計算機組成原理17996

1、計算機組成原理課程介紹計算機組成原理課程介紹 課程地位課程地位：是計算機類專業(yè)本科生的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程。教學(xué)目的：教學(xué)目的：使學(xué)生既能從全局或宏觀的角度掌握計算機硬件系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和工作原理，又能從局部或微觀的角度理解計算機各個部件的工作過程和交互方式。計算機組成原理課程介紹計算機組成原理課程介紹與其它課程的先后關(guān)系與其它課程的先后關(guān)系 其先導(dǎo)課程有：數(shù)字邏輯、匯編語言。課程特點：課程特點：教學(xué)內(nèi)容多 主要參考書主要參考書教材：計算機組成原理白中英 科學(xué)出版社 (第五版)參考教材：1計算機組成原理唐朔飛 高等教育出版社2. 計算機組成原理 秦磊華 清華大學(xué)出版社3. 計算機組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 袁春

2、風(fēng) 清華出版社4. 現(xiàn)代計算機組成原理 潘松 科學(xué)出版社第章 計算機系統(tǒng)概論1.1 計算機系統(tǒng)簡介計算機系統(tǒng)簡介1.4 計算機的發(fā)展及應(yīng)用計算機的發(fā)展及應(yīng)用1.3 計算機硬件的主要技術(shù)指標(biāo)計算機硬件的主要技術(shù)指標(biāo)1.2 計算機的基本組成計算機的基本組成1.1 計算機系統(tǒng)簡介由具有各類特殊功能由具有各類特殊功能的信息（程序）組成的信息（程序）組成1. 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)計算機的實體，計算機的實體，如主機、外設(shè)等如主機、外設(shè)等一、一、 計算機的軟硬件概念計算機的軟硬件概念硬件硬件軟件軟件按任務(wù)需要編制成的各種程序按任務(wù)需要編制成的各種程序用來管理整個計算機系統(tǒng)用來管理整個計算

3、機系統(tǒng) 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件語言處理程序語言處理程序操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)服務(wù)性程序服務(wù)性程序數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)軟件網(wǎng)絡(luò)軟件軟軟件件計算機計算機高級語高級語言程序言程序目標(biāo)目標(biāo)程序程序結(jié)果結(jié)果翻譯翻譯運行運行2. 計算機的解題過程計算機的解題過程翻譯程序(Translator)有三類：1.匯編程序匯編程序(Assembler)：匯編語言源程：匯編語言源程序序機器語言目標(biāo)程序。機器語言目標(biāo)程序。2.編譯程序編譯程序(Complier)：高級語言源程序：高級語言源程序匯編匯編/機器語言目標(biāo)程序機器語言目標(biāo)程序3.解釋程序解釋程序(Interpreter )：將高級語言：將高級語

4、言語句逐條翻譯成機器指令并立即執(zhí)行語句逐條翻譯成機器指令并立即執(zhí)行,不不生成目標(biāo)文件。生成目標(biāo)文件。2. 計算機的解題過程計算機的解題過程 , EXTop=1,ALUSelA=1,ALUSelB=11,ALUop=add,IorD=1,Read,MemtoReg=1,RegWr=1,.temp = vk;vk = vk+1;vk+1 = temp;lw $15, 0($2)lw $16, 4($2)sw $16, 0($2)sw $15, 4($2)1000 1100 0100 1111 0000 0000 0000 00001000 1100 0101 0000 0000 0000 0000

5、 01001010 1100 0101 0000 0000 0000 0000 00001010 1100 0100 1111 0000 0000 0000 0100軟軟件件硬硬件件用編譯程序翻譯用編譯程序翻譯成匯編語言程序成匯編語言程序用匯編程序翻譯用匯編程序翻譯成機器語言程序成機器語言程序用機器語言解釋操作系統(tǒng)用機器語言解釋操作系統(tǒng)用微指令解釋機器指令用微指令解釋機器指令由硬件直接執(zhí)行微指令由硬件直接執(zhí)行微指令軟軟件件硬硬件件虛擬機器虛擬機器 M4（高級語言）（高級語言）虛擬機器虛擬機器 M3（匯編語言）（匯編語言）虛擬機器虛擬機器 M2（操作系統(tǒng)）（操作系統(tǒng)）實際機器實際機器 M1（機器

