白中英计算机组成原理第1章_计算机系统概论
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计算机组成原理白中英第一计算机系统结构剖析
1993
PENTIUM
1995
P--PRO
1997
P--MMX
1997
P--II
1998
Celeron
1999
P--III
1999.10 P-III-COP
管数 310万 550万 450万 750万 750万 950万 2800万
2020年11月12日6时32分
1833 分析机
2020年11月12日6时32分
ENIAC
MARK I
简介
电子数字计算机是一种能够自动、快捷，准确地 实现信息存放数值计算、数据处理过程控制等多 种功能的电子机器，其基本功能是进行数字化信 息处理。
世界上第一台计算机ENIAC （Electronic Numerical Integrator And Calculator）诞生于 1946年2月15日，是美国宾夕法尼亚大学摩尔理 工学院的摩切利和埃卡特发明的。
2020年11月12日6时32分
通用机：通用性强，综合能力强，解决各种问题
专用机：特殊配置，功能单一，解决特定问题
巨型机：速度最快、处理能力最强
已达十几万亿次浮点运算 “银河 Ⅲ” 达每秒130亿次
大型机：大型、通用、较快、较强
作“客户机/服务器”的服务器 作“终端/主机”的主机
小型机：规模小，结构简单，设计试制周期短
• 一、平时成绩（出勤+作业） 40% • 二、期末笔试 60% • 三、课堂表现积极,平时成绩有额外加分
第一章 计算机系统结构
简介 计算机的发展 计算机体系结构和组织 计算机的硬件结构 计算机软件 计算机的层次结构 计算机的功能 计算机的技术指标
2020年11月12日6时32分
计算机组成原理第1章课件(白中英编-科学出版社)
计算机组成原理
任课教师：赵静
目录
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☼ ☼ ☼
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
计算机系统概论 运算方法和运算器 存储系统 指令系统 中央处理器 总线系统 外围设备 输入输出系统
中央处理单元CPU （第五章） 控输 出 接 口 （第二章）
系统结构
基本概念
4. 操作系统
用来管理计算机资源(如处理器、内存、外部设备和各 种编译、应用程序 )和自动调度用户的作业程序 ,而使 多个用户能有效地共用一套计算机系统。
根据使用环境要求,操作系统大致分为批处理操作系统、分 时操作系统、网络操作系统、实时操作系统等多种。
5. 数据库管理系统
数据库： 实现有组织地、动态地存储大量相关数据 , 方便
基本概念
3. 控制器
控制计算机的各个部件有条不紊地进行工作
(1) 程序
每一个基本操作就叫做一条指令,而解算某一问题的一 串指令序列,叫做该问题的计算程序,简称为程序。
(2) 指令的形式
操作码
指出指令所进行的 操作，如加、减、 乘、除、取数、存 数等
地址码
表示参加运算的数据 从存储器的哪个单元 取；运算的结果应存 到哪个单元
系统结构
1.3 计算机的软件
1.3.1软件的组成和分类
操作系统 语言处理程序
基本概念
系统程序
数据库管理系统 诊断、排错程序 反病毒程序 卸载程序 备份程序 文件压缩程序
服务性程序
软件分类
办公软件包
应用程序
浏览器 实时控制软件 图形图像处理软件 其它应用软件
系统结构
任课教师：赵静
目录
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第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
计算机系统概论 运算方法和运算器 存储系统 指令系统 中央处理器 总线系统 外围设备 输入输出系统
中央处理单元CPU （第五章） 控输 出 接 口 （第二章）
系统结构
基本概念
4. 操作系统
用来管理计算机资源(如处理器、内存、外部设备和各 种编译、应用程序 )和自动调度用户的作业程序 ,而使 多个用户能有效地共用一套计算机系统。
根据使用环境要求,操作系统大致分为批处理操作系统、分 时操作系统、网络操作系统、实时操作系统等多种。
5. 数据库管理系统
数据库： 实现有组织地、动态地存储大量相关数据 , 方便
基本概念
3. 控制器
控制计算机的各个部件有条不紊地进行工作
(1) 程序
每一个基本操作就叫做一条指令,而解算某一问题的一 串指令序列,叫做该问题的计算程序,简称为程序。
(2) 指令的形式
操作码
指出指令所进行的 操作，如加、减、 乘、除、取数、存 数等
地址码
