掃一掃
關注中圖網
官方微博
本類五星書更多>
-
>
全國計算機等級考試最新真考題庫模擬考場及詳解·二級MSOffice高級應用
-
>
決戰行測5000題(言語理解與表達)
-
>
軟件性能測試.分析與調優實踐之路
-
>
第一行代碼Android
-
>
JAVA持續交付
-
>
EXCEL最強教科書(完全版)(全彩印刷)
-
>
深度學習
計算機組成與系統結構(第五版.立體化教材) 版權信息
- ISBN：9787030327369
- 條形碼：9787030327369 ; 978-7-03-032736-9
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
計算機組成與系統結構(第五版.立體化教材) 內容簡介
本書將計算機組成原理和計算機系統結構兩門課合二為一，重點講授計算機單處理機系統的組成和工作原理，在此基礎上擴展講授并行計算機的體系結構。書中內容分為10章：（1）計算機系統概論；（2）運算方法和運算器；（3）存儲系統；（4）指令系統；（5）中央處理機；（6）總線系統；（7）外圍設備；（8）輸入/輸出系統；（9）安騰高性能處理機體系結構；（10）并行體系結構。附錄A中介紹了配套光盤與教學設備。附錄B中給出了計算機組成原理研究生入學統考大綱。
計算機組成與系統結構(第五版.立體化教材) 目錄
目錄
第五版前言
**章 計算機系統概論 1
1.1 計算機的分類 1
1.2 計算機的發展簡史 2
1.2.1 計算機的五代變化 2
1.2.2 半導體存儲器的發展 3
1.2.3 微處理器的發展 3
1.2.4 計算機的性能指標 5
1.3 計算機的硬件 6
1.3.1 硬件組成要素 6
1.3.2 運算器 7
1.3.3 存儲器 8
1.3.4 控制器 8
1.3.5 適配器與輸入輸出設備 11
1.4 計算機的軟件 11
1.4.1 軟件的組成與分類 11
1.4.2 軟件的發展演變 12
1.5 計算機系統的層次結構 13
1.5.1 多級組成的計算機系統 13
1.5.2 軟件與硬件的邏輯等價性 14
本章小結 14
習題 15
第二章 運算方法和運算器 16
2.1 數據與文字的表示方法 16
2.1.1 數據格式 16
2.1.2 數的機器碼表示 19
2.1.3 字符與字符串的表示方法 23
2.1.4 漢字的表示方法 24
2.1.5 校驗碼 25
2.2 定點加法、減法運算 26
2.2.1 補碼加法 26
2.2.2 補碼減法 27
2.2.3 溢出概念與檢測方法 28
2.2.4 基本的二進制加法/減法器 29
2.3 定點乘法運算 31
2.3.1 原碼并行乘法 31
2.3.2 直接補碼并行乘法 36
2.4 定點除法運算 38
2.4.1 原碼除法算法原理 38
2.4.2 并行除法器 40
2.5 定點運算器的組成 43
2.5.1 邏輯運算 43
2.5.2 多功能算術/邏輯運算單元(ALU) 45
2.5.3 內部總線 49
2.5.4 定點運算器的基本結構 49
2.6 浮點運算方法和浮點運算器 51
2.6.1 浮點加法、減法運算 51
2.6.2 浮點乘法、除法運算 54
2.6.3 浮點運算流水線 55
2.6.4 浮點運算器實例 58
本章小結 60
習題 60
第三章 多層次的存儲器 62
3.1 存儲器概述 62
3.1.1 存儲器的分類 62
3.1.2 存儲器的分級 63
3.1.3 主存儲器的技術指標 63
3.2 SRAM存儲器 64
3.2.1 基本的靜態存儲元陣列 64
3.2.2 基本的SRAM邏輯結構 65
3.2.3 讀/寫周期波形圖 66
3.3 DRAM存儲器 67
3.3.1 DRAM存儲元的記憶原理 67
3.3.2 DRAM芯片的邏輯結構 68
3.3.3 讀/寫周期、刷新周期 69
3.3.4 存儲器容量的擴充 70
3.3.5 高級的DRAM結構 71
3.3.6 DRAM主存讀/寫的正確性校驗 75
3.4 只讀存儲器和閃速存儲器 76
3.4.1 只讀存儲器ROM 76
