1、計算機組成原理計算機組成原理Principles of Computer Composition2一、一、計算機系統概述計算機系統概述31 1、計算機系統簡介、計算機系統簡介計算機系統由硬件系統和軟件系統構成。計算機系統由硬件系統和軟件系統構成。 計算機硬件（計算機硬件（HardwareHardware）是指構成計算機的所有實體部）是指構成計算機的所有實體部件的集合，通常這些部件由電路（電子元件）、機械等物件的集合，通常這些部件由電路（電子元件）、機械等物理部件組成理部件組成n軟件（軟件（Software)Software)：計算機系統中使用的各種程序，軟件：計算機系統中使用的各種程序，軟件系

2、統是指揮計算機硬件系統工作的程序集合。系統是指揮計算機硬件系統工作的程序集合。 n計算機的軟件通常又分為兩大類：系統軟件和應用軟件。計算機的軟件通常又分為兩大類：系統軟件和應用軟件。42 2、計算機系統的層次結構、計算機系統的層次結構 應應用用程程序序 操操作作系系統統 實實現現 指指令令系系統統 組組成成 編編譯譯 軟件軟件硬件硬件計算機系統按功能計算機系統按功能劃分成多級層次。劃分成多級層次。52 2、計算機系統的層次結構、計算機系統的層次結構n現代計算機的工作過程通常是先由用戶用高級語言編寫程現代計算機的工作過程通常是先由用戶用高級語言編寫程序（稱作源程序），然后將它和數據一起送入計算機

3、內，序（稱作源程序），然后將它和數據一起送入計算機內，再由計算機將其翻譯成機器能識別的機器語言程序（稱作再由計算機將其翻譯成機器能識別的機器語言程序（稱作目標程序），機器自動執行該機器語言程序，并將計算機目標程序），機器自動執行該機器語言程序，并將計算機結果輸出。結果輸出。62 2、計算機系統的層次結構、計算機系統的層次結構n一級層次結構的計算機系統一級層次結構的計算機系統 n早期的計算機只有機器語言，用戶必須用二進制早期的計算機只有機器語言，用戶必須用二進制0/10/1代碼代碼來編寫程序（即機器語言程序）。來編寫程序（即機器語言程序）。72 2、計算機系統的層次結構、計算機系統的層次結構n兩

4、級層次結構的計算機系統兩級層次結構的計算機系統n2020世紀世紀5050年代開始出現了符號式語言。用符號表示指令或年代開始出現了符號式語言。用符號表示指令或數據所在存儲空間的地址，機器不能直接識別這種匯編語數據所在存儲空間的地址，機器不能直接識別這種匯編語言程序，由機器系統軟件中的匯編程序來完成程序翻譯。言程序，由機器系統軟件中的匯編程序來完成程序翻譯。n把具有翻譯功能的匯編程序的計算機看作是一臺虛擬機，把具有翻譯功能的匯編程序的計算機看作是一臺虛擬機，則整個計算機系統便具有兩級層次結構。則整個計算機系統便具有兩級層次結構。 82 2、計算機系統的層次結構、計算機系統的層次結構n三級層次結構的

5、計算機系統三級層次結構的計算機系統n直接用高級語言來編程。直接用高級語言來編程。n必須先將高級語言程序翻譯成匯編語言程序（或必須先將高級語言程序翻譯成匯編語言程序（或其他中間語言程序），然后再將其翻譯成機器語其他中間語言程序），然后再將其翻譯成機器語言程序。也可將高級語言程序直接翻譯成機器語言程序。也可將高級語言程序直接翻譯成機器語言程序。言程序。92 2、計算機系統的層次結構、計算機系統的層次結構102 2、計算機系統的層次結構、計算機系統的層次結構n四級層次結構的計算機系統四級層次結構的計算機系統nM1M1機器內部也可向下延伸而形成下一級的微程序機器機器內部也可向下延伸而形成下一級的微程序

