【文档说明】-计算机组成原理-第一章课件.ppt，共(53)页，3.321 MB，由小橙橙上传

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上海海事大学计算机系Lhuangxiaoxia@163.com黄晓霞Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.

计算机原理与系统2课程简介课程邮箱课程特点课程教学计划课程学习过程要求教学内容安排Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-

2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统3课程邮件xinx_13@163.comxinx13Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro

file5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统4课程特点专业必修的核心课程计算机专业硕士研究生入学必考课程教学内容计算机硬件系统的基本组成及运行原理各功能部件的

构成原理和运行原理计算机硬件系统及功能部件的设计简介Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011Aspos

ePtyLtd.计算机原理与系统5《计算机组成原理》与先修后继课程的关系先修数字电子技术汇编语言程序设计本课程位置与作用专业主干课程之一专业基础课与专业课的重要纽带，承上启下的作用后继操作系统计算机网络计算机接口技术嵌入式系

统单片机原理、可编程逻辑器件等Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统6课程教学计划——教材主教材:《计算机组

成与结构》王爱英主编清华大学出版社。参考教材：数字电子技术基础阎石主编实验教材：计算机原理与系统实验指导书上海海事大学Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5Cli

entProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统7学时:上课学时:71实验学时:10课程教学计划——学时学分:4.5Evaluationo

nly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统8计算机组成原理:期末考试：70％平时成绩:30％（包括作业、考勤、课堂小

测验及期中考查，期中考试时间暂定在10.28（第八周））课程教学计划——成绩构成Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-201

1AsposePtyLtd.计算机原理与系统9课程学习过程要求上课:听课投入上课不迟到、不无故缺勤作业:作业本（封面写上学号和姓名）认真复习相关内容相互探讨，独立完成按时按质交作业，难题集中讲解实验:预习——操作——报告Evaluationonly.reatedwithAspo

se.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统10教学内容安排教材总目录第一章计算机系统概论第二章（数字电路基础）计算机的逻辑器

件第三章（数据表示）运算算法和运算部件第四章主存储器第五章指令系统（汇编语言程序设计简介）第六章中央控制器第七章存储系统第八章辅助存储器第九章输入输出设备第十章输入输出系统第十一章计算机系统Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesf

or.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统11Chapter1计算机系统概论计算机的发展简史计算机硬件计算机的语言计算机的应用（计算机网络）计算机的性能指标Evaluationonly.reatedwith

Aspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.•生活中的计算机系统Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.

5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.Product:VendoVue40vendingmachine.Microprocessor:Two16-b

itHitachiH8/300HProcessorsArobothanddispensesitemsEvaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2

004-2011AsposePtyLtd.Product:CannonEOS30DDigitalCameraMicroprocessor:DIGICIIImageProcessorEvaluationonly.reatedwith

Aspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.Product:NASA'sTwinMarsRovers.Microprocesso

r:RadiationHardened20MhzPowerPCCommercialReal-timeOSSoftwareandOSwasdevelopedduringmulti-yearflighttoMarsanddownloadedusi

ngaradiolinkPhotographcourtesyofNASA/JPLCALTECHEvaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011Asp

osePtyLtd.Product:AtronicSlotMachineMicroprocessor:X86OS:WindowsCESlotsarenetworkedtoacasino’sbackof

ficecomputersystem.StateGamingagenciesauditcodeandpayoffodds.Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfil

e5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.Product:LGVoIPPhoneMicroprocessor:Freescalei.MX21ARMOS:WindowsCEEvaluationonly.reatedwithAspose

.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统181.1计算机的发展简史Chapter1计算机系统概论Pascal发明的史上第一台机械式计算机就是一台十进制计算机，它利用齿轮装置来保存十

进制数据，并通过齿轮旋转来完成十进制的加法，齿轮传动来完成进位。Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-201

1AsposePtyLtd.计算机原理与系统191.1计算机的发展简史一、第一台计算机ENIAC、时间（1946）、地点、特点Chapter1计算机系统概论1946年研制成功的第一台电子计算机ENIAC也沿用了这一惯例即采用十进制，它是由一

圈共10个真空管来表示一位十进制数据的，计算实现起来非常复杂。Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与

系统20世界第一台电子计算机－ENIAC埃尼阿克宾夕法尼亚大学摩尔工程学院莫奇利和埃克特领导的研究小组1946年2月14日TheElectronicNumericalIntegratorAndComputer17468个

电子管60000个电阻器10000个电容器6000个开关30吨160平方米174千瓦5000次加法/秒缺点：十进制人工改接连线Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2

.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统211.1计算机的发展史二、冯·诺依曼计算机设计思想计算机的工作方式-------存储程序的工作方式提出：1946冯·诺依曼提出计算机的若干设计思想要点：1.计算机采用二进制表示数

据和指令2.存储程序的工作方式3.计算机硬件组成及各部件功能EDVAC,采用存储程序方案EDVAC(ElectronicDiscretevariableAutomaticComputer)。离散变量自动电子计算机。Chapter1计算机系统概论

Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统22冯·诺依曼计算机结构以运算器为核心、以存储程序原理为基础运算器输出设

备控制器输入设备存储器指令驱动指令流控制命令数据流人们将编好的程序和原始数据存入主存储器中，然后启动计算机工作，计算机在不需要人工干预的情况下，自动完成逐条取出指令并执行指令的任务。Evaluationonly.reatedwithAs

pose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统23程序的执行过程程序指令1指令2指令3指令4指令n……取指令指令译码取操

作数执行指令存结果指令周期操作码操作数执行Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统241.1计算机的发展史三、以

器件划分计算机的发展史1第一代电子管计算机1947-19572第二代晶体管计算机1958-19643第三代集成电路计算机1964-19724第四代大规模集成电路计算机1972-至今（第五代，1981）Chapter1计算机系统概论Evaluationonly.reatedw

ithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统25真空电子管诞生李·德弗雷斯特(LeedeForest1873—1961)“电

子管之父”“无线电之父”、“电视始祖”1899（26岁）发明了电解检波器和交流发射机。1906（33岁）年他发明了三极真空管（检波、产生振荡、放大电信号、改变电信号频率等）真空电子管的诞生为通讯、广播

、电视等技术的发展铺平了道路。计算机历史由此跨进了电子的纪元。Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011Asp

osePtyLtd.计算机原理与系统28三项发明助力计算机产业腾飞贝尔实验室肖克利等三人发明的晶体管诺伊斯和基尔比发明的集成电路。特德·霍夫发明的微处理器。Evaluationonly.reatedwithA

spose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统29晶体管之父——W.Shockley威廉·肖

克利（WilliamBradfordShockley，1910年2月13日－1989年8月12日）是一位英国出生的美国物理学家和发明家。1947年12月（37岁），肖克利与合作者巴丁和布拉顿共同发明了晶体管，分享了1956年度的诺贝尔物理学奖金。Evaluati

ononly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统30--RobertNoyce

罗伯特·诺伊斯1968年创办英特尔公司1957年创办仙童半导体公司。财富、威望和成就三位一体的圣人罗伯特·诺伊斯(RobertNoyce)和德州仪器公司的杰克·基尔比(JackKilby)在两年后分别发明了集成电路Evaluationonly.reat

edwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统324004微处理器Intel4004微处理器是世界

上第一款商用计算机微处理器，是“一件划时代的作品”、"人类历史上最具革新性的产品之一"。。它片内集成了2250个晶体管，晶体管之间的距离是10微米，能够处理4bit的数据，每秒运算6万次，运行的频率为108KHz，成本不到100美元。Evaluatio

nonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统33从器件发展而言电子管、继电器存储→晶体管磁介质存储→集成电路→大规模和超大规模集

成电路从结构的发展而言单个CPU组成的单机系统→流水线机→多处理机→大规模的并行处理机从技术的发展上而言变址技术→中断技术→微程序技术→缓冲技术共享→重用技术→虚拟技术1.1计算机的发展简史Chapter1计算机系统概论Evaluationonly.reatedwithAspos

e.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统34也称为超级计算机，它是一个国家科技水平、经济实力和军事威力的象征。巨型机速度最快，性能最强，技术最

复杂，具有巨大的数值计算和信息处理能力，是每个时代计算机高精尖技术的集中代表。1983年我国自行研制出了第一台银河巨型机。此后，我国自行研制的银河－Ⅲ型巨型机每秒运算可达到120亿次。（1）巨型机不同类型计算机简介Evaluationonly.reatedwithAspose.Slides

for.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统35图1-5第一台银河巨型机图1-6银河Ⅲ巨型机Evaluationonly

.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.“天河一号”每秒计算1206万亿次的研制成功，世界上只有中、美能造,第一台国产千万亿次超级计算机

——“天河一号”2010.11，夺魁计算机原理与系统36Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011A

sposePtyLtd.▪天河二号(第一名)▪泰坦(第二名，USA)▪Sequoia-blueGene(第三名,USA)▪KComputer(第四名)▪米拉(第五名,USA)▪PizDaint（第六名，Switzerland）▪Stampede(第七名，USA)▪Juque

en(第八名，germany)▪Vulcan-BlueGene(第九名)（USA）▪CrayXC30，（USA)计算机原理与系统372014.6年全球超级计算机排行前10强Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5Cl

ientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.超级计算机500强排名2015发布中国“天河二号”五连冠计算机原理与系统38Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientP

rofile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.天河二号天河二号已经是第五次拿到超级电脑运算能力的第一名了。位于中国国防科技大学的天河二号超级电脑，是中科曙光所开发，有31

2万颗核心处理器，其浮点运算速度达33.86petaflop/s，相当于第二快的超级电脑Titan的接近二倍。计算机原理与系统39Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5

.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统40位于美国能源部橡树岭国家实验室的Titan，是超级电脑领域知名的克雷电脑公司(Cray)打造的，其浮点运算能力为17.59petaflop/s。第三名的超级电脑Sequoia同样位于美国的能源部，劳