表示参加运算的数据 从存储器的哪个单元 取；运算的结果应存 到哪个单元
系统结构
1.3 计算机的软件
1.3.1软件的组成和分类
操作系统 语言处理程序
基本概念
系统程序
数据库管理系统 诊断、排错程序 反病毒程序 卸载程序 备份程序 文件压缩程序
服务性程序
软件分类
办公软件包
应用程序
浏览器 实时控制软件 图形图像处理软件 其它应用软件
系统结构
计算机组成原理白中英主编课件ch
设计阶段
根据需求分析结果, 设计软件 的体系结构、模块和数据库等。
测试阶段
通过单元测试、集成测试和系 统测试等手段, 确保软件质量。
需求分析
分析用户需求, 确定软件的功 能和性能要求。
编码阶段
将设计转化为计算机程序代码。
维护阶段
对软件进行修改、完善和升级, 以保持软件运行稳定和适应新 需求。
04 指令系统与汇编语言
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部, 通 过执行程序来实现各种计算任务。
02 计算机硬件组成
中央处理器
定义
中央处理器（CPU）是计算机的核心部件, 负责执行程序中 的指令, 控制计算机的各个部件协调工作。
功能
CPU的主要功能包括运算、控制和输入输出等, 它决定了计 算机的性能和功能。
组成
CPU由运算器、控制器、寄存器等组成, 其中运算器和控制 器是CPU的核心部分。
工作原理
输入输出设备的基本工作原理是利用各种传感器和驱动器来实现数据 的输入和输出。
总线与主板
定义
总线是计算机中各个部件之间传输数据的 通道, 主板则是计算机中各个部件的载体。
组成
总线包括数据总线、地址总线和控制总线 等, 主板则包括处理器插座、内存插槽、扩
展插槽等。
功能
总线的主要功能是连接各个部件并传输数 据, 主板则是固定和连接各个部件的载体。
可维护性 指计算机在出现故障时能够迅速修复 的能力, 通常用平均修复时间来衡量。
计算机性能测试方法
基准测试
通过运行一组标准化的测试程序来评 估计算机的性能, 如SPECint、 SPECfp等。
负载测试
通过模拟实际负载情况来测试计算机 的性能, 如并发用户数、事务处理速 率等。
根据需求分析结果, 设计软件 的体系结构、模块和数据库等。
测试阶段
通过单元测试、集成测试和系 统测试等手段, 确保软件质量。
需求分析
分析用户需求, 确定软件的功 能和性能要求。
编码阶段
将设计转化为计算机程序代码。
维护阶段
对软件进行修改、完善和升级, 以保持软件运行稳定和适应新 需求。
04 指令系统与汇编语言
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部, 通 过执行程序来实现各种计算任务。
02 计算机硬件组成
中央处理器
定义
中央处理器（CPU）是计算机的核心部件, 负责执行程序中 的指令, 控制计算机的各个部件协调工作。
功能
CPU的主要功能包括运算、控制和输入输出等, 它决定了计 算机的性能和功能。
组成
CPU由运算器、控制器、寄存器等组成, 其中运算器和控制 器是CPU的核心部分。
工作原理
输入输出设备的基本工作原理是利用各种传感器和驱动器来实现数据 的输入和输出。
总线与主板
定义
总线是计算机中各个部件之间传输数据的 通道, 主板则是计算机中各个部件的载体。
组成
总线包括数据总线、地址总线和控制总线 等, 主板则包括处理器插座、内存插槽、扩
展插槽等。
功能
总线的主要功能是连接各个部件并传输数 据, 主板则是固定和连接各个部件的载体。
可维护性 指计算机在出现故障时能够迅速修复 的能力, 通常用平均修复时间来衡量。
计算机性能测试方法
基准测试
通过运行一组标准化的测试程序来评 估计算机的性能, 如SPECint、 SPECfp等。
负载测试
通过模拟实际负载情况来测试计算机 的性能, 如并发用户数、事务处理速 率等。
白中英计算机组成原理第一章答案
7. 指令和数据均存放在内存中，计算机如 指令和数据均存放在内存中， 何区分它们是指令还是数据？ 何区分它们是指令还是数据？
计算机对指令和数据的区分是依靠指令的执行阶段 计算机对指令和数据的区分是依靠指令的执行阶段 来决定的； 来决定的；
在取指阶段，从存储器中读取的均是 在取指阶段，从存储器中读取的均是CPU要执 要执 行的指令； 行的指令； 在执行阶段， 在执行阶段，从存储器中读取的一定是指令执 行所需要的操作数； 行所需要的操作数；
指令字
表示一条指令的计算机字，称为指令字。 表示一条指令的计算机字，称为指令字。
6. 什么是指令？什么是程序？ 什么是指令？什么是程序？
指令
由操作码和操作数两部分构成 能够表示计算机中的一个基本操作的代码或二 进制串。 进制串。
程序
用于求解某一问题的一串指令序列， 用于求解某一问题的一串指令序列，称为该问 题的计算程序，简称为程序。 题的计算程序，简称为程序。
