計(jì)算機(jī)組成技術(shù)

1、計(jì) 算 機(jī) 組 成 技 術(shù),張 宇 電話： 86413683 轉(zhuǎn) 809 地址：綜合樓609 電子信箱：zhangyu@ir.hit.edu.cn,參考書目,計(jì)算機(jī)組成原理，唐朔飛編著，高等教育出版社出版IBM PC 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（第二版），沈美明、溫冬嬋編著，清華大學(xué)出版社出版,第一章 緒論,電子計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展微型電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展我國(guó)電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展電子計(jì)算機(jī)的基本結(jié)

2、構(gòu)、分類與性能評(píng)價(jià)電子計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)的新進(jìn)展,1.1電子計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展,電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)生之前計(jì)算工具的發(fā)展手動(dòng)計(jì)算工具：算盤機(jī)械式計(jì)算工具：手搖臺(tái)式計(jì)算機(jī)1642年，法數(shù)學(xué)家Pascal始創(chuàng)；1673年，德數(shù)學(xué)家Leibnitz改進(jìn)。1812年，英數(shù)學(xué)家Babbage，差分機(jī)1871年，英數(shù)學(xué)家Babbage，分析機(jī)機(jī)電式計(jì)算工具：1944年IBM公司MARK I(電動(dòng)、齒輪、繼電器構(gòu)成),“古代”計(jì)算

3、機(jī)的特點(diǎn),計(jì)算速度慢出現(xiàn)錯(cuò)誤多,,圖靈（Turing）,馮·諾依曼（John Von Neuman）,兩位杰出的計(jì)算機(jī)科學(xué)家,1.1.2 現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展,第一代計(jì)算機(jī)（1946-1958）電子管時(shí)代ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Calculator）EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）,

4、第二代計(jì)算機(jī)（1958-1965）晶體管時(shí)代第三代計(jì)算機(jī)（1965-1970）集成電路時(shí)代第四代計(jì)算機(jī)（1970- ）大規(guī)模集成電路時(shí)代,各時(shí)期計(jì)算機(jī)的比較（1）,各時(shí)期計(jì)算機(jī)的比較（2）,,,,,,1.2 微型電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展,第一代（1971-1972）4位的微處理器和微型電子計(jì)算機(jī)Intel 4004 2300個(gè)晶體管,第二代（1972-1977）8位的微處理器和微型電子計(jì)算機(jī)Intel 800

5、8 3300個(gè)晶體管Intel 8080 4900個(gè)晶體管M6800 6800個(gè)晶體管Z80 10000個(gè)晶體管,第三代（1978-1983）16位的微處理器和微型電子計(jì)算機(jī)Intel 8086 29000個(gè)晶體管M68000 68000個(gè)晶體管Z8000 37500個(gè)晶體管,第四代（1984-）32位的微處理器和微型電子計(jì)算機(jī)代表機(jī)

6、型：Intel 80286Intel 80386MC68020,摩爾定律,每18個(gè)月微處理器內(nèi)部的晶體管數(shù)量擴(kuò)大一倍，計(jì)算機(jī)的性能將翻一番，而芯片的價(jià)格保持不變,1.3 我國(guó)電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展,1973年，中國(guó)第一臺(tái)百萬(wàn)次集成電路電子計(jì)算機(jī)研制成功1983年，銀河I號(hào)巨型計(jì)算機(jī)研制成功，運(yùn)算次數(shù)達(dá)到每秒1億次1987年，第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)286微機(jī)---長(zhǎng)城286正式推出1988年，第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)386微機(jī)---長(zhǎng)城386正式推出,我國(guó)電

7、子計(jì)算機(jī)的發(fā)展,1993年，中國(guó)第一臺(tái)10億次巨型銀河計(jì)算機(jī)II型通過(guò)鑒定，并于次年在國(guó)家氣象局投入正式運(yùn)行1995年，曙光1000型大型機(jī)通過(guò)鑒定，其峰值可以達(dá)到每秒25億次1997年，銀河III并行巨型機(jī)研制成功1999年，銀河四代巨型機(jī)研制成功2000年，自行研制成功“神威I”高性能計(jì)算機(jī),1.4 電子計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、 分類與性能評(píng)價(jià),1.4.1 計(jì)算機(jī)硬件的基本組成,輸入設(shè)備,,,主存儲(chǔ)器,控制器,

8、運(yùn)算器,,,程序或數(shù)據(jù),CPU,主機(jī),,,,指令流,,,,,,數(shù)據(jù)流,,輸出設(shè)備,,,,程序或結(jié)果,,程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、控制信號(hào)發(fā)生器,輔助存儲(chǔ)器,,1.4.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),軟件的分類系統(tǒng)軟件Dos，Windows，UNIX，LINUX，Oracle，SQL程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言匯編語(yǔ)言，Basic，C/C++，Pascal，Java應(yīng)用軟件人事管理軟件，財(cái)務(wù)管理軟件等等,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),實(shí)際機(jī)器M1

