第2周大課 緒論(3)

1、1/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理 計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的分類計(jì)算機(jī)的分類2/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理1. 5 1. 5 計(jì)算機(jī)的性能評價指標(biāo)計(jì)算機(jī)的性能評價指標(biāo)1. 61. 6 微處理器與微型計(jì)算機(jī)微處理器與微型計(jì)算機(jī)1. 71. 7 中國計(jì)算機(jī)事業(yè)的發(fā)展歷程中國計(jì)算機(jī)事業(yè)的發(fā)展歷程 1. 81. 8 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用3/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理掌握計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)。掌握計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)。熟悉微處理器的發(fā)展歷程熟悉微處理器的發(fā)展歷程了解我國的計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程了解我國的計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程4/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理1. 1 計(jì)算

2、機(jī)的發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程1. 2 馮馮諾依曼計(jì)算機(jī)模型諾依曼計(jì)算機(jī)模型1. 3 計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)1. 4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類 1. 5 計(jì)算機(jī)的性能評價指標(biāo)計(jì)算機(jī)的性能評價指標(biāo)1. 6 微處理器與微型計(jì)算機(jī)微處理器與微型計(jì)算機(jī)1. 7 中國計(jì)算機(jī)事業(yè)的發(fā)展歷程中國計(jì)算機(jī)事業(yè)的發(fā)展歷程 1. 8 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用1. 9 計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)算機(jī)的發(fā)展5/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理1. 基本字長基本字長n指處理器中的算術(shù)邏輯單元所輸入的操作數(shù)的二進(jìn)制位指處理器中的算術(shù)邏輯單元所輸入的操作數(shù)的二進(jìn)制位數(shù)，也是處理器內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器所包含的二進(jìn)制位

3、數(shù)。數(shù)，也是處理器內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器所包含的二進(jìn)制位數(shù)。n一個字（一個字（Word）通常是由若干字節(jié)（）通常是由若干字節(jié)（Byte）組成的。）組成的。一個字節(jié)包含一個字節(jié)包含8個二進(jìn)制位，所以字長是個二進(jìn)制位，所以字長是8的整數(shù)倍。早的整數(shù)倍。早期微型計(jì)算機(jī)的基本字長有期微型計(jì)算機(jī)的基本字長有8位、位、16位，目前主要是位，目前主要是32位、位、64位。位。n基本字長決定了計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)表示的范圍與精度，所以基本字長決定了計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)表示的范圍與精度，所以它是評價計(jì)算機(jī)性能最重要的指標(biāo)。但是字長越大，處它是評價計(jì)算機(jī)性能最重要的指標(biāo)。但是字長越大，處理器的價格就越高。所以低端的數(shù)字設(shè)備或工業(yè)控制計(jì)理

4、器的價格就越高。所以低端的數(shù)字設(shè)備或工業(yè)控制計(jì)算機(jī)仍然大量使用字長為算機(jī)仍然大量使用字長為16位、甚至位、甚至8位的微處理器。位的微處理器。 6/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理2. 主存儲器容量主存儲器容量n用主存儲器的存儲單元個數(shù)乘以存儲單元寬度來表示，用主存儲器的存儲單元個數(shù)乘以存儲單元寬度來表示，如如1024 16表示主存儲器有表示主存儲器有1024個單元，每個單元的寬度個單元，每個單元的寬度是是16位。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主存儲器的最大存儲單元個數(shù)取決位。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主存儲器的最大存儲單元個數(shù)取決于處理器地址總線的線數(shù)（寬度）。于處理器地址總線的線數(shù)（寬度）。n目前微型計(jì)算機(jī)都以字節(jié)作為最小編址

5、單位，所以主存目前微型計(jì)算機(jī)都以字節(jié)作為最小編址單位，所以主存儲器容量的單位用儲器容量的單位用B(字節(jié)字節(jié))表示。表示。n在表示存儲單元個數(shù)時，為了簡便起見，將在表示存儲單元個數(shù)時，為了簡便起見，將1024(210)記為記為1K，1024K(220)記為記為1M，1024M(230)記為記為1G，1024G(240)記為記為1T。微型計(jì)算機(jī)的主存容量一般從幾十。微型計(jì)算機(jī)的主存容量一般從幾十MB到上百到上百M(fèi)B，超級計(jì)算機(jī)的主存容量可達(dá)上百，超級計(jì)算機(jī)的主存容量可達(dá)上百GB. 7/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理3. 處理速度處理速度n是用戶最關(guān)心的性能指標(biāo)。目前常用的指標(biāo)有：百萬條是用戶最關(guān)

