計(jì)算機(jī)組成原理-第1章概述

計(jì)算機(jī)組成原主講人：周鋒2013年21課程計(jì)總學(xué)時(shí)：80學(xué)時(shí) 業(yè)：6~8 試：期中考期末考試（閉卷 業(yè)10%、期末考試60%答疑地點(diǎn)：教3樓1017也歡迎同學(xué)在課間或課后及時(shí)提計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 及參參考《計(jì)算

主編，科主編《計(jì)算機(jī)組成結(jié)構(gòu)化方法》（第5版）AndrewS. 《計(jì)算機(jī)組成原理題解、題庫、實(shí)驗(yàn)》 計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 課堂聽

學(xué)習(xí)方課前預(yù)習(xí)及課后閱讀參考完成習(xí)完成實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中

章節(jié)安第二章第三 第五 處理第七 設(shè)第八章計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 第1計(jì)算機(jī)的分計(jì)算機(jī)發(fā)展計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)的軟計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層61.1計(jì)算機(jī)7計(jì)算機(jī)工業(yè)的分計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 以應(yīng)用為中心的分類通用計(jì)算具有計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)，通過安裝不同的應(yīng)用軟件，以相似的外觀呈現(xiàn)并應(yīng)用在社會(huì)的各個(gè)計(jì)算機(jī)/嵌入式（Embedded）計(jì)算控制系統(tǒng)、通信設(shè)備、家用電器等部件中的模塊化數(shù)據(jù)處理機(jī)。以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)中。計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)科學(xué)計(jì)算：最早的應(yīng)用領(lǐng)域——高速、高精度破譯，天氣預(yù)報(bào)，地質(zhì)勘探， 軌道算 人工智能：模擬人類的思維活動(dòng)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/分析/制造/教學(xué)、決策幫助、智能模擬、計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 計(jì)算機(jī)發(fā)展簡古代及近代計(jì)算技公元前500年，中國出現(xiàn)算1642年，BlaisePascal發(fā)明1822年，CharlesBabbage，

（Algorithm）的書計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 計(jì)算機(jī)的第1（1945-耗電高，體積大，定點(diǎn)計(jì)算，機(jī)器語言，匯編第2（1958-變集中處理為分級(jí)處理，浮點(diǎn)運(yùn)算、高級(jí)語第3代中小規(guī)模集成電路時(shí)代（1965-容量大，運(yùn)算速度快，幾十至幾百萬次/第4代超大規(guī)模集成電路時(shí)代（1978－現(xiàn)在第51981年提出開發(fā)計(jì)劃。但基計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的里程年機(jī)器名制造說yticalMark第一臺(tái)通用計(jì)算ENIAC第一臺(tái)程序的計(jì)算WhirlwindVonPDP-第一臺(tái)小型機(jī)（50臺(tái)非常流行的小 60PDP-第一臺(tái)占領(lǐng)市場的小型機(jī)（銷售50，000臺(tái)PDP-70第一臺(tái)在一 上的8位計(jì)算32IBM第一臺(tái)RISCSPARCRISC計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī) 賓夕法尼亞大Mauchly和Eckert用于計(jì)算火18000多個(gè)電子1500多個(gè)繼電150千301500平方英5000次加法/使用十進(jìn)

