計算機組成技術(shù)

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電子信箱：zhangyu@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IBMPC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)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。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MARKI(電動、齒輪、繼電器構(gòu)成)“古代”計算機的特點計算速度慢出現(xiàn)錯誤多“古代”計算機的特點計算速度慢出現(xiàn)錯誤多

圖靈（Turing）馮·諾依曼（JohnVonNeuman）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（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator）EDVAC（ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer）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）時期元器件代表機器第一代電子管第一臺計算機ENIAC第一臺通用電子計算機EDVAC第二代晶體管IBM公司生產(chǎn)的IBM-7904CDC公司生產(chǎn)的CDC1604第三代集成電路DEC公司研制成功的PDP-8，PDP-11，VAX-11第四代大規(guī)模集成電路Cray公司1976年推出的Cray-1各時期計算機的比較（2）時期體積重量成本耗電可靠性運算速度第一代大重高高低5000次/秒第二代幾萬次-幾十萬次/秒第三代幾百萬-幾千萬次/秒第四代小輕低低高幾億次/秒各時期計算機的比較（2）時期體積重量成本耗電可靠性運算速度第一代大重高高低5000次/秒第二代幾萬次-幾十萬次/秒第三代幾百萬-幾千萬次/秒第四代小輕低低高幾億次/秒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Intel40042300個晶體管第二代（1972-1977）8位的微處理器和微型電子計算機Intel80083300個晶體管Intel80804900個晶體管M68006800個晶體管Z8010000個晶體管第三代（1978-1983）16位的微處理器和微型電子計算機Intel808629000個晶體管M6800068000個晶體管Z800037500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型：Intel80286Intel80386MC68020摩爾定律每18個月微處理器內(nèi)部的晶體管數(shù)量擴大一倍，計算機的性能將翻一番，而芯片的價格保持不變摩爾定律每18個月微處理器內(nèi)部的晶體管數(shù)量擴大一倍，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M3，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）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價MIPS（MillionInstructionPerSecond）CPI（CyclePerInstruction）FPOPS（FloatingPointOperationPerSecond）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1.5.1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)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/CIMSCAD（ComputerAidedDesign）按設(shè)計任務(wù)書的要求，可進行各種設(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，最后從性能的先進性、經(jīng)濟的合理性、加工的可行性等方面進行論證，獲得最終的設(shè)計產(chǎn)品，大大降低了產(chǎn)品設(shè)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（ComputerAidedManufacturing）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。1.5.2計算機的應(yīng)用CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystems）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