白中英计算机组成原理第1章 计算机系统概论PPT课件
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1970年，半导体存储器 价格更加昂贵，体积小，非破坏性读写
1974年之后，半导体存储器 价格不断降低，体积不断减少，读写速度更快。
有关存储器的介绍详见第3章
14.11.2020
22
1.2.3 微处理器的发展
20世纪70年代的处理器 4004 8008 8080 8086 8088
20世纪80年代的处理器 80286 386TM DX 386TM SX 486TM DX
使用算盘计算y=ax+b-c
纸 ---------- 存储器 算盘 ---------- 运算器 笔 ---------- 输入/输出设备 人 ---------- 控制器
针对标量机（执行一条指令，只得到一个运算结果）
MFLOPS：每秒百万次浮点操作数，衡量机器浮点操作的性能。
针对向量机（执行一条向量指令，通常可得到多个运算结果）
其他的性能指标
主存储器的读写速度、IO的数据传送率、带宽的均衡性……
14.11.2020
30
1.3 计算机的硬件
1.3.1 硬件的组成要素
➢作为迄今为止半导体发展史上意义最深远的定律，摩尔定律被 集成电路40多年的发展历史准确无误地验证着。
➢摩尔定律有另外一种表述方法，即每过10年计算机系统性能将 会增加100倍，通讯带宽也会提高100倍，而花费的资金不会增 加。
14.11.2020
21
1.2.2 半导体存储器的发展
20世纪50~60年代，磁芯存储器 价格昂贵，体积大，破坏性读出
主存储器带宽
单位时间内从主存储器读出的二进制信息量，一般用字节数/秒表示。
主频/时钟周期
CPU主时钟的频率——主频；其倒数为CPU的时钟周期(T周期)。
14.11.2020
29
1.2.4 计算机的性能指标（3/3）
CPU的运算速度
CPU执行时间：CPU执行一般程序所占用的CPU时间； CPI：执行一条指令所需的平均时钟周期数； MIPS：每秒百万指令数，即单位时间内执行的指令数；
20世纪90年代的处理器 486TM SX Pentium Pentium Pro Pentium II Pentium Ⅲ
最近10年的处理器 Pentium 4 Itanium Itanium 2
14.11.2020
23
14.11.2020
24
14.11.2020
25
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18
第二代计算机(1958－1964)
晶体管
14.11.2020
19
14.11.2020
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摩尔定律
➢1964年，英特尔公司创始人戈登.摩尔（Gordon Moore）在一 篇很短的论文里断言：每18个月，集成电路的性能将提高一倍， 而其价格将降低一半。这就是著名的摩尔定律。
问题2：如何对以上设备分类？
输入输出设备 显示器，键盘，鼠标，音箱
中央处理设备 CPU（集处理和控制于一身）
存储设备
硬盘、内存
接口转换卡
显卡、声卡
部件连接线
总线
问题3：有了以上设备，计算机是否能发挥其功效？
一个完整的计算机系统应包括硬件系统和软件系统两部分。
14.11.2020
4
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26
双核CPU
三核CPU
14.11.2020
27
1.2.4 计算机的性能指标（1/3）
吞吐量
表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量。
响应时间
从输入有效到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位来表示。
利用率
在给定的时间间隔内，系统被实际使用的时间所占的比率，用百分 比表示。
处理机字长（机器字长）
5
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6
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7
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8
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9
SDRAM内存条
DDR内存条
14.11.2020
10
80G硬盘
14.11.2020
11
硬盘数据线
14.11.2020
12
DVD光驱
14.11.2020
13
机内电源插头
14.11.2020
14
1.1 计算机的分类
如P2 图1.1
