冯诺依曼结构的计算机-同济大学精品课程

* 第一章 概 述 同济大学软件学院 课程的内容： 1．介绍单计算机系统的硬件组成 (内部结构、工作机制) 2．计算机自动工作的原理 3．在对工作原理了解的基础上，讲述有关计算机设 计的基本概念、方法，最终设计一个简单的计算机。 内 容 提 要 一、数字逻辑和有限状态机(第一章与第二章) 二、计算机组成和系统结构 第三章 指令集结构 第四章 存储器系统 第五章 寄存器传送语言 第六章 CPU设计 第七章 微序列控制单元设计 第八章 运算方法 第九章 存储层次 第十章 输入输出结构 三、高级专题(RISC计算机和并行处理) 第一章 概 述 1.1 计算机的发展历史 1.2 计算机系统的组成 1.3 计算机的特点和性能指标 1.4 计算机的分类与应用 计算机到目前为止已经发展了五代。 第一代(1946～1959)：电子管计算机 第一台存储程序电子计算机EDVAC：1950年 由冯·诺依曼和莫尔学院合作研制 冯.诺依曼结构的关键：存储程序 第二代(1959～1964)：晶体管计算机 第三代(1965～1974)：集成电路计算机 第四代(1975～1990)：大规模/超大规模集成电路计算机 第五代(1990～ )：高性能微处理器、高密度电路 1.1 计算机的发展历史 第一代 (1945-1954) 电子管和继电器 存储程序计算机、程序控制I/O 机器语言和汇编语言 普林斯顿ISA、ENIAC、IBM701 第二代 (1955-1964) 晶体管、磁芯、印刷电路 浮点数据表示、寻址技术、中断、I/O处理机 高级语言和编译、批处理监控系统 Univac LARC、CDC1604、IBM7030 第三代 (1965-1974) SSI和MSI、多层印刷电路、微程序 流水线、Cache、先行处理、系列计算机 多道程序和分时操作系统 IBM360/370、CDC6600/7600、DEC PDP-8 第四代 (1974-1990) LSI和VLSI、半导体存储器 向量处理、分布式存储器 并行与分布处理 Cray-1、IBM 3090、DEC VAX9000、Convax-1 第五代(1991-) 高性能微处理器、高密度电路 超标量、超流水、SMP、MP、MPP 大规模、可扩展并行与分布处理 SGI Cray T3E、IBM SP2、DEC AlphaServer8400 1.2 计算机系统的组成 计算机系统＝软件＋硬件/固件 硬件：构成计算机的设备实体。 软件：各类程序和文件。 1.2.1 计算机硬件系统 一、计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入 设备和输出设备五大部件组成。 CPU ＝运算器＋控制器 主机＝CPU＋主存 I/O系统＝输入设备＋输出设备 1.运算器 功能：对信息进行算术或逻辑运算。 组成： (1) 算术逻辑部件ALU：完成各种 运算功能。 核心部件：加法器 (2) 寄存器组：存放数据。 AC MQ 算术逻辑线路 DR CU M 2. 存储器M 功能：存放程序和数据。 (1) 一般分为三级 CPU能按存储单元地址直接访 问主存；辅存的作用是扩大存储 系统的容量；高速缓冲存储器 (Cache)的作用是解决CPU与主存 之间速度不匹配的矛盾，提高存 储系统的速度。 CPU Cache 主存(内存) 辅存(外存) (2)主存的组成 CPU 来的地址 地　址　译　码　器 存储单元 存储单元 … 存储体 地址寄存器MAR 数据寄存器MDR 存储控制线路 AB DB CPU R/W 0…00 0…01 1…11 存储器是由许多存储单元组成的。 每个存储单元都有编号，称为地址。 存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。 3. 控制器CU 功能：根据人们预先确定的算法和操作步骤(程序)，控制 与协调计算机各部件的自动工作。 4. I/O部件 输入设备：将参加运算的数据和程序送入主机，并将它 转换成机器能识别的信号。 如键盘、鼠标、磁盘等。 输出设备：将计算机的处理结果以能为人们接受的或能