3.4.2 FLASH存儲器 80
3.5 并行存儲器 82
3.5.1 雙端口存儲器 82
3.5.2 多模塊交叉存儲器 85
3.6 cache存儲器 88
3.6.1 cache基本原理 88
3.6.2 主存與cache的地址映射 90
3.6.3 替換策略 95
3.6.4 cache的寫操作策略 95
3.6.5 Pentium 4的cache組織 96
3.7 虛擬存儲器 97
3.7.1 虛擬存儲器的基本概念 97
3.7.2 頁式虛擬存儲器 99
3.7.3 段式虛擬存儲器和段頁式虛擬存儲器 101
3.7.4 虛存的替換算法 104
3.8 奔騰系列機的虛存組織 104
3.8.1 存儲器模型 104
3.8.2 虛地址模式 105
3.8.3 分頁模式下的地址轉換 106
3.9 存儲保護 107
3.9.1 存儲區域保護 107
3.9.2 訪問方式保護 109
本章小結 109
習題 110
第四章 指令系統 113
4.1 指令系統的發展與性能要求 113
4.1.1 指令系統的發展 113
4.1.2 對指令系統性能的要求 113
4.1.3 低級語言與硬件結構的關系 114
4.2 指令格式 115
4.2.1 操作碼 115
4.2.2 地址碼 116
4.2.3 指令字長度 117
4.2.4 指令助記符 117
4.2.5 指令格式舉例 118
4.3 操作數類型 120
4.3.1 一般的數據類型 120
4.3.2 Pentium數據類型 120
4.3.3 Power PC數據類型 120
4.4 指令和數據的尋址方式 121
4.4.1 指令的尋址方式 121
4.4.2 操作數基本尋址方式 122
4.4.3 尋址方式舉例 125
4.5 典型指令 129
4.5.1 指令的分類 129
4.5.2 基本指令系統的操作 130
4.5.3 精簡指令系統 130
4.6 ARM匯編語言 133
本章小結 134
習題 134
第五章 中央處理機 137
5.1 CPU的功能和組成 137
5.1.1 CPU的功能 137
5.1.2 CPU的基本組成 137
5.1.3 CPU中的主要寄存器 138
5.1.4 操作控制器與時序產生器 139
5.2 指令周期 140
5.2.1 指令周期的基本概念 140
5.2.2 MOV指令的指令周期 141
5.2.3 LAD指令的指令周期 143
5.2.4 ADD指令的指令周期 145
5.2.5 STO指令的指令周期 145
5.2.6 JMP指令的指令周期 147
5.2.7 用方框圖語言表示指令周期 147
5.3 時序產生器和控制方式 150
5.3.1 時序信號的作用和體制 150
5.3.2 時序信號產生器 151
5.3.3 控制方式 153
5.4 微程序控制器 153
5.4.1 微程序控制原理 153
5.4.2 微程序設計技術 160
5.5 硬連線控制器 163
5.6 傳統CPU 166
5.6.1 Intel 8088 CPU 166
5.6.2 IBM 370系列CPU 167
5.7 流水CPU 168
5.7.1 并行處理技術 168
5.7.2 流水CPU的結構 169
5.7.3 流水線中的主要問題 171
5.7.4 奔騰CPU 173
5.8 RISC CPU 177
5.8.1 RISC機器的特點 177
5.8.2 RISC CPU實例 178
本章小結 182
習題 183
第六章 總線系統 185
6.1 總線的概念和結構形態 185
6.1.1 總線的基本概念 185
6.1.2 總線的連接方式 186
6.1.3 總線的內部結構 188
6.1.4 總線結構實例 189
6.2 總線接口 190
6.2.1 信息傳送方式 190
6.2.2 總線接口的基本概念 192
6.3 總線的仲裁 194
6.3.1 集中式仲裁 194
6.3.2 分布式仲裁 196
6.4 總線的定時和數據傳送模式 196
6.4.1 總線的定時 196
6.4.2 總線數據傳送模式 199