6、語言）（機器語言）微程序機器微程序機器 M0（微指令系（微指令系統(tǒng)）統(tǒng)）二、計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)二、計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)程序員所見到的計算機系統(tǒng)的屬性程序員所見到的計算機系統(tǒng)的屬性概念性的結(jié)構(gòu)與功能特性概念性的結(jié)構(gòu)與功能特性計算機計算機體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)計算機計算機組成組成實現(xiàn)計算機體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性實現(xiàn)計算機體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性有無乘法指令有無乘法指令如何實現(xiàn)乘法指令如何實現(xiàn)乘法指令（指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)類型、尋址技術(shù)、（指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)類型、尋址技術(shù)、I/OI/O機理）機理）（具體指令的實現(xiàn)）（具體指令的實現(xiàn)）三、三、計算機體系結(jié)構(gòu)和計算機組成計算機體系結(jié)構(gòu)和計算機組成1.2 計算機的基本組成1.

7、 計算機由五大部件組成計算機由五大部件組成3. 指令和數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示指令和數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示4. 指令由操作碼和地址碼組成指令由操作碼和地址碼組成6. 以運算器為中心以運算器為中心2. 指令和數(shù)據(jù)以同等地位存于存儲器，指令和數(shù)據(jù)以同等地位存于存儲器， 可按地址尋訪可按地址尋訪5. 存儲程序存儲程序一、馮馮諾依曼計算機的特點諾依曼計算機的特點5. 存儲程序存儲程序算術(shù)運算算術(shù)運算邏輯運算邏輯運算存放數(shù)據(jù)存放數(shù)據(jù)和程序和程序?qū)⑿畔⑥D(zhuǎn)換成機將信息轉(zhuǎn)換成機器能識別的形式器能識別的形式將結(jié)果轉(zhuǎn)換成將結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們熟悉的形式人們熟悉的形式指揮程序指揮程序運行運行1.1.馮馮諾依曼計算機硬件框圖諾依曼計算機

8、硬件框圖存儲器存儲器輸入設(shè)備輸入設(shè)備運算器運算器控制器控制器輸出設(shè)備輸出設(shè)備1.1.馮馮諾依曼計算機硬件框圖諾依曼計算機硬件框圖存儲器存儲器輸入設(shè)備輸入設(shè)備運算器運算器控制器控制器輸出設(shè)備輸出設(shè)備一個典型系統(tǒng)的硬件組成一個典型系統(tǒng)的硬件組成PC：程序計數(shù)器；程序計數(shù)器；ALU：算術(shù)：算術(shù)/邏輯單元；邏輯單元；USB：通用串行總線：通用串行總線CPUMMInput/OutputPC主板主板CPU插座插座內(nèi)存條內(nèi)存條PCI總線插槽總線插槽1. .上機前的準(zhǔn)備上機前的準(zhǔn)備 建立數(shù)學(xué)模型建立數(shù)學(xué)模型 - -+ +- -+ +- -= =!x9!x7!x5!x3xx9753sin 編制解題程序編制解題程

9、序 確定計算方法確定計算方法程序程序 運算的運算的 全部步驟全部步驟指令指令 每每 一個步驟一個步驟二、計算機的工作步驟二、計算機的工作步驟取取x 至運算器中至運算器中乘以乘以x 在運算器中在運算器中乘以乘以a 在運算器中在運算器中存存ax2 在存儲器中在存儲器中取取b 至運算器中至運算器中乘以乘以x 在運算器中在運算器中加加ax2 在運算器中在運算器中加加c 在運算器中在運算器中= ( (ax + b) )x + c 取取x 至運算器中至運算器中乘以乘以a 在運算器中在運算器中加加b 在運算器中在運算器中乘以乘以x 在運算器中在運算器中加加c 在運算器中在運算器中計算計算 ax2 + bx

