张 宇 电话： 86413683 转 809 地址：综合楼609 电子信箱：zhangyu@ir.hit.edu.cn 计 算 机 组 成 技 术 张 宇 电话： 86413683 转 809 地址：综合楼609 电子信箱：zhangyu@ir.hit.edu.cn

参考书目 计算机组成原理，唐朔飞编著，高等教育出版社出版 IBM PC 汇编语言程序设计（第二版），沈美明、温冬婵编著，清华大学出版社出版

第一章 绪论 电子计算机的产生与发展 微型电子计算机的发展 我国电子计算机的发展 电子计算机的基本结构、分类与性能评价 第一章 绪论 电子计算机的产生与发展 微型电子计算机的发展 我国电子计算机的发展 电子计算机的基本结构、分类与性能评价 电子计算机的特点及应用 电子计算机的新进展

1.1电子计算机的产生与发展 电子计算机产生之前计算工具的发展 手动计算工具：算盘 机械式计算工具：手摇台式计算机 1642年，法数学家Pascal始创； 1673年，德数学家Leibnitz改进。 1812年，英数学家Babbage，差分机 1871年，英数学家Babbage，分析机 机电式计算工具：1944年IBM公司MARK I(电动、齿轮、继电器构成)

“古代”计算机的特点 计算速度慢 出现错误多

两位杰出的计算机科学家 图灵（Turing） 冯·诺依曼 （John Von Neuman）

1.1.2 现代电子计算机的发展 第一代计算机（1946-1958）电子管时代 ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Calculator） EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）

第二代计算机（1958-1965）晶体管时代 第三代计算机（1965-1970）集成电路时代 第四代计算机（1970- ）大规模集成电路时代

各时期计算机的比较（1） 时期 元器件 代 表 机 器 第一代 电子管 第一台计算机ENIAC 第一台通用电子计算机EDVAC 第二代 晶体管 IBM公司生产的IBM-7904 CDC公司生产的CDC1604 第三代 集成电路 DEC公司研制成功的PDP-8，PDP-11，VAX-11 第四代 大规模集成电路 Cray公司1976年推出的Cray-1

各时期计算机的比较（2） 时期 体积 重量 成本 耗电 可靠性 运算速度 第一代 大 重 高 低 5000次/秒 第二代 几万次-几十万次/秒 第三代 几百万-几千万次/秒 第四代 小 轻 几亿次/秒

1.2 微型电子计算机的发展 第一代（1971-1972） 4位的微处理器和微型电子计算机 Intel 4004 2300个晶体管

第二代（1972-1977） 8位的微处理器和微型电子计算机 Intel 8008 3300个晶体管 Intel 8080 4900个晶体管 M6800 6800个晶体管 Z80 10000个晶体管

第三代（1978-1983） 16位的微处理器和微型电子计算机 Intel 8086 29000个晶体管 M68000 68000个晶体管 Z8000 37500个晶体管

第四代（1984-） 32位的微处理器和微型电子计算机 代表机型： Intel 80286 Intel 80386 MC68020

摩尔定律 每18个月微处理器内部的晶体管数量扩大一倍，计算机的性能将翻一番，而芯片的价格保持不变

1.3 我国电子计算机的发展 1973年，中国第一台百万次集成电路电子计算机研制成功 1983年，银河I号巨型计算机研制成功，运算次数达到每秒1亿次 1987年，第一台国产286微机---长城286正式推出 1988年，第一台国产386微机---长城386正式推出

我国电子计算机的发展 1993年，中国第一台10亿次巨型银河计算机II型通过鉴定，并于次年在国家气象局投入正式运行 1995年，曙光1000型大型机通过鉴定，其峰值可以达到每秒25亿次 1997年，银河III并行巨型机研制成功 1999年，银河四代巨型机研制成功 2000年，自行研制成功“神威I”高性能计算机

1.4 电子计算机的基本结构、 分类与性能评价

1.4.1 计算机硬件的基本组成 主存储器 辅助存储器 输入设备 控制器 输出设备 运算器 主机 数据流 指令流 程序或数据 程序或结果 CPU 程序计数器、指令寄存器、指令译码器、控制信号发生器

