計(jì)算機(jī)組成原理.ppt

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1、計(jì)算機(jī)組成原理,主講教師：邵雄凱,計(jì)算機(jī)組成原理課程介紹,課程地位：是計(jì)算機(jī)類(lèi)專業(yè)本科生的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程。 教學(xué)目的：使學(xué)生既能從全局或宏觀的角度掌握計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和工作原理，又能從局部或微觀的角度理解計(jì)算機(jī)各個(gè)部件的工作過(guò)程和交互方式。,計(jì)算機(jī)組成原理課程介紹,與其它課程的先后關(guān)系 其先導(dǎo)課程有：數(shù)字邏輯、匯編語(yǔ)言。 課程特點(diǎn)：教學(xué)內(nèi)容多,主要參考書(shū),教材：計(jì)算機(jī)組成原理白中英 科學(xué)出版社 (第五版) 參考教材： 1計(jì)算機(jī)組成原理唐朔飛 高等教育出版社 2. 計(jì)算機(jī)組成原理 秦磊華 清華大學(xué)出版社 3. 計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 袁春風(fēng) 清華出版社 4. 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成原理 潘松

2、科學(xué)出版社,第章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論,1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介,1.4 計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用,1.3 計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo),1.2 計(jì)算機(jī)的基本組成,,1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介,由具有各類(lèi)特殊功能 的信息（程序）組成,1. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng),計(jì)算機(jī)系統(tǒng),計(jì)算機(jī)的實(shí)體， 如主機(jī)、外設(shè)等,一、 計(jì)算機(jī)的軟硬件概念,,,按任務(wù)需要編制成的各種程序,用來(lái)管理整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng),,語(yǔ)言處理程序,操作系統(tǒng),服務(wù)性程序,數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)軟件,軟 件,1.1,,1.1,2. 計(jì)算機(jī)的解題過(guò)程,,,翻譯程序(Translator)有三類(lèi)： 1.匯編程序(Assembler)：匯編語(yǔ)言源程序機(jī)器語(yǔ)言目標(biāo)程序。 2.編譯程序(

3、Complier)：高級(jí)語(yǔ)言源程序匯編/機(jī)器語(yǔ)言目標(biāo)程序 3.解釋程序(Interpreter )：將高級(jí)語(yǔ)言語(yǔ)句逐條翻譯成機(jī)器指令并立即執(zhí)行,不生成目標(biāo)文件。,2. 計(jì)算機(jī)的解題過(guò)程, , EXTop=1,ALUSelA=1,ALUSelB=11,ALUop=add, IorD=1,Read,MemtoReg=1,RegWr=1,......,temp = vk; vk = vk+1; vk+1 = temp;,lw $15, 0($2) lw $16, 4($2) sw $16, 0($2) sw $15, 4($2),1000 1100 0100 1111 0000 0000 0000

4、0000 1000 1100 0101 0000 0000 0000 0000 0100 1010 1100 0101 0000 0000 0000 0000 0000 1010 1100 0100 1111 0000 0000 0000 0100,,1.1,,二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),程序員所見(jiàn)到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性 概念性的結(jié)構(gòu)與功能特性,實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性,有無(wú)乘法指令,如何實(shí)現(xiàn)乘法指令,（指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)類(lèi)型、尋址技術(shù)、I/O機(jī)理）,（具體指令的實(shí)現(xiàn)）,1.1,三、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)組成,,1.2 計(jì)算機(jī)的基本組成,1. 計(jì)算機(jī)由五大部件組成,3. 指令和數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示,