8. 什么是内存？什么是外存？什么是CPU？ 什么是内存？什么是外存？什么是 ？ 什么是适配器？简述其功能。 什么是适配器？简述其功能。
内存： 内存： 用于存放系统当前运行所需要的程序和数据的半导体存 储器，称为内存储器，简称内存； 储器，称为内存储器，简称内存； 外存 用于存放程序和数据，但不能被CPU直接访问的大容量 用于存放程序和数据，但不能被 直接访问的大容量 存储器，称为外存储器，简称为外存； 存储器，称为外存储器，简称为外存； 外存一般包括磁盘存储器和光盘存储器。 外存一般包括磁盘存储器和光盘存储器。 CPU 运算器和控制器合称为中央处理器，简称CPU。 运算器和控制器合称为中央处理器，简称 。 适配器 主机和不同速度的外设之间的一种部件， 主机和不同速度的外设之间的一种部件，用于主机和外 设之间的信息转换。 设之间的信息转换。
计算机组成原理(白中英)
D0
D1
D2
D3
A校验码 B校验码 C校验码 D校验码
系统结构
RAID4
I/O系统
❖ 专用奇偶校验独立存取盘阵列
❖ 数据以块（块大小可变）交叉的方式存于各盘， 奇偶校验信息存在一台专用盘上
数据块
校验码 产生器
A0
A1
A2
A3
B0
B1
B2
B3
C0
C1
C2
C3
D0
D1
D2
D3
A校验码 B校验码 C校验码 D校验码
❖ 只写一次光盘
只写一次光盘（Write Once Only）：可以由用户写入 信息，不过只能写一次，写入后不能修改，可以多次读 出，相当于PROM。在盘片上留有空白区，可以把要修 改和重写的的数据追记在空白区内。
❖ 可檫写式光盘
可檫写式光盘（Rewriteable）：利用磁光效应存取信 息，采纳特殊的磁性薄膜作记录介质，用激光束来记录、 再现和删除信息，又称为磁光盘，类似于磁盘，可以重 复读写。
RAID6
I/O系统
❖ 双维奇偶校验独立存取盘阵列
❖ 数据以块（块大小可变）交叉方式存于各盘， 检、纠错信息均匀分布在全部磁盘上
系统结构
A0 A1 A2
3校验码 D校验码
B0 B1
2校验码 C校验码
B2
C0
1校验码 B校验码
C1 C2
0校验码 A校验码
D1 D2 D3
校验码 产生器
7.7 光盘存储设备
– 正脉冲电流表示“1”，负脉冲电流表示“0”； – 不论记录“0”或“1”，在记录下一信息前，记录电流
恢复到零电流 – 简洁易行，记录密度低，改写磁层上的记录比较困难，
计算机组成原理答案 白中英
计算机组成原理答案白中英计算机组成原理答案-白中英计算机组成原理（答案）第一章答案1．比较数字计算机和模拟计算机的特点。
求解：演示计算机的特点：数值由已连续量去则表示，运算过程就是已连续的；数字计算机的特点：数值由数字量（线性量）去则表示，运算按十一位展开。
两者主要区别见到p1表中1.1。
2．数字计算机如何分类？分类的依据是什么？求解：分类：数字计算机分成专用计算机和通用型计算机。
通用型计算机又分成巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片机六类。
分类依据：专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。
通用机的分类依据主要是体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格等因素。
3．数字计算机存有那些主要应用领域？4．冯.诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些主要组成部分？求解：冯.诺依曼型计算机的主要设计思想就是：存储程序和程序控制。
存储程序：将解题的程序（指令序列）放置至存储器中；程序控制：控制器顺序执行存储的程序，按指令功能控制全机协调地完成运算任务。
主要组成部分存有：控制器、运算器、存储器、输出设备、输出设备。
5．什么就是存储容量？什么就是单元地址？什么就是数据字？什么就是指令字？求解：存储容量：指存储器可以容纳的二进制信息的数量，通常用单位kb、mb、gb去度量，存储容量越大，则表示计算机所能够存储的信息量越多，充分反映了计算机存储空间的大小。
单元地址：单元地址简称地址，在存储器中每个存储单元都有唯一的地址编号，称为单元地址。
数据字：若某计算机字就是运算操作方式的对象即为代表必须处置的数据，则表示数据字。
指令字：若某计算机字代表一条指令或指令的一部分，则称指令字。
6．什么是指令？什么是程序？求解：指令：计算机所继续执行的每一个基本的操作方式。
程序：解算某一问题的一串指令序列称为该问题的计算程序，简称程序。