数字计算机
专用计算机
是针对某一任务设计的最有 效、最经济和最快速的计算
机，但适应性很差。
低
高
双核机
处理数字量信息
单片机 体积
分 类
按位运算，
不连续地跳动计算通用计算机
适应性很大，但
微型机 服务器
牺牲了效率、速
模拟计算机 度和经济性。
大型机
功能
简
数据存储量 易
指令系统
性
价格
处理模ຫໍສະໝຸດ Baidu量信息
吞吐量、响应时间、CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间； MIPS、MFLOPS等。
要求
初步掌握计算机系统的基本概念及基本结构，为进一步深入学习 打下基础。
14.11.2020
3
1.0 预备知识
问题1：一台计算机一般有哪几部分组成？
显示器、键盘、鼠标、音箱、主机箱等；
主机箱中有：主板、CPU、硬盘、内存、显卡、声卡等；
超级计算机 高
低
数值连续、运算过程连续
14.11.2020
15
1.2 计算机的发展简史
1.2.1 计算机的五代变化
电子管 1946~1957年，第一代计算机
晶体管 1958~1964年 第二代计算机
摩尔定律
中小规模 集成电路
1965~1971年 1972~1990年
1991年~至今
超大规模集成电路
处理机运算器中一次能够完成二进制运算的位数，如32、64位； 机器字长与系统数据总线宽度具有一定的相关性。
14.11.2020
28
1.2.4 计算机的性能指标（2/3）
总线宽度
一般指运算器与存储器之间的数据总线宽度。
注意课本上的表述错误！
主存储器容量
主存储器所能存储二进制数据的位数。
或者说“主存储器中所有存储元的总数目。”，而非“存储单元”！
巨大规模 集成电路
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第一代计算机
第一代计算机(1945年－1958年)
采用电子管。
代表机型：ENIAC
1941年美国宾夕法尼亚大学开始研制； 主要是为了解决美陆军提出的弹道计算
问题 ； 花费40万美元； 1955年10月2日最后切断电源。
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ENIAC
第1章 计算机系统概论
目录
1.0 预备知识 1.1 计算机的分类 1.2 计算机的发展简史 1.3 计算机的硬件 1.4 计算机的软件 1.5 计算机系统的层次结构
14.11.2020
2
学习要求
了解计算机的发展历程； 清楚计算机的系统层次结构、计算机硬件的基本组成(五大部件
的构成)、计算机软件的分类，以及计算机的基本工作过程； 了解计算机性能评价指标和相关参数；
1974年之后，半导体存储器 价格不断降低，体积不断减少，读写速度更快。
有关存储器的介绍详见第3章
14.11.2020
22
1.2.3 微处理器的发展
20世纪70年代的处理器 4004 8008 8080 8086 8088
20世纪80年代的处理器 80286 386TM DX 386TM SX 486TM DX
使用算盘计算y=ax+b-c
纸 ---------- 存储器 算盘 ---------- 运算器 笔 ---------- 输入/输出设备 人 ---------- 控制器
针对标量机（执行一条指令，只得到一个运算结果）
MFLOPS：每秒百万次浮点操作数，衡量机器浮点操作的性能。
针对向量机（执行一条向量指令，通常可得到多个运算结果）
其他的性能指标
主存储器的读写速度、IO的数据传送率、带宽的均衡性……
14.11.2020
30
1.3 计算机的硬件
1.3.1 硬件的组成要素
➢作为迄今为止半导体发展史上意义最深远的定律，摩尔定律被 集成电路40多年的发展历史准确无误地验证着。
➢摩尔定律有另外一种表述方法，即每过10年计算机系统性能将 会增加100倍，通讯带宽也会提高100倍，而花费的资金不会增 加。
14.11.2020
21
1.2.2 半导体存储器的发展
20世纪50~60年代，磁芯存储器 价格昂贵，体积大，破坏性读出
主存储器带宽
单位时间内从主存储器读出的二进制信息量，一般用字节数/秒表示。
主频/时钟周期
CPU主时钟的频率——主频；其倒数为CPU的时钟周期(T周期)。
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1.2.4 计算机的性能指标（3/3）
CPU的运算速度
CPU执行时间：CPU执行一般程序所占用的CPU时间； CPI：执行一条指令所需的平均时钟周期数； MIPS：每秒百万指令数，即单位时间内执行的指令数；
20世纪90年代的处理器 486TM SX Pentium Pentium Pro Pentium II Pentium Ⅲ
最近10年的处理器 Pentium 4 Itanium Itanium 2