伦斯利福摩尔国家实验室（LawrenceLivermoreNationalLaboratory；LLNL），IBM所开发，浮点运算能力为17.17petaflop/s。第四名则是位于日本理化学研究所的京(Kcomputer)，

由富士通打造。Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统41z1

3的硬件扩展能力：41颗可配置处理器、10TB内存业务能力：单日能够处理25亿笔交易。2014年双十一那天，支付宝总交易2.78亿笔，其中移动端完成1.97亿笔，也就是说一台满配的z13几乎能处理10倍于支付宝双十一的交易量（2）大型计算机图1-7IBM大型机Z13mainframe

computer它们一般用于大型事务处理系统Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统42（Mini

computer）小型机是指采用精简指令集处理器，性能和价格介于PC服务器和大型主机之间的一种计算机（3）小型计算机IBMPower780Evaluationonly.reatedwithAspose

.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统43微型计算机（Microcomputer）简称微型机或微机，是以微处理器为中

央处理器而组成的计算机系统。（4）微型计算机它是性能价格比最高、应用领域最广的一种计算机。近年来，微型机的发展最快、市场占有率最高，其许多性能达到甚至超过了小型机的水平。微型计算机正不断向微型化、网络化、高性能、多用途发展。E

valuationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统44微型计算机

的分类方法很多。按字长可分为8位、16位、32位、64位微型机计算机;按组装形式可分为非便携式和便携式微型计算机，前者如台式机（如图1-8所示），后者是一种可移动的微型机，如笔记本和掌上计算机（如图1-9所示）。图1-8台式机图1-9笔记本Evaluationonly

.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统45Chapter1计算机系统概论1.2计算机的硬件软件与硬件计算机是一种能够自动、高速解决数学问题及逻辑问题的现代

化电子装置。硬件构成了计算机系统的物质基础软件则是计算机系统的应用基础硬件和软件正朝着相互渗透、相互融合的方向发展。Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3

.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统461.2计算机的硬件一、硬件系统•CPU（运算器、控制器）——核心组合逻辑控制器、微程序控制器•存储

器——容量、速度、价格主存（内存）、辅存（外存）、高速缓冲存储器（CACHE）、虚拟存储器•I/O设备：I/O接口计算机硬件（Hardware）是指计算机系统使用的电子线路和电子元件等物理设备的总称。Chapter1计算机系统概论Evaluationo

nly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统47运算器控制器主存储器输入设备输出设备总线和输入输

出接口高速缓存虚拟存储器(磁盘设备)第3章第6章第4、7、8章第9章第10章Chapter1计算机系统概论Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyri

ght2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统48二、计算机硬件组成及各部件功能运算器存储器控制器输入设备输出设备程序结果数据结果地址指令命令状态请求命令请求命令计算机：CPU、存储器、输入输出设备（I/O）+总线运算器ALU+控制器Chapter1计算机系统概论Evalua

tiononly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统49微型计算机的概念结构AB:AddressBus，DB:DataBus，CB:Co

ntrolBus地址总线AB存储器I/O接口输入设备I/O接口输出设备CPU数据总线DB控制总线CBI/O接口各个部件如何连接起来？（p.6图1.1）Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.

NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统50Chapter1计算机系统概论1.3计算机软件计算机语言发展史机器语言汇编语言高级语言Evaluationonly.reatedwithAspose.Slides

for.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统51一、机器语言1、计算机采用二进制表示数据和指令数据、指令（产生控制命令）计算机内采用

二进制的原因：•信息数字化容易实现，运算简单•硬件上容易实现（如在电路中能够与电子器件中电压的高低、脉冲的有无对应起来）01101011100101110Chapter1计算机系统概论2、存储程序的工作方式Evaluationonly.reatedwithAspose.Slides

for.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统52二、汇编语言例：MULBB(010100100010)MULAEMULACSUBBAMOVDB其中A、B、C、D、E中分别存放a、b、c、d、

4Chapter1计算机系统概论Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统53三、高级语言BASIC、FORT

RAN、C语言等例：BASIC中LETd=b*b-4*a*cChapter1计算机系统概论Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-

2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统541.4计算机的应用1.科学计算2.数据处理3.计算机控制4.计算机辅助设计/制造5.人工智能Chapter1计算机系统概论Evaluationonly.

reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统551.5计算机的性能指标字长：参与一次运算的数的位数。8位、16位、32位、64位数据通路宽度：

数据线位数特例：INTEL8088字长16位，数据线8位，称准16位机主存容量：按字节编址用单元数表示：16M（16M×8位）按字编址用单元数×位数表示64k×16位外存容量：10.2G20G运算速度①主频（CPU时钟频率）②每秒平均执行指令数（i

ps）（MIPS）③浮点运算速度兼容性、可靠性、可维护性、性价比Chapter1计算机系统概论Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.

Copyright2004-2011AsposePtyLtd.计算机原理与系统56本章结束谢谢！Evaluationonly.reatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.Copyright2004-2011AsposePtyLtd.