10、+ c編程舉例編程舉例000001 0000001000打印打印 停機停機取數(shù)取數(shù) ACC存數(shù)存數(shù) ACC 加加 ACC+ ACC乘乘 ACC ACC指令格式舉例指令格式舉例操作碼操作碼地址碼地址碼 打印機打印機指令和數(shù)據(jù)存于指令和數(shù)據(jù)存于主存單元的地址主存單元的地址 指令指令 注釋注釋操作碼操作碼 地址碼地址碼 00000010000001000 取數(shù)取數(shù)x至至ACC 10001000000001001 乘乘a得得ax ,存于存于ACC中中 20000110000001010 加加b得得ax+b ,存于存于ACC中中 30001000000001000 乘乘x得（得（ax+b)x,存于存于A

11、CC中中 40000110000001011 加加c得得ax2 + bx + c ,存于存于ACC 50000100000001100 將將ax2 + bx +c ,存于主存單元存于主存單元 60001010000001100 打印打印 7000110停機停機 8 x原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)x 9 a原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)a 10 b原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)b 11 c原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)c 12存放結(jié)果存放結(jié)果計算計算 ax2 + bx + c 程序清單程序清單存儲體存儲體大樓大樓存儲單元存儲單元 存放一串二進(jìn)制代碼存放一串二進(jìn)制代碼存儲字存儲字 存儲單元中二進(jìn)制代碼的組合存儲單元中二進(jìn)制代碼的組合存儲字長存儲字長

12、存儲單元中二進(jìn)制代碼的位數(shù)存儲單元中二進(jìn)制代碼的位數(shù)每個存儲單元賦予一個地址號每個存儲單元賦予一個地址號按地址尋訪按地址尋訪 存儲單元存儲單元 存儲元件存儲元件（0/1） 教室教室 座位座位（無人（無人/ / 有人）有人）( (1) )存儲器的基本組成存儲器的基本組成MDR主存儲器主存儲器存儲體存儲體MAR2. .計算機的解題過程計算機的解題過程MARMDR 存儲單元個數(shù)存儲單元個數(shù) 16存儲字長存儲字長 8 設(shè)設(shè) MAR = = 4 位位 MDR = = 8 位位存儲器地址寄存器存儲器地址寄存器反映存儲單元的個數(shù)反映存儲單元的個數(shù)存儲器數(shù)據(jù)寄存器存儲器數(shù)據(jù)寄存器反映存儲字長反映存儲字長( (

13、1) )存儲器的基本組成存儲器的基本組成MDR主存儲器主存儲器存儲體存儲體MAR取指令取指令分析指令分析指令執(zhí)行指令執(zhí)行指令PCIRCUPCIRCU取指取指執(zhí)行執(zhí)行PC 存放當(dāng)前欲執(zhí)行指令的地址，存放當(dāng)前欲執(zhí)行指令的地址， 具有計數(shù)功能（具有計數(shù)功能（PC）+ + 1 1 PCIR 存放當(dāng)前欲執(zhí)行的指令存放當(dāng)前欲執(zhí)行的指令訪存訪存訪存訪存完成完成一條一條指令指令( (2) )控制器的基本組成控制器的基本組成12356789以取數(shù)指令為例以取數(shù)指令為例4( (3) )主機完成一條指令的過程主機完成一條指令的過程CU控制控制單元單元主存儲器主存儲器MDRMAR存儲體存儲體CPUPC控制器控制器IR