7．指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？解：一般来讲，在取指周期中从存储器读出的信息即指令信息；而在执行周期中从存储器中读出的信息即为为数据信息。
白中英 第五版 计算机组成原理第1章PPT课件
(2) 指令的形式
操作码 地址码
指出指令所进行的 操作，如加、减、 乘、除、取数、存 数等
计算机组成原理
表示参加运算的数据 从存储器的哪个单元 取；运算的结果应存 到哪个单元
3. 控制器
操作的编码
操作 加法 减法 乘法 除法 取数 存数 停机
编码 001 010 011 100 101 110 000
器 计算机的运算器长度：
• 8位、16位、32位或64位
计算机组成原理
2. 存储器
功能：保存或“记忆”数据和运算过程
存储的是0或1表示的二进制代码
存储单元： 在存储器中保存一个n位二进制数的
n个触发器，组成一个存储单元
存储器地址：存储器是由许多存储单元组成，每
个存储单元的编号，称为地址
存储容量：存储器所有存储单元的总数。通常用
1985 386DX 27.5万
1999
P--III
1989 486DX 120万
1999.10 P-III-COP
管数 310万 550万 450万 750万 750万 950万 2800万
27.11.202பைடு நூலகம் 2:35
计算机组成原理
1.2.4 计算机的性能指标
吞吐量：表征一台计算机在某一时间间隔内能 够处理的信息量，单位是字节/秒（B/S）。
•计算机的基本结构；
•采用二进制；
•数据和程序都放在内存中。
主
• 冯.诺伊曼结构
机
冯·诺依曼计算机硬件框图
存放数据 将信息和转程换序成机 器能识别的形式
存储器
算将术结运果算转换成 逻人辑们运熟算悉的形式
输入设备
运算器
输出设备
计算机组成原理
操作码 地址码
指出指令所进行的 操作，如加、减、 乘、除、取数、存 数等
计算机组成原理
表示参加运算的数据 从存储器的哪个单元 取；运算的结果应存 到哪个单元
3. 控制器
操作的编码
操作 加法 减法 乘法 除法 取数 存数 停机
编码 001 010 011 100 101 110 000
器 计算机的运算器长度：
• 8位、16位、32位或64位
计算机组成原理
2. 存储器
功能：保存或“记忆”数据和运算过程
存储的是0或1表示的二进制代码
存储单元： 在存储器中保存一个n位二进制数的
n个触发器，组成一个存储单元
存储器地址：存储器是由许多存储单元组成，每
个存储单元的编号，称为地址
存储容量：存储器所有存储单元的总数。通常用
1985 386DX 27.5万
1999
P--III
1989 486DX 120万
1999.10 P-III-COP
管数 310万 550万 450万 750万 750万 950万 2800万
27.11.202பைடு நூலகம் 2:35
计算机组成原理
1.2.4 计算机的性能指标
吞吐量：表征一台计算机在某一时间间隔内能 够处理的信息量，单位是字节/秒（B/S）。
•计算机的基本结构；
•采用二进制；
•数据和程序都放在内存中。
主
• 冯.诺伊曼结构
机
冯·诺依曼计算机硬件框图
存放数据 将信息和转程换序成机 器能识别的形式
存储器
算将术结运果算转换成 逻人辑们运熟算悉的形式
输入设备
运算器
输出设备
计算机组成原理
计算机组成原理_白中英_教案
x=1－2－n x=2－n x=－2－n x=－（1－2－n ）
最大 最接近0的正数 最接近0的负数 最小
定点纯整数
• x0 x1 x2 x3 … xn-1 xn
符号 量值 小数点固定于最后一位之后， 不需专门存放位置
• 表示数的范围是
？：最小数、最大数、最接近0的正数、最接近0的负数呢
n 0≤|ｘ|≤2 －1
阶符 阶码 数符 尾数
IEEE754标准
– IEEE754标准(规定了浮点数的表 示格式,运算规则)
• 规则规定了单精度(32)和双精度(64) 的基本格式. • 规则中,尾数用原码,指数用移码(便于 对阶和比较)
IEEE754标准
• 按照移码的定义应为E=e+128,为什么书上?? • 原因:规格化的32位浮点数尾数第一位应为1 • 如数+0.111*220(规格化数)
（证明）
-n [-y] [-y] = 乛 [y] +2 为了求得同时 补，需要证明 补 补 （意义是[-y]补等于[y]补取反，末位加1）
2.2.1补码加减法
– 如： y=0.0111 [y]补=0.0111 [-y]补=1.1001
从右边到左边，除了第一个1和右边的0保 持不变以外，其它按位取反,很重要哟！
• • • • 操作系统 各种服务程序 语言程序 数据库管理系统
– 应用软件
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发展演变（以系统软件为例）
