1、回 顧計算機的分類 模擬計算機 / 數字計算機 單片機 / 微型機 / 工作站 / 服務器 / 大型機現代計算機的發展簡史 電子管 、晶體管、集成電路、大規模集成電路、超大規模集成電路教學內容 1.3 計算機硬件 1.4 計算機軟件 1.5 計算機層次結構教學要求掌握計算機的主要性能指標。掌握計算機體系結構、計算機組成的概念。熟練掌握馮.諾依曼結構，計算機硬件的五個主要部分。了解計算機軟件的組成與分類。計算機的性能指標吞吐量: 表征一臺計算機在某一時間間隔內能夠處理的信息量，單位是字節/秒（B/S）。響應時間: 表征從輸入有效到系統產生響應之間的時間度量，用時間單位來度量， 例如微秒（10-6

2、s）、納秒（10-9s）。計算機的性能指標利用率: 表示在給定的時間間隔內，系統被實際使用的時間所占的比率，一般用百分比表示。處理機字長: 指處理機運算器中一次能夠完成二進制數運算的位數。當前處理機的字長有8位、16位、32位、64位。字長越長，表示計算的精度越高。計算機的性能指標總線寬度: 一般指CPU中運算器與存儲器之間進行互連的內部總線二進制位數。存儲器容量: 存儲器中所有存儲單元的總數目，通常用KB、MB、GB、TB來表示。 其中K=210，M=220，G=230，T=240，B=8位（1個字節）。 存儲器容量越大，記憶的二進制數越多。 計算機的性能指標存儲器帶寬: 存儲器的速度指標，

3、單位時間內從存儲器讀出的二進制數信息量，一般用字節數/秒表示。 主頻/時鐘周期:CPU的工作節拍受主時鐘控制，主時鐘不斷產生固定頻率的時鐘，主時鐘的頻率（f）叫CPU的主頻。度量單位是MHz（兆赫茲）、GHz（吉赫茲）。例如Pentium系列機為60MHz266MHz，而Pentium 4則升至。 計算機的性能指標主頻的倒數稱為: CPU時鐘周期（T），即T=1/f，度量單位是微秒、納秒。CPU執行時間：表示CPU執行一段程序所占用的CPU時間，可用下式計算：CPU執行時間 CPU時鐘周期數 CPU時鐘周期長計算機的性能指標CPI:表示每條指令周期數，即執行一條指令所需的平均時鐘周期數。用下式

4、計算：MIPS：是單位時間內的執行指令數，所以MIPS值越高說明機器速度越快。計算機的性能指標程序執行時間Te為： MFLOPS：表示每秒百萬次浮點操作次數，用來衡量機器浮點操作的性能，該技術指標一般在超級計算機中使用。 計算機的性能指標1.3 計算機的硬件一、硬件組成要素通過一個例子我們來了解數字計算機的主要組成和工作原理。假設給一個算盤、一張帶有橫格的紙和一支筆，要求我們計算y=ax+b-c這樣一個題目。解題步驟和數據記錄在橫格紙上，請看過程。1.3 計算機的硬件1.3 計算機的硬件二、數字計算機基本組成控制器：人的大腦的操作控制功能運算器：人的大腦的計算功能存儲器：人的大腦記憶功能輸入設

5、備：交互接口，筆輸出設備：交互接口，紙1.3 計算機的硬件三、馮諾依曼型計算機 存儲程序按地址自動執行 五大部件：包括控制器、運算器、存儲器、輸入設備、輸出設備以運算器為中心1.3 計算機的硬件馮諾依曼型計算機存儲器輸出輸入運算器控制器數據信號控制信號地址信號1.3 計算機的硬件四、運算器算術運算和邏輯運算在計算機中參與運算的數是二進制的運算器的長度一般是8、16、32或64位1.3 計算機的硬件五、存儲器存儲數據和程序（指令）容量（存儲單元、存儲單元地址、容量單位）分類內存（ROM、RAM）、外存存儲器單位：210 1K210 K1M210 M1G210 G1T1.3 計算機的硬件六、控制器