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第二代计算机(1958－1964)
晶体管
14.11.2020
19
14.11.2020
20
摩尔定律
➢1964年，英特尔公司创始人戈登.摩尔（Gordon Moore）在一 篇很短的论文里断言：每18个月，集成电路的性能将提高一倍， 而其价格将降低一半。这就是著名的摩尔定律。
问题2：如何对以上设备分类？
输入输出设备 显示器，键盘，鼠标，音箱
中央处理设备 CPU（集处理和控制于一身）
存储设备
硬盘、内存
接口转换卡
显卡、声卡
部件连接线
总线
问题3：有了以上设备，计算机是否能发挥其功效？
一个完整的计算机系统应包括硬件系统和软件系统两部分。
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双核CPU
三核CPU
14.11.2020
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1.2.4 计算机的性能指标（1/3）
吞吐量
表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量。
响应时间
从输入有效到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位来表示。
利用率
在给定的时间间隔内，系统被实际使用的时间所占的比率，用百分 比表示。
处理机字长（机器字长）
5
14.11.2020
6
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SDRAM内存条
DDR内存条
14.11.2020
10
80G硬盘
14.11.2020
11
硬盘数据线
14.11.2020
12
DVD光驱
14.11.2020
13
机内电源插头
14.11.2020
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1.1 计算机的分类
如P2 图1.1
数字计算机
专用计算机
是针对某一任务设计的最有 效、最经济和最快速的计算
机，但适应性很差。
低
高
双核机
处理数字量信息
单片机 体积
分 类
按位运算，
不连续地跳动计算通用计算机
适应性很大，但
微型机 服务器
牺牲了效率、速
模拟计算机 度和经济性。
大型机
功能
简
数据存储量 易
指令系统
性
价格
处理模ຫໍສະໝຸດ Baidu量信息
吞吐量、响应时间、CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间； MIPS、MFLOPS等。
要求
初步掌握计算机系统的基本概念及基本结构，为进一步深入学习 打下基础。
14.11.2020
3
1.0 预备知识
问题1：一台计算机一般有哪几部分组成？
显示器、键盘、鼠标、音箱、主机箱等；
主机箱中有：主板、CPU、硬盘、内存、显卡、声卡等；
超级计算机 高
低
数值连续、运算过程连续
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1.2 计算机的发展简史
1.2.1 计算机的五代变化
电子管 1946~1957年，第一代计算机
晶体管 1958~1964年 第二代计算机
摩尔定律
中小规模 集成电路
1965~1971年 1972~1990年
1991年~至今
超大规模集成电路
处理机运算器中一次能够完成二进制运算的位数，如32、64位； 机器字长与系统数据总线宽度具有一定的相关性。
14.11.2020
28
1.2.4 计算机的性能指标（2/3）
总线宽度
一般指运算器与存储器之间的数据总线宽度。
注意课本上的表述错误！
主存储器容量
主存储器所能存储二进制数据的位数。
或者说“主存储器中所有存储元的总数目。”，而非“存储单元”！
巨大规模 集成电路
14.11.2020
16
第一代计算机
第一代计算机(1945年－1958年)
采用电子管。
代表机型：ENIAC
1941年美国宾夕法尼亚大学开始研制； 主要是为了解决美陆军提出的弹道计算
问题 ； 花费40万美元； 1955年10月2日最后切断电源。
14.11.2020
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ENIAC
第1章 计算机系统概论
目录
1.0 预备知识 1.1 计算机的分类 1.2 计算机的发展简史 1.3 计算机的硬件 1.4 计算机的软件 1.5 计算机系统的层次结构
14.11.2020
2
学习要求
了解计算机的发展历程； 清楚计算机的系统层次结构、计算机硬件的基本组成(五大部件
的构成)、计算机软件的分类，以及计算机的基本工作过程； 了解计算机性能评价指标和相关参数；