5、4. 指令由操作碼和地址碼組成,6. 以運(yùn)算器為中心,5. 存儲(chǔ)程序,一、馮諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn),5. 存儲(chǔ)程序,,算術(shù)運(yùn)算 邏輯運(yùn)算,存放數(shù)據(jù) 和程序,將信息轉(zhuǎn)換成機(jī) 器能識(shí)別的形式,將結(jié)果轉(zhuǎn)換成 人們熟悉的形式,指揮程序 運(yùn)行,1.2,1.馮諾依曼計(jì)算機(jī)硬件框圖,,1.2,1.馮諾依曼計(jì)算機(jī)硬件框圖,,一個(gè)典型系統(tǒng)的硬件組成,PC：程序計(jì)數(shù)器；ALU：算術(shù)/邏輯單元；USB：通用串行總線,PC主板,CPU插座,,內(nèi)存條,,PCI總線插槽,,1.上機(jī)前的準(zhǔn)備,建立數(shù)學(xué)模型,編制解題程序,確定計(jì)算方法,程序 運(yùn)算的 全部步驟,指令 每 一個(gè)步驟,1.2,二、計(jì)算機(jī)的工作步驟,,取x 至運(yùn)算器中,

6、乘以x 在運(yùn)算器中,乘以a 在運(yùn)算器中,存ax2 在存儲(chǔ)器中,取b 至運(yùn)算器中,乘以x 在運(yùn)算器中,加ax2 在運(yùn)算器中,加c 在運(yùn)算器中,= (ax + b)x + c,取x 至運(yùn)算器中,乘以a 在運(yùn)算器中,加b 在運(yùn)算器中,乘以x 在運(yùn)算器中,加c 在運(yùn)算器中,計(jì)算 ax2 + bx + c,1.2,編程舉例,,000001 0000001000,打印 ,停機(jī),取數(shù) ,存數(shù) ,加 ,乘 ,指令格式舉例,1.2,,1.2,計(jì)算 ax2 + bx + c 程序清單,,存儲(chǔ)體,大樓,存儲(chǔ)單元 存放一串二進(jìn)制代碼,存儲(chǔ)字 存儲(chǔ)單元中二進(jìn)制代碼的組合,存儲(chǔ)字長(zhǎng) 存儲(chǔ)單元中二進(jìn)制代碼的位數(shù)

7、,每個(gè)存儲(chǔ)單元賦予一個(gè)地址號(hào),按地址尋訪, 存儲(chǔ)單元, 存儲(chǔ)元件,（0/1）, 教室, 座位,（無(wú)人/ 有人）,(1)存儲(chǔ)器的基本組成,1.2,2.計(jì)算機(jī)的解題過(guò)程,,,MAR,MDR,1.2,存儲(chǔ)器地址寄存器 反映存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù),存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器 反映存儲(chǔ)字長(zhǎng),(1)存儲(chǔ)器的基本組成,,取指令,分析指令,執(zhí)行指令,PC,IR,CU,,取指,執(zhí)行,IR 存放當(dāng)前欲執(zhí)行的指令,訪存,訪存,,完成 一條 指令,1.2,(2)控制器的基本組成,,,,,,以取數(shù)指令為例,(3)主機(jī)完成一條指令的過(guò)程,1.2,,,,,,,,,以存數(shù)指令為例,1.2,,,,(3)主機(jī)完成一條指令的過(guò)程,,(4) ax2

8、+ bx + c 程序的運(yùn)行過(guò)程,將程序通過(guò)輸入設(shè)備送至計(jì)算機(jī),程序首地址,,打印結(jié)果,分析指令,取指令,,停機(jī),啟動(dòng)程序運(yùn)行,執(zhí)行指令,1.2,,MAR,,M,,MDR,,IR,PC,,CU,OP(IR),Ad(IR),,MAR,,M,,MDR,,ACC,PC,,1.3 計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo),1.機(jī)器字長(zhǎng),一般指 一次參與運(yùn)算數(shù)據(jù)的基本長(zhǎng)度。用二進(jìn) 制數(shù)位的長(zhǎng)度來(lái)表示。 一般與 計(jì)算機(jī)內(nèi)部 的 寄存器位數(shù)、數(shù)據(jù)總線、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器字長(zhǎng) 有關(guān)。 早期的計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)一般為16位，現(xiàn)在字長(zhǎng)為32位或64位。,,1.3 計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo),2.運(yùn)算速度,時(shí)鐘周期:又稱為節(jié)拍周期或T周期,