6、機器M0M0。M0M0是直接將是直接將M1M1機器中的每一條機器指令翻譯成一組微指令，機器中的每一條機器指令翻譯成一組微指令，即構成一個微程序。即構成一個微程序。M0M0機器每執行完對應于一條機器指令機器每執行完對應于一條機器指令的一個微程序后，便由的一個微程序后，便由M1M1機器中的下一條機器指令，使機器中的下一條機器指令，使M0M0機器自動進入與其相對應的另一個微程序的執行。機器自動進入與其相對應的另一個微程序的執行。112 2、計算機系統的層次結構、計算機系統的層次結構122 2、計算機系統的層次結構、計算機系統的層次結構n五級計算機系統的層次結構。五級計算機系統的層次結構。n在實際機器

7、在實際機器M1M1與虛擬機器與虛擬機器M2M2之間，還有一級虛擬機器，它之間，還有一級虛擬機器，它是由操作系統軟件構成的。是由操作系統軟件構成的。n操作系統的功能是通過其控制語言來實現的。操作系統的功能是通過其控制語言來實現的。132 2、計算機系統的層次結構、計算機系統的層次結構142 2、計算機系統的層次結構、計算機系統的層次結構 計算機系統按功能劃分成計算機系統按功能劃分成5 5級層次，每一級各對應一種級層次，每一級各對應一種機器。機器。 從某一層次的觀察者看來，他只通過該層次的語言來了從某一層次的觀察者看來，他只通過該層次的語言來了解和使用計算機，不必關心下幾層的機器是如何工作和實現解

8、和使用計算機，不必關心下幾層的機器是如何工作和實現各自功能的。各自功能的。2 2、計算機系統的層次結構、計算機系統的層次結構15軟件軟件硬件硬件由硬件直接執行微指令由硬件直接執行微指令微指令系統微指令系統-微程序機器微程序機器M0邏輯設計員邏輯設計員用編譯程序翻譯用編譯程序翻譯成匯編語言程序成匯編語言程序高級語言高級語言-虛擬機器虛擬機器 M4高級語言程序員高級語言程序員用匯編程序翻譯用匯編程序翻譯成機器語言程序成機器語言程序匯編語言匯編語言-虛擬機器虛擬機器 M3匯編語言程序員匯編語言程序員用機器語言解釋操作系統用機器語言解釋操作系統操作系統操作系統-虛擬機器虛擬機器 M2操作員操作員用微指

9、令解釋機器指令用微指令解釋機器指令機器指令機器指令-實際機器實際機器 M1機器語言程序員機器語言程序員由軟件實現的由軟件實現的虛擬機器虛擬機器。由硬件實現的由硬件實現的實際機器實際機器。是我們將要學習的！是我們將要學習的！虛擬機：虛擬機：是一個由軟件實現是一個由軟件實現的抽象計算機，的抽象計算機，不同軟件（語言）不同軟件（語言）角度獲得不同角度獲得不同層次的虛擬機。層次的虛擬機。163 3、計算機的基本組成、計算機的基本組成計算機系統結構計算機系統結構 Computer ArchitectureComputer Architecture 是從計算機系統的外部來研究計算機的一門學科。是從計算機系

10、統的外部來研究計算機的一門學科。 從程序員角度觀察到的計算機外特性從程序員角度觀察到的計算機外特性 概念性的屬概念性的屬性和功能。性和功能。 對不同虛擬機層次程序員看到的外特性不完全相同。對不同虛擬機層次程序員看到的外特性不完全相同。透明性：在計算機技術中，一種本來是存在的事物或屬透明性：在計算機技術中，一種本來是存在的事物或屬性，但從某角度看似乎不存在，稱為透明性現象。性，但從某角度看似乎不存在，稱為透明性現象。計算機組成計算機組成 Principles of Computer Composition（學習）學習） 是從計算機系統的內部來研究計算機構成的。是從計算機系統的內部來研究計算機構成

11、的。 從邏輯設計人員的角度來研究計算機各組成部分的構成從邏輯設計人員的角度來研究計算機各組成部分的構成和互聯。和互聯。 研究主要內容：運算方法、研究主要內容：運算方法、CPUCPU組成、主存儲器、輸入組成、主存儲器、輸入/ /輸出設備及接口等。輸出設備及接口等。計算機實現計算機實現computer implementationcomputer implementation 計算機組成的物理實現。計算機組成的物理實現。17馮馮諾依曼計算機的特點諾依曼計算機的特點當代計算機體系結構形式是當代計算機體系結構形式是馮馮. .諾依曼諾依曼等人提出了等人提出了計算機設計的一計算機設計的一些基本思想些基本思

