计算机组装基础知识

第1章计算机组装基础知识

1•计算机发展史

第一代计算机(1946~1958)

电子管为基本电子器件；使用机器语言和汇编语言；主要应用于国防和科学计算；运算速度每秒几千次至几万次。

第二代计算机(1958~1964)

晶体管为主要器件；软件上出现了操作系统和算法语言；运算速度每秒几万次至几十万次。

第三代计算机(1964~1971)

普遍采用集成电路；体积缩小；运算速度每秒几十万次至几百万次。

第四代计算机(1971~ )

以大规模集成电路为主要器件；运算速度每秒几百万次至上亿次。

2计算机系统的组成、结构及分类

计算机由软件系统和硬件系统组成。软件系统包括程序和文档；硬件系统是指由电子器件和机电装置组成的计算机实体。

计算机系统的结构及分类：

1 . SISD体系结构

SISD计算机是传统的顺序执行的计算机，在同一时刻只能执行

条指令（即只有一个控制流）、处理一个数据（即只有一个数据流）。

SISD计算机通常由一个处理器和一个存储器组成，如图1-11所示。通过执行单一的指令流，对单一的数据流进行操作，指令按顺序读取，数据在每一时刻也只能读取一个。

is

Ml 5T5D计韋机

其主要缺点在于单个处理器的处理能力有限，同时，这种结构也没有发挥数据处理中的并行性潜力，在实时系统或高速系统中，很少采用SISD结构。

2 . SIMD体系结构

进行运算。SIMD计算机由单一的指令部件控制，按照同一指令

流的要求，为多个处理单元分配各不相同的数据并进行处理。SIMD 系统结构由一个控制器、多个处理器、多个存储模块和一个互连网络

组成，如图1-12所示

SIMD 计算机以阵列处理机和向量处理机为代表。 3 . MISD 体系结构

MISD 计算机具有多个处理单元，这些处理单元组成一个线性阵

列，分别执行不同的指令流，而同一个数据流则顺次通过这个阵列中 的各个处理单元，如图1-13所示

PU1

DS1

Mhll

■ ■

W UM .

円.12

MM2

i 畑

4

Plh

-4 ----------

列（- L 存）

4

国 M2SIMDi+^r

处离帶fl

数默说

II 播令渝）

MISD系统结构只适用于某些特定的算法，在目前常见的计算机系统中很少见。

4. MIMD体系结构

MIMD计算机属于并行结构计算机，多个处理单元根据不同的控制流程执行不同的操作，处理不同的数据。

典型的MIMD系统由多台处理机、多个存储模块和一个互连网络组成，如图1-14所示。

5M 存）

E 工工）计算机

每台处理机执行自己的指令，操作数也是各取各的。

MIMD计算机是能够实现指令、数据作业、任务等各级全面并行计算的多机处理系统。

在MIMD结构中，每个处理器都可以单独编程，因而这种结构的可编程能力是最强的。但由于要用大量的硬件资源来解决可编程问题，硬件的利用率不高。

MIMD计算机以多处理机和机群系统为代表。

3 计算机的主要性能指标

对于不同用途的计算机，其对不同部件的性能指标要求有所不同。例如：对于用作科学计算为主的计算机，其对主机的运算速度要求很高；对于用作大型数据库处理为主的计算机，其对主机的内存容量、存取速度和外存储器的读写速度要求较高；对于用作网络传输的计算机，则要求有很高的I ／O 速度，因此应当有高速的I/O 总线和相应的I ／O 接口。

（I）、运算速度

计算机的运算速度是指计算机每秒钟执行的指令数。单位为每秒百万条指令（简称MIPS）或者每秒百万条浮点指令（简称MFPOPS ）。它们都是用基准程序来测试的。影响运算速度的有如下几个主要因素:

①CPU 的主频。指计算机的时钟频率。它在很大程度上决定了计算机的运算速度。例如，InteI 公司的CPU 主频最高己达3.20GHz 以上，AMD 公司的可达400MHz 以上。

②字长。CPU 进行运算和数据处理的最基本、最有效的信息位长度。

PC 机的字长，已由8088 的准16 位（运算用16 位，I／O 用8 位）发展到现在的32 位、64 位。

③指令系统的合理性。每种机器都设计了一套指令，一般均有数十条到上百条，例如：加、浮点加、逻辑与、跳转……等等，组成了指令

系统

（2）、存储器的指标

①存取速度。内存储器完成一次读（取）或写（存）操作所需的时间称为存储器的存取时间或者访问时间。而连续两次读（或写）所需的最短时间称为存储周期。对于半导体存储器来说，存取周期约为几十到几百ns（10 -9秒）。

②存储容量。存储容量一般用字节（Byte）数来度量。PC机的内存储器已由286机配置的1MB，发展到现在P4 （奔腾4）配置256MB，甚至512MB 以上。内存容量的加大，对于运行大型软件十分必要，否则会感到慢得无法忍受。（3）、I/O 的速度

主机I／O 的速度，取决于I/O 总线的设计。这对于慢速设备（例如键盘、打印机）关系不大，但对于高速设备则效果十分明显。例如对于当前的硬盘，它的外部传输率已可达20MB ／S、4OMB ／S 以上。

4 计算机发展趋势

计算机的发展将趋向超高速、超小型、并行处理和智能化。自从1944 年世界上第一台电子计算机诞生以来，计算机技术迅猛发展，传统计算机的性能受到挑战，开始从基本原理上寻找计算机发展的突破口，新型计算机的研发应运而生。未来量子、光子和分子计算机将具有感知、思考、判断、学习以及一定的自然语言能力，使计算机进人人工