ElectronicNumericalIntegrateAnd20個(gè)寄存器，每個(gè)存放10位的十進(jìn)通過設(shè)置6000個(gè)開關(guān)和拔插電纜來實(shí)現(xiàn)編計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 ann機(jī)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的鼻祖：五大功能部將程序和數(shù)據(jù)統(tǒng)一表示 器有4096個(gè)字，每個(gè)40采用二進(jìn)制數(shù)據(jù)：簡化 只提供整數(shù)運(yùn)算：任何有能力的數(shù)學(xué)家都能在頭腦中InstituteforAdvanced計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向性能方運(yùn)行速度不斷提高，處理器字長不斷功能方全面支持 技術(shù)，與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)全面結(jié)體系結(jié)構(gòu)從單處理器、單機(jī)系統(tǒng)向多處理器和網(wǎng)絡(luò)化演向以通信為中心的體系結(jié)構(gòu)可用性方從面向過程的機(jī)制向面向?qū)ο蟮臋C(jī)制計(jì)算機(jī)向智能化的方向計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向制造工藝 集成度方面發(fā)從用戶的角度看，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的主要目標(biāo)提高性方便使計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 摩爾（GordonMoore）定 計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 2012最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 No.1制造商：Cray公地點(diǎn) 田納西州橡樹嶺國最大計(jì)算性能：17590處理器：AMDOpteron16Core處理器內(nèi)存容OS：Cray互聯(lián)方式：私功耗No.2制造商：IBM公地點(diǎn) LawrenceLivermore國最大計(jì)算性能：16325處理器：PowerBQC16Core處理器內(nèi)存容量 互聯(lián)方式：私功耗算計(jì)算2010年11月 第中國：天河一號(hào)制造商：國地點(diǎn)：國家超級(jí)計(jì) 中最大計(jì)算性能：2566Tflops處理器：XeonX56702.93GHz/NVIDIA2050處理器內(nèi)存容量：229376互聯(lián)方式：私功耗計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 2010年11月 第中國：曙光TC3600刀片系統(tǒng)制造商：曙光公地點(diǎn)：國家超級(jí)計(jì) 中最大計(jì)算性能：1271處理器 X56506C2.66GHz/Nvidia2050處理器互聯(lián)方式：Infiniband功耗計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo) 間的時(shí)間度量，用時(shí)間單位來度量。的時(shí)間所占的比率，用百分比表示。二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算的位數(shù)，如32位、64位 計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo) 主頻/時(shí)鐘周期：C的工作節(jié)拍受主時(shí)鐘控制，主時(shí)鐘不斷產(chǎn)生固定頻率的時(shí)鐘，主時(shí)鐘的頻率f稱為CPU的主頻。度量單位是MHz（茲）、GHz（ ）主頻的倒數(shù)稱為CPU時(shí)鐘周期，T1計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)CPU執(zhí)行時(shí)間：表示CPU的CPUCP行一條指令所需的平均時(shí)鐘周期數(shù)。MIPS：每秒百萬指令MFLOPS：每秒百萬次浮點(diǎn)計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 計(jì)算計(jì)算機(jī)組成 計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 計(jì)算機(jī)組成Datapath:完成算術(shù)和邏輯運(yùn)算，通常包括若Control:CPU的組成部分，它根據(jù)程序指令來指揮datapath，memory以及I/O運(yùn)行，共同完Memory:存放運(yùn)行時(shí)程序及其所需要的數(shù)據(jù)的Input:信息進(jìn)入計(jì)算機(jī)的設(shè)備，如鍵盤、鼠標(biāo)Output:將計(jì)算結(jié)果展示給用戶的設(shè)備，如顯示器、磁盤、、喇叭等計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 數(shù)據(jù)通路 計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 馮·諾依曼 器（內(nèi)存）：不僅能存放數(shù)據(jù)，也能存放運(yùn)算器：能進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算以及附加輸入/輸出設(shè)備：保證人與計(jì)算機(jī)的相互通在機(jī)器機(jī)器以采 程序的方式，編制好的程序和數(shù)據(jù)存放在— 成逐條取出指令和執(zhí)行指令的任務(wù)指令流驅(qū)計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 基于總線的計(jì)算計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 多處理計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 計(jì)算機(jī)硬件層剖計(jì)算機(jī)系 計(jì)算機(jī)結(jié) 計(jì)算機(jī)處理設(shè)備制

電路（VLSI）

邏輯設(shè)計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 計(jì)算機(jī)組成計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 1.4計(jì)算系統(tǒng)程

計(jì)算機(jī)軟件調(diào)試程序、診斷程匯編程序、編譯程序、解釋操作系數(shù)據(jù)庫管理系應(yīng)用程EDA設(shè)計(jì)軟數(shù)據(jù)處理軟…計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 計(jì)算機(jī)軟件層剖計(jì)算機(jī)系 計(jì)算機(jī)結(jié) 計(jì)算機(jī)處理高級(jí)語

匯編語 機(jī)器語計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 計(jì)算計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次應(yīng)用程序0123456

匯編程0～2級(jí)：物理機(jī)（機(jī)3級(jí)以上：虛擬計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中 6面向問題語面向問題語言面向問題語言翻譯（編譯匯編語言翻譯（匯操作系統(tǒng)機(jī)器部分解釋（操作指令系統(tǒng)解釋（微程微體系結(jié)構(gòu)硬數(shù)字邏輯）匯編語言匯編語言）操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)機(jī)器統(tǒng)指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)第0

）或直接執(zhí)微體系結(jié)構(gòu)數(shù)字邏輯計(jì)算機(jī)學(xué)院微體系結(jié)構(gòu)數(shù)字邏輯虛擬機(jī)Mn，其虛擬機(jī)Mn，其機(jī)器語言為

多層計(jì)算

虛擬機(jī)Mn，其機(jī)器語言為虛擬機(jī)Mn，其機(jī)器語言為第0

虛擬機(jī)M3，其機(jī)器語言為虛擬機(jī)M2，其機(jī)器語言為虛擬機(jī)M1，其機(jī)器語言為虛擬機(jī)M3，虛擬機(jī)M3，其機(jī)器語言為虛擬機(jī)M2，其機(jī)器語言為虛擬機(jī)M1，其機(jī)器語言為虛擬機(jī)M3，其機(jī)器語言為虛擬機(jī)M2，其機(jī)器語言為虛擬機(jī)M1，其