12、想，到目前為止大多數計算機仍沿用這一體制。，到目前為止大多數計算機仍沿用這一體制。 馮馮. .諾依曼體制特點：諾依曼體制特點：1 1、計算機由、計算機由運算器運算器、控制器控制器、存儲器存儲器、輸入設備、輸出設備輸入設備、輸出設備五大五大基本部件組成。基本部件組成。2 2、引入、引入存儲程序存儲程序概念。（計算機不僅可以存儲數據也可以存儲程概念。（計算機不僅可以存儲數據也可以存儲程序）序） 將程序事先存入主存儲器中，計算機在工作時自動高速從存將程序事先存入主存儲器中，計算機在工作時自動高速從存儲器中取出指令加以執行。儲器中取出指令加以執行。3 3、指令由、指令由操作碼操作碼和和地址碼地址碼組成

13、。組成。 指令在計算機中是順序執行的，并受指令在計算機中是順序執行的，并受PCPC的統一控制。的統一控制。4 4、指令和數據均用、指令和數據均用二進制二進制表示。表示。5 5、指令和數據以同等地位存于存儲器，可按地址尋訪。、指令和數據以同等地位存于存儲器，可按地址尋訪。18計算機的硬件框圖計算機的硬件框圖典型馮典型馮. .諾依曼計算機結構以運算器為中心：諾依曼計算機結構以運算器為中心： 輸入輸出設備與存儲器之間的數據傳送都途徑運算器。輸入輸出設備與存儲器之間的數據傳送都途徑運算器。 運算器、存儲器、輸入輸出設備的操作以及它們之間的聯運算器、存儲器、輸入輸出設備的操作以及它們之間的聯系都由控制器

14、集中控制。系都由控制器集中控制。 存存 儲儲 器器 輸輸 出出 輸輸 入入 運運 算算 器器 控控 制制 器器 數數 據據 線線 路路 控控 制制 信信 號號 19計算機的硬件框圖計算機的硬件框圖現在的計算機結構（馮現在的計算機結構（馮. .諾依曼結構）諾依曼結構）不改變的：存儲程序（精華）不改變的：存儲程序（精華）改變的是：以存儲器為中心，總線結構，分散控制。改變的是：以存儲器為中心，總線結構，分散控制。輸入設備輸入設備控制器控制器存儲器存儲器輸出設備輸出設備運算器運算器地址地址指令指令數據數據結果結果反饋信息反饋信息操作指令操作指令控制信號控制信號請求信號請求信號控制信號控制信號請求信號請

15、求信號203 3、計算機系統的組成：硬件系統、計算機系統的組成：硬件系統(1)CPU(1)CPU（運算器、控制（運算器、控制器、器、CacheCache）(2)(2)存儲系統（高速緩存儲系統（高速緩存、主存儲器、外存、主存儲器、外存設備）存設備）(3)(3)輸入輸入/ / 輸出設備等輸出設備等主要組成部分主要組成部分 通過總線和接口連通過總線和接口連接在一起，構成一接在一起，構成一臺完整的計算機。臺完整的計算機。系系統統總總線線存儲器存儲器運算器運算器控制器控制器接口與通信接口與通信輸入設備輸入設備輸出設備輸出設備213 3、計算機系統的組成：硬件系統、計算機系統的組成：硬件系統計算機進行解題

16、的過程完全和我們人用算盤解題的情況類似：計算機進行解題的過程完全和我們人用算盤解題的情況類似：運算器：運算器：相當于相當于算盤算盤，具有，具有計算計算功能的部件。功能的部件。存儲器存儲器：相當于：相當于紙紙，具有，具有記憶記憶功能的部件。功能的部件。輸入設備輸入設備或者或者輸出設備輸出設備：相當于：相當于筆筆，把原始解題數據送到計，把原始解題數據送到計算機或者把運算結果顯示出來的設備。算機或者把運算結果顯示出來的設備。控制器控制器：相當與我們人的：相當與我們人的大腦大腦，能夠自動控制整個計算過程，能夠自動控制整個計算過程的。的。223 3、計算機系統的組成：硬件系統、計算機系統的組成：硬件系統

