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计算机组成与体系结构 王永琦 } 0页 目录 目录 1 计算机组成与体系结构概述 2 总线 10 中断和输入输出系统 20 存储系统 31 数据的表示和运算 40 指令系统 46 中央处理器 56 } 1页 计算机组成与体系结构概述 一． 计算机的分类 按计算机数据表现方法分类 机械计算机 电子模拟计算机：数值由连续的量来表示。 电子数字计算机：计算机中的数值由不连续的数字来表示。 按计算机用途分类： 专用机：经济，有效，快速，适应性差 通用机：适应性强 按计算机规模分类： 巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机、单片机 二． 计算机发展简史 1946 年2 月14 日 ENIAC } 2页 l 17468 个电子管 6 万个电阻器 l 1 万个电容器 6 千个开关 l 重达30 吨 占地160 平方米 l 耗电174 千瓦 耗资48 万美元。 这台计算机每秒只能运行5 千次加法运算和500 次乘法运算，电路的 焊接点多达50 万个。 第一代 电子管计算机（50 年代中期到60 年代后期） 特点：逻辑元件 —— 真空管 数据表示 —— 定点数 主 存 —— 磁鼓或磁芯 辅 存 —— 磁带 软 件 —— 机器语言、汇编语言 应 用 —— 科学计算 第二代 晶体管计算机 （50 年代中期——60 年代后期） 特点：逻辑元件 ——晶体管 主 存 —— 铁淦氧磁芯 辅 存 —— 磁盘、磁带 运算方式 —— 浮点运算 软 件 —— 高级语言、操作系统 （FORTRAN 、ALGOL 等） 应 用 —— 科学计算、数据处理、过程控制 第三代 集成电路计算机时代（60 年代中期——70 年代前期） 特点: 1、中小规模集成电路（IC）代替分立元件。 2、半导体存储器代替了磁芯作为主存。外存仍用磁盘。 3、出现了微程序设计技术，软件技术进一步成熟；出现操作 系 统并日臻完善，出现多道程序、并行处理技术、多处理机、虚拟 存储系统等。 4 、出现了系列化计算机。 5、应用：科学计算、数据处理、过程控制 } 3页 第四代 大规模集成电路时代（70 年代初 现在） 特点：主存 普遍采用半导体存储器 辅存 磁盘、光盘、磁带 软件 出现数据 系统、分步操作系统 硬件 出现微处理器和微型计算机 第五代为1991 年开始，巨大规模集成电路计算机：单片机 半导体存储器的发展： 20 世纪50～60 年代，所有计算机存储器都是由微小的铁磁体环 1970 年，仙童半