6、心的性能指標(biāo)。目前常用的指標(biāo)有：百萬條指令每秒指令每秒MIPS（Million Instructions Per Second）、百）、百萬次浮點(diǎn)操作次數(shù)每秒萬次浮點(diǎn)操作次數(shù)每秒MFLOPS（Million FLOating Point operation per Second）和每條指令的平均時鐘周期）和每條指令的平均時鐘周期（Cycles Per Instruction，CPI）。）。nMIPS源于源于Gibson提出的以指令的平均執(zhí)行時間來評價處提出的以指令的平均執(zhí)行時間來評價處理器性能。指令的平均執(zhí)行時間就是不同指令執(zhí)行時間理器性能。指令的平均執(zhí)行時間就是不同指令執(zhí)行時間的某種加權(quán)平均

7、。最常用的權(quán)就是指令的使用頻率。的某種加權(quán)平均。最常用的權(quán)就是指令的使用頻率。n指令平均執(zhí)行時間的倒數(shù)就是每秒平均執(zhí)行的指令條數(shù)指令平均執(zhí)行時間的倒數(shù)就是每秒平均執(zhí)行的指令條數(shù)（以（以MIPS為單位）。為單位）。8/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理 對用戶來說，雖然對用戶來說，雖然MIPS比較直觀，但存在如下缺陷：比較直觀，但存在如下缺陷：（1）MIPS只關(guān)注指令的條數(shù)，沒有考慮指令功能的強(qiáng)弱。只關(guān)注指令的條數(shù)，沒有考慮指令功能的強(qiáng)弱。用用MIPS比較指令集不同的機(jī)器時，其結(jié)果不能反映真實(shí)比較指令集不同的機(jī)器時，其結(jié)果不能反映真實(shí)情況。情況。（2）由于不同程序包含的指令不同，不同指令的執(zhí)行時間

8、）由于不同程序包含的指令不同，不同指令的執(zhí)行時間不同，所以在同一臺計(jì)算機(jī)上運(yùn)行不同程序時，測得的不同，所以在同一臺計(jì)算機(jī)上運(yùn)行不同程序時，測得的MIPS指標(biāo)可能不同。指標(biāo)可能不同。（3）大型計(jì)算機(jī)或向量計(jì)算機(jī)上常用的是較復(fù)雜的浮點(diǎn)指）大型計(jì)算機(jī)或向量計(jì)算機(jī)上常用的是較復(fù)雜的浮點(diǎn)指令，所以如果單純比較令，所以如果單純比較MIPS，這些大型計(jì)算機(jī)或向量計(jì)，這些大型計(jì)算機(jī)或向量計(jì)算機(jī)的性能在表面上甚至比不上以定點(diǎn)數(shù)運(yùn)算為主的小算機(jī)的性能在表面上甚至比不上以定點(diǎn)數(shù)運(yùn)算為主的小型機(jī)或個人計(jì)算機(jī)型機(jī)或個人計(jì)算機(jī) 3. 處理速度處理速度9/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理 CPI = 一個程序的一個程序的C

9、PU時鐘周期數(shù)時鐘周期數(shù)/該程序的指令條數(shù)該程序的指令條數(shù) CPI是一個衡量計(jì)算機(jī)組成設(shè)計(jì)優(yōu)劣、計(jì)算機(jī)性能高是一個衡量計(jì)算機(jī)組成設(shè)計(jì)優(yōu)劣、計(jì)算機(jī)性能高低的有效指標(biāo)，當(dāng)今微處理器的低的有效指標(biāo)，當(dāng)今微處理器的CPI普遍小于普遍小于1。 以上指標(biāo)都是針對計(jì)算機(jī)的綜合性能而制定的。在用以上指標(biāo)都是針對計(jì)算機(jī)的綜合性能而制定的。在用戶決定購買或使用哪種機(jī)器最適合他們的應(yīng)用需求時，往戶決定購買或使用哪種機(jī)器最適合他們的應(yīng)用需求時，往往是運(yùn)行一些具有代表性的典型應(yīng)用程序來做出判斷，這往是運(yùn)行一些具有代表性的典型應(yīng)用程序來做出判斷，這樣的典型應(yīng)用程序被為樣的典型應(yīng)用程序被為“基準(zhǔn)程序基準(zhǔn)程序(Benchma