17、運算器運算器: 是計算機中進行數據加工的部件。是計算機中進行數據加工的部件。其主要功能包括：其主要功能包括：1、執行數值數據的、執行數值數據的 加加 減減 乘乘 除除 等等算術運算算術運算，執行邏輯數據，執行邏輯數據的的 與與 或或 非非 等等邏輯運算邏輯運算， 所有的運算功能由一個被稱為所有的運算功能由一個被稱為 ALU（算術邏輯單元）（算術邏輯單元）的的線路完成。線路完成。 功能強的功能強的ALU還能執行定點運算、浮點運算，甚至向量還能執行定點運算、浮點運算，甚至向量運算。運算。2、暫時存放暫時存放參加運算的數據和參加運算的數據和中間結果中間結果。 （由多個通用寄存器來完成）（由多個通用寄

18、存器來完成）233 3、計算機系統的組成：硬件系統、計算機系統的組成：硬件系統控制器：控制器：是計算機的管理機構和指揮中心。是計算機的管理機構和指揮中心。（人的大腦人的大腦）控制計算機的各個部件，控制計算機的各個部件，對運算器、存儲器、輸入對運算器、存儲器、輸入/輸出設備等部件發出有關操作命令。輸出設備等部件發出有關操作命令。功能：功能：1、正確執行每條指令（單個指令）、正確執行每條指令（單個指令）先取一條指令、先取一條指令、分析這條指令、分析這條指令、再按指令格式和功能執行這條指令。再按指令格式和功能執行這條指令。2、保證指令按規定序列自動連續執行。、保證指令按規定序列自動連續執行。（多個指

19、令）（多個指令）3、對異常情況和請求及時響應和處理。、對異常情況和請求及時響應和處理。系系統統總總線線存儲器存儲器運算器運算器控制器控制器接口與通信接口與通信輸入設備輸入設備輸出設備輸出設備243 3、計算機系統的組成：硬件系統、計算機系統的組成：硬件系統存儲器：存儲器：是存放程序和數據的部件，它具有是存放程序和數據的部件，它具有記憶記憶作用。作用。三級存儲系統三級存儲系統：高速緩沖存儲器、高速緩沖存儲器、主存儲器、主存儲器、輔助存儲器輔助存儲器。這三級存儲器所用的存儲介質這三級存儲器所用的存儲介質（半導體材料，磁性材料），（半導體材料，磁性材料），工作原理和特性各不相同。工作原理和特性各不相

20、同。系系統統總總線線存儲器存儲器運算器運算器控制器控制器接口與通信接口與通信輸入設備輸入設備輸出設備輸出設備253 3、計算機系統的組成：硬件系統、計算機系統的組成：硬件系統存儲器存儲器是是存儲單元存儲單元的集合。的集合。存儲器的基本操作：存儲器的基本操作：讀讀/寫寫，統稱為，統稱為訪問訪問。每個存儲單元都有一個編號，稱為每個存儲單元都有一個編號，稱為“地址地址”。存儲器的容量：存儲器的容量：存儲器所有存儲單元的總數（通常以存儲器所有存儲單元的總數（通常以字節字節為單位）。為單位）。例如：例如：賓館的房間號碼是地址，賓館的房間號碼是地址，每個房間里的床位相當于存儲的一位數據。每個房間里的床位相

21、當于存儲的一位數據。1KB（210字節字節）1MB（220字節）字節）1GB（230字節）字節）1TB（240字節）字節）存儲單元地址存儲單元地址：每個存儲單元賦予一個地址：每個存儲單元賦予一個地址存儲字：存儲字：存儲單元中二進制代碼的組合存儲單元中二進制代碼的組合存儲字長：存儲字長：存儲單元中二進制代碼的位數存儲單元中二進制代碼的位數8位；位；16位；位；32位；位；64位位10110010存儲單元存儲單元（房間）（房間）存儲位（床位：有人存儲位（床位：有人/無人）無人）存儲器存儲器（大樓）（大樓）地址地址263 3、計算機系統的組成：硬件系統、計算機系統的組成：硬件系統輸入設備：輸入設備：