9、是時(shí)鐘頻率的倒數(shù)。是處理器操作最基本的時(shí)間單位。例如，主頻為1GHz的CPU的時(shí)鐘周期為1ns。 CPI：表示執(zhí)行每條指令所需要的平均時(shí)鐘周期數(shù)。 CPI=一個(gè)程序的CPU時(shí)鐘周期數(shù)程序指令數(shù)量,,1.3 計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo),2.運(yùn)算速度,CPI=一個(gè)程序的CPU時(shí)鐘周期數(shù)程序指令數(shù)量 設(shè)程序中每類(lèi)指令的使用頻度為Pi,每類(lèi)指令的CPI為CPIi,每類(lèi)指令的條數(shù)為ICi,程序中的總指令條數(shù)為IC.則，程序的CPI可用下列公式計(jì)算：,,,,,2.運(yùn)算速度,CPU執(zhí)行時(shí)間：是指CPU計(jì)算某個(gè)任務(wù)所花費(fèi)的時(shí)間，不包括I/O訪問(wèn)時(shí)的等待時(shí)間等。 CPU執(zhí)行時(shí)間=CPU時(shí)鐘周期總數(shù)時(shí)鐘周期

10、 =指令條數(shù)CPI 時(shí)鐘周期 從上面的公式可以看出CPU的性能與計(jì)算機(jī)體系的關(guān)系: 時(shí)鐘頻率反映了計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)和生產(chǎn)工藝. CPI反映了計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)和指令集結(jié)構(gòu). IC反映了計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和編譯技術(shù).,2.運(yùn)算速度,響應(yīng)時(shí)間：是指計(jì)算機(jī)完成一個(gè)任務(wù)所花費(fèi)的全部時(shí)間，包括存儲(chǔ)訪問(wèn)時(shí)間、磁盤(pán)訪問(wèn)時(shí)間和I/O訪問(wèn)時(shí)間等。它是計(jì)算機(jī)執(zhí)行單個(gè)任務(wù)時(shí)的性能。 吞吐量：是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)完成的總工作量。它表征了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)時(shí)的性能表現(xiàn)。,2.運(yùn)算速度,MIPS ：是指CPU每秒可以執(zhí)行的百萬(wàn)條機(jī)器指令數(shù)。 MIPS=指令數(shù)（程序執(zhí)行的時(shí)間*106） =時(shí)鐘頻率（CPI

11、*106） 以MIPS作為衡量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能時(shí)要注意以下問(wèn)題: 該指標(biāo)沒(méi)有考慮不同指令在功能和執(zhí)行速度上的差異.不能用于不同指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)之間性能的比較. 同一臺(tái)計(jì)算機(jī)，不同類(lèi)型的指令系統(tǒng)的MIPS也不一樣。 某些情況下， MIPS值可能與計(jì)算機(jī)的實(shí)際性能成反比。,2.運(yùn)算速度,MFLOPS ：是指CPU每秒可以執(zhí)行的百萬(wàn)條浮點(diǎn)操作次數(shù)。 MFLOPS=程序中的浮點(diǎn)操作次數(shù)（程序執(zhí)行的時(shí)間*106） 以MFLOPS作為衡量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能時(shí)要注意以下問(wèn)題: MFLOPS僅能反映浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算速度. MFLOPS的計(jì)算結(jié)果與所使用的程序相關(guān)。,3.CPU性能舉例,例1.1 某程序的目標(biāo)代碼主要由4類(lèi)