6.5 HOST總線和PCI總線 199
6.5.1 多總線結構 199
6.5.2 PCI總線信號 201
6.5.3 總線周期類型 202
6.5.4 總線周期操作 203
6.5.5 總線仲裁 204
6.6 InfiniBand標準 204
6.6.1 InfiniBand的體系結構 204
6.6.2 InfiniBand的通信協議 205
本章小結 207
習題 207
第七章 外圍設備 209
7.1 外圍設備概述 209
7.1.1 外圍設備的一般功能 209
7.1.2 外圍設備的分類 209
7.2 磁盤存儲設備 210
7.2.1 磁記錄原理 210
7.2.2 磁盤的組成和分類 212
7.2.3 磁盤驅動器和控制器 213
7.2.4 磁盤上信息的分布 215
7.2.5 磁盤存儲器的技術指標 216
7.3 磁盤存儲設備的技術發展 217
7.3.1 磁盤cache 217
7.3.2 磁盤陣列RAID 218
7.3.3 可移動存儲設備 219
7.4 磁帶存儲設備 219
7.5 光盤和磁光盤存儲設備 220
7.5.1 光盤存儲設備 220
7.5.2 磁光盤存儲設備 222
7.6 顯示設備 223
7.6.1 顯示設備的分類與有關概念 223
7.6.2 字符/圖形顯示器 224
7.6.3 圖像顯示設備 226
7.6.4 VESA顯示標準 227
7.7 輸入設備和打印設備 229
7.7.1 輸入設備 229
7.7.2 打印設備 230
本章小結 232
習題 232
第八章 輸入輸出系統 234
8.1 外圍設備的速度分級與信息交換方式 234
8.1.1 外圍設備的速度分級 234
8.1.2 信息交換方式 235
8.2 程序查詢方式 237
8.3 程序中斷方式 240
8.3.1 中斷的基本概念 240
8.3.2 程序中斷方式的基本I/O接口 241
8.3.3 單級中斷 243
8.3.4 多級中斷 244
8.3.5 中斷控制器 247
8.3.6 Pentium中斷機制 248
8.4 DMA方式 250
8.4.1 DMA的基本概念 250
8.4.2 DMA傳送方式 251
8.4.3 基本的DMA控制器 253
8.4.4 選擇型和多路型DMA控制器 255
8.5 通道方式 258
8.5.1 通道的功能 258
8.5.2 通道的類型 259
8.5.3 通道結構的發展 260
8.6 通用I/O標準接口 261
8.6.1 并行I/O標準接口SCSI 261
8.6.2 串行I/O標準接口IEEE 1394 262
本章小結 264
習題 265
第九章 并行體系結構 267
9.1 體系結構中的并行性 267
9.1.1 并行性的概念 267
9.1.2 提高并行性的技術途徑 268
9.1.3 單處理機系統中并行性的發展 268
9.1.4 多處理機系統中并行性的發展 268
9.1.5 并行處理機的體系結構類型 270
9.2 超長指令字處理機 271
9.2.1 VLIW處理機的特點 271
9.2.2 VLIW處理機的結構模型 272
9.2.3 典型處理機結構 273
9.3 多線程與超線程處理機 275
第五版前言
**章 計算機系統概論 1
1.1 計算機的分類 1
1.2 計算機的發展簡史 2
1.2.1 計算機的五代變化 2
1.2.2 半導體存儲器的發展 3
1.2.3 微處理器的發展 3
1.2.4 計算機的性能指標 5
1.3 計算機的硬件 6
1.3.1 硬件組成要素 6
1.3.2 運算器 7
1.3.3 存儲器 8
1.3.4 控制器 8
1.3.5 適配器與輸入輸出設備 11
1.4 計算機的軟件 11
1.4.1 軟件的組成與分類 11
1.4.2 軟件的發展演變 12
1.5 計算機系統的層次結構 13
1.5.1 多級組成的計算機系統 13
1.5.2 軟件與硬件的邏輯等價性 14
本章小結 14
習題 15
第二章 運算方法和運算器 16
2.1 數據與文字的表示方法 16