22、向計算機向計算機送入程序和數據送入程序和數據的，有一定獨立功能的的，有一定獨立功能的設備。設備。它通過它通過接口接口和和總線總線與計算機連通，用于人機交互聯系，把人與計算機連通，用于人機交互聯系，把人們所熟悉的某種數據變換成機器內部所能接收和識別的二們所熟悉的某種數據變換成機器內部所能接收和識別的二進制數據。進制數據。例如：鍵盤、鼠標等。例如：鍵盤、鼠標等。系系統統總總線線存儲器存儲器運算器運算器控制器控制器接口與通信接口與通信輸入設備輸入設備輸出設備輸出設備273 3、計算機系統的組成：硬件系統、計算機系統的組成：硬件系統輸出設備：輸出設備：用于送出計算機內部數據的設備。用于送出計算機內部數

23、據的設備。它把計算機的數據以人們能以識別的形式輸出。它把計算機的數據以人們能以識別的形式輸出。例如：顯示器等例如：顯示器等系系統統總總線線存儲器存儲器運算器運算器控制器控制器接口與通信接口與通信輸入設備輸入設備輸出設備輸出設備283 3、計算機系統的組成：硬件系統、計算機系統的組成：硬件系統接口接口：通過接口，主機和外設可以并行協調地工作。：通過接口，主機和外設可以并行協調地工作。輸入輸入/ /輸出設備通常稱為輸出設備通常稱為外圍設備外圍設備。其種類繁多，數據傳送方式和速。其種類繁多，數據傳送方式和速度差異也很大，因此它度差異也很大，因此它不能直接同計算機相連接不能直接同計算機相連接，而要通過

24、，而要通過接口接口與與主機相連接。主機相連接。例如：例如：網卡、聲卡、顯卡等。網卡、聲卡、顯卡等。系統總線：系統總線：是是構成計算機系統的骨架，構成計算機系統的骨架，是多個系統部件之間進行數據傳送的是多個系統部件之間進行數據傳送的公公共通道共通道。借助系統總線的連接，計算機在各系統借助系統總線的連接，計算機在各系統部件之間實現地址部件之間實現地址、數據、控制數據、數據、控制數據的的傳送。傳送。例如：主板例如：主板系系統統總總線線存儲器存儲器運算器運算器控制器控制器接口與通信接口與通信輸入設備輸入設備輸出設備輸出設備294 4、計算機硬件的主要技術指標、計算機硬件的主要技術指標計算機硬件的三個主

25、要技術指標：計算機硬件的三個主要技術指標：n機器字長：機器字長：字長是指計算機的運算部件能同時處理的二進字長是指計算機的運算部件能同時處理的二進制數據的位數。通常是字節的整倍數。制數據的位數。通常是字節的整倍數。通常與通常與CPU的寄的寄存器位數有關。存器位數有關。n字長與計算機的功能和用途有很大的關系，字長決定了計字長與計算機的功能和用途有很大的關系，字長決定了計算機的運算精度。算機的運算精度。30nIntelX86數據總線、寄存器位寬數據總線、寄存器位寬314 4、計算機硬件的主要技術指標、計算機硬件的主要技術指標運算速度：運算速度： 主頻：主頻：CPUCPU時鐘周期的倒數時鐘周期的倒數

26、MIPSMIPS：每秒執行百萬條指令每秒執行百萬條指令 FLOPSFLOPS：每秒浮點運算次數每秒浮點運算次數 CPICPI：執行一條指令所需時鐘周期數執行一條指令所需時鐘周期數由于各種指令執行時間不同：某計算機的統計結果為由于各種指令執行時間不同：某計算機的統計結果為1 109nV= 0.3200+0.2 400+0.1 2500+0.2 300 +0.2 250n =2 106條條=2MIPS n即平均每秒能執行即平均每秒能執行200萬條機器指令萬條機器指令324 4、計算機硬件的主要技術指標、計算機硬件的主要技術指標n例題：例題：n設某甲機主頻為設某甲機主頻為200MHZ，平均每，平均每