12、指令組成，他們?cè)诔绦蛑兴急壤透髯缘腃PI如表所示。 求該程序的CPI. 若該CPU的主頻為400MHz，求該機(jī)的MIPS.,3.CPU性能舉例,解：根據(jù) CPI=1*0.6+2*0.18+4*0.12+8*0.1 =2.24 根據(jù) MIPS= 時(shí)鐘頻率（CPI*106） MIPS=400*106 （2.24*106） =178.6,3.CPU性能舉例,例1.2 程序P在機(jī)器A上運(yùn)行需10 s， 機(jī)器A的時(shí)鐘頻率為400MHz。 現(xiàn)在要設(shè)計(jì)一臺(tái)機(jī)器B，希望該程序在B上運(yùn)行只需6 s. 機(jī)器B時(shí)鐘頻率的提高導(dǎo)致了其CPI的增加，使得程序P在機(jī)器B上時(shí)鐘周期數(shù)是在機(jī)器A上的1

13、.2倍。機(jī)器B的時(shí)鐘頻率達(dá)到A的多少倍才能使程序P在B上執(zhí)行速度是A上的10/6=1.67倍？,3.CPU性能舉例,解： CPU時(shí)間A = 時(shí)鐘周期數(shù)A / 時(shí)鐘頻率A 時(shí)鐘周期數(shù)A = 10 sec x 400MHz = 4000M個(gè) 時(shí)鐘頻率B = 時(shí)鐘周期數(shù)B / CPU時(shí)間B = 1.2 x 4000M / 6 sec = 800 MHz,機(jī)器B的頻率是A的兩倍， 但機(jī)器B的速度并不是A的兩倍！,3.CPU性能舉例,例1.3 假定某程序P編譯后生成的的目標(biāo)代碼由A、B、C、D四類(lèi)指令組成，他們?cè)诔绦蛑兴急壤謩e為43%、21%、12%和24%，已知

14、他們的CPI分別為1、2、2、2。現(xiàn)重新對(duì)程序P進(jìn)行編譯優(yōu)化，生成的新目標(biāo)代碼中A類(lèi)指令條數(shù)減少了50%，其它類(lèi)指令的條數(shù)沒(méi)有變化，請(qǐng)問(wèn)： 編譯優(yōu)化前后的CPI各是多少？ 假定程序在主頻為50MHz的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，則優(yōu)化前后的MIPS各是多少？ 編譯優(yōu)化前后，哪種代碼的執(zhí)行速度快？,3.CPU性能舉例,解： A類(lèi)指令條數(shù)減少了50%后，各類(lèi)指令所占比例如下： A類(lèi)指令：21.5/（21.5+21+12+24）=27% B類(lèi)指令：21/（21.5+21+12+24）=27% C類(lèi)指令：12/（21.5+21+12+24）=15% D類(lèi)指令：24/（21.5+21+12+24）=31% 優(yōu)化前后程

15、序的CPI分別計(jì)算如下： 優(yōu)化前： 43%*1+21%*2+12%*2+24%*2=1.57 優(yōu)化后： 27%*1+27%*2+15%*2+31%*2=1.73,3.CPU性能舉例,解： 優(yōu)化前后程序的MIPS分別計(jì)算如下： 優(yōu)化前： 50M/1.57=31.8 MIPS 優(yōu)化后： 50M/1.73=28.9 MIPS 從這個(gè)例子可以看出，用MIPS數(shù)來(lái)進(jìn)行性能估計(jì)是不可靠。,3.CPU性能舉例,解： 設(shè)優(yōu)化前的指令條數(shù)分別為43、21、12、24，總和為100，則優(yōu)化后的分別為21.5、21、12、24，總和為78.5. 優(yōu)化前CPU的執(zhí)行時(shí)間為： 指令條數(shù)*CPI*時(shí)鐘周期 10

16、0*1.57*T=157 T 優(yōu)化后CPU的執(zhí)行時(shí)間為： 78.5*1.73*T=135.8 T,221 = 256 KB,4.存儲(chǔ)容量,,主存容量,輔存容量,,存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù) 存儲(chǔ)字長(zhǎng),字節(jié)數(shù),字節(jié)數(shù) 80 GB,如 MAR MDR 容量,10 8,16 32,存放二進(jìn)制信息的總位數(shù),1.3,1 K 8位,64 K 32位,,1.4 計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用,1.4.3 計(jì)算機(jī)的展望,1.4.2 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,1.4.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展史,,計(jì)算機(jī)的分類(lèi),1.總體分為電子模擬計(jì)算機(jī)和電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。 2.電子數(shù)字計(jì)算機(jī)又可以分為通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)。 3。通用計(jì)算機(jī)又可以分為：巨型機(jī)、大型機(jī)