14、運算器運算器MQACCALUXI/O設(shè)設(shè)備備12356798以存數(shù)指令為例以存數(shù)指令為例4( (3) )主機完成一條指令的過程主機完成一條指令的過程CU控制控制單元單元主存儲器主存儲器MDRMAR存儲體存儲體CPUPC控制器控制器IR運算器運算器MQACCALUXI/O設(shè)設(shè)備備( (4) ) ax2 + bx + c 程序的運行程序的運行過程過程 將程序通過輸入設(shè)備送至計算機將程序通過輸入設(shè)備送至計算機 程序首地址程序首地址 打印結(jié)果打印結(jié)果 分析指令分析指令 取指令取指令 停機停機 啟動程序運行啟動程序運行,(PC,(PC )+)+ 1 PC1 PC 執(zhí)行指令執(zhí)行指令 MARMARM MMD

15、RMDRIRIRPCPCCUCUOP(IR)OP(IR)Ad(IR)Ad(IR)MARMARM MMDRMDRACCACCPCPC1.3 計算機硬件的主要技術(shù)指標(biāo)1. .機器字長機器字長 一般指一般指 一次參與運算數(shù)據(jù)的基本長度。一次參與運算數(shù)據(jù)的基本長度。用二進(jìn)用二進(jìn) 制數(shù)位的長度來表示。制數(shù)位的長度來表示。 一般與一般與 計算機內(nèi)部計算機內(nèi)部 的的 寄存器位數(shù)、數(shù)據(jù)寄存器位數(shù)、數(shù)據(jù)總線、運算器、存儲器字長總線、運算器、存儲器字長 有關(guān)。有關(guān)。 早期的計算機字長一般為早期的計算機字長一般為1616位，現(xiàn)在字位，現(xiàn)在字長為長為3232位或位或6464位。位。1.3 計算機硬件的主要技術(shù)指標(biāo)2.

16、 .運算速度運算速度時鐘周期: :又稱為節(jié)拍周期或又稱為節(jié)拍周期或T T周期周期, ,是時鐘頻率的是時鐘頻率的倒數(shù)。是處理器操作最基本的時間單位。例如，主倒數(shù)。是處理器操作最基本的時間單位。例如，主頻為頻為1GHz1GHz的的CPUCPU的時鐘周期為的時鐘周期為1ns1ns。CPI：表示執(zhí)行每條指令所需要的平均時鐘周期數(shù)。：表示執(zhí)行每條指令所需要的平均時鐘周期數(shù)。CPI=CPI=一個程序的一個程序的CPUCPU時鐘周期數(shù)時鐘周期數(shù)程序指令數(shù)量程序指令數(shù)量1.3 計算機硬件的主要技術(shù)指標(biāo)2. .運算速度運算速度CPICPI= =一個程序的一個程序的CPUCPU時鐘周期數(shù)時鐘周期數(shù)程序指令數(shù)量程序

17、指令數(shù)量設(shè)程序中每類指令的使用頻度為設(shè)程序中每類指令的使用頻度為Pi,Pi,每類指令的每類指令的CPICPI為為CPIi,CPIi,每類指令的條數(shù)為每類指令的條數(shù)為ICi,ICi,程序中的總指令條程序中的總指令條數(shù)為數(shù)為IC.IC.則，程序的則，程序的CPICPI可用下列公式計算：可用下列公式計算：=niPiCPIiCPI1=niniICICiCPIiCPIPiCPIiCPI112.運算速度運算速度CPU執(zhí)行時間：是指CPU計算某個任務(wù)所花費的時間，不包括I/O訪問時的等待時間等。CPU執(zhí)行時間=CPU時鐘周期總數(shù)時鐘周期 =指令條數(shù)CPI 時鐘周期 從上面的公式可以看出CPU的性能與計算機體