10、rk)”。 3. 處理速度處理速度10/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理4. 主頻主頻 處理器的工作是在主時鐘的控制下進(jìn)行的，主時鐘的頻處理器的工作是在主時鐘的控制下進(jìn)行的，主時鐘的頻率叫做處理器的主頻。主頻的倒數(shù)叫做時鐘周期。率叫做處理器的主頻。主頻的倒數(shù)叫做時鐘周期。 執(zhí)行一個程序所需的處理器時間可用執(zhí)行一個程序所需的處理器時間可用“該程序的指令條該程序的指令條數(shù)數(shù) CPI 時鐘周期時鐘周期”來估算。來估算。 提高主頻有助于縮短程序的執(zhí)行時間。早期處理器的主頻提高主頻有助于縮短程序的執(zhí)行時間。早期處理器的主頻在幾兆赫在幾兆赫(MHz)到幾百兆赫之間，隨著器件技術(shù)的迅速發(fā)展，到幾百兆赫之間，

11、隨著器件技術(shù)的迅速發(fā)展，目前主流處理器的主頻已經(jīng)達(dá)到上千兆赫茲目前主流處理器的主頻已經(jīng)達(dá)到上千兆赫茲(GHz)。但處理器。但處理器性能的提高并不能與主頻的提高一起線性增長。相反，主頻性能的提高并不能與主頻的提高一起線性增長。相反，主頻的提高卻帶來了功耗增加、產(chǎn)生熱量高等一系列問題。的提高卻帶來了功耗增加、產(chǎn)生熱量高等一系列問題。 11/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理5. 存儲器的存取周期存儲器的存取周期 對存儲器進(jìn)行一次完整的讀對存儲器進(jìn)行一次完整的讀/寫操作所需的全部時間，寫操作所需的全部時間，也是連續(xù)對存儲器進(jìn)行存也是連續(xù)對存儲器進(jìn)行存/取的最小時間間隔，稱為存儲器取的最小時間間隔，稱為

12、存儲器的存取周期。半導(dǎo)體存儲器的存取周期通常在十幾到上百納的存取周期。半導(dǎo)體存儲器的存取周期通常在十幾到上百納秒秒(10-9秒，秒，ns)之間，磁盤的存取周期一般在之間，磁盤的存取周期一般在10毫秒毫秒(10-3秒，秒，ms)以上。以上。 6. 功耗功耗 隨著主頻和片內(nèi)晶體管數(shù)量的不斷提高，處理器的功耗隨著主頻和片內(nèi)晶體管數(shù)量的不斷提高，處理器的功耗也不斷升高，現(xiàn)代處理器功耗的峰值已經(jīng)超過也不斷升高，現(xiàn)代處理器功耗的峰值已經(jīng)超過100瓦。瓦。 在移動計(jì)算領(lǐng)域，功耗是壓倒一切的性能指標(biāo)。在移動計(jì)算領(lǐng)域，功耗是壓倒一切的性能指標(biāo)。 “綠色計(jì)算綠色計(jì)算”/“低功耗計(jì)算低功耗計(jì)算”成為研究與開發(fā)的熱點(diǎn)

13、。成為研究與開發(fā)的熱點(diǎn)。12/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理7. 軟件兼容性軟件兼容性 軟件兼容可分為向上（下）兼容和向前（后）兼容。軟件兼容可分為向上（下）兼容和向前（后）兼容。 “向上（下）兼容向上（下）兼容”是指為某檔機(jī)器編制的軟件，不加修是指為某檔機(jī)器編制的軟件，不加修改就可以正確運(yùn)行在比它更高（低）檔的機(jī)器上；改就可以正確運(yùn)行在比它更高（低）檔的機(jī)器上；“向前（后向前（后）兼容）兼容”是指為某個時期投入市場的某種型號機(jī)器編制的軟件是指為某個時期投入市場的某種型號機(jī)器編制的軟件，不加修改就可以正確運(yùn)行在比它早（晚）投入市場的相同，不加修改就可以正確運(yùn)行在比它早（晚）投入市場的相同型號