17、、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)和單片機(jī)。,1.4.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展史,一、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展,1946年 美國(guó) ENIAC,1955年退役,用手工搬動(dòng)開(kāi)關(guān)和拔插電纜來(lái)編程,,世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī) ENIAC(1946),1.4.1,,硬件技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的影響,,1.4.1,,二、微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展,微處理器芯片,存儲(chǔ)器芯片,1971年,1970年,,Moore 定律,Intel 公司的締造者之一 Gordon Moore 提出,,Intel 公司的典型微處理器產(chǎn)品,8080 8位 1974年 8086 16位 1979年 2.9 萬(wàn)個(gè)晶體管 80286

18、 16位 1982年 13.4 萬(wàn)個(gè)晶體管 80386 32位 1985年 27.5 萬(wàn)個(gè)晶體管 80486 32位 1989年 120.0 萬(wàn)個(gè)晶體管 Pentium 64位（準(zhǔn)） 1993年 310.0 萬(wàn)個(gè)晶體管 Pentium Pro 64位（準(zhǔn)） 1995年 550.0 萬(wàn)個(gè)晶體管 Pentium 64位（準(zhǔn)） 1997年 750.0 萬(wàn)個(gè)晶體管 Pentium 64位（準(zhǔn)） 1999年 950.0 萬(wàn)個(gè)晶體管 Pentium 64位 2000年 4 200.0 萬(wàn)個(gè)晶體管,200

19、7 年 芯片上可集成 3 億 5 千萬(wàn) 個(gè)晶體管,2010 年 芯片上可集成 8 億 個(gè)晶體管,,Intel產(chǎn)品系列介紹（1）,8080：世界上第一個(gè)通用微處理器。8位機(jī)。 8086：16位機(jī)，采用了指令高速緩存。 80286：可以尋址16MB的存儲(chǔ)空間，不再受1MB存儲(chǔ)空間的限制。 80386： 32位機(jī)，它是Intel產(chǎn)品中第一個(gè)支持多任務(wù)的處理器。 80486：采用了更為復(fù)雜、功能更為強(qiáng)大的高速緩存技術(shù)和指令流水線技術(shù)。它內(nèi)置浮點(diǎn)協(xié)處理器。,Intel產(chǎn)品系列介紹（2）,Pentium:開(kāi)始采用超標(biāo)量（Superscalar）技術(shù)。允許更多的指令并行執(zhí)行。 Pent

20、ium Pro:極富有進(jìn)取性的采用了轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)流分析、推測(cè)執(zhí)行等技術(shù)。 Pentium ：采用了專門(mén)用于處理視頻、音頻和圖形數(shù)據(jù)的Intel MMX技術(shù)。 Pentium ：采用了新的浮點(diǎn)指令、支持三維圖形軟件。 Pentium ：使用64位組織結(jié)構(gòu)的新一代。,三、軟件技術(shù)的興起和發(fā)展,機(jī)器語(yǔ)言 面向機(jī)器,匯編語(yǔ)言 面向機(jī)器,高級(jí)語(yǔ)言 面向問(wèn)題,FORTRAN 科學(xué)計(jì)算和工程計(jì)算,PASCAL 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì),C 面向?qū)ο?Java 適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,1. 各種語(yǔ)言,2.1,,2. 系統(tǒng)軟件,語(yǔ)言處理程序 匯編程序 編譯程序 解釋程序,操作系統(tǒng) DOS UNIX Windo