1.4.2 计算机系统的层次结构 软件的分类 系统软件 程序设计语言 应用软件 Dos，Windows，UNIX，LINUX，Oracle，SQL 程序设计语言 汇编语言，Basic，C/C++，Pascal，Java 应用软件 人事管理软件，财务管理软件等等

计算机系统的层次结构 实际机器M1 具有L1机器语言（机器指令系统）

计算机系统的层次结构 虚拟机器M2 具有L2机器语言（汇编语言） 实际机器M1 具有L1机器语言（机器指令系统）

计算机系统的层次结构 虚拟机器M3 具有L3机器语言（高级语言） 虚拟机器M2 具有L2机器语言（汇编语言） 实际机器M1

计算机系统的层次结构 虚拟机器M3 ，具有L3机器语言（高级语言） 虚拟机器M2，具有L2机器语言（汇编语言）

计算机系统的层次结构 虚拟机器M5，具有L5机器语言（应用语言） 虚拟机器M4 ，具有L4机器语言（高级语言）

1.4.3 电子计算机的分类 从电子计算机的内部实现来分 从电子计算机的性能来分 从电子计算机的用途来分 按设计目的：专用、通用电子计算机 模拟式电子计算机，数字式电子计算机 从电子计算机的性能来分 微型电子计算机，小型电子计算机，中型电子计算机，大型电子计算机，超级电子计算机 从电子计算机的用途来分 个人电子计算机，工业控制电子计算机，军用电子计算机，嵌入式电子计算机 按设计目的：专用、通用电子计算机

1.4.4 电子计算机的性能评价 基本字长 主存容量 主存容量=存储单元数*字长 运算速度 基本法 吉普森法（Gibson）

1.4.4 电子计算机的性能评价 MIPS（Million Instruction Per Second） CPI（Cycle Per Instruction） FPOPS（Floating Point Operation Per Second）

1.5 电子计算机的特点及应用

1.5.1 电子计算机的特点 自动连续地高速运算 运算速度快 具有记忆能力和逻辑判断能力 运算精度高 通用性强

1.5.2 计算机的应用 科学计算和数据处理 工业控制和实时控制 网络技术的应用 电子商务 网络教育 虚拟现实 飞行员的方针虚拟现实系统

1.5.2 计算机的应用 CAD/CAM/CIMS CAD（Computer Aided Design）按设计任务书的要求，可进行各种设计方案的比较，确定产品结构、外形尺寸、材料选择、模拟组装；再对模拟整机进行各种性能测试，包括强度分析、振动分析、运动状态分析等；并任意修正，最后从性能的先进性、经济的合理性、加工的可行性等方面进行论证，获得最终的设计产品，大大降低了产品设计的成本，缩短了产品的设计周期，最大限度地降低了产品设计的风险。因此，CAD技术已被各种制造业广泛应用。

1.5.2 计算机的应用 CAM（Computer Aided Manufacturing）是以数控机床为主体，利用存有全部加工资料的的数据库，如刀具、夹具和各种零件的加工程序，以及在加工过程中的自动换刀及加工数据的控制。目前人们已经将数控、物料流控制及存储、机器人、柔性制造、生产过程仿真等计算机相关控制技术统称为计算机辅助制造。

1.5.2 计算机的应用 CIMS（Computer Integrated Manufacturing Systems）是信息技术和现代管理技术改造传统制造业、加强新兴制造业、提高企业市场竞争能力的一种生产模式。具体而言，以企业选定的产品为龙头，在产品设计过程、管理决策过程、加工制造过程、产品质量管理和控制等过程中，采用计算机辅助技术和先进的科学管理方法，在计算机网络和数据库的支持下，实现系统集成，进而使企业优化运行，达到产品上市快，质量好，成本低、服务好的目的，以此提高产品的市场占有率和企业的市场竞争能力。

1.5.2 计算机的应用 多媒体技术 人工智能