计算机组成原理第五版第一章

人的某些思维过程与机械过程没有差别， 机 因此可以用机械模拟人的思维。 1971年瑞典人沃斯发明PASCAL高级语言 向其表示敬意
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• 3）1821年，英国剑桥大学的数学教授查尔斯.巴 贝奇(Charles Babbage)发明差分机。 • 2）1673年，德国数学家莱布尼兹（G.Leibriz） 发明了可以做乘除法的机械式计算机。 发明了可以做乘除法的机械式计算机
模拟计算机 电压 电压组合和测量值 盘上连线 低 小 无
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1.2.2 计算机的应用
计算机的应用范围归纳成六个方面来叙述： ★ 科学计算 科学研究和工程计术计算领域,是计算机应用最早的领域, 也是应用得较广泛的领域。 ★ 自动控制和测量 自动控制涉及面极广的 门学科,应用于工业、农业、科学 自动控制涉及面极广的一门学科 应用于 业 农业 科学 技术、国防以至我们日常生活等各个领域。测量和测试领域 中,计算机主要起两个作用：第一,对测量和测试设备本身进 行控制；第二 第 ,采集数据并进行处理。 采集 ★ 信息处理 初始是数值计算领域。后来应用范围逐渐发展到非数值计算 领域,可用来处理文字、表格、图象、声音等各类问题。包括 商务处理、 管理应用等。 ★ 教育和卫生 ★ 家用电器 ★ 人工智能
• 5）1904年，英国人弗莱明(Fleming, J.A)发明真 空电子二极管。
• 6）1906年，美国人德弗雷斯特(Lee De Forest)发 明电子三极管。
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1 1 2 电子管计算机（1946-1958） 1.1.2
第一台“巨人”有1500个电子管，5个
• 1) 1943年英国科学家阿兰.图灵研制成功第一台 计算机,用来破解德国Enigma密电。 密电 “Colossus”计算机
步进轮可利用多次加法完成乘法 可以运行完整四则运算。 莱布尼兹同时还提出了“可以用机械代替人进行繁琐重
专门用于航海和天文计算 用多项式计算有限差分 只能做加法和减法 后来升级为分析机：存储部分，计算部分，
输入部分和输出部分。
巴贝奇雇佣了Ada Augusta编制软件。
18000 8 多个电子管 1500多个继电器，耗电 多个电子管， 多个继电器 耗电150千瓦，重 千瓦 重
30吨，占地150平方米，运算速度5000次/秒左右。
• 2）1944年，美国科学家艾肯在IBM的支持下，研 制成功机电式计算机MARK-I MARK I，美国海军用于计算 美国海军用于计算 弹道火力表。
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控制器的基本任务 : 控制 的 本任务,就是按照计算程序所排的指令序 控制器的基本任务 算 序 排的 令序 列,先从存储器取出一条指令放到控制器中,对该指令的 操作码由译码器进行分析判别,然后根据指令性质,执行 这条指令,进行相应的操作。接着从存储器取出第二条指 令,在执行这第二条指令。依次类推。 取指周期 从存储器中取出 条指令的时间 取指周期：从存储器中取出一条指令的时间。 执行周期：执行指令的时间。 因此,控制器反复交替地处在取指周期与执行周期之中。 每取出一条指令,控制器中的指令计数器就加1,从而为取 下一条指令做好准备,这也就是指令为什么在存储器中顺 序存放的原因。 序存放的原因
的“曼哈顿计划”的 的 曼哈顿计划 的20亿美元 亿美元。
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1.1.5 大规模和超大规模集成电路（1970-）
• 1970至今 基本上都属于第四代计算机 • 超级计算机Top500榜前10名（截止2011年12月）：
天河一号 荣获2010年11月全球超级计算机TOP500第一名： –处理器采用14 336Intel CPUs +7 168 nVIDIA GPUs +国产处理器飞腾： 2,048个 –内存和存储配置为262TB和2PB –Linpack 测试：2570TFLOPS
用一个算盘，一张纸，一支笔来计算y=ax+b-c这个题目， 解题步骤如下。 行数 解题步骤和数据 说 明 1 取数 (9)→算盘(9) 表示第9行的数a,下同 2 乘法 (12)→算盘 算盘 完成a a*x, x,结果在算盘上 3 加法 (10)→算盘 完成ax+b,结果在算盘上 4 减法 (11)→算盘 完成ax+b-c,结果在算盘上 5 存数 y→13 算盘 算盘上的 y值记到第 第13行 6 输出 把算盘上的y值写出给人看 7 停止 运算完毕,暂停 8 9 a 数据 10 b 数据 11 c 数据 12 x 数据 13 y 数据
处理器并行工作，每个处理器每秒 处理5000个字母。 二战期间共有10台“巨人”在英军服役， 平均每小时破译11份德军情报
• 3） 1946 6年， 年 世界上第一台电子数字计算机 世界上第 台电子数字计算机 ENIAC(Electronic Numerical Integrator And C Computer) t )，由 由Eckert E k t和Mauckley M kl 在美国宾夕法尼 亚大学研制成功。
这两个设想对于现代计算机至关重要， 冯·诺伊曼成为 诺伊曼成为“现代电子计算机之父”， 现代电子计算机之父 ， 冯·诺伊曼机体系延续至今。
