计算机组成与结构课件.pptVIP

* 操作系統本身也是一組程式，它一般是由系統程式員用C語言或組合語言編寫的，經翻譯成機器語言後再存入電腦中。 操作系統的功能是通過操作系統的命令(例如DOS磁片操作系統)或圖形人機介面(例如Windows窗口)實現的。因此操作系統可看作實際機器的擴充，在電腦系統的多級層次結構中應佔有一個席位，它的位置應在實際機器之上、組合語言機器級之下。*圖1.4電腦系統的多級層次結構* 電腦系統是由硬體系統和軟體系統組成的，硬體系統和軟體系統又包含許多子系統，結構十分複雜。從功能上看，現代電腦系統可分為5個層次級別：應用程式語言處理程式及其他系統軟體操作系統機器指令系統微程式*二、電腦系統的性能指標1.主頻：2.字長：一般與運算器中的二進位位數相等3.運算速度：早期方法是每秒執行加法指令的次數；現在通常採用等效速度或平均速度。另外還有“標準程式”實測法。單位為MIPS(MillionofInstructionPerSecond)4.相容性：*5.系統可靠性：可以用平均無故障工作時間MTBF(MeanTimeBetweenFailures)來衡量N為故障總次數，ti為第i次無故障間隔時間。*6.系統可維護性：用平均修復時間MTTR(MeanTimeToRestore)來衡量Ti為第i次故障投入運行所占時間，M為修復總次數。7.性能/價格比：除上述指標外，還應考慮電腦漢字處理能力、資料庫管理系統及網路功能等。*1.3電腦的發展和應用一、電子電腦的發展簡史 20世紀40年代，無線電技術和無線電工業的發展為電子電腦的研製準備了物質基礎，1943年—1946年美國賓夕法尼亞大學研製的電子數字積分的電腦ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer)是世界上第一臺電子電腦。一般認為它是現代電腦的始祖。* ENIAC電腦共用18000多個電子管，1500個繼電器，重達30噸，占地170平方米，耗電140kW，每秒鐘能計算5000次加法，領導研製的是埃克特(J.P.Eckert)和莫克利(J.W.Mauchly)。 ENIAC電腦存在兩個主要缺點，一是存儲容量太小，只能存20個字長為10位的十進位數，二是用線路連接的方法來編排程式，因此每次解題都要依靠人工改接連線，準備時間大大超過實際計算時間。* 與ENIAC電腦研製的同時，馮·諾依曼(VonNeumann)與莫爾小組合作研製EDVAC電腦，採用了存儲程式方案，其後開發的電腦都採用這種方式，稱為馮·諾依曼電腦。一般認為馮·諾依曼機具有如下基本特點：(1)電腦由運算器、控制器、記憶體、輸入設備和輸出設備五部分組成。(2)採用存儲程式的方式，程式和數據放在同一個記憶體中，指令和數據一樣可以送到運算器運算，即由指令組成的程式是可以修改的。*(3)數據以二進位碼表示。(4)指令由操作碼和地址碼組成。(5)指令在記憶體中按執行順序存放，由指令計數器(即程式計數器PC)指明要執行的指令所在的單元地址，一般按順序遞增，但可按運算結果或外界條件而改變。(6)機器以運算器為中心，輸入輸出設備與記憶體間的數據傳送都通過運算器。 *50多年來，隨著技術的發展和新應用領域的開拓，對馮·諾依曼機作了很多改革，使電腦系統結構有了很大新發展，如某些機器程式與數據分開存放在不同的記憶體中，程式不允許修改，機器不再以運算器為中心，而是以記憶體為中心等等.雖然有以上這些突破，但原則變化不大，習慣上仍稱之為馮·諾依曼機。* 50年來，根據電子電腦所採用的物理器件的發展，一般把電子電腦的發展分成四個階段，習慣上稱為四代。相鄰兩代電腦之間時間上有重疊。 第一代：電子管電腦時代(從1946年第一臺電腦研製成功到50年代後期)，其主要特點是採用電子管作為基本器件。主要為軍事與國防尖端技術的需要，並進行有關的研究工作，為電腦的發展奠定了基礎，其研究成果擴展到民用，又轉為工業產品，形成了電腦工業。50年代中期，美國IBM公司在電腦行業中崛起，1954年12月推出的IBM650(小型機)銷售量超過1000臺。1958年11月問世的IBM709(大型機)是IBM公司性能最高的最後一臺電子管電腦產品。* 第二代：電晶體電腦時代(從50年代中期到60年代後期)，這時期電腦的主要器件改為電晶體，縮小體積，降低功耗，提高速度和可靠性，價格下降。後來又採用了磁心記憶體，使速度進一步提高。應用範圍擴大，在氣象、工程設計、