第一章 计算机系统概述.pptx

计算机组成原理计算机科学与工程学院 廖建明liaojm@办公室地址：主楼B1-302(左侧门)教学安排总教学时数为56，其中课堂讲授54学时，习题课2学时。课程成绩评定方法：平时考评与作业占20％，半期测验占10％，期末考试占70％。教材：《计算机组成与系统结构》(第2版). 袁春风主编. 清华大学出版社，2015.8参考教材:《计算机组成与设计-硬件/软件接口》（第四版)(美)David A. Patterson，John L. Hennessy著，机械工业出版社,2011.11 《计算机组成原理》（第3版），纪禄平等编，电子工业出版社，2014.9教学安排（续）关于实验：与本课程同步开设了“计算机组成原理综合实验”课程，16学时，独立开课，独立学分，该课程是计算机学院各专业的必修课。Ch1: Computer Abstractions 计算机系统概述第1讲：计算机系统简介第2讲：计算机性能评价第一讲 计算机系统简介计算机发展简史IAS通用计算机模型机：冯.诺依曼结构IBM360系列机：引入兼容性（系列机）概念DEC PDP-8：引入总线结构计算机系统的组成计算机层次结构计算机发展简史第一代：真空管计算机（电子管Vacuum Tube ）1946～1957年1946年诞生第1台电子计算机 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator）体积大，重30吨，有18000多个真空管，5000次加法/s十进制表示/运算，存储器由20个累加器组成，每个累加器存10位十进制数，每一位由10个真空管表示。采用手动编程，通过设置开关和插拔连线来实现。冯·诺依曼机（Von Neumann Machine）1945年冯·诺依曼提出“存储程序(Stored-program)”思想，并于46年开始设计“存储程序”计算机。“存储程序”思想： 将事先编好的程序和原始数据送入主存中，然后启动执行。在不需操作人员干预下，自动完成逐条取出指令和执行指令的任务。 SKIP真空管The First Generation: Vacuum Tube Computers (1946 - 1957)The first general-purpose computer - ENIACENIAC----Non von Neumann ModelBACK冯·诺依曼的故事1944年，冯·诺依曼参加原子弹的研制工作，涉及到极为困难的计算。1944年夏的一天，诺依曼巧遇美国弹道实验室的军方负责人戈尔斯坦，他正参与ENIAC的研制工作。冯·诺依曼被戈尔斯坦介绍加入ENIAC研制组，1945年，在共同讨论的基础上，冯·诺依曼起草了一份“关于EDVAC的报告草案”，报告长达101页，这就是全新的“存储程序通用电子计算机方案”。一向专搞理论研究的普林斯顿高等研究院批准让冯·诺依曼建造计算机，其依据就是这份报告。Electronic Discrete Variable Automatic Computer冯·诺依曼结构的主要思想计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部件组成。各基本部件的功能是：存储器不仅能存放数据，而且也能存放指令，形式上两者没有区别，但计算机应能区分数据还是指令；控制器应能自动执行指令；运算器应能进行加/减/乘/除四种基本算术运算，并且也能进行一些逻辑运算和附加运算；操作人员可以通过输入设备和输出设备与主机进行通信。内部以二进制表示指令和数据。每条指令由操作码和地址码两部分组成。操作码指出操作类型，地址码指出操作数的地址。由一串指令组成程序。采用“存储程序”工作方式。计算机发展简史第二代：晶体管计算机 1958～64年元器件：逻辑元件采用晶体管，内存由磁芯构成，外存为磁鼓与磁带。 特点：变址，浮点运算，多路存储器，I/O处理机，中央交换结构(非总线结构)。软件：使用高级语言，提供了系统软件。代表机种：IBM 7094 (scientific)、1401 (business)和 DEC PDP-1晶体管：TransistorDEC PDP-1磁芯存储器计算机发展简史第三代：中小规模集成电路(SSI/MSI)计算机 1965～71年元器件：逻辑元件与主存储器均由集成电路（IC）实现 。特点：微程序控制，Cache，虚拟存储器，流水线等。代表机种：IBM 360和DEC PDP-8（大/巨型机与小型机同时发展 ）巨型机(Supercomputer)：Cray-1大型机(Mainframe)：IBM360系列小型机(Minicomputer)：DEC PDP-8Cray-1IBM System/360系列计算机IBM公司于1964年研制成功引入“兼容机”(系列机)概念兼容机的特征 ：相同的