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1.1.3 晶体管计算机（1959-1964 ）
• 晶体管(半导体三极管)造就第二代计算机
1947 9 年，贝尔实验室肖克莱、巴丁、布拉顿发明点触 年 贝尔实验室肖克莱 巴丁 布拉顿发明点触
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• 控制器： 控制器是计算机的指挥中心，它控制计算机的各 个部件有条不紊地进行工作。具体的讲,控制器的任 务是从内存中取出解题步骤加以分析,然后执行某种 操作: • (1) 计算程序 运算器只能完成加、减、乘、除四则运算及其他 一些辅助操作。对于比较复杂的算题 辅助操作 对于 较复杂的算题,计算机在 计算机在运算 算 前必须化成一步一步简单的加、减、乘、除等基本 操作来做。每一个基本操作就叫做一条指令 操作来做 每 个 本操作就叫做 条指令,而解算 某一问题的一串指令序列,叫做该问题的计算程序,简 称为程序。
1 1计算机发展历史 1.1
• 1.1.1机械式计算机（1645 1645-1945 1945） • 1）1642年法国数学家、物理学家帕斯卡(Blaise Pascal)为法国税务部门设计的机械式计算机。
采用齿轮传动设备完成加法/减法运算。 pascal从加法机的成功中得出结论：Байду номын сангаас
• 1.1 计算机发展历史 • 1.2 计算机分类、应用 • 1.3 计算机硬件系统 • 1.4 1 4 计算机软件系统 • 1.5 计算机系统层次结构 • 1.6 1 6 计算机的性能指标 --------------------章节重点内容-------------------------• 计算机发展历程； 计算机发展历程 • 计算机系统层次结构及其相关的硬件基本组成、软 件分类和工作过程； 件分类和工作过程 • 计算机性能指标及有关的计算与术语解释
复的计算工作”的伟大思想
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• 4）1888年赫尔曼·霍勒斯(Herman Hollerith)博士发
明穿孔卡片和制表机，它采用穿孔卡片进行数据处理 ，并用电气控制技术取代了纯机械装置。 1890年，美国人口普查全部采用了霍勒斯制表机。 1900年美国人口普查由于采用了制表机，人口统计 采 机 数据仅用了6周（传统人工统计方法需要5年）。 霍勒斯于1896 8 6年创立了制表机公司， 年创立了制表机公司 1911年该公司 并入CTR（计算制表记录）公司 1924年IBM成立
课程内容
• • • • • • • 第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第 章 第6章 第8章 计算机系统概论 运算方法和运算器（重难点指数***） 存储系统（重难点指数***） 指令系统（重难点指数*） 中央处理器（课设***） 中央处 器 课设 总线系统 输入输出系统
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第一章
计算机系统概论
(2) 指令的形式 每条指令应当明确告诉控制器,从存储器的那个单 元取数,并进行何种操作 并进行何种操作。 指令的内容由两部分组成,即操作的性质和操作的地 址。前者称为操作码,后者称为地址码。 操作码:指出指令所进行的操作,如加、减、乘、 如加 减 乘 除、取数、存数等等; 地址码:表示参加运算的数据应从存储器的哪个 单元取,运算的结果应存到哪个单元。
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教材及参考书目
• 主教材：计算机组成原理 教材 计算机组成原 （4th 立体化教材， 体化教材 2007 7） • 计算机组成原理(3rd网络版)，白中英， 科学出版社，2001次印刷， • 参考书：
1、唐朔飞，计算机组成原理，高教出版社2011 2、计算机组成 计算机组成-结构化方法 （5rd）Andrew S.Tanenbaum. 刘卫东译 人民邮电出版社 2006 刘卫东译，人民邮电出版社， 国家精品课程 武汉大学：多核架构与编程艺术
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• ENIAC存在的问题：
十进制计算机，每一位数由一圈共10个真空管表示 通过开关和插拔电缆进行手动编程。
• 2)1949年，莫里斯.威尔克斯(Maurice Wilkes)在英国 剑桥大学研制完成EDSAC（Electronic Delay Storage Automatic i Calculator l l 第 台采用冯.诺依曼架构的存 第一台采用冯 储程序式电子计算机）。 • 3)1945 ) 年John J h Von V Neumann N 在普林斯顿大学提出研 制EDVAC的草案，EDVAC1950年问世。
1.3 计算机的硬件
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数字计算机的硬件组成
• 运算器完成算术运算，逻辑运 算 • 控制器控制指令的执行序列， 根据指令的功能给出实现指令 功能所需的控制信号 • 主存储器存放程序及数据 • 输入设备 • 输出设备
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