• • • • 手编程序 汇编程序 算法语言 操作系统
– – – – BPOS TSOS RTOS NWOS
返回
§1.4计算机系统的层次结构
高级语言机器 虚拟机M4
• 多 级 组 成 的 计 算 机 系 统
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➢作为迄今为止半导体发展史上意义最深远的定律，摩尔定律被 集成电路40多年的发展历史准确无误地验证着。
➢摩尔定律有另外一种表述方法，即每过10年计算机系统性能将 会增加100倍，通讯带宽也会提高100倍，而花费的资金不会增 加。
2020年10月16日星期五
21
1.2.2 半导体存储器的发展
20世纪50~60年代，磁芯存储器 价格昂贵，体积大，破坏性读出
大型机
功能
简
数据存储量 易
指令系统
性
价格
处理模拟量信息
超级计算机 高
低
数值连续、运算过程连续
2020年10月16日星期五
15
1.2 计算机的发展简史
1.2.1 计算机的五代变化
电子管 1946~1957年，第一代计算机
晶体管 1958~1964年 第二代计算机
摩尔定律
中小规模 集成电路
1965~1971年 1972~1990年
吞吐量、响应时间、CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间； MIPS、MFLOPS等。
要求
初步掌握计算机系统的基本概念及基本结构，为进一步深入学习 打下基础。
2020年10月16日星期五
3
1.0 预备知识
问题1：一台计算机一般有哪几部分组成？
显示器、键盘、鼠标、音箱、主机箱等； 主机箱中有：主板、CPU、硬盘、内存、显卡、声卡等；
一般指运算器与存储器之间的数据总线宽度。
注意课本上的表述错误！
主存储器容量
主存储器所能存储二进制数据的位数。
或者说“主存储器中所有存储元的总数目。”，而非“存储单元”！（8 位）
主存储器带宽
单位时间内从主存储器读出的二进制信息量，一般用字节数/秒表示。
5
2020年10月16日星期五
6
2020年10月16日星期五
7
2020年10月16日星期五
8
2020年10月16日星期五
9
SDRAM内存条
DDR内存条
2020年10月16日星期五
10
80G硬盘
2020年10月16日星期五
11
硬盘数据线
2020年10月16日星期五
12
DVD光驱
2020年10月16日星期五
2020年10月16日星期五
23
2020年10月16日星期五
24
2020年10月16日星期五
25
2020年10月16日星期五
26
双核CPU
三核CPU
2020年10月16日星期五
27
1.2.4 计算机的性能指标（1/3）
吞吐量
表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量。
响应时间
从输入有效到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位来表示。
13
机内电源插头
2020年10月16日星期五
14
1.1 计算机的分类
如P2 图1.1
数字计算机
专用计算机
是针对某一任务设计的最有 效、最经济和最快速的计算
机，但适应性很差。
低
高
双核机
处理数字量信息
单片机 体积
分 类
按位运算，
不连续地跳动计算通用计算机
适应性很大，但
微型机 服务器
牺牲了效率、速
模拟计算机 度和经济性。
1970年，半导体存储器 价格更加昂贵，体积小，非破坏性读写
1974年之后，半导体存储器 价格不断降低，体积不断减少，读写速度更快。
有关存储器的介绍详见第3章
2020年10月16日星期五 Nhomakorabea221.2.3 微处理器的发展
20世纪70年代的处理器 4004（4位） 8008 （8位） 8080（8位通用） 8086（16位） 8088
20世纪80年代的处理器 80286 386TM DX 386TM SX 486TM DX
20世纪90年代的处理器 486TM SX Pentium Pentium Pro Pentium II Pentium Ⅲ
最近10年的处理器 Pentium 4 Itanium Itanium 2 I系列
利用率
在给定的时间间隔内，系统被实际使用的时间所占的比率，用百分比 表示。
处理机字长（机器字长）
处理机运算器中一次能够完成二进制运算的位数，如32、64位； 机器字长与系统数据总线宽度具有一定的相关性（不一定完全一样）。
2020年10月16日星期五
28
1.2.4 计算机的性能指标（2/3）
总线宽度
第1章 计算机系统概论
目录
1.0 预备知识 1.1 计算机的分类 1.2 计算机的发展简史 1.3 计算机的硬件 1.4 计算机的软件 1.5 计算机系统的层次结构