14、機(jī)器上。型號機(jī)器上。13/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理8. 系統(tǒng)軟件配置系統(tǒng)軟件配置 常見的系統(tǒng)軟件有操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、文本編輯器常見的系統(tǒng)軟件有操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、文本編輯器、高級語言程序開發(fā)環(huán)境、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器等。不同的系統(tǒng)軟、高級語言程序開發(fā)環(huán)境、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器等。不同的系統(tǒng)軟件性能不同，價格也差別很大件性能不同，價格也差別很大。 9. 吞吐率、響應(yīng)時間與周轉(zhuǎn)時間吞吐率、響應(yīng)時間與周轉(zhuǎn)時間吞吐率吞吐率是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在單位時間內(nèi)完成的任務(wù)數(shù)是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在單位時間內(nèi)完成的任務(wù)數(shù)響應(yīng)時間響應(yīng)時間是指從用戶輸入命令或數(shù)據(jù)到獲得第一個是指從用戶輸入命令或數(shù)據(jù)到獲得第一個 結(jié)果的時間間隔結(jié)果

15、的時間間隔周轉(zhuǎn)時間周轉(zhuǎn)時間是指從提交作業(yè)到作業(yè)完成的時間間隔是指從提交作業(yè)到作業(yè)完成的時間間隔14/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理10. 輔助存儲器容量輔助存儲器容量 輔存容量決定了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所能夠存儲的信息總量。輔存容量決定了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所能夠存儲的信息總量。輔助存儲器的組成形式有：單一的硬盤、硬盤陣列、磁帶輔助存儲器的組成形式有：單一的硬盤、硬盤陣列、磁帶庫、光盤。單一硬盤的容量可達(dá)幾十庫、光盤。單一硬盤的容量可達(dá)幾十GB、甚至上百、甚至上百GB，而磁帶庫的容量則在幾千而磁帶庫的容量則在幾千TB以上。以上。 11. RASIS特性特性 可靠性可靠性(Reliability)、可用性、可用性

16、(Availability)、可服務(wù)性、可服務(wù)性/可維護(hù)性可維護(hù)性(Serviceability)、完整性、完整性(Integrality)和安全性和安全性(Security)統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為RASIS特性?？煽啃杂锰匦?。可靠性用“平均無故障時間平均無故障時間(Mean Time To Failure，MTTF)”或或“平均故障間隔時間平均故障間隔時間(Mean Time Between Failure，MTBF)”來衡量，可服務(wù)性來衡量，可服務(wù)性/可維護(hù)性用可維護(hù)性用“平均修復(fù)時間平均修復(fù)時間(Mean Time To Repair，MTTR)”來衡量。來衡量。15/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成

17、原理12. 可擴(kuò)縮性可擴(kuò)縮性(Scalability) 如果一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠在保持軟件兼容性的同時，如果一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠在保持軟件兼容性的同時，不僅可以通過向上擴(kuò)展（即增加資源）來提供更高的性能不僅可以通過向上擴(kuò)展（即增加資源）來提供更高的性能和更強(qiáng)的功能，還能夠通過向下收縮（即減少資源）來降和更強(qiáng)的功能，還能夠通過向下收縮（即減少資源）來降低價格，則稱這個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有可擴(kuò)縮性低價格，則稱這個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有可擴(kuò)縮性。 13. 外設(shè)的配置外設(shè)的配置 為了拓展計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能，需要為它配置相應(yīng)的外為了拓展計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能，需要為它配置相應(yīng)的外設(shè)。通常計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要盡可能滿足用戶配備不同類型、不

