計算機組成原理01課程介紹與計算機系統(tǒng)概述的知識

系統(tǒng)總線存儲器運算器控制器接口與通信輸入設備辦公室：408辦公電話：3電子郵件：《計算機組成原理》第一章計算機系統(tǒng)概述輸出設備1Why?How?What?課程簡介課程推銷：《計算機組成原理》授之以魚不如授之以漁2Why?Objective明確目標

為什么要學習？大前提：計算機是人發(fā)明的東西小前提：凡是人都應該懂人發(fā)明的東西結論：如果我不學計算機我就不是…...亞里士多德的三段論學說：為什么要學計算機？3Why?Objective明確目標

考研+參加工作？or直接參加工作？考研計算機專業(yè)基礎綜合統(tǒng)考從2009年開始，總分150分。統(tǒng)考科目包括：計算機組成原理（45分）《計算機組成原理》，唐朔飛數(shù)據(jù)結構（45分）《數(shù)據(jù)結構》，嚴蔚敏操作系統(tǒng)（35分）《操作系統(tǒng)》，湯子贏計算機網(wǎng)絡（25分）《計算機網(wǎng)絡》，謝希仁4企業(yè)招聘要求：熟練掌握Java，JSP，Servlet，JDBC，EJB,WEBSERVICE，html，javascript精通struts框架和apache,Weblogic,JBoss,OC4J等服務器的使用和配置。精通JAVA、C++等多種面向對象編程語言編程和設計模式；精通Linux環(huán)境，進行各種應用服務器（Ftp，Apache，Sabram，Mail，DHCP，VPN等）的配置及維護，編寫簡單的shell腳本；熟練掌握Oracle或MYSQL或其他主流數(shù)據(jù)庫及客戶端工具，理解數(shù)據(jù)庫體系結構，熟練運用SQL語句……軟件專業(yè)畢業(yè)生提交的簡歷：必修課程：

《數(shù)據(jù)結構》《計算機組成原理》 《計算機網(wǎng)絡》《操作系統(tǒng)》《數(shù)據(jù)庫原理》《Oracle》《Linux》《JAVA程序設計》《J2EE》《UML系統(tǒng)分析與設計》《XML程序設計》……畢業(yè)設計：校園淘寶網(wǎng)開發(fā)英語：通過四級考試……Why?Objective明確目標

考研+參加工作？or直接參加工作？5How?No.1培養(yǎng)興趣Interest興趣是最好的老師“知之者不如好之者，好之者不如樂之者?！?How?No.2充滿激情Passion激情是生活的源泉律政俏佳人LegallyBlondePassionisakeyingredienttothestudyandpracticeofcomputer--andoflife.激情是計算機學習和實踐的一大要素，還有生活。

7How?No.3Optimistic樂觀向上肖申克的救贖TheShawshankRedemptionHopeisagoodthing,maybethebestofthings,andnogoodthingeverdies.希望是件好東西，也許是世上最好的東西．好東西從來不會流逝．Talentisenduringpatience。天賦就是持續(xù)不斷的忍耐。8How?No.4踏實前進Thinkbigbutdosmall。往大里想，往小里做。王實萬科集團董事會主席每一天，每一件事，都盡量讓自己比別人多想一點，多做一點，哪怕就一點點……相信自己，永遠讓自己看的更遠一點……9How?No.5學以致用

Youneverknowifyoudon‘ttry。如果你不敢于嘗試，你永遠不可能知道自己能做什么?！墩撜Z》首句：“學而時習之，不亦悅乎？”10現(xiàn)實經(jīng)過選擇和處理的現(xiàn)實有意義的現(xiàn)實具有長期生命力的有意義的現(xiàn)實結構數(shù)據(jù)信息知識互聯(lián)網(wǎng)Internet