2020年10月16日星期五
2
学习要求
了解计算机的发展历程； 清楚计算机的系统层次结构、计算机硬件的基本组成(五大部件
的构成)、计算机软件的分类，以及计算机的基本工作过程； 了解计算机性能评价指标和相关参数；
问题2：如何对以上设备分类？
输入输出设备 显示器，键盘，鼠标，音箱
中央处理设备 CPU（集处理和控制于一身）
存储设备
硬盘、内存
接口转换卡
显卡、声卡
部件连接线
总线
问题3：有了以上设备，计算机是否能发挥其功效？
一个完整的计算机系统应包括硬件系统和软件系统两部分。
2020年10月16日星期五
4
2020年10月16日星期五
ENIAC长30.48米，宽1米，占地面积约170平方米，30 个操作台，约相当于10间普通房间的大小，重达30吨， 耗电量150千瓦，造价48万美元。
包含了17,468 真空管7,200水晶 二极管, 1,500 中转, 70,000 电阻器, 10,000 电容器，1500继电器，6000多 个开关，每秒执行5000次加法或400次乘法，是继电器 计算机的1000倍、手工计算的20万倍。
1955年10月2日最后切断电源。
2020年10月16日星期五
17
ENIAC
2020年10月16日星期五
18
第二代计算机(1958－1964)
晶体管
2020年10月16日星期五
19
2020年10月16日星期五
20
摩尔定律
➢1964年，英特尔公司创始人戈登.摩尔（Gordon Moore）在一 篇很短的论文里断言：每18个月，集成电路的性能将提高一倍， 而其价格将降低一半。这就是著名的摩尔定律。
1991年~至今
超大规模集成电路
巨大规模 集成电路
2020年10月16日星期五
16
第一代计算机
第一代计算机(1946年－1957年)
采用电子管。
代表机型：ENIAC（电子数字积分计算机 ）
1941年美国宾夕法尼亚大学开始研制；
它于1946年2月15日在美国宣告诞生
主要是为了解决美陆军提出的弹道计算问题 ；
➢摩尔定律有另外一种表述方法，即每过10年计算机系统性能将 会增加100倍，通讯带宽也会提高100倍，而花费的资金不会增 加。
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1.2.2 半导体存储器的发展
20世纪50~60年代，磁芯存储器 价格昂贵，体积大，破坏性读出
大型机
功能
简
数据存储量 易
指令系统
性
价格
处理模拟量信息
超级计算机 高
低
数值连续、运算过程连续
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1.2 计算机的发展简史
1.2.1 计算机的五代变化
电子管 1946~1957年，第一代计算机
晶体管 1958~1964年 第二代计算机
摩尔定律
中小规模 集成电路
1965~1971年 1972~1990年
吞吐量、响应时间、CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间； MIPS、MFLOPS等。
要求
初步掌握计算机系统的基本概念及基本结构，为进一步深入学习 打下基础。
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1.0 预备知识
问题1：一台计算机一般有哪几部分组成？
显示器、键盘、鼠标、音箱、主机箱等； 主机箱中有：主板、CPU、硬盘、内存、显卡、声卡等；
一般指运算器与存储器之间的数据总线宽度。
注意课本上的表述错误！
主存储器容量
主存储器所能存储二进制数据的位数。
或者说“主存储器中所有存储元的总数目。”，而非“存储单元”！（8 位）
主存储器带宽
单位时间内从主存储器读出的二进制信息量，一般用字节数/秒表示。
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SDRAM内存条
DDR内存条
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80G硬盘
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硬盘数据线
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DVD光驱
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双核CPU
三核CPU
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1.2.4 计算机的性能指标（1/3）
吞吐量