18、設(shè)。通常計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要盡可能滿足用戶配備不同類型、不同數(shù)量外設(shè)的需求。所以主機(jī)與外設(shè)的接口應(yīng)該設(shè)計(jì)成可同數(shù)量外設(shè)的需求。所以主機(jī)與外設(shè)的接口應(yīng)該設(shè)計(jì)成可擴(kuò)縮的擴(kuò)縮的。16/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理2012年研究生入學(xué)統(tǒng)一考試計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)綜合考試試題年研究生入學(xué)統(tǒng)一考試計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)綜合考試試題假定基準(zhǔn)程序假定基準(zhǔn)程序A在某計(jì)算機(jī)上的運(yùn)行時間為在某計(jì)算機(jī)上的運(yùn)行時間為100秒，其中秒，其中90秒為秒為CPU時間，其余為時間，其余為I/O時間。若時間。若CPU速度提高速度提高50%，I/O速度不變，則運(yùn)行程序速度不變，則運(yùn)行程序A所耗費(fèi)的時間是所耗費(fèi)的時間是 。A55秒秒B60秒秒 C65

19、秒秒D70秒秒答：執(zhí)行時間答：執(zhí)行時間=CPU時間時間 + I/O時間時間=90/(1+50%)+10=90/1.5+10=60+10=70秒。故選秒。故選D。2011年研究生入學(xué)統(tǒng)一考試計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)綜合考試試題年研究生入學(xué)統(tǒng)一考試計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)綜合考試試題下列選項(xiàng)中，描述浮點(diǎn)數(shù)操作速度指標(biāo)的是下列選項(xiàng)中，描述浮點(diǎn)數(shù)操作速度指標(biāo)的是 。AMIPS BCPI CIPC DMFLOPS答：只有選項(xiàng)答：只有選項(xiàng)D帶帶“F（意味著浮點(diǎn)數(shù)）（意味著浮點(diǎn)數(shù)）”，不選，不選D，還能，還能選啥！選啥！ 17/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理1. 1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程1. 2 馮馮諾依曼計(jì)算機(jī)

20、模型諾依曼計(jì)算機(jī)模型1. 3 計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)1. 4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類 1. 5 計(jì)算機(jī)的性能評價指標(biāo)計(jì)算機(jī)的性能評價指標(biāo)1. 6 微處理器與微型計(jì)算機(jī)微處理器與微型計(jì)算機(jī)1. 7 中國計(jì)算機(jī)事業(yè)的發(fā)展歷程中國計(jì)算機(jī)事業(yè)的發(fā)展歷程 1. 8 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用1. 9 計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)算機(jī)的發(fā)展18/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理n第一代（第一代（19711972）4位的微處理器和微型電子計(jì)算機(jī)位的微處理器和微型電子計(jì)算機(jī) 開山之作：開山之作：Intel 4004 通用微處理器：通用微處理器：Intel 404019/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)

21、組成原理n第二代（第二代（19721977）8位的微處理器和微型電子計(jì)算機(jī)位的微處理器和微型電子計(jì)算機(jī)代表機(jī)型：代表機(jī)型： Intel 8008 ， 8080Motorola M6800 ，6809 Zilog Z8020/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理n第三代（第三代（19781983）16位的微處理器和微型電子計(jì)算機(jī)位的微處理器和微型電子計(jì)算機(jī)代表機(jī)型：代表機(jī)型： Intel 8086 , 80286Motorola MC 68000 , 68010 Zilog Z800021/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理n第四代第四代（1984 ）32位的微處理器和微型電子計(jì)算機(jī)位的微處理器和微型

22、電子計(jì)算機(jī)代表機(jī)型：代表機(jī)型： Motorola MC68020 Intel 80386, 486, Pentium X IBM PowerPC22/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理n第五代第五代（1992 ）64位的微處理器和微型電子計(jì)算機(jī)位的微處理器和微型電子計(jì)算機(jī)代表機(jī)型：代表機(jī)型： DEC Alpha 2106421364 Intel 和和HP ：IA-64體系結(jié)構(gòu)的安體系結(jié)構(gòu)的安騰騰(Itanium)1、2、3 IBM PowerPC 620，Power 6。23/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理 每每18個月微處理器內(nèi)部的晶體管數(shù)個月微處理器內(nèi)部的晶體管數(shù)量擴(kuò)大一倍，計(jì)算機(jī)的性能將