18、系的關(guān)系:時鐘頻率反映了計算機的實現(xiàn)技術(shù)和生產(chǎn)工藝.CPI反映了計算機的實現(xiàn)技術(shù)和指令集結(jié)構(gòu).IC反映了計算機指令系統(tǒng)的設(shè)計和編譯技術(shù).2.運算速度運算速度n響應(yīng)時間：是指計算機完成一個任務(wù)所花費：是指計算機完成一個任務(wù)所花費的全部時間，包括存儲訪問時間、磁盤訪問的全部時間，包括存儲訪問時間、磁盤訪問時間和時間和I/O訪問時間等。它是計算機執(zhí)行單訪問時間等。它是計算機執(zhí)行單個任務(wù)時的性能。個任務(wù)時的性能。n吞吐量：是指計算機系統(tǒng)在單位時間內(nèi)完成：是指計算機系統(tǒng)在單位時間內(nèi)完成的總工作量。它表征了計算機系統(tǒng)執(zhí)行多個的總工作量。它表征了計算機系統(tǒng)執(zhí)行多個任務(wù)時的性能表現(xiàn)。任務(wù)時的性能表現(xiàn)。2.運算

19、速度運算速度MIPS ：是指是指CPU每秒可以執(zhí)行的百萬條機器指令數(shù)。每秒可以執(zhí)行的百萬條機器指令數(shù)。 MIPS=指令數(shù)（程序執(zhí)行的時間*106） =時鐘頻率（CPI*106）以MIPS作為衡量計算機系統(tǒng)性能時要注意以下問題:該指標(biāo)沒有考慮不同指令在功能和執(zhí)行速度上的差異.不能用于不同指令系統(tǒng)計算機之間性能的比較.同一臺計算機，不同類型的指令系統(tǒng)的MIPS也不一樣。某些情況下， MIPS值可能與計算機的實際性能成反比。2.運算速度運算速度MFLOPS ：是指是指CPU每秒可以執(zhí)行的百萬條浮點每秒可以執(zhí)行的百萬條浮點操作次數(shù)。操作次數(shù)。 MFLOPS=程序中的浮點操作次數(shù)（程序執(zhí)行的時間*106

20、）以MFLOPS作為衡量計算機系統(tǒng)性能時要注意以下問題: MFLOPS僅能反映浮點數(shù)的運算速度. MFLOPS的計算結(jié)果與所使用的程序相關(guān)。3.CPU性能舉例性能舉例例例1.1 某程序的目標(biāo)代碼主要由4類指令組成，他們在程序中所占比例和各自的CPI如表所示。求該程序的CPI.若該CPU的主頻為400MHz，求該機的MIPS.指令類型指令類型CPI 所占比所占比例例算術(shù)邏輯運算160%內(nèi)存讀寫218%轉(zhuǎn)移412%其它810%3.CPU性能舉例性能舉例解：根據(jù) CPI=1*0.6+2*0.18+4*0.12+8*0.1 =2.24根據(jù) MIPS= 時鐘頻率（CPI*106） MIPS=400*10

21、6 （2.24*106） =178.6=niICICiCPIiCPI13.CPU性能舉例性能舉例例例1.2 程序P在機器A上運行需10 s， 機器A的時鐘頻率為400MHz。 現(xiàn)在要設(shè)計一臺機器B，希望該程序在B上運行只需6 s. 機器B時鐘頻率的提高導(dǎo)致了其CPI的增加，使得程序P在機器B上時鐘周期數(shù)是在機器A上的1.2倍。機器B的時鐘頻率達(dá)到A的多少倍才能使程序P在B上執(zhí)行速度是A上的10/6=1.67倍？3.CPU性能舉例性能舉例解： CPU時間A = 時鐘周期數(shù)A / 時鐘頻率A 時鐘周期數(shù)A = 10 sec x 400MHz = 4000M個 時鐘頻率B = 時鐘周期數(shù)B / CP

22、U時間B = 1.2 x 4000M / 6 sec = 800 MHz機器機器B的頻率是的頻率是A的兩倍，的兩倍，但機器但機器B的速度并不是的速度并不是A的兩倍！的兩倍！3.CPU性能舉例性能舉例例例1.3 假定某程序P編譯后生成的的目標(biāo)代碼由A、B、C、D四類指令組成，他們在程序中所占比例分別為43%、21%、12%和24%，已知他們的CPI分別為1、2、2、2?，F(xiàn)重新對程序P進(jìn)行編譯優(yōu)化，生成的新目標(biāo)代碼中A類指令條數(shù)減少了50%，其它類指令的條數(shù)沒有變化，請問：編譯優(yōu)化前后的CPI各是多少？假定程序在主頻為50MHz的計算機上運行，則優(yōu)化前后的MIPS各是多少？編譯優(yōu)化前后，哪種代碼的

