(jì)算機(jī),首次采用了虛擬q 1964年IBM宣布研制成System/360;器和流水操作;q 1964年CDC6600研制成功,第一臺超級計(jì)算機(jī);q 1965年DEC推出PDP-8,采用晶體管線路;q 1968年Seymour Cray設(shè)計(jì)成功CDC7600超級計(jì)算機(jī),40MFLOPS