2. 计算机的解题过程
1.1
高级语 言程序
翻译
目标
程序
运行
结果
计算机
二、计算机系统的层次结构
高级语言
汇编语言 操作系统 机器语言
虚拟机器 M3
虚拟机器 M2 虚拟机器 实际机器 M1
1.1
微指令系统
微程序机器 M0
虚拟机器 M4 虚拟机器 M3
用编译程序翻译 成汇编语言程序
1.1
软 件
用汇编程序翻译 成机器语言程序
3.SGI: SGI Altix ICE 8200
14 336个 CPU
最大平均速度 126 900 GFLOPS
最快的五台超级计算机（截止到 2007.11） 2.1
4. HP : EKA - Cluster Platform 3000 BL460c
14 240个 CPU
最大平均速度 117 900 GFLOPS
X MQ
[ACC]÷[X]
余数在ACC中
(3)控制器的基本组成
完成 一条 指令
PC
1.2
PC
IR
取指令
分析指令
取指 访存
CU
执行指令
CU
执行 访存
IR
PC 存放当前欲执行指令的地址， 具有计数功能（PC）+ 1 PC IR 存放当前欲执行的指令
(4)主机完成一条指令的过程
以取数指令为例 CPU
…
MQ
初态 ACC [M] [ACC]-[X]
被减数
X ACC
③ 乘法操作过程
0 ACC ALU ALU X
运算器
1.2
指令
初态 乘 M
MQ
ACC
[M] [ACC]
被乘数
MQ X
0
[X]×[MQ]
ACC
ACC∥MQ
④ 除法操作过程
ACC ALU X
运算器
1.2
指令
初态 除 M
MQ
ACC
[M]
被除数
1.2
加b得ax+b ,存于ACC中 乘x得（ax+b)x,存于ACC中
4
5 6
000011
000010 000101
0000001011
0000001100 0000001100 x a b c
加c得ax2 + bx + c ,存于ACC
将ax2 + bx +c ,存于主存单元 打印
7
8 9 10 11 12
212 992 个 CPU
最大平均速度 478 200 GFLOPS
最快的五台超级计算机（截止到 2007.11） 2.1
2.IBM: JUGENE - Blue Gene/P Solution
65 536个 CPU
最大平均速度 167 300 GFLOPS
最快的五台超级计算机（截止到 2007.11） 2.1
200 000 1 000 000
四
五
10 000 000 100 000 000
1978－现在
2.1 第一台von Neumann 系统结构的计算机
IBM System／360
2.1
最快的五台超级计算机（截止到 2007.11） 2.1
1. IBM: BlueGene/L - eServer Blue Gene Solution
由于时间仓促，难免有不妥之处，敬请读者和专家批评指正。
唐朔飞
2007年12月
参考资料
白中英 《计算机组成原理》 立体化教 材 第四版 唐朔飞 《计算机组成原理：学习指导与 习题解答》 高教出版社 王诚 《计算机组成原理考研辅导》，清 华出版社