23、翻一番，量擴(kuò)大一倍，計(jì)算機(jī)的性能將翻一番，而芯片的價格保持不變。而芯片的價格保持不變。24/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理 用并行處理的思路，來延續(xù)摩爾定用并行處理的思路，來延續(xù)摩爾定律的神話。律的神話。25/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理1. 1 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展1. 2 馮馮諾依曼計(jì)算機(jī)模型諾依曼計(jì)算機(jī)模型1. 3 計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)1. 4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類 1. 5 計(jì)算機(jī)的性能評價計(jì)算機(jī)的性能評價1. 6 微處理器與微型計(jì)算機(jī)微處理器與微型計(jì)算機(jī)1. 7 中國計(jì)算機(jī)事業(yè)的發(fā)展歷程中國計(jì)算機(jī)事業(yè)的發(fā)展歷程 1. 8 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)

24、用計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用1. 9 計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)算機(jī)的發(fā)展26/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理n1956年國務(wù)院制定年國務(wù)院制定“12年科技發(fā)展規(guī)劃年科技發(fā)展規(guī)劃”n成立以華羅庚為主任的成立以華羅庚為主任的“計(jì)算技術(shù)研究所籌備委員會計(jì)算技術(shù)研究所籌備委員會”，開展國產(chǎn)，開展國產(chǎn)103機(jī)和機(jī)和104機(jī)的研制。這兩臺機(jī)器都屬于電機(jī)的研制。這兩臺機(jī)器都屬于電子管計(jì)算機(jī)（即第一代計(jì)算機(jī)），其中子管計(jì)算機(jī)（即第一代計(jì)算機(jī)），其中103機(jī)是仿制前蘇機(jī)是仿制前蘇聯(lián)的聯(lián)的M3小型數(shù)字電子計(jì)算機(jī)。小型數(shù)字電子計(jì)算機(jī)。n103機(jī)于機(jī)于1958年年8月月1日仿制成功，結(jié)束了我國沒有電子計(jì)日仿制成功，結(jié)束了我國沒有電子

25、計(jì)算機(jī)的歷史。算機(jī)的歷史。27/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理n1956年，哈工大、清華大學(xué)創(chuàng)建年，哈工大、清華大學(xué)創(chuàng)建“計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)專業(yè)”n哈工大的吳忠明和李仲榮于哈工大的吳忠明和李仲榮于1957年研制出國產(chǎn)第一臺結(jié)年研制出國產(chǎn)第一臺結(jié)構(gòu)模擬電子計(jì)算機(jī)，于構(gòu)模擬電子計(jì)算機(jī)，于1958年研制成功一臺年研制成功一臺“下棋專用下棋專用”的數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)。的數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)。n1960年年4月，夏培肅教授領(lǐng)導(dǎo)的科研小組研制出我國第一月，夏培肅教授領(lǐng)導(dǎo)的科研小組研制出我國第一臺自行設(shè)計(jì)電子計(jì)算機(jī)臺自行設(shè)計(jì)電子計(jì)算機(jī)107機(jī)，這是一臺小型通用計(jì)機(jī)，這是一臺小型通用計(jì)算機(jī)。算機(jī)。28/45計(jì)算機(jī)組

26、成原理計(jì)算機(jī)組成原理n哈爾濱軍事工程學(xué)院海軍系慈云桂主持設(shè)計(jì)并研制出了哈爾濱軍事工程學(xué)院海軍系慈云桂主持設(shè)計(jì)并研制出了中國第中國第1臺晶體管計(jì)算機(jī)（第二代計(jì)算機(jī)）的臺晶體管計(jì)算機(jī)（第二代計(jì)算機(jī)）的441B機(jī)。機(jī)。n后繼研制成功的晶體管計(jì)算機(jī)有：后繼研制成功的晶體管計(jì)算機(jī)有：計(jì)算技術(shù)研究所研制的計(jì)算技術(shù)研究所研制的109乙機(jī)和乙機(jī)和109丙機(jī)丙機(jī)華北計(jì)算技術(shù)研究所研制的華北計(jì)算技術(shù)研究所研制的108機(jī)、機(jī)、108乙機(jī)、乙機(jī)、121機(jī)機(jī)和和320機(jī)等。機(jī)等。29/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理n1973年，中國第一臺百萬次集成電路電子計(jì)算機(jī)年，中國第一臺百萬次集成電路電子計(jì)算機(jī)“150機(jī)機(jī)”研制