6、指令和程序:指令的形式（操作和地址碼、存儲程序的概念、指令中程序和數據的存放、指令系統）指令和數據存儲1.3 計算機的硬件七、控制器的基本任務控制器的基本任務：按照一定的順序一條接著一條取指令、指令譯碼、執行指令。取指周期和執行周期控制器完全可以區分開哪些是指令字，哪些是數據字。一般來講，取指周期中從內存讀出的信息流是指令流，它流向控制器；而在執行器周期中從內存讀出的信息流是數據流，它由內存流向運算器。1.3 計算機的硬件八、適配器與I/O設備輸入設備：把人們所熟悉的某種信息形式變換為機器內部所能接收和識別的二進制信息形式輸出設備：把計算機處理的結果變換為人或其他機器設備所能接收和識別的信息形

7、式適配器：它使得被連接的外圍設備通過系統總線與主機進行聯系，以便使主機和外圍設備并行協調地工作總線：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公共通路。總之，現代電子計算機是由運算器、存儲器、控制器、適配器、總線和輸入/輸出設備組成的。這也是人們常說的計算機硬件。1.4 計算機的軟件一、軟件的組成與分類計算機軟件相對計算機硬件來說是看不見，是計算機系統中不可少的無形部件。主要有兩大類：系統軟件：用來簡化程序設計，簡化使用方法，提高計算機的使用效率，發揮和擴大計算機的功能及用途。它包括以下四類：各種服務性程序，如診斷程序、排錯程序、練習程序等語言程序，如匯編程序、編譯程序、解釋程序等

8、操作系統數據庫管理系統應用軟件：用戶利用計算機來解決某些問題而編制的程序，如工程設計程序、數據處理程序、自動控制程序、企業管理程序、情報檢索程序、科學計算程序等1.4 計算機的軟件二、軟件的發展演變編程語言的發展手編程序：機器語言程序，手工編譯二進制碼匯編程序：符號語言程序，匯編程序匯編高級程序：算法語言/高級語言，機器編譯程序/解釋程序系統軟件的發展操作系統分布式系統軟件1.5 計算機系統的層次結構一、多級計算機系統 計算機不能簡單地認為是一種電子設備，而是一個十分復雜的硬、軟件結合而成的整體。它通常由五個以上不同的級組成，每一級都能進行程序設計，如圖所示。1.5 計算機系統的層次結構二、五

9、級計算機層次系統第一級是微程序設計級。這是一個實在的硬件級，它由機器硬件直接執行微指令。如果某一個應用程序直接用微指令來編寫，那么可在這一級上運行應用程序。第二級是一般機器級，也稱為機器語言級，它由微程序解釋機器指令系統。這一級也是硬件級。第三級是操作系統級，它由操作系統程序實現。這些操作系統由機器指令和廣義指令組成，廣義指令是操作系統定義和解釋的軟件指令，所以這一級也稱為混合級。1.5 計算機系統的層次結構二、五級計算機層次系統第四級是匯編語言級，它給程序人員提供一種符號形式語言，以減少程序編寫的復雜性。這一級由匯編程序支持和執行。如果應用程序采用匯編語言編寫時，則機器必須要有這一級的功能；

10、如果應用程序不采用匯編語言編寫，則這一級可以不要。第五級是高級語言級，它是面向用戶的，為方便用戶編寫應用程序而設置的。這一級由各種高級語言編譯程序支持和執行。1.5 計算機系統的層次結構三、軟件與硬件邏輯等價性隨著大規模集成電路技術的發展和軟件硬化的趨勢，計算機系統的軟、硬件界限已經變得模糊了。因為任何操作可以由軟件來實現，也可以由硬件來實現；任何指令的執行可以由硬件完成，也可以由軟件來完成。任何操作可以由軟件來實現也可以有硬件來實現（設計計算機系統時，應考慮各個方面的因素：價格、速度、可靠性、存儲容量、變更周期）實體硬件機功能的擴大固件的概念（功能上是軟件，形態上是硬件）計算機體系結構計算機體系結構：是指程序員所看到的機器的屬性，即機器的概念性結構和功能表現。 程序員主要是指匯編程序員。同一廠家生產的具有相同計算機體系結構的計算機被稱為系列計算機，簡稱系列機。 計算機組成 計算機組成：是計算機體系結構的邏輯實現。一種計算機體系結構可以有多種不同的計算機組成。 計算機實現：是計算機組成的物理實現。一種計算機