=

信息的海洋，最淵博的老師學會利用網(wǎng)絡學習！搜索有價值的信息，獲取知識?。。ow?No.6

OpenOpen再Open以前是我要學什么，現(xiàn)在要學會不學什么。學會不學什么的人才是真會學習的人。增刪查改顯示完成特定的功能生成有用的信息應用軟件人：形成知識11Business商業(yè)Software軟件Hardware硬件CSEECEISCE計算機工程CS計算機科學IT信息技術EE電子工程SE軟件工程IS信息系統(tǒng)Hardware硬件Software軟件OrganizationalNeeds管理需要1990年前計算機專業(yè)：1990年后計算機專業(yè)：IEEE-CS/ASM組織計算機專業(yè)2005報告What?

計算機領域12組織管理與信息系統(tǒng)應用技術軟件方法與技術系統(tǒng)基礎支撐結構計算機硬件與架構理論原理創(chuàng)新應用開發(fā)配置發(fā)展更多理論更多實踐IS:信息系統(tǒng)SE:軟件工程IT:信息技術CS:計算機科學CE:計算機工程What?

計算機領域13

CE_ComputerEngineering計算機工程

該專業(yè)技術領域為：設計與構建計算機以及基于計算機的系統(tǒng)，涉及硬件、軟件、通訊、及他們之間的交叉領域。該專業(yè)的課程集中在：理論、原理、傳統(tǒng)電子工程與數(shù)學實踐、以及應用他們來解決計算機或計算設備的設計問題。

該專業(yè)學生將學習：電子設備硬件系統(tǒng)的設計（通訊系統(tǒng)、計算機、含計算機的設備）；軟件開發(fā)（針對電子設備和他們的用戶以及與其他設備的接口程序）；總體偏向硬件方向，有很強的工程特色。

該專業(yè)技術領域專家：將能夠設計和實施整合軟件與硬件設備的系統(tǒng)。

該專業(yè)當前涉及領域：嵌入系統(tǒng)、軟硬件系統(tǒng)設備的開發(fā)（例如：手機、電子多媒體播放器、電子多媒體錄制器、報警系統(tǒng)、X-ray設備、激光手術工具等）。What?

計算機領域14CS_ComputerScience計算機科學該專業(yè)技術領域為：從事理論基礎、算法基礎到機器人、計算機可視化、智能系統(tǒng)、生物信息等領域的開發(fā)。該專業(yè)領域跨度寬，培養(yǎng)學生的綜合能力，去開發(fā)新技術和開創(chuàng)新思路。該專業(yè)學生將學習：承擔有挑戰(zhàn)性的開發(fā)工作，利用新途徑與方法，設計應用軟件；設計使用計算機的新方法（例如：網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫、人機接口導致的WWW的產(chǎn)生；使機器人更加智能化；運用數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生新的知識；用計算機幫助實現(xiàn)DNA解碼等）；開發(fā)有效途徑解決計算機問題（例如：開發(fā)盡可能好的途徑存儲信息到數(shù)據(jù)庫以及在網(wǎng)絡中傳送數(shù)據(jù)；運用理論知識與算法知識設計出提高性能的方法）。該專業(yè)技術領域專家：將涉及廣泛任務，從理論研究到軟件開發(fā)。What?

計算機領域15IS_InformationSystem信息系統(tǒng)該專業(yè)技術領域為：通過整合信息技術解決方案和企業(yè)中的業(yè)務功能，滿足企業(yè)信息化需求，并提高其工作效率和效益。該專業(yè)重點在信息，把技術看作一種可以對信息進行整合、處理、分布的工具。該專業(yè)學生將學習：怎樣運用最新的技術去設計和建立一個系統(tǒng)去滿足組織對信息的需求，包括怎樣挖掘人們在工作中所需要的信息，掌握信息的展現(xiàn)形式和需求時間。學生將學習技術與組織要素，包括：數(shù)據(jù)庫，團隊合作技能，多媒體，互聯(lián)網(wǎng)，電子商務，客戶－服務器系統(tǒng)，商業(yè)建模，信息系統(tǒng)理論基礎，有關信息系統(tǒng)與技術的特殊管理技能等。該專業(yè)技術領域專家：應該對企業(yè)的運行有深入的了解，協(xié)調其工作，通過分析信息需求和業(yè)務操作，為企業(yè)設計與部署實施信息系統(tǒng)并參與制定標準，同時還能設計企業(yè)的通訊協(xié)作系統(tǒng)。What?