表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量。
响应时间
从输入有效到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位来表示。
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机内电源插头
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1.1 计算机的分类
如P2 图1.1
数字计算机
专用计算机
是针对某一任务设计的最有 效、最经济和最快速的计算
机，但适应性很差。
低
高
双核机
处理数字量信息
单片机 体积
分 类
按位运算，
不连续地跳动计算通用计算机
适应性很大，但
微型机 服务器
牺牲了效率、速
模拟计算机 度和经济性。
1970年，半导体存储器 价格更加昂贵，体积小，非破坏性读写
1974年之后，半导体存储器 价格不断降低，体积不断减少，读写速度更快。
有关存储器的介绍详见第3章
2020年10月16日星期五 Nhomakorabea221.2.3 微处理器的发展
20世纪70年代的处理器 4004（4位） 8008 （8位） 8080（8位通用） 8086（16位） 8088
20世纪80年代的处理器 80286 386TM DX 386TM SX 486TM DX
20世纪90年代的处理器 486TM SX Pentium Pentium Pro Pentium II Pentium Ⅲ
最近10年的处理器 Pentium 4 Itanium Itanium 2 I系列
利用率
在给定的时间间隔内，系统被实际使用的时间所占的比率，用百分比 表示。
处理机字长（机器字长）
处理机运算器中一次能够完成二进制运算的位数，如32、64位； 机器字长与系统数据总线宽度具有一定的相关性（不一定完全一样）。
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1.2.4 计算机的性能指标（2/3）
总线宽度
第1章 计算机系统概论
目录
1.0 预备知识 1.1 计算机的分类 1.2 计算机的发展简史 1.3 计算机的硬件 1.4 计算机的软件 1.5 计算机系统的层次结构
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学习要求
了解计算机的发展历程； 清楚计算机的系统层次结构、计算机硬件的基本组成(五大部件
的构成)、计算机软件的分类，以及计算机的基本工作过程； 了解计算机性能评价指标和相关参数；
问题2：如何对以上设备分类？
输入输出设备 显示器，键盘，鼠标，音箱
中央处理设备 CPU（集处理和控制于一身）
存储设备
硬盘、内存
接口转换卡
显卡、声卡
部件连接线
总线
问题3：有了以上设备，计算机是否能发挥其功效？
一个完整的计算机系统应包括硬件系统和软件系统两部分。
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ENIAC长30.48米，宽1米，占地面积约170平方米，30 个操作台，约相当于10间普通房间的大小，重达30吨， 耗电量150千瓦，造价48万美元。
包含了17,468 真空管7,200水晶 二极管, 1,500 中转, 70,000 电阻器, 10,000 电容器，1500继电器，6000多 个开关，每秒执行5000次加法或400次乘法，是继电器 计算机的1000倍、手工计算的20万倍。
1955年10月2日最后切断电源。
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ENIAC
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第二代计算机(1958－1964)
晶体管
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摩尔定律
➢1964年，英特尔公司创始人戈登.摩尔（Gordon Moore）在一 篇很短的论文里断言：每18个月，集成电路的性能将提高一倍， 而其价格将降低一半。这就是著名的摩尔定律。
1991年~至今
超大规模集成电路
巨大规模 集成电路
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第一代计算机
第一代计算机(1946年－1957年)
采用电子管。
代表机型：ENIAC（电子数字积分计算机 ）
1941年美国宾夕法尼亚大学开始研制；
它于1946年2月15日在美国宣告诞生
主要是为了解决美陆军提出的弹道计算问题 ；