2.1.1 數據格式 16
2.1.2 數的機器碼表示 19
2.1.3 字符與字符串的表示方法 23
2.1.4 漢字的表示方法 24
2.1.5 校驗碼 25
2.2 定點加法、減法運算 26
2.2.1 補碼加法 26
2.2.2 補碼減法 27
2.2.3 溢出概念與檢測方法 28
2.2.4 基本的二進制加法/減法器 29
2.3 定點乘法運算 31
2.3.1 原碼并行乘法 31
2.3.2 直接補碼并行乘法 36
2.4 定點除法運算 38
2.4.1 原碼除法算法原理 38
2.4.2 并行除法器 40
2.5 定點運算器的組成 43
2.5.1 邏輯運算 43
2.5.2 多功能算術/邏輯運算單元(ALU) 45
2.5.3 內部總線 49
2.5.4 定點運算器的基本結構 49
2.6 浮點運算方法和浮點運算器 51
2.6.1 浮點加法、減法運算 51
2.6.2 浮點乘法、除法運算 54
2.6.3 浮點運算流水線 55
2.6.4 浮點運算器實例 58
本章小結 60
習題 60
第三章 多層次的存儲器 62
3.1 存儲器概述 62
3.1.1 存儲器的分類 62
3.1.2 存儲器的分級 63
3.1.3 主存儲器的技術指標 63
3.2 SRAM存儲器 64
3.2.1 基本的靜態存儲元陣列 64
3.2.2 基本的SRAM邏輯結構 65
3.2.3 讀/寫周期波形圖 66
3.3 DRAM存儲器 67
3.3.1 DRAM存儲元的記憶原理 67
3.3.2 DRAM芯片的邏輯結構 68
3.3.3 讀/寫周期、刷新周期 69
3.3.4 存儲器容量的擴充 70
3.3.5 高級的DRAM結構 71
3.3.6 DRAM主存讀/寫的正確性校驗 75
3.4 只讀存儲器和閃速存儲器 76
3.4.1 只讀存儲器ROM 76
3.4.2 FLASH存儲器 80
3.5 并行存儲器 82
3.5.1 雙端口存儲器 82
3.5.2 多模塊交叉存儲器 85
3.6 cache存儲器 88
3.6.1 cache基本原理 88
3.6.2 主存與cache的地址映射 90
3.6.3 替換策略 95
3.6.4 cache的寫操作策略 95
3.6.5 Pentium 4的cache組織 96
3.7 虛擬存儲器 97
3.7.1 虛擬存儲器的基本概念 97
3.7.2 頁式虛擬存儲器 99
3.7.3 段式虛擬存儲器和段頁式虛擬存儲器 101
3.7.4 虛存的替換算法 104
3.8 奔騰系列機的虛存組織 104
3.8.1 存儲器模型 104
3.8.2 虛地址模式 105
3.8.3 分頁模式下的地址轉換 106
3.9 存儲保護 107
3.9.1 存儲區域保護 107
3.9.2 訪問方式保護 109
本章小結 109
習題 110
第四章 指令系統 113
4.1 指令系統的發展與性能要求 113
4.1.1 指令系統的發展 113
4.1.2 對指令系統性能的要求 113
4.1.3 低級語言與硬件結構的關系 114
4.2 指令格式 115
4.2.1 操作碼 115
4.2.2 地址碼 116
4.2.3 指令字長度 117
4.2.4 指令助記符 117
4.2.5 指令格式舉例 118
4.3 操作數類型 120
4.3.1 一般的數據類型 120
4.3.2 Pentium數據類型 120
4.3.3 Power PC數據類型 120
4.4 指令和數據的尋址方式 121
4.4.1 指令的尋址方式 121
4.4.2 操作數基本尋址方式 122
4.4.3 尋址方式舉例 125
4.5 典型指令 129
4.5.1 指令的分類 129
4.5.2 基本指令系統的操作 130
4.5.3 精簡指令系統 130
4.6 ARM匯編語言 133
本章小結 134
習題 134
第五章 中央處理機 137
5.1 CPU的功能和組成 137
5.1.1 CPU的功能 137
5.1.2 CPU的基本組成 137
5.1.3 CPU中的主要寄存器 138