21、ws,服務(wù)性程序 裝配 調(diào)試 診斷 排錯(cuò),數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件,網(wǎng)絡(luò)軟件,2.1,,3. 軟件發(fā)展的特點(diǎn), 開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng), 制作成本昂貴, 檢測(cè)軟件產(chǎn)品質(zhì)量的特殊性,2.1,,1.4.2 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,一、科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理,二、工業(yè)控制和實(shí)時(shí)控制,三、網(wǎng)絡(luò)技術(shù),1. 電子商務(wù),2. 網(wǎng)絡(luò)教育,3. 敏捷制造,,四、虛擬現(xiàn)實(shí),五、辦公自動(dòng)化和管理信息系統(tǒng),六、CAD/CAM/CIMS,七、多媒體技術(shù),八、人工智能,2.2,,1.4.3 計(jì)算機(jī)的展望,一、計(jì)算機(jī)具有類(lèi)似人腦的一些超級(jí) 智能功能,要求計(jì)算機(jī)的速度達(dá)1015/秒(千萬(wàn)億次),二、芯片集成度的提高受以下三方面的

22、限制,芯片集成度受物理極限的制約,按幾何級(jí)數(shù)遞增的制作成本,芯片的功耗、散熱、線延遲,,三、？替代傳統(tǒng)的硅芯片,1. 光計(jì)算機(jī),2. DNA生物計(jì)算機(jī),3. 量子計(jì)算機(jī),利用光子取代電子進(jìn)行運(yùn)算和存儲(chǔ),通過(guò)控制DNA分子間的生化反應(yīng),利用原子所具有的量子特性,2.3,,中國(guó)計(jì)算機(jī)發(fā)展史,1958年，中科院計(jì)算所研制成功我國(guó)第一臺(tái)小型電子管通用計(jì)算機(jī)103機(jī),標(biāo)志著我國(guó)第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的誕生。 1965年，中科院計(jì)算所研制成功第一臺(tái)大型晶體管計(jì)算機(jī)109乙，之后推出109丙機(jī)，該機(jī)為兩彈試驗(yàn)中發(fā)揮了重要作用； 1974年，清華大學(xué)等單位聯(lián)合設(shè)計(jì)、研制成功采用集成電路的DJS-130小型計(jì)算機(jī)，運(yùn)

23、算速度達(dá)每秒100萬(wàn)次；,中國(guó)計(jì)算機(jī)發(fā)展史,1983年，國(guó)防科技大學(xué)研制成功運(yùn)算速度每秒上億次的銀河-I巨型機(jī)，這是我國(guó)高速計(jì)算機(jī)研制的一個(gè)重要里程碑； 1985年，電子工業(yè)部計(jì)算機(jī)管理局研制成功與IBM PC機(jī)兼容的長(zhǎng)城0520CH微機(jī)。 1992年，國(guó)防科技大學(xué)研究出銀河-II通用并行巨型機(jī)，峰值速度達(dá)每秒4億次浮點(diǎn)運(yùn)算(相當(dāng)于每秒10億次基本運(yùn)算操作)，為共享主存儲(chǔ)器的四處理機(jī)向量機(jī)，總體上達(dá)到80年代中后期國(guó)際先進(jìn)水平。它主要用于中期天氣預(yù)報(bào)；,中國(guó)計(jì)算機(jī)發(fā)展史,1993年，國(guó)家智能計(jì)算機(jī)研究開(kāi)發(fā)中心（后成立北京市曙光計(jì)算機(jī)公司）研制成功曙光一號(hào)全對(duì)稱共享存儲(chǔ)多處理機(jī)，這是國(guó)內(nèi)首次以基