27、5個時鐘執行完一條個時鐘執行完一條指令，問該機平均指令執行速度為多少指令，問該機平均指令執行速度為多少MIPS解：（解：（200/5）106= 40 MIPS若乙機主頻為若乙機主頻為300MHZ，其它條件不變，問其，其它條件不變，問其MIPS是是n多少？多少？n（300/5）106= 60 MIPS334 4、計算機硬件的主要技術指標、計算機硬件的主要技術指標存儲容量：存儲容量：存放二進制信息的總位數存放二進制信息的總位數（通常用字節表示，包括主存與輔存）（通常用字節表示，包括主存與輔存） 存儲單元個數存儲單元個數 存儲字長存儲字長通常以字節數表示主存的容量或外存的容量：通常以字節數表示主存的

28、容量或外存的容量： 1KB=1024B=210B 1MB=1024KB=220B=1048576B 1GB=1024MB=230B=1073741824B 1TB=1024GB=240B=1099511627776B作業作業n課后習題課后習題3435二、二、 計算機的發展及應用計算機的發展及應用361 1、計算機發展史、計算機發展史從器件發展而言，從器件發展而言，經歷了四次更新換代經歷了四次更新換代 電子管、繼電器存儲電子管、繼電器存儲 晶體管磁介質存儲晶體管磁介質存儲 集成電路集成電路 大規模和超大規模集成電路大規模和超大規模集成電路 從結構的發展而言，經歷了：從結構的發展而言，經歷了： 單

29、個單個CPUCPU單機系統單機系統 流水線機流水線機 多處理機多處理機 大規模大規模的并行處理機的并行處理機從技術的發展上而言，經歷了：從技術的發展上而言，經歷了： 變址技術變址技術 中斷技術中斷技術 微程序技術微程序技術 緩沖技術共享緩沖技術共享 重用技術重用技術 虛擬技術虛擬技術 371 1、計算機發展史、計算機發展史類型類型時期時期主要器件主要器件重重 要要 特特 征征第一代第一代1946-1958電子管電子管機器語言匯編語言，速度低體機器語言匯編語言，速度低體積大，價格貴可靠性差，用于積大，價格貴可靠性差，用于科學計算科學計算第二代第二代1958-1964晶體管晶體管算法語言，操作系統

30、，體積縮算法語言，操作系統，體積縮小，可靠性提高，從科學計算小，可靠性提高，從科學計算擴大到數據處理擴大到數據處理第三代第三代1964-1971中、小規模中、小規模集成電路集成電路體積小，可靠性大大提高，速體積小，可靠性大大提高，速度達幾度達幾MIPS，軟件和外軟件和外設發展迅速應用領域擴大設發展迅速應用領域擴大第四代第四代1971-大及超大規大及超大規模集成電路模集成電路速度提高，多機并行處理和計速度提高，多機并行處理和計算機網絡迅速發展。算機網絡迅速發展。 “微型微型機機” 出現出現381 1、計算機發展史、計算機發展史發展趨勢：發展趨勢：硬件實現的比例越來越高，軟件所占的成本上升。硬件實

31、現的比例越來越高，軟件所占的成本上升。硬件實現：速度快，靈活性差；軟件實現：速度低，靈活性高。硬件實現：速度快，靈活性差；軟件實現：速度低，靈活性高。隨著大規模集成電路技術的發展和軟件硬化的趨勢，要明確劃分計隨著大規模集成電路技術的發展和軟件硬化的趨勢，要明確劃分計算機系統軟、硬件界限已經顯得比較困難了。因為任何操作和指令算機系統軟、硬件界限已經顯得比較困難了。因為任何操作和指令可以由軟件來實現，也可以由硬件來實現。可以由軟件來實現，也可以由硬件來實現。軟硬件比例軟硬件比例 軟件軟件 硬件硬件最少硬件最少硬件 目前計算機目前計算機 不可編程不可編程 發展發展 硬件硬件 軟件軟件成本成本年代年代

32、391 1、計算機發展史、計算機發展史n世界上第一臺電子數字計算機世界上第一臺電子數字計算機nENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)，由美國賓夕法尼亞大學于由美國賓夕法尼亞大學于1946年研制成功并投入使用。年研制成功并投入使用。401 1、計算機發展史、計算機發展史41422、第四代計算機微處理器的發展、第四代計算機微處理器的發展nIntel 4004n1971年年1月，月，Intel公司的公司的霍夫霍夫研制成功世界上第一塊研制成功世界上第一塊4位芯位芯片片Intel 4004，標志著第一代微處理器問世，微處理器和，標志著第一代