5.1.4 操作控制器與時序產生器 139
5.2 指令周期 140
5.2.1 指令周期的基本概念 140
5.2.2 MOV指令的指令周期 141
5.2.3 LAD指令的指令周期 143
5.2.4 ADD指令的指令周期 145
5.2.5 STO指令的指令周期 145
5.2.6 JMP指令的指令周期 147
5.2.7 用方框圖語言表示指令周期 147
5.3 時序產生器和控制方式 150
5.3.1 時序信號的作用和體制 150
5.3.2 時序信號產生器 151
5.3.3 控制方式 153
5.4 微程序控制器 153
5.4.1 微程序控制原理 153
5.4.2 微程序設計技術 160
5.5 硬連線控制器 163
5.6 傳統CPU 166
5.6.1 Intel 8088 CPU 166
5.6.2 IBM 370系列CPU 167
5.7 流水CPU 168
5.7.1 并行處理技術 168
5.7.2 流水CPU的結構 169
5.7.3 流水線中的主要問題 171
5.7.4 奔騰CPU 173
5.8 RISC CPU 177
5.8.1 RISC機器的特點 177
5.8.2 RISC CPU實例 178
本章小結 182
習題 183
第六章 總線系統 185
6.1 總線的概念和結構形態 185
6.1.1 總線的基本概念 185
6.1.2 總線的連接方式 186
6.1.3 總線的內部結構 188
6.1.4 總線結構實例 189
6.2 總線接口 190
6.2.1 信息傳送方式 190
6.2.2 總線接口的基本概念 192
6.3 總線的仲裁 194
6.3.1 集中式仲裁 194
6.3.2 分布式仲裁 196
6.4 總線的定時和數據傳送模式 196
6.4.1 總線的定時 196
6.4.2 總線數據傳送模式 199
6.5 HOST總線和PCI總線 199
6.5.1 多總線結構 199
6.5.2 PCI總線信號 201
6.5.3 總線周期類型 202
6.5.4 總線周期操作 203
6.5.5 總線仲裁 204
6.6 InfiniBand標準 204
6.6.1 InfiniBand的體系結構 204
6.6.2 InfiniBand的通信協議 205
本章小結 207
習題 207
第七章 外圍設備 209
7.1 外圍設備概述 209
7.1.1 外圍設備的一般功能 209
7.1.2 外圍設備的分類 209
7.2 磁盤存儲設備 210
7.2.1 磁記錄原理 210
7.2.2 磁盤的組成和分類 212
7.2.3 磁盤驅動器和控制器 213
7.2.4 磁盤上信息的分布 215
7.2.5 磁盤存儲器的技術指標 216
7.3 磁盤存儲設備的技術發展 217
7.3.1 磁盤cache 217
7.3.2 磁盤陣列RAID 218
7.3.3 可移動存儲設備 219
7.4 磁帶存儲設備 219
7.5 光盤和磁光盤存儲設備 220
7.5.1 光盤存儲設備 220
7.5.2 磁光盤存儲設備 222
7.6 顯示設備 223
7.6.1 顯示設備的分類與有關概念 223
7.6.2 字符/圖形顯示器 224
7.6.3 圖像顯示設備 226
7.6.4 VESA顯示標準 227
7.7 輸入設備和打印設備 229
7.7.1 輸入設備 229
7.7.2 打印設備 230
本章小結 232
習題 232
第八章 輸入輸出系統 234
8.1 外圍設備的速度分級與信息交換方式 234
8.1.1 外圍設備的速度分級 234
8.1.2 信息交換方式 235
8.2 程序查詢方式 237
8.3 程序中斷方式 240
8.3.1 中斷的基本概念 240
8.3.2 程序中斷方式的基本I/O接口 241
8.3.3 單級中斷 243
8.3.4 多級中斷 244
8.3.5 中斷控制器 247
8.3.6 Pentium中斷機制 248
8.4 DMA方式 250
8.4.1 DMA的基本概念 250
8.4.2 DMA傳送方式 251
