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第 1章 第 2章 第 3章 第 4章 第 5章 第 6章 第 7章 计算机系统概述 数据的表示和运算 存储器层次结构 指令系统 中央处理器 总线 输入输出系统
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第8章 流水线处理技术 第9章并行计算机体系结构
第1章 计算 计算机系统的层次结构 1.3 计算机的性能指标 1.4 计算机的分类和应用
•第三代，中小规模集成电路计算机时代（1964～1970）
集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是做在晶 片上的一个完整的电子电路，这个晶片比手指甲还小， 却包含了几千个晶体管元件。计算机的数据存储、运 算、传输以及控制功能基本上都是由具有逻辑功能的 各类门电路组成实现的，而门电路又是由晶体管、电 阻、电容等组成，因此集成电路制造技术的发展可以 实现将成百上千个门电路全部制作在一块极小的硅片 上，这种技术的应用使得计算机的体积大大缩小，并 且降低了功耗，提高了计算机的可靠性。第三代计算 机的代表是IBM公司花了50亿美元开发的IBM 360系列。
存储器
处理方式
机器语言 汇编语言
科学计算 5000至 3万次/秒 ENIAC EDVAC IBM705
监控程序 高级语言
科学计算 数据处理 过程控制 几十万至 百万次/秒 UNIVACⅡ IBM7094 CDC6600
实时处理 操作系统
科学计算 系统设计等 科技工程领域 百万至 几百万次/秒 IBM360 PDP 11 NOVA1200
计算机组成原理
教材：胡乃平 曲英杰 周艳平 主编 计算机组成与结构 青岛科技大学自编教材 教师：胡乃平hunaiping@ 信息科学技术学院计算机硬件教研室 ftp://211.87.147.172(A0公共区) 用户名：public 密码：public
其他参考教材：
白中英 计算机组成原理 科学出版社 唐朔飞 计算机组成原理 高等教育出版社
1.1 计算机的发展历程
根据制造计算机所使用的元器件的不同，电子 计算机的发展依次经历了电子管时代、晶体管时代、 中小规模集成电路时代、大规模和超大规模集成电 路时代、甚大规模和极大规模集成电路时代等几个 不同的发展阶段。 • 第一代，电子管计算机时代（1946～1959） 电子管是封装在玻璃外壳内的一种电真空器件， 如 图 1.1 所 示 。 世 界 上 第 一 台 电 子 数 字 计 算 机 ENIAC （ Electronic Numerical Integrator And calculator ）， 1946 年由美国宾夕法尼亚大学研制， 字长 12 位，运算速度 5000 次 / 秒，使用 18800个电子 管、1500个继电器，功耗150kw，占地170m2，重达 30吨，造价100万美元，如图1.2所示。
表1.1计算机发展历程中各个阶段的特点
年代 电子器件
第一代 1946-1959
电子管 延迟线 磁芯、磁鼓磁 带、纸带
第二代 1959-1964
晶体管 磁芯、磁鼓 磁带、磁盘
第三代 1964-1970
集成电路 半导体存储器 磁芯、磁鼓 磁带、磁盘
第四代 1970-现在
大规模、超大 规模集成电 路 半导体存储器 磁带、磁盘 光盘 实时/分时处理 网络操作系 统 各行各业 几百万至 千亿次/秒 ILLIAC-Ⅳ VAX 11 IBM PC
先修课程：数字逻辑电路 后续课程：计算机系统结构
课程性质 ：专业必修课
学时分配 ：课堂64学时，实验16学时
课程历史沿革：
•1987 年，中国计算机学会教育专业委员会推出我 国计算机本科专业 “ 87 教程”，对 8 门重点课程 （其中含计算机组成原理）提出了基本要求； •2002 年，中国计算机学会教育专业委员会、全国 高等学校计算机教育研究会推出《中国计算机科学 与技术学科教程 2002》，提出硬件课程包含“数字 逻辑与数字系统”、“计算机组成”、“计算机体 系结构”三大知识模块; •2006 年，教育部高等学校计算机科学与技术教学 指导委员会推出“高等学校计算机科学与技术专业 发展战略报告暨专业规范”，仍然将“数字逻辑与 数字系统”、“计算机组成”、“计算机体系结构” 列为主干课程。
应用领域 运行速度 典型机型
1.2 计算机系统的层次结构
为了描述计算机系统的结构，首先要清楚地区 分计算机结构和计算机组织两个概念。 • 计算机结构:对涉及机器语言或者汇编语言的程序设 计人员所见到的计算机系统的属性，更多的情况下 是指计算机的外特性。这些属性直接影响到程序的 逻辑执行，主要包括指令集、表示各种数据类型的 比特数、I/O机制以及内存访问技术等。
•第四代，大规模、超大规模集成电路计算机时代 （1970 ～至今）
这个时代的计算机使用的元件依然是集成电路， 不过，这种集成电路已经大大改善，它包含着几十 万到上百万个晶体管，人们称之为大规模集成电路 （LargeScale lntegrated Circuit，简称LSI）和超大规模 集成电路（Very Large Scale lntegrated Circuit，简称 VLSI ）。 1975 年，美国 1BM 公司推出了个人计算机 PC （ PersonaI Computer ），从此，人们对计算机不 再陌生，计算机开始深入到人类生活的各个方面。
图1.1 电子管
图1.2 第一台电子数字计算机ENIAC
•第二代，晶体管计算机时代（1959～1964） 晶体管，通常指的是晶体三极管，是用半导体 材料制作出来、封装在一个金属壳内的带有三个管 脚的小器件，1958年进入批量生产阶段。用它可以 设计出实现反相功能的反相器线路，在此基础上， 再实现出计算机使用的全部组合逻辑线路，和触发 器、寄存器、计数器等各种时序逻辑线路。用分立 的晶体管线路实现的计算机称为晶体管计算机。第 二代计算机的体积和价格都下降了，使用的人也多 起来了，计算机工业迅速发展，主要用于商业、大 学教学和政府机关。
• 计算机组成:计算机各部件的具体组成以及它们之间 的连接关系，实现机器指令级的各种功能和特性。 从这一点上，计算机组成是计算机结构的逻辑实现。