第１章 计算机系统概论 第1篇 概论
第２章 计算机的发展及应用
1.4 本书结构
1.1 计算机系统简介
一、 计算机的软硬件概念
1. 计算机系统
计 算 机 系 统 硬件 计算机的实体， 如主机、外设等 软件 由具有各类特殊功能 的信息（程序）组成
1.1
系统软件 用来管理整个计算机系统
语言处理程序
操作系统 服务性程序
软 件
数据库管理系统
网络软件
应用软件 按任务需要编制成的各种程序
1.机器字长 CPU 一次能处理数据的位数
主频 吉普森法 TM = fi ti
i =1
与 CPU 中的 寄存器位数 有关
n
2.运算速度
MIPS CPI
每秒执行百万条指令
执行一条指令所需时钟周期数
FLOPS 每秒浮点运算次数
3.存储容量
存放二进制信息的总位数 存储单元个数 ×存储字长 如
1.3
主存容量
ACC
ALU
MQ
加法 被加数 和 被减数 减法 差 乘数 乘法 乘积高位 乘积低位 被除数 除法 余数 商
X
运算器
被乘数
除数
① 加法操作过程
ACC ALU X
运算器
1.2
指令
加 M
MQ
初态 ACC [M] [ACC]+[X]
被加数
X ACC
② 减法操作过程
ACC ALU X
运算器
1.2
指令
减 M
字节数 如 字节数
MAR MDR 容量 10 8 1 K × 8位 16 32 64 K × 32位
1K = 210
2 = 1 KB 221 = 256 KB 80 GB
13
1B = 23b
辅存容量
1GB = 230b
1.4 本书结构
计算机
第１篇 概论
1.4 本书结构
计算机
存储器
I/O
第２篇 计算机系统的硬件结构
ACC MQ
Байду номын сангаас
1.2
5
存储体
6
IR 27 3 8
MDR
I/O 设 备
CU
ALU
控制 单元
PC
1
4
MAR
X
运算器
控制器
9
主存储器
(4)主机完成一条指令的过程
以存数指令为例 CPU
…
ACC MQ
1.2
5
存储体
6
IR 27 3 9
MDR
I/O 设 备
CU
ALU
控制 单元
PC
1
4
MAR
X
运算器
控制器
8
主存储器
计算机组成原理
第２版
唐朔飞
高 等 教 育 出 版 社 高等教育电子音像出版社
为配合由高等教育出版社出版的面向21世纪课程教材《计算机组成原理》 教学和自学的需要，随书出版了《计算机组成原理》配套课件。为了配合该教 材的第２版，本课件在保留原课件特色的基础上，做了相应的补充和修改。 该课件与《计算机组成原理》第２版教材在体系上完全一致，它以课堂教 学为依托，帮助读者边阅读边思考，通过点击鼠标，逐行显示精练的文字和简 明的图表，既可从文稿中对教材的重点和难点加深理解，又可从视图中看到动 画演示效果，形象地理解各种电路的工作原理和设计思路。
第３章 系统总线 第４章 存储器
第2篇 硬件结构
第５章 输入输出系统
第６章 计算机的运算方法 第3篇 中央处理器 第７章 指令系统 第８章 CPU 的结构和功能
第９章 控制单元的功能
第4篇 控制单元 第10章 控制单元的设计
第１章 计算机系统概论
1.1 计算机系统简介 1.2 计算机的基本组成
1.3 计算机硬件的主要技术指标
最快的五台超级计算机（截止到 2007.11） 2.1
5. HP : Cluster Platform 3000 BL460c
13 728个 CPU
最大平均速度 102 800 GFLOPS
2.1
最权威的超级计算机排名的参考网址

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乘以a 在运算器中 乘以x 在运算器中
指令格式举例
操作码 取数 000001 存数 加 α 0000001000 β γ [ACC] [ACC]+[γ] β 地址码 [α]
1.2
ACC
ACC
乘
打印
δ

[ACC]×[δ]
[ ]
ACC
打印机
停机
计算 ax2 + bx + c 程序清单
指令和数据存于 主存单元的地址 0 1 2 3 指令 操作码 000001 000100 000011 000100 地址码 0000001000 0000001001 0000001010 0000001000 注释 取数x至ACC 乘a得ax ,存于ACC中
2.1 计算机的发展史 2.2 计算机的应用 2.3 计算机的展望
2.1 计算机的发展史
一、计算机的产生和发展
1946年 美国 ENIAC
十进制运算
1955年退役
18 000
1 500 150 30 1 500 5 000
多个电子管
多个继电器
千瓦 吨
平方英尺
次加法／秒
用手工搬动开关和拔插电缆来编程
新版课件提供了章目录和节目录。操作上除了顺序播放外，还可任选一章、
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3. 每一节播放结束时，可继续播放，也可点击本节最后一页幻灯片右下 角的按钮，回到上一级目录，再点击节目录幻灯片右下角的按钮，即可回到 章目录。 4. 点击任一页幻灯片右下角的按钮，均可回到上一级目录。 在修改课件过程中，哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院张丽杰、罗 丹彦为课件的录入、排版、绘图、动画演示做了大量工作，在此表示衷心感 谢。