8.4.3 基本的DMA控制器 253
8.4.4 選擇型和多路型DMA控制器 255
8.5 通道方式 258
8.5.1 通道的功能 258
8.5.2 通道的類型 259
8.5.3 通道結構的發展 260
8.6 通用I/O標準接口 261
8.6.1 并行I/O標準接口SCSI 261
8.6.2 串行I/O標準接口IEEE 1394 262
本章小結 264
習題 265
第九章 并行體系結構 267
9.1 體系結構中的并行性 267
9.1.1 并行性的概念 267
9.1.2 提高并行性的技術途徑 268
9.1.3 單處理機系統中并行性的發展 268
9.1.4 多處理機系統中并行性的發展 268
9.1.5 并行處理機的體系結構類型 270
9.2 超長指令字處理機 271
9.2.1 VLIW處理機的特點 271
9.2.2 VLIW處理機的結構模型 272
9.2.3 典型處理機結構 273
9.3 多線程與超線程處理機 275
展開全部
計算機組成與系統結構(第五版.立體化教材) 節選
**章 計算機系統概論 計算機系統不同于一般的電子設備，它是一個由硬件、軟件組成的復雜的自動化設備。本章先說明計算機的分類，然后采用自上而下的方法，簡要地介紹硬件、軟件的概念和組成，目的在于使讀者先有一個粗略的總體概念，以便于展開后續各章內容。 1.1 計算機的分類 電子計算機從總體上來說分為兩大類。一類是電子模擬計算機。“模擬”就是相似的意思，例如計算尺是用長度來標示數值；時鐘是用指針在表盤上轉動來表示時間；電表是用角度來反映電量大小，這些都是模擬計算裝置。模擬計算機的特點是數值由連續量來表示，運算過程也是連續的。 另一類是電子數字計算機，它是在算盤的基礎上發展起來的，是用數目字來表示數量的大小。數字計算機的主要特點是按位運算，并且不連續地跳動計算。表1.1列出了電子數字計算機與電子模擬計算機的主要區別。 表1.1 數字計算機與模擬計算機的主要區別 電子模擬計算機由于精度和解題能力都有限，所以應用范圍較小。電子數字計算機則與模擬計算機不同，它是以近似于人類的“思維過程”來進行工作的，所以有人把它叫做電腦。它的發明和發展是20世紀人類*偉大的科學技術成就之一，也是現代科學技術發展水平的主要標志。習慣上所稱的電子計算機，一般是指現在廣泛應用的電子數字計算機。 數字計算機進一步又可分為專用計算機和通用計算機。專用和通用是根據計算機的效率、速度、價格、運行的經濟性和適應性來劃分的。專用機是*有效、*經濟和*快速的計算機，但是它的適應性很差。通用計算機適應性很大，但是犧牲了效率、速度和經濟性。 通用計算機可分超級計算機、大型機、服務器、PC機、單片機和多核機六類，它們的區別在于體積、簡易性、功率損耗、性能指標、數據存儲容量、指令系統規模和機器價格，見圖1.1。一般來說，超級計算機主要用于科學計算，其運算速度在每秒萬億次以上，數據存儲容量很大，結構復雜，價格昂貴。而單片計算機是只用一片集成電路做成的計算機，體積小，結構簡單，性能指標較低，價格便宜。介于超級計算機和多核機之間的是大型機、服務器、PC機和單片機，它們的結構規模和性能指標依次遞減。但是隨著巨大規模集成電路的迅速發展，單片機、多核機等彼此之間的概念也在發生變化，因為今天的單片機可能就是明天的多核機。專用計算機是針對某一任務設計的計算機，一般來說，其結構要比通用機簡單。目前已經出現了多種型號的單片專用機及嵌入式單片機，用于測試或控制，成為計算機應用領域中*熱門的產品。多核計算機是多于一個處理器（核）的計算機芯片。 圖1.1 多核機、單片機、PC機、服務器、大型機、超級計算機之間的區別 1.2 計算機的發展簡史 1.2.1 計算機的五代變化 世界上**臺電子數字計算機是1946年在美國賓夕法尼亞大學制成的。這臺機器用了18000多個電子管，占用長度超過30米的房間，重量達30噸，而運算速度只有5000次/秒。從今天的眼光來看，這臺計算機耗費既大又不完善，但卻是科學史上一次劃時代的創新，它奠定了電子計算機的基礎。