23、執(zhí)行速度快？3.CPU性能舉例性能舉例解： A類指令條數(shù)減少了50%后，各類指令所占比例如下：A類指令：21.5/（21.5+21+12+24）=27%B類指令：21/（21.5+21+12+24）=27%C類指令：12/（21.5+21+12+24）=15%D類指令：24/（21.5+21+12+24）=31%優(yōu)化前后程序的CPI分別計算如下：優(yōu)化前： 43%*1+21%*2+12%*2+24%*2=1.57優(yōu)化后： 27%*1+27%*2+15%*2+31%*2=1.733.CPU性能舉例性能舉例解： 優(yōu)化前后程序的MIPS分別計算如下： 優(yōu)化前： 50M/1.57=31.8 MIPS 優(yōu)

24、化后： 50M/1.73=28.9 MIPS 從這個例子可以看出，用MIPS數(shù)來進(jìn)行性能估計是不可靠。3.CPU性能舉例性能舉例解：設(shè)優(yōu)化前的指令條數(shù)分別為43、21、12、24，總和為100，則優(yōu)化后的分別為21.5、21、12、24，總和為78.5.優(yōu)化前CPU的執(zhí)行時間為： 指令條數(shù)*CPI*時鐘周期 100*1.57*T=157 T優(yōu)化后CPU的執(zhí)行時間為： 78.5*1.73*T=135.8 T221 = = 256 KB213 = = 1 KB如如4. .存儲容量存儲容量主存容量主存容量輔存容量輔存容量存儲單元個數(shù)存儲單元個數(shù) 存儲字長存儲字長字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù) 80 GB如

25、如 MAR MDR 容量容量 10 8 16 32存放二進(jìn)制信息的總位數(shù)存放二進(jìn)制信息的總位數(shù)1K = 210 1B = 23b1GB = 230b1 K 8位位64 K 32位位1.4 計算機的發(fā)展及應(yīng)用1.4.3 計算機的展望計算機的展望1.4.2 計算機的應(yīng)用計算機的應(yīng)用1.4.1 計算機的發(fā)展史計算機的發(fā)展史計算機的分類計算機的分類1.總體分為電子模擬計算機和電子數(shù)字計算機。2.電子數(shù)字計算機又可以分為通用計算機和專用計算機。3。通用計算機又可以分為：巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機和單片機。1.4.1 計算機的發(fā)展史一、計算機的產(chǎn)生和發(fā)展一、計算機的產(chǎn)生和發(fā)展1946年年 美國

26、美國 ENIAC1955年退役年退役十進(jìn)制運算十進(jìn)制運算18 0001 50015030170多個電子管多個電子管多個繼電器多個繼電器千瓦千瓦噸噸平方米平方米5 000次加法秒次加法秒用手工搬動開關(guān)和拔插電纜來編程用手工搬動開關(guān)和拔插電纜來編程世界上第一臺電子計算機世界上第一臺電子計算機 ENIAC(1946)硬件技術(shù)對計算機更新?lián)Q代的影響硬件技術(shù)對計算機更新?lián)Q代的影響 千萬億千萬億 超大規(guī)模超大規(guī)模 集成電路集成電路 1978現(xiàn)在現(xiàn)在五五 1000萬萬 大規(guī)模大規(guī)模 集成電路集成電路 19721977 100萬萬 中小規(guī)模中小規(guī)模 集成電路集成電路 19651971 20萬萬 晶體管晶體管