24、于超大規(guī)模集成電路的通用微處理器芯片和標(biāo)準(zhǔn)UNIX操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的并行計(jì)算機(jī)； 1995年，曙光公司又推出了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)具有大規(guī)模并行處理機(jī)(MPP)結(jié)構(gòu)的并行機(jī)曙光1000(含36個(gè)處理機(jī))，峰值速度每秒25億次浮點(diǎn)運(yùn)算，實(shí)際運(yùn)算速度上了每秒10億次浮點(diǎn)運(yùn)算這一高性能臺(tái)階。曙光1000與美國(guó)Intel公司1990年推出的大規(guī)模并行機(jī)體系結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)相近，與國(guó)外的差距縮小到5年左右。,中國(guó)計(jì)算機(jī)發(fā)展史,1997年，國(guó)防科大研制成功銀河-III百億次并行巨型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，采用可擴(kuò)展分布共享存儲(chǔ)并行處理體系結(jié)構(gòu)，由130多個(gè)處理結(jié)點(diǎn)組成，峰值性能為每秒130億次浮點(diǎn)運(yùn)算，系統(tǒng)綜合技術(shù)達(dá)到90年代中

25、期國(guó)際先進(jìn)水平。 1997至1999年，曙光公司先后在市場(chǎng)上推出具有機(jī)群結(jié)構(gòu)(Cluster)的曙光1000A，曙光2000-I，曙光2000-II超級(jí)服務(wù)器，峰值計(jì)算速度已突破每秒1000億次浮點(diǎn)運(yùn)算，機(jī)器規(guī)模已超過(guò)160個(gè)處理機(jī)，,中國(guó)計(jì)算機(jī)發(fā)展史,1999年，國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制的神威I計(jì)算機(jī)通過(guò)了國(guó)家級(jí)驗(yàn)收，并在國(guó)家氣象中心投入運(yùn)行。系統(tǒng)有384個(gè)運(yùn)算處理單元，峰值運(yùn)算速度達(dá)每秒3840億次。 2000年，曙光公司推出每秒3000億次浮點(diǎn)運(yùn)算的曙光3000超級(jí)服務(wù)器。 2001年，中科院計(jì)算所研制成功我國(guó)第一款通用CPU“龍芯”芯片,中國(guó)計(jì)算機(jī)發(fā)展史,2002年，曙光公司

26、推出完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“龍騰”服務(wù)器，龍騰服務(wù)器采用了“龍芯-1”CPU，采用了曙光公司和中科院計(jì)算所聯(lián)合研發(fā)的服務(wù)器專用主板，采用曙光LINUX操作系統(tǒng)，該服務(wù)器是國(guó)內(nèi)第一臺(tái)完全實(shí)現(xiàn)自有產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，在國(guó)防、安全等部門(mén)將發(fā)揮重大作用。 2003年，百萬(wàn)億次數(shù)據(jù)處理超級(jí)服務(wù)器曙光4000L通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收，再一次刷新國(guó)產(chǎn)超級(jí)服務(wù)器的歷史紀(jì)錄，使得國(guó)產(chǎn)高性能產(chǎn)業(yè)再上新臺(tái)階。,中國(guó)計(jì)算機(jī)發(fā)展史,2010年， “天河一號(hào)”為我國(guó)首臺(tái)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)。速度在世界排名第一，實(shí)測(cè)運(yùn)算速度達(dá)到2507萬(wàn)億次。排名第三的是中國(guó)曙光公司研制的“星云”高性能計(jì)算機(jī)，其實(shí)測(cè)運(yùn)算速度達(dá)到每秒1270萬(wàn)億次。 這個(gè)速度意味著，如果用“天河一號(hào)”計(jì)算一秒，則相當(dāng)于全國(guó)13億人連續(xù)計(jì)算88年。如果用“天河一號(hào)”計(jì)算一天，一臺(tái)當(dāng)前主流微機(jī)得算160年?！疤旌右惶?hào)”的存儲(chǔ)量，則相當(dāng)于4個(gè)國(guó)家圖書(shū)館藏書(shū)量之和。,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,輸入輸出接口和總線,外存設(shè)備,主存儲(chǔ)器,高速緩存,控 制 器,運(yùn) 算 器,第 三 章,第六、八章,第五章,第二章,,,,,,本課程講授的內(nèi)容如圖:,,,第 七 章,第四章 指令系統(tǒng),內(nèi)容的相互關(guān)系如圖：,,,謝 謝！,,