自從這臺計算機問世60多年來，從使用器件的角度來說，計算機的發展大致經歷了五代的變化： **代為1946～1957年，電子管計算機。計算機運算速度為每秒幾千次至幾萬次，體積龐大，成本很高，可靠性較低。在此期間，形成了計算機的基本體系，確定了程序設計的基本方法，數據處理機開始得到應用。 第二代為1958～1964年，晶體管計算機。運算速度提高到幾萬次至幾十萬次，可靠性提高，體積縮小．成本降低。在此期間，工業控制機開始得到應用。 第三代為1965～1971年，中小規模集成電路計算機。可靠性進一步提高，體積進一步縮小，成本進一步下降，運算速度提高到幾十萬次至幾百萬次。在此期間形成機種多樣化，生產系列化，使用系統化，小型計算機開始出現。 第四代為1972～1990年，大規模和超大規模集成電路計算機。可靠性更進一步提高，體積更進一步縮小，成本更進一步降低，速度提高到每秒1000萬次至1億次。由幾片大規模集成電路組成的微型計算機開始出現。 第五代為1991年開始的巨大規模集成電路計算機。運算速度提高到每秒10億次。由一片巨大規模集成電路實現的單片計算機開始出現。 總之，從1946年計算機誕生以來，大約每隔五年運算速度提高10倍，可靠性提高10倍，成本降低10倍，體積縮小10倍。而20世紀70年代以來，計算機的生產數量每年以25%的速度遞增。 計算機從第三代起，與集成電路技術的發展密切相關。LSI的采用，一塊集成電路芯片上可以放置1000個元件，VLSI達到每個芯片l萬個元件，現在的ULSI芯片超過了100萬個元件。1965年摩爾觀察到芯片上的晶體管數量每年翻一番，1970年這種態勢減慢成每18個月翻一番，這就是人們所稱的摩爾定律。 在國際超級計算機500強排序中，中國2004年“曙光400A”位居第10；2009年“星云號”位居第2；2010年“天河1號”位居第1，運算速度達2500萬億次/秒。 1.2.2 半導體存儲器的發展 20世紀50～60年代，所有計算機存儲器都是由微小的鐵磁體環（磁芯）做成，每個磁芯直徑約1mm。這些小磁芯處在計算機內用三條細導線穿過網格板上。每個磁芯的一種磁化方向代表一個1，另一個磁化方向則代表一個0。磁芯存儲器速度相當快，讀存儲器中的一位只需1個微秒。但是磁芯存儲器價格昂貴，體積大，而且讀出是破壞性的，因此必須有讀出后立即重寫數據的電路。更重要的在于工藝復雜，甚至手工制作。 1970年，仙童半導體公司生產出了**個較大容量半導體存儲器。一個相當于單個磁芯大小的芯片，包含了256位的存儲器。這種芯片是非破壞性的，而且讀寫速度比磁芯快得多，讀出一位只要70納秒，但是其價格比磁芯要貴。 1974年每位半導體存儲器的價格低于磁芯。這以后，存儲器的價格持續快速下跌，但存儲密度卻不斷增加。這導致了新的機器比它之前的機器更小、更快、存儲容量更大，價格更便宜。存儲器技術的發展，與處理器技術的發展一起，在不到10年里改變了計算機的生命力。雖然龐大昂貴的計算機仍然存在，但計算機已經走向了個人電腦時代。 從1970年起，半導體存儲器經歷了11代：單個芯片1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB、16MB、64MB、256MB和現在的1GB。其中1K=210，1M=220，1G=230。每一代比前一代存儲密度提高4倍，而每位價格和存取時間都在下降。 1.2.3 微處理器的發展 同存儲器芯片一樣，處理器芯片的單元密度也在不斷增加。隨著時間的推移，每塊芯片上的單元個數越來越多，因此構建一個計算機處理器所需的芯片越來越少。表1.2列出了Intel公司微處理器的演化。 1971年Intel公司開發出Intel 4004。這是**個將CPU的所有元件都放入同一塊芯片內的產品，于是，微處理器誕生了。 4004能完成兩個4位數相加，通過重復相加能完成乘法。按今天的標準，4004雖然過于簡單，但是它卻成為微處理器的能力和功能不斷發展的奠基者。 微處理器演變中的另一個主要進步是1972年出現的Intel 8008，這是**個8位微處理器，它比4004復雜一倍。 1974年出現了Intel 8080。