27、成功。研制成功。n中國軟件領(lǐng)域奠基人之一、北京大學(xué)教授楊芙清院士主中國軟件領(lǐng)域奠基人之一、北京大學(xué)教授楊芙清院士主持研制了持研制了150機(jī)操作系統(tǒng)。機(jī)操作系統(tǒng)。n中國最早的兩位計(jì)算機(jī)軟件博士生導(dǎo)師之一、培養(yǎng)出我中國最早的兩位計(jì)算機(jī)軟件博士生導(dǎo)師之一、培養(yǎng)出我國第一位軟件學(xué)博士的南京大學(xué)徐家福教授于國第一位軟件學(xué)博士的南京大學(xué)徐家福教授于1965年主年主持研制出中國第一個持研制出中國第一個ALGOL編譯系統(tǒng)。中國計(jì)算機(jī)學(xué)會編譯系統(tǒng)。中國計(jì)算機(jī)學(xué)會（CCF）將）將2011年度年度CCF杰出貢獻(xiàn)獎授予這兩位先生。杰出貢獻(xiàn)獎授予這兩位先生。30/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理n1981年北京大學(xué)的王

28、選教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)研制成功我國自年北京大學(xué)的王選教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)研制成功我國自行設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)行設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)激光漢字編輯排版系統(tǒng)。該系統(tǒng)使我激光漢字編輯排版系統(tǒng)。該系統(tǒng)使我國出版印刷行業(yè)僅用了短短數(shù)年時間，從鉛字排版直接國出版印刷行業(yè)僅用了短短數(shù)年時間，從鉛字排版直接跨越到激光照排，走完了西方幾十年才完成的技術(shù)改造跨越到激光照排，走完了西方幾十年才完成的技術(shù)改造道路，被公認(rèn)為畢升發(fā)明活字印刷術(shù)后中國印刷技術(shù)的道路，被公認(rèn)為畢升發(fā)明活字印刷術(shù)后中國印刷技術(shù)的第二次革命。第二次革命。n2006年中國計(jì)算機(jī)學(xué)會年中國計(jì)算機(jī)學(xué)會CCF將將“中國計(jì)算機(jī)學(xué)會創(chuàng)新獎中國計(jì)算機(jī)學(xué)會創(chuàng)新獎”更名為更名為“CCF王選獎

29、王選獎”，以獎勵那些為中國計(jì)算機(jī)事，以獎勵那些為中國計(jì)算機(jī)事業(yè)做出重大貢獻(xiàn)的人士業(yè)做出重大貢獻(xiàn)的人士/成果。成果。31/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理n1983年，銀河年，銀河I號巨型計(jì)算機(jī)研制成功，運(yùn)算次數(shù)達(dá)到每號巨型計(jì)算機(jī)研制成功，運(yùn)算次數(shù)達(dá)到每秒秒1億次。億次。n1984年，第一臺國產(chǎn)年，第一臺國產(chǎn)16位微機(jī)位微機(jī)-長城長城0520正式推出。正式推出。n1988年年5月到月到1989年年9月，金山公司的求伯君獨(dú)自開發(fā)了月，金山公司的求伯君獨(dú)自開發(fā)了WPS1.0，填補(bǔ)了我國中文字處理軟件的空白。，填補(bǔ)了我國中文字處理軟件的空白。32/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理33/45計(jì)算機(jī)組成原

30、理計(jì)算機(jī)組成原理n1993年，第一臺年，第一臺10億次巨型銀河計(jì)算機(jī)億次巨型銀河計(jì)算機(jī)II型通過鑒定，并型通過鑒定，并于次年在國家氣象局投入正式運(yùn)行于次年在國家氣象局投入正式運(yùn)行n1995年，曙光年，曙光1000型大型機(jī)通過鑒定，其峰值可以達(dá)到型大型機(jī)通過鑒定，其峰值可以達(dá)到每秒每秒25億次億次n1997年，銀河年，銀河III并行巨型機(jī)研制成功并行巨型機(jī)研制成功n1999年，銀河四代巨型機(jī)研制成功年，銀河四代巨型機(jī)研制成功n2000年，年， “神威神威”高性能計(jì)算機(jī)研制成功高性能計(jì)算機(jī)研制成功34/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理n2008年曙光年曙光5000A問世，它的峰值速度達(dá)到問世，它的