9、具有L1機(jī)器語(yǔ)言（機(jī)器指令系統(tǒng)）,實(shí)際機(jī)器M1具有L1機(jī)器語(yǔ)言（機(jī)器指令系統(tǒng)）,虛擬機(jī)器M2具有L2機(jī)器語(yǔ)言（匯編語(yǔ)言）,,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),實(shí)際機(jī)器M1具有L1機(jī)器語(yǔ)言（機(jī)器指令系統(tǒng)）,虛擬機(jī)器M2具有L2機(jī)器語(yǔ)言（匯編語(yǔ)言）,,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),虛擬機(jī)器M3具有L3機(jī)器語(yǔ)言（高級(jí)語(yǔ)言）,,實(shí)際機(jī)器M1，具有L1機(jī)器語(yǔ)言（機(jī)器指令系統(tǒng)）,虛擬機(jī)器M2，具有L2機(jī)器語(yǔ)言（匯編語(yǔ)言）,,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),虛擬機(jī)器M

10、3 ，具有L3機(jī)器語(yǔ)言（高級(jí)語(yǔ)言）,,微程序機(jī)器M0，具有L0機(jī)器語(yǔ)言（微指令系統(tǒng)）,,實(shí)際機(jī)器M1，具有L1機(jī)器語(yǔ)言（機(jī)器指令系統(tǒng)）,虛擬機(jī)器M3，具有L3機(jī)器語(yǔ)言（匯編語(yǔ)言）,,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),虛擬機(jī)器M4 ，具有L4機(jī)器語(yǔ)言（高級(jí)語(yǔ)言）,,微程序機(jī)器M0，具有L0機(jī)器語(yǔ)言（微指令系統(tǒng)）,,虛擬機(jī)器M2，具有L2機(jī)器語(yǔ)言（作業(yè)控制語(yǔ)言）,,虛擬機(jī)器M5，具有L5機(jī)器語(yǔ)言（應(yīng)用語(yǔ)言）,,1.4.3 電子計(jì)算機(jī)的分類,從電子計(jì)算機(jī)

11、的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)來(lái)分模擬式電子計(jì)算機(jī)，數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)從電子計(jì)算機(jī)的性能來(lái)分微型電子計(jì)算機(jī)，小型電子計(jì)算機(jī)，中型電子計(jì)算機(jī)，大型電子計(jì)算機(jī)，超級(jí)電子計(jì)算機(jī)從電子計(jì)算機(jī)的用途來(lái)分個(gè)人電子計(jì)算機(jī)，工業(yè)控制電子計(jì)算機(jī)，軍用電子計(jì)算機(jī)，嵌入式電子計(jì)算機(jī)按設(shè)計(jì)目的：專用、通用電子計(jì)算機(jī),1.4.4 電子計(jì)算機(jī)的性能評(píng)價(jià),基本字長(zhǎng)主存容量主存容量=存儲(chǔ)單元數(shù)*字長(zhǎng)運(yùn)算速度基本法吉普森法（Gibson）,1.4.4 電子計(jì)算機(jī)的性能評(píng)

12、價(jià),MIPS（Million Instruction Per Second）CPI（Cycle Per Instruction）FPOPS（Floating Point Operation Per Second）,1.5 電子計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用,1.5.1 電子計(jì)算機(jī)的特點(diǎn),自動(dòng)連續(xù)地高速運(yùn)算運(yùn)算速度快具有記憶能力和邏輯判斷能力運(yùn)算精度高通用性強(qiáng),1.5.2 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理工業(yè)控制和實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)

13、用電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)教育虛擬現(xiàn)實(shí)飛行員的方針虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),1.5.2 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,CAD/CAM/CIMS CAD（Computer Aided Design）按設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，可進(jìn)行各種設(shè)計(jì)方案的比較，確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、外形尺寸、材料選擇、模擬組裝；再對(duì)模擬整機(jī)進(jìn)行各種性能測(cè)試，包括強(qiáng)度分析、振動(dòng)分析、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析等；并任意修正，最后從性能的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)的合理性、加工的可行性等方面進(jìn)行論證，獲得最終的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，大大降低了產(chǎn)品設(shè)

14、計(jì)的成本，縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，最大限度地降低了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)。因此，CAD技術(shù)已被各種制造業(yè)廣泛應(yīng)用。,1.5.2 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,CAM（Computer Aided Manufacturing）是以數(shù)控機(jī)床為主體，利用存有全部加工資料的的數(shù)據(jù)庫(kù)，如刀具、夾具和各種零件的加工程序，以及在加工過(guò)程中的自動(dòng)換刀及加工數(shù)據(jù)的控制。目前人們已經(jīng)將數(shù)控、物料流控制及存儲(chǔ)、機(jī)器人、柔性制造、生產(chǎn)過(guò)程仿真等計(jì)算機(jī)相關(guān)控制技術(shù)統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)輔助制造。,

15、1.5.2 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,CIMS（Computer Integrated Manufacturing Systems）是信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)改造傳統(tǒng)制造業(yè)、加強(qiáng)新興制造業(yè)、提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的一種生產(chǎn)模式。具體而言，以企業(yè)選定的產(chǎn)品為龍頭，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程、管理決策過(guò)程、加工制造過(guò)程、產(chǎn)品質(zhì)量管理和控制等過(guò)程中，采用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)和先進(jìn)的科學(xué)管理方法，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，進(jìn)而使企業(yè)優(yōu)化運(yùn)行，達(dá)到產(chǎn)品上市快，質(zhì)