33、微處理器問世，微處理器和微機時代從此開始。微機時代從此開始。n1971年年11月，月，Intel推出推出MCS-4微型計算機系統（包括微型計算機系統（包括4001 ROM芯片、芯片、4002 RAM芯片、芯片、4003移位寄存器芯片和移位寄存器芯片和4004微處理器）微處理器）43Intel 40044004包含包含2300個晶體管，計算性能遠遠超過當年的個晶體管，計算性能遠遠超過當年的ENIAC，最初售價為最初售價為200美元。美元。44800819721972年年4 4月，霍夫等人開發出月，霍夫等人開發出第一個第一個8 8位微處理器位微處理器Intel Intel 80088008。由于。

34、由于80088008采用的是采用的是P P溝溝道道MOSMOS微處理器，因此仍屬第微處理器，因此仍屬第一代微處理器。一代微處理器。 458080 第二代微處理器第二代微處理器 1973年年8月，霍夫等人研制出月，霍夫等人研制出8位微處理器位微處理器Intel 8080，以以N溝道溝道MOS電路取代了電路取代了P溝道，第二代微處理器就此溝道，第二代微處理器就此誕生。誕生。 主頻主頻2MHz的的8080芯片運算速度比芯片運算速度比8008快快10倍，可存倍，可存取取64KB存儲器，使用了基于存儲器，使用了基于6微米技術的微米技術的6000個晶體管，個晶體管，處理速度為處理速度為0.64MIPS。

35、46Intel 8086 第三代微處理器第三代微處理器n1978年年6月，月，Intel推出推出4.77MHz的的8086微處理器，標志著微處理器，標志著第三代微處理器問世。它采用第三代微處理器問世。它采用16位寄存器、位寄存器、16位數據總線位數據總線和和29000個個3微米技術的晶體管，售價微米技術的晶體管，售價360美元。美元。47Z80微處理器微處理器nZilog公司于公司于1976年開發的年開發的Z80微處理器，廣泛用于微型計微處理器，廣泛用于微型計算機和工業自動控制設備。當時，算機和工業自動控制設備。當時，zilog、Motorola和和Intel在微處理器領域三足鼎立。在微處理器

36、領域三足鼎立。48第一臺微型計算機：第一臺微型計算機：Altair 8800n1975年年4月，月，MITS發布第一個通用型發布第一個通用型Altair8800，售價，售價375美元，帶有美元，帶有256B內存，儲存能力內存，儲存能力4096B。沒有屏幕。沒有屏幕和鍵盤，也沒有軟件。這是世界上第一臺微型計算機。和鍵盤，也沒有軟件。這是世界上第一臺微型計算機。nAltair定位在青年電腦迷市場定位在青年電腦迷市場nBillGates（比爾（比爾蓋茨）和蓋茨）和PaulAllen（保羅（保羅艾倫）在艾倫）在八周內為八周內為Altair開發出開發出BASIC語言，語言，MITS成為兩個未來成為兩個未

37、來富翁的第一個客戶富翁的第一個客戶49Edward Roberts愛德華愛德華羅伯茨羅伯茨50Applen1976年年3月，月，Steve Wozniak(史蒂夫史蒂夫沃茲尼亞克沃茲尼亞克)和和Steve Jobs(史蒂夫史蒂夫喬布斯喬布斯)開發出微型計算機開發出微型計算機Apple I，4月月1日日愚人節這天，兩個愚人節這天，兩個Steve成立了成立了Apple計算機公司。計算機公司。 nApple II是第一個帶有彩色圖形的個人計算機，售價為是第一個帶有彩色圖形的個人計算機，售價為1300美元。美元。Apple II及其系列改進機型風靡一時，這使及其系列改進機型風靡一時，這使Apple成為

38、微型機時代最成功的計算機公司。成為微型機時代最成功的計算機公司。51Steve WozniakSteve Jobs52Steve JobsSteve Wozniak5354Steve JobsSteve Wozniak551981-PC元年元年n早在早在1980年年7月，一個負責月，一個負責“跳棋計劃跳棋計劃”的的13人小組秘密人小組秘密來到佛羅里達州波克羅頓鎮的來到佛羅里達州波克羅頓鎮的IBM研究發展中心，開始開研究發展中心，開始開發后來被稱為發后來被稱為IBM PC的產品。一年后的的產品。一年后的8月月12日，日，IBM公司在紐約宣布第一臺公司在紐約宣布第一臺IBM PC誕生，這個開創計算

