计算机组成和结构第一章PPT

微处理器的发展简史与现状 微型计算机的分类 微型计算机硬件技术发展的特点与趋势 微型计算机硬件技术发展的特点 摩尔定律(Gordon Moore，Intel创始人之一) 微型计算机硬件技术发展的趋势 芯片技术将继续发挥原动力作用 制造工艺 导线材料 芯片材料 芯片技术(RISC-Reduced Instruction Set Computer ) (CISC-Complex Instruction Set Computer ) 多媒体和通信技术 硬件和软件更加紧密结合 笔记本电脑在个人计算机中的应用比例更加提升 程序执行过程 计算机系统的主要技术与性能指标 计算机的字长 在计算机系统内部，通常选用多少个二进制位来表示一个数据或一条指令是一个关键技术指标，例如16、32或者64位，这个位数被称为计算机的字长。例如在32位字长的计算机系统中，一个整数、一条指令通常都用32位二进制数表示，叫做一个字，运算器、存储器、数据和地址总线等通常都被设计成32位。字长对计算机的处理能力和运行性能有明显影响，字长较长有利于提高计算机的性能，但需要使用更多的硬件，计算机系统的价格也会高一些。 CPU的速度 衡量CPU速度，通常有两种方式。 第一种方式是使用CPU主频，即每一秒钟提供给CPU的时钟脉冲的个数，通常用赫兹(Hz)表示，例如500MHz。但对不同厂家、不同系列的计算机系统，只用CPU主频来说明其运行速度则未必准确。 第二种方式是使用CPU每一秒钟能执行的指令条数，单位是MIPS(million instructions per second)，其计算公式可以通过如下方式推导出来，T=CPI×T_IC×I，这里的T是执行一个程序占用的时间，CPI是执行一条指令平均使用的CPU时钟个数，T_IC是一个CPU时钟的时间长度，是CPU主频 f 的倒数 1/f，I 是这个程序的指令条数，3个数值的乘积就等于这个程序总的运行时间T。由此得到：I = T / (CPI×1/f) = T×f/CPI. 当取T=1s，并假定 f 为300MHz，CPI为 4，则计算出CPU系统的性能为300/4，即 75个MIPS，即每秒执行75个百万条整数运算指令。若有办法使这台计算机的CPI尽量靠近1，则其运行性能就可以提高近4倍，这正是精简指令系统计算机(RISC)所追求的目标。 若进一步细化，可安如下办法计算出一个程序中全部指令的平均 CPI ：按照指令的执行步骤数对全部指令进行分类，同类指令的条数×这类指令的CPI，再对各类指令的计算机结果求累加和，则累加和除以总指令条数就得到平均CPI，可以表示为 CPI平均=∑CPIj×Ij / I，这里的 j 是指令的种类编号(从0~n)。 可以用 MFLOPS 表示对浮点数指令的运算速度。 Petaflops ? 存储容量和读写速度 计算机中的存储器通常包括内存储器和外存储器两大类 内存储器(主存储器)，通常用半导体器件实现，读写速度快，价格较高，通常容量要小一些，例如几百MB或几到十几GB，可供CPU通过指令直接访问。 外存储器又称辅助存储器、海量存储器等，主要包括磁盘设备、光盘设备、磁带设备等，读写速度要慢得多，价格较低，容量很大，例如几十、几百GB或几十TB，外存储器上的信息需要经过操作系统成批量地(而不是以字为单位)与内存储器进行交换。 内存储器的读写周期通常为几十ns到一二百ns，读写外存储器中的几百个字节数据的时间通常要几到十几ms，而连续读出辅存中的一大批数据所用时间平均到每个数据上可能要更短得多。 通常还关心单位时间内能够对主存储器读写数据的总量，单位时间内能对辅助存储器交换数据的总量。 当前的计算机系统中都采取了许多增加存储器容量和速度的技术措施(高速缓存)。 输入输出设备的入出速度 种类繁多：计算机的输入输出设备是计算机系统中比较复杂的部分，不同设备组成和运行原理各不相同，与计算机主机的连接与控制方式也多有差异，在电子线路之外还涉及到精密机械、光学、激光、电磁转换等许多知识。 速度各异：不同的输入输出设备的运行速度各不相同，例如针式打印机每秒只能打印几个字符，而激光打印机则可以打印多行甚至几页打印纸的信息，键盘输入则主要取决于人员打字的速度。显示器的屏幕大小、分辨率高低、显示字符还是图形的不同内容、屏幕刷新频率等都对系统性能有重要影响。 目前的输入输出设备包含的种类特别多，远远超出了传统入出设备的概念，特别是随着多媒体技术的发展和应用，大量的电子设备已经成为现代计算机的外围设备。 教学环节与成绩评定 50学时教学，4学时习题 考试成绩 期中考试10% 期末考试70% 其它成绩(30%) 实验(10%) 课外作业(5%)