计算机组成原理 第一章

2. 1958年开始，第二代晶体管计算机
3. 1965年开始，第三代中小规模集成电路计算机
4. 1971年开始，第四代大规模集成电路计算机
5. 1986年开始，第五代巨大规模集成电路计算机
计算机的发展史
基本概念
类型 时期 主要器件 重 要 特 征
第1代 第2代 第3代
19461958
19581964
数字信号处理器（DSP）
•专注于数字信号的高速处理 •美国德州仪器TI公司TMS320各代产品 •主要应用于通信、消费类电子产品和计算机
主要应用形式：嵌入式系统
•IP级结构，芯片级结构，模块级结构
计算机组成原理
处理器总线
数据总线（DB：Data Bus）
•处理器与存储器或外设交换信息的通道 •个数（条数）是一次能够传送数据的二进制位数
计算机组成原理
存储器
存储器（Memoryห้องสมุดไป่ตู้是存放程序和数据的部件
高性能微机的存储系统
• 微处理器内部的寄存器（Register） • 高速缓冲存储器（Cache） • 主板上的主存储器 • 以外设形式出现的辅助存储器
基本概念
计算机之所以迅速发展,其生命力在于它的广泛应 用并协助人类取得了辉煌的成就。计算机的应用 范围几乎涉及人类社会的所有领域。本书归纳成 六个主要方面来叙述：
❖ 科学计算 ❖ 自动控制和测量
❖ 信息处理
❖ 教育和卫生
❖ 家用电器
❖ 人工智能
1.2.1 计算机的硬件系统组成
中央处理单元CPU
（第五章） 控 制 器
❖ “程序控制”，是当计算机启动后，程序就 会控制计算机按规定的顺序逐条执行指令， 自动完成预定的信息处理任务

3.数据传输率与数据通路宽度 （1）数据通路宽度: 数据总线一次能并行 传输的数据位数。 （2）数据传输率（带宽）：数据总线每秒 传输的数据量。
总线位数×总线时钟频率
总线带宽 =
8
（B/S）
主存带宽 =？
4.存储容量
1）主存容量
K、M、G、T
1024
指存储单元个数 × 位数。
决定地址位数
存储体
控制线路
数据寄存器 读/写线路
译码器
…………
地址寄存器
…………
存储体: 存放信息的实体。 寻址系统：对地址码译码，选择存储单元。 读/写线路和数据寄存器：完成读/写操作，暂 存读/写数据。 控制线路：产生读/写时序，控制读/写操作。 3）讨论 存储单元读/写原理、存储器逻辑设计
（3） 输入/输出设备 1）功能：转换信息。
换、逻辑控制等功能。
2.典型的硬件系统结构 （1）以总线为基础的系统结构 特点：结构简单、控制方便、扩展容易。
总线
部件 部件 部件
单总线结构 系统总线
CPU
M
接口
I/O
接口 I/O
（2）采用通道或IOP的系统结构 带通道的系统（图1-6）
主机
通道
I/O控制器
I/O
• 规模较小的系统可将通道部件设置在 CPU内部。
1.3.2 计算机的主要性能指标
1.基本字长 指操作数的基本位数。 和运算器、寄存器、总线有关，它影响
计算精度、指令功能。 8 — 16 — 32 — 64位
2. 运算速度 （1）定点/浮点四则运算时间
（2）每秒平均执行的指令条数（MIPS） （3）CPU时钟频率（Hz）
5M 100M 1G 2.0G 3.2G （4）典型程序执行时间 （5）每条指令平均执行周期.事先编制程序 2.事先存储程序 3.自动、连续地执行程序

计算机的五大组成部分
中央处理器
负责执行计算机指令和控制计算机的操作。
存储器
用于存储程序和数据。
输入输出设备
与计算机进行信息交互的接口。
计算机总线
连接各个部件传输数据和信号。
第一章节的主要内容
1 计算机基础知识
了解计算机的基本概 念和术语。
2 计算机内部结构
3 指令执行过程
深入探讨计算机的各 个组成部分及其功能。
3 职业发展机会
掌握计算机底层原理， 可以编写更高效和可 靠的代码。
拥有计算机组成原理 知识的人才在计算机 行业有更广阔的发展 机会。
本章节总结和要点
本章节介绍了计算机组成原理的基本概念、计算机的发展历史以及计算机的 五大组成部分。学习计算机组成原理对于深入理解计算机工作原理和提升编 程能力至关重要。
学习计算机指令的执 行过程和控制流程。
为什么要学习计算机组成原理
学习计算机组成原理可以帮助你深入理解计算机的工作原理，提高编程和系统设计的能力，并打 下计算机科学的基础。
学习计算机组成原理的好处
1 深入了解计算机
系统
了解计算机内部的设 计和功能，可以更好 地使用计算机和解决章概述
计算机组成原理是研究计算机内部结构和功能的科学，本教程将带您深入了 解计算机组成原理的基本概念和重要性。
什么是计算机组成原理
计算机组成原理研究计算机的内部组成和运行原理，包括处理器、内存、存 储器、输入输出设备等关键组成部分，是计算机科学的基础。
计算机发展历史
计算机发展经历了多个阶段，从大型机到个人计算机，掌握计算机组成原理 能帮助你了解计算机的发展脉络和技术演进。

计算机组成原理
教学内容
研究讨论单台计算机的完整硬件系 统的基本组成原理与内部运行机制。
单台：非多机系统。 基本：不一定是最高性能、最合理的组成，
而是最基础的必要的组成部分。 完整：计算机整机、全部的硬件功能部件。
课程内容
1 计算机系统概论 2 计算机中信息的表示方法 3 运算方法和运算部件 4 存储系统 5 指令系统 6 中央处理器 7 总线系统 8 计算机的外围设备 9 输入输出系统
Name：ENIAC
“爱尼亚克”
（Electronic Numerical Integrator and Computer）
电子数值积分和计算机
研制者：宾夕法尼亚大学教授 John Mauchly （莫奇利）和 J. Presper Eckert（埃克脱）
研究开发ENIAC计算机的目的:军事服务， 主要是为了计算弹道表。
计算机发展——智能化
“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的
‘没有灵魂的机械’来”。
人类第一个“工业机器人”：
——笛卡尔（1637）
一头在纺织机上挑纱的“驴”（1742年）
第一代机器人 机械手（1962年出现）
第二代机器人
具有“感觉”的机器人
第三代机器人
Deepblue
装有启发式计算机的“智能机器人”
式处理来组织系统。
ＬＳＩ ＶＬＳＩ
七十年代计算机开始
向微型化方向发展。
Intel 4004
PentiumⅡ
智能计算机
❖ 智能电子计算机，它是一种有 知识，会学习，能推理的计算 机。
❖ 智能计算机突破了传统的冯.诺 依曼式机器的概念，舍弃了二 进制结构，把许多处理机并联 起来，并行处理信息，速度大 大提高。它的智能化人机接口 使人们不必编写程序，只需发 出命令或提出要求，电脑就会 完成推理和判断，并且给出解 释。