27、19581964 4萬萬 電子管電子管 19461957 速度速度 （次（次/秒）秒） 硬件技術(shù)硬件技術(shù) 時間時間 代代三三四四二二一一二、微型計算機的出現(xiàn)和發(fā)展二、微型計算機的出現(xiàn)和發(fā)展微處理器芯片微處理器芯片存儲器芯片存儲器芯片1971年年 8位位16位位32位位64位位4位（位（4004）1970年年256位位 1K位位16K位位64K位位256K位位1M位位16M位位64M位位4K位位4M位位Moore 定律定律Intel 公司的締造者之一公司的締造者之一 Gordon Moore 提出提出微芯片上集成的微芯片上集成的 晶體管數(shù)目每三年翻兩番晶體管數(shù)目每三年翻兩番Intel 公司的典型

28、微處理器產(chǎn)品公司的典型微處理器產(chǎn)品8080 8位位 1974年年8086 16位位 1979年年 2.9 萬個晶體管萬個晶體管80286 16位位 1982年年 13.4 萬個晶體管萬個晶體管80386 32位位 1985年年 27.5 萬個晶體管萬個晶體管80486 32位位 1989年年 120.0 萬個晶體管萬個晶體管Pentium 64位（準(zhǔn)）位（準(zhǔn)） 1993年年 310.0 萬個晶體管萬個晶體管Pentium Pro 64位（準(zhǔn)）位（準(zhǔn)） 1995年年 550.0 萬個晶體管萬個晶體管Pentium 64位（準(zhǔn)）位（準(zhǔn)） 1997年年 750.0 萬個晶體管萬個晶體管Pentium

29、 64位（準(zhǔn)）位（準(zhǔn)） 1999年年 950.0 萬個晶體管萬個晶體管Pentium 64位位 2000年年 4 200.0 萬個晶體管萬個晶體管2007 年年 芯片上可集成芯片上可集成 3 億億 5 千萬千萬 個個晶體管晶體管 2010 年年 芯片上可集成芯片上可集成 8 億億 個晶體管個晶體管Intel產(chǎn)品系列介紹（產(chǎn)品系列介紹（1）n8080：世界上第一個通用微處理器。8位機。n8086：16位機，采用了指令高速緩存。n80286：可以尋址16MB的存儲空間，不再受1MB存儲空間的限制。n80386： 32位機，它是Intel產(chǎn)品中第一個支持多任務(wù)的處理器。n80486：采用了更為復(fù)雜、

30、功能更為強大的高速緩存技術(shù)和指令流水線技術(shù)。它內(nèi)置浮點協(xié)處理器。Intel產(chǎn)品系列介紹（產(chǎn)品系列介紹（2）nPentium:開始采用超標(biāo)量（Superscalar）技術(shù)。允許更多的指令并行執(zhí)行。nPentium Pro:極富有進(jìn)取性的采用了轉(zhuǎn)移預(yù)測、數(shù)據(jù)流分析、推測執(zhí)行等技術(shù)。nPentium ：采用了專門用于處理視頻、音頻和圖形數(shù)據(jù)的Intel MMX技術(shù)。nPentium ：采用了新的浮點指令、支持三維圖形軟件。nPentium ：使用64位組織結(jié)構(gòu)的新一代。三、軟件技術(shù)的興起和發(fā)展三、軟件技術(shù)的興起和發(fā)展機器語言機器語言 面向機器面向機器匯編語言匯編語言 面向機器面向機器高級語言高級語言

31、 面向問題面向問題FORTRAN 科學(xué)計算和工程計算科學(xué)計算和工程計算PASCAL 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計C 面向?qū)ο竺嫦驅(qū)ο驤ava 適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 1. 各種語言各種語言2. 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件語言處理程序語言處理程序 匯編程序匯編程序 編譯程序編譯程序 解釋程序解釋程序操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) DOS UNIX Windows 服務(wù)性程序服務(wù)性程序 裝配裝配 調(diào)試調(diào)試 診斷診斷 排錯排錯數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理軟件數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理軟件網(wǎng)絡(luò)軟件網(wǎng)絡(luò)軟件3. 軟件發(fā)展的特點軟件發(fā)展的特點 開發(fā)周期長開發(fā)周期長 制作成本昂貴制作成本昂貴 檢測軟件產(chǎn)品質(zhì)量的特殊性