31、峰值速度達(dá)到230萬億次浮萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算點(diǎn)運(yùn)算/秒。這標(biāo)志著我國成為世界上第二個可以研發(fā)生秒。這標(biāo)志著我國成為世界上第二個可以研發(fā)生產(chǎn)超百萬億次超級計(jì)算機(jī)的國家。產(chǎn)超百萬億次超級計(jì)算機(jī)的國家。n在在2008年年11月的全球高性能計(jì)算機(jī)月的全球高性能計(jì)算機(jī)500強(qiáng)（強(qiáng)（TOP500）排）排行榜中，曙光行榜中，曙光5000A位列世界超級計(jì)算機(jī)第十位，是當(dāng)時位列世界超級計(jì)算機(jī)第十位，是當(dāng)時我國高性能計(jì)算機(jī)的最好成績（曙光我國高性能計(jì)算機(jī)的最好成績（曙光4000也曾經(jīng)以也曾經(jīng)以11萬萬億億/秒的速度位列世界超級計(jì)算機(jī)第十位）秒的速度位列世界超級計(jì)算機(jī)第十位）35/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理n20

32、09年年10月月29日，我國首臺千萬億次超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)日，我國首臺千萬億次超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)“天河一號天河一號”由國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制成功。由國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制成功。n該計(jì)算機(jī)峰值性能該計(jì)算機(jī)峰值性能1206萬億次雙精度浮點(diǎn)數(shù)操作，萬億次雙精度浮點(diǎn)數(shù)操作，LINPACK實(shí)測性能為實(shí)測性能為560.3萬億次，排列萬億次，排列“TOP500”第第四位。使我國成為繼美國之后世界上第二個能夠研制千四位。使我國成為繼美國之后世界上第二個能夠研制千萬億次超級計(jì)算機(jī)的國家。萬億次超級計(jì)算機(jī)的國家。36/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理n自自2013年年11月起，國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的月起，國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制

33、的“天河二號天河二號”以峰值計(jì)算速度每秒以峰值計(jì)算速度每秒5.49億億次、持續(xù)計(jì)算速度每秒億億次、持續(xù)計(jì)算速度每秒3.39億億次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算速度連續(xù)四次在全球億億次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算速度連續(xù)四次在全球“TOP500”排行榜中奪得第一。排行榜中奪得第一。n“天河二號天河二號”服務(wù)陣列采用了由國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制服務(wù)陣列采用了由國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的新一代的新一代“飛騰飛騰1500”CPU，這是當(dāng)前國內(nèi)主頻最高的，這是當(dāng)前國內(nèi)主頻最高的自主高性能通用自主高性能通用CPU。37/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理1. 1 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展1. 2 馮馮諾依曼計(jì)算機(jī)模型諾依曼計(jì)算機(jī)模型

34、1. 3 計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)1. 4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類 1. 5 計(jì)算機(jī)的性能評價計(jì)算機(jī)的性能評價1. 6 微處理器與微型計(jì)算機(jī)微處理器與微型計(jì)算機(jī)1. 7 中國計(jì)算機(jī)事業(yè)的發(fā)展歷程中國計(jì)算機(jī)事業(yè)的發(fā)展歷程 1. 8 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用1. 9 計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)算機(jī)的發(fā)展38/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理1.8.1計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)1能在程序的控制下自動連續(xù)地工作能在程序的控制下自動連續(xù)地工作2運(yùn)算速度快、計(jì)算精度高運(yùn)算速度快、計(jì)算精度高3具有邏輯判斷能力具有邏輯判斷能力4通用性強(qiáng)通用性強(qiáng)5具有很強(qiáng)的具有很強(qiáng)的“記憶記憶”功能功能39/45計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理l科學(xué)與工程計(jì)算（或數(shù)值計(jì)算）科學(xué)與工程計(jì)算（或數(shù)值計(jì)算） l數(shù)據(jù)處理（或信息處理）數(shù)據(jù)處理（或信息處理） l過