39、機歷誕生，這個開創計算機歷史新篇章的時刻。史新篇章的時刻。n第一臺第一臺IBM PC采用了主頻為采用了主頻為4.77MHz的的Intel 8088n操作系統是操作系統是Microsoft提供的提供的MS-DOSnIBM將其命名為將其命名為“個人電腦個人電腦n（Personal Computer）56從從CPU的發展來看的發展來看 40048008-8086-8088-80186-80286- 80386-80486-586-pentium-PII-PIII-P4n從計算機的規模，運算速度上看，從計算機的規模，運算速度上看，n巨型機、大型機、中型機、小型機、巨型機、大型機、中型機、小型機、n微型

40、機、單片機微型機、單片機57582、第四代計算機微處理器的發展、第四代計算機微處理器的發展型號型號4004400480088008808080808086/80888086/8088802868028680386DX80386DX80486DX80486DXPentiumPentiumPentium ProPentium ProPentium IIPentium IIPentium IIIPentium IIIPentium 4Pentium 4發布日期發布日期1971197119721972197419741978197819821982198519851989198919931993199

41、51995199719971999199920002000制造工藝制造工藝PMOSPMOSPMOSPMOSNMOSNMOSNMOSNMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOSBiCMOSBiCMOSBiCMOSBiCMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOS特征尺寸特征尺寸（ m m）101010106 63 31.51.51.51.51.01.00.80.80.350.350.350.350.180.180.180.18集成度集成度（晶體管）（晶體管）2 3002 3003 5003 5006 0006 00029 00029 000134 000134 000275

42、 000275 0001 200 0001 200 0003 100 0003 100 0005 500 0005 500 0007 500 0007 500 00028 000 00028 000 00042 000 00042 000 000工作頻率工作頻率108KHz108KHz200kHz200kHz2MHz2MHz5MHz5MHz6MHz6MHz16MHz16MHz25/33MHz25/33MHz60/66MHz60/66MHz150MHz150MHz233MHz233MHz500MHz500MHz1400MHz1400MHz基片面積基片面積（mm2mm2）13.513.515.21

43、5.220.020.028.628.668.768.7104104163163264264310310209209140140224224IntelIntel公司部分微處理器的部分工藝參數公司部分微處理器的部分工藝參數 59我國計算機技術的發展我國計算機技術的發展n1953年開始研究，年開始研究，1958年研究出第一臺計算機，年研究出第一臺計算機，103型通型通用計算機用計算機n50年來相繼研究出了第二代，第三代計算機。年來相繼研究出了第二代，第三代計算機。n80年代研究出了每秒億次的巨型機，銀河年代研究出了每秒億次的巨型機，銀河I,II,其他如曙其他如曙光天演光天演(清華清華BBS,學校高性

44、能計算中心學校高性能計算中心)。1985年年6月，中月，中國第一臺自行研制的微機長城國第一臺自行研制的微機長城0520研制成功，其廣告詞是：研制成功，其廣告詞是：“一臺我們自己制造的能夠處理中文的電腦一臺我們自己制造的能夠處理中文的電腦”。 n在高性能計算，并行計算上已緊跟國際先進水平，但計算在高性能計算，并行計算上已緊跟國際先進水平，但計算機的核心部件機的核心部件CPU技術還遠遠落后。技術還遠遠落后。n中科院研究開發的龍芯中科院研究開發的龍芯GODSON60613、計算機分類、計算機分類n計算機的分類計算機的分類n超級計算機超級計算機 用于科學計算領域，用于科學計算領域，Gray-1Gray-1，銀河機，銀河機n大型計算機大型計算機 多用戶的通用計算機多用戶的通用計算機n小型計算機小型計算機 體積小、成本低，通用性強體積小、成本低，通用性強n工作站工作站 強大的圖形功能強大的圖形功能n微型計算機微型計算機 成本低、應用廣成本低、應用廣n嵌入式計算機嵌入式計算機 成為其它設備的一部分成為其它設備的一部分624、計算機的應用、計算機的應用一、科學計算和數