32、檢測軟件產(chǎn)品質(zhì)量的特殊性軟件是程序以及開發(fā)、使用和軟件是程序以及開發(fā)、使用和維護(hù)程序所需要的所有文檔維護(hù)程序所需要的所有文檔1.4.2 計算機的應(yīng)用一、科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理一、科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理二、工業(yè)控制和實時控制二、工業(yè)控制和實時控制三、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1. 電子商務(wù)電子商務(wù)2. 網(wǎng)絡(luò)教育網(wǎng)絡(luò)教育3. 敏捷制造敏捷制造四、虛擬現(xiàn)實四、虛擬現(xiàn)實五、辦公自動化和管理信息系統(tǒng)五、辦公自動化和管理信息系統(tǒng)六、六、CAD/CAM/CIMS七、多媒體技術(shù)七、多媒體技術(shù)八、人工智能八、人工智能一、計算機具有類似人腦的一些超級一、計算機具有類似人腦的一些超級 智能功能智能功能要求計算機的速度達(dá)要求計算機

33、的速度達(dá)1015/秒秒(千萬億次千萬億次)二、芯片集成度的提高受以下三方面的限制二、芯片集成度的提高受以下三方面的限制 芯片集成度受物理極限的制約芯片集成度受物理極限的制約 按幾何級數(shù)遞增的制作成本按幾何級數(shù)遞增的制作成本 芯片的功耗、散熱、線延遲芯片的功耗、散熱、線延遲三、？替代傳統(tǒng)的硅芯片三、？替代傳統(tǒng)的硅芯片1. 光計算機光計算機2. DNA生物計算機生物計算機3. 量子計算機量子計算機利用光子取代電子進(jìn)行運算和存儲利用光子取代電子進(jìn)行運算和存儲通過控制通過控制DNA分子間的生化反應(yīng)分子間的生化反應(yīng)利用原子所具有的量子特性利用原子所具有的量子特性中國計算機發(fā)展史中國計算機發(fā)展史1958年

34、，中科院計算所研制成功我國第一臺小型電子管通用計算機103機,標(biāo)志著我國第一臺電子計算機的誕生。1965年，中科院計算所研制成功第一臺大型晶體管計算機109乙，之后推出109丙機，該機為兩彈試驗中發(fā)揮了重要作用；1974年，清華大學(xué)等單位聯(lián)合設(shè)計、研制成功采用集成電路的DJS-130小型計算機，運算速度達(dá)每秒100萬次；中國計算機發(fā)展史中國計算機發(fā)展史1983年，國防科技大學(xué)研制成功運算速度每秒上億次的銀河-I巨型機，這是我國高速計算機研制的一個重要里程碑；1985年，電子工業(yè)部計算機管理局研制成功與IBM PC機兼容的長城0520CH微機。1992年，國防科技大學(xué)研究出銀河-II通用并行巨型機，峰值速度達(dá)每秒4億次浮點運算(相當(dāng)于每秒10億次基本運算操作)，為共享主存儲器的四處理機向量機，總體上達(dá)到80年代中后期國際先進(jìn)水平。它主要用于中期天氣預(yù)報；中國計算機發(fā)展史中國計算機發(fā)展史1993年，國家智能計算機研究開發(fā)中心（后成立北京市曙光計算機公司）研制成功曙光一號全對稱共享存儲多處理機，這是國內(nèi)首次以基于超大規(guī)模集成電路的通用微處理器芯片和標(biāo)準(zhǔn)UNIX操作系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的并行計算機；1995年，曙光公司又推出了國內(nèi)第一臺具有大規(guī)模并行處理機(MPP)結(jié)構(gòu)的并行機曙光1000(含36個處理機)，峰值速度每秒25億次浮點運算