Ch1:ComputerAbstractions计算机系统概述第1讲：计算机系统概述第2讲：计算机性能评价2010年12月28日星期二第一讲计算机系统概述°计算机发展简史•IAS通用计算机模型机：冯.诺依曼结构•IBM360系列机：引入兼容性（系列机）概念•DECPDP-8：引入总线结构°计算机系统的组成•计算机硬件：CPU+MM+I/O•计算机软件：系统软件+应用软件°计算机层次结构•计算机硬件和软件的接口：指令系统•计算机软件如何在硬件上执行°本课程主要内容2010年12月28日星期二Chapter1.2计算机的功能和特点°什么是计算机？•计算机是一种能对数字化信息进行自动、高速运算的通用处理装置。°计算机的功能：•数据运算、数据存储、数据传送、控制°计算机的特点：•高速：高速元器件和“存储程序”工作方式带来高速性•通用：体现在处理对象和应用领域没有限制•准确：精度足够的算术运算带来准确性•智能：逻辑推理能力带智能性2010年12月28日星期二Chapter1.3回顾：计算机发展简史°第一代：真空管（电子管VacuumTube）1946～57年•46年诞生第1台电子计算机ENIAC-体积庞大，重30吨，有18000多个真空管组成，5000次加法/秒。-采用十进制表示/运算，其存储器由20个累加器组成，每个累加器可存10位十进制数，每一位数由10个真空管表示。-采用手动编程，通过设置开关和插拔电缆来实现。•冯·诺依曼机（VonNeumannMachine）-45年冯·诺依曼（图灵也同时）提出“存储程序(Stored-program)”思想，并于46年开始设计“存储程序”计算机。-“存储程序”思想：将事先编好的程序和原始数据送入主存中，然后启动执行。计算机应能在不需操作人员干预下，自动完成逐条取出指令和执行指令的任务。2010年12月28日星期二Chapter1.4SKIPTheFirstGeneration:VacuumTubeComputers(1946-1957)Thefirstgeneral-purposecomputer-ENIACENIAC----NonvonNeumannModelBACK2010年12月28日星期二Chapter1.6冯·诺依曼结构的主要思想1.计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部件组成。2.各基本部件的功能是：存储器不仅能存放数据，而且也能存放指令，形式上两者没有区别，但计算机应能区分数据还是指令；控制器应能自动执行指令；运算器应能进行加/减/乘/除四种基本算术运算，并且也能进行一些逻辑运算和附加运算；操作人员可以通过输入设备、输出设备和主机进行通信。3.内部以二进制表示指令和数据。每条指令由操作码和地址码两部分组成。操作码指出操作类型，地址码指出操作数的地址。由一串指令组成程序。4.采用“存储程序”工作方式。2010年12月28日星期二Chapter1.7计算机发展简史°第二代：晶体管1958～64年晶体管：•元器件：逻辑元件采用晶体管，内存由磁Transistor芯构成，外存为磁鼓与磁带。•特点：变址，浮点运算，多路存储器，I/O处理机，中央交换结构(非总线结构)。•软件：使用高级语言，提供了系统软件。•代表机种：IBM7094(scientific)、1401(business)和DECPDP-1DECPDP-12010年12月28日星期二Chapter1.8计算机发展简史°第三代：SSI/MSI1965～71年•元器件：逻辑元件与主存储器均由集成电路（IC）实现。•特点：微程序控制，Cache，虚拟存储器，流水线等。•代表机种：IBM360和DECPDP-8（大/巨型机与小型机同时发展）-巨型机(Supercomputer)：Cray-1-大型机(Mainframe)：IBM360系列-小型机(Minicomputer)：DECPDP-8Cray-12010年12月28日星期二Chapter1.9IBMSystem/360系列计算机°IBM公司于1964年研制成功°引入了“兼容机”（“系列机”）概念•兼容机的特征：-相同的或相似的指令集-相同或相似的操作系统-更高的速度-更多的I/O端口数-更大的内存容量IBM360低端机指令集是高端机的一个-更高的价格子集，称为“向后兼容”。功问题1：引入“兼容机”有什么好处？能相同，而性能不同。问题2：实现“系