這是**個通用微處理器，而4004和8008是為特殊用途而設計的。8080是為通用微機而設計的中央處理器。它與8008一樣，都是8位微處理器，但8080更快，有更豐富的指令集和更強的尋址能力。 大約在同時，16位微機被開發出來。但是直到20世紀70年代末才出現強大的通用16位微處理器，8086便是其中之一。這一發展趨勢中的另一階段是在1981年，貝爾實驗室和HP公司開發出了32位單片微處理器。Intel于1985年推出了32位微處理器Intel 80386。 表1.2 Intel微處理器的演化 1.2.4 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。 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。 利用率 在給定的時間間隔內系統被實際使用的時間所占的比率，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，如32位、64位。 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。 存儲器帶寬 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）。 主頻的倒數稱為CPU時鐘周期(T)，T=1/f，度量單位是微秒、納秒。 CPU執行時間 表示CPU執行一般程序所占用的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 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。用下式計算： CPI=執行某段程序所需的CPU時鐘周期數÷程序包含的指令條數 MIPS 平均每秒執行多少百萬定點指令數，用下式計算： MIPS=指令數÷（程序執行時間×106） FLOPS 每秒執行浮點操作的次數，用來衡量機器浮點操作的性能。用下式計算： MFLOPS=程序中的浮點操作次數÷程序執行時間（秒） 【例1】 對于一個給定的程序，IN表示執行程序中的指令總數，tCPU表示執行該程序所需的CPU時間，T為時鐘周期，f為時鐘頻率（T的倒數），Nc為CPU時鐘周期數。設CPI表示每條指令的平均時鐘周期數，MIPS表示每秒鐘執行的百萬條指令數，請寫出如下四種參數的表達式： (1) tCPU (2) CPI (3) MIPS (4) Nc 解 上式中，Ii：表示i指令在程序中執行的次數，CPI：表示i指令所需的平均時鐘周期數，n為指令種類。 【例2】 用一臺50MHz處理機執行標準測試程序，它包含的混合指令數和相應所需的平均時鐘周期數如下表所示： 求有效CPI、MIPS速率、處理機程序執行時間tCPU。 解 Ii：/IN表示i指令在程序中的比例 1.3 計算機的硬件 1.3.1 硬件組成要素 要了解數字計算機的主要組成和工作原理，可從打算盤說起。假設給一個算盤、一張帶有橫格的紙和一支筆，要求計算這樣一個題目。為了和下面講到的內容做比較，不妨按以下方法把使用算盤進行解題的過程步驟事先用筆詳細地記錄在帶橫格的紙上。 首先，將橫格紙編上序號，每一行占一個序號，如1，2，3， ，n，如表1.3所示。其次，把計算式中給定的四個數a，b，c和x分別寫到橫格紙的第9，10，11，12行上，每一行只寫一個數。接著詳細列出給定題目的解題步驟，而解題步驟也需要記在橫格紙上，每一步也只寫一行。**步寫到橫格紙的第1行，第二步寫到第2行， 依次類推。 根據表1.3所列的解題步驟，從第1行開始，一步一步進行計算，*后可得出所要求結果。 表1.3 解題步驟和數據記錄在橫格紙上
書友推薦
- >
新文學天穹兩巨星--魯迅與胡適/紅燭學術叢書(紅燭學術叢書)
- >
龍榆生：詞曲概論/大家小書
- >
回憶愛瑪儂
- >
【精裝繪本】畫給孩子的中國神話
- >
人文閱讀與收藏·良友文學叢書:一天的工作
- >
小考拉的故事-套裝共3冊
- >
我從未如此眷戀人間
- >
煙與鏡
本類暢銷