計算機領域16IT_InformationTechnology信息技術該專業(yè)技術領域為：廣義上涉及所有的計算機知識。偏重于培養(yǎng)生學習計算機技術，在今后工作單位（企業(yè)，政府，醫(yī)療，學校，等組織）的應用。信息技術就是信息系統(tǒng)的應用，它的重點在技術本身，而非信息。該專業(yè)學生將學習：新的信息技術，學習組織中應用的系統(tǒng)和軟件，并學會解決計算機有關的問題；他們可以真正把知識和實踐結合起來。該專業(yè)技術領域專家：為組織選擇正確的硬件和軟件產(chǎn)品，整合這些產(chǎn)品與組織的真實需求與基礎設施，并且為組織有效的設計，實施，配置，維護計算機軟硬件系統(tǒng)。該專業(yè)培養(yǎng)就業(yè)崗位：網(wǎng)絡安裝，網(wǎng)絡管理，網(wǎng)絡安全管理，網(wǎng)頁設計，多媒體資源開發(fā)，通訊組件安裝，網(wǎng)絡系統(tǒng)管理，管理組織中的技術生命周期（在企業(yè)中應用的技術，其維護，升級，換代）……What?

計算機領域17SE_SoftwareEngineer軟件工程該專業(yè)技術領域為：開發(fā)與維護可靠的，有效的軟件系統(tǒng)，去滿足不同客戶需要。它與計算機科學有很多課程有共同點，但是它更側重軟件（軟件的可靠，維護，工程知識，經(jīng)驗）。該專業(yè)學生將學習：怎樣與客戶交往，開發(fā)滿足客戶需求的有用軟件；并且一定要早與其他學科，參與軟件開發(fā)。該專業(yè)技術領域專家：能執(zhí)行管理大規(guī)模軟件系統(tǒng)生命周期的每一階段。同學們將要進入的IT領域……What?

計算機領域18Why?How?What?課程簡介課程推銷：《計算機組成原理》19計算機組成原理:計算機專業(yè)基礎課程，學生必修的核心硬件課程。起到了承上啟下的作用：先修課程：《數(shù)字電路》《高級語言設計》后續(xù)課程：《操作系統(tǒng)》《接口與匯編語言》《計算機系統(tǒng)結構》

《計算機組成原理》課程20計算機系統(tǒng)結構主要研究軟件硬件功能分配和對軟硬件界面的確定。計算機組成是計算機系統(tǒng)結構的邏輯實現(xiàn)。

當一個計算機系統(tǒng)把軟件和硬件功能劃分完以后，它主要研究計算機各硬件部件的組成，以及之間的連接關系。計算機實現(xiàn)是計算機組成的物理實現(xiàn)。對各個部件的硬件物理實現(xiàn)技術。一個計算機系統(tǒng)結構有不同的計算機組成方法。一種計算機組成有不同的計算機實現(xiàn)技術。軟件硬件概念解釋：計算機系統(tǒng)結構與計算機組成21計算機系統(tǒng)結構ComputerArchitecture是從計算機系統(tǒng)的外部來研究計算機的一門學科。從程序員角度觀察到的計算機外特性——概念性的屬性和功能。

對不同虛擬機層次程序員看到的外特性不完全相同。計算機組成ComputerOrganization（是我們將要學習的）是從計算機系統(tǒng)的內部來研究計算機構成的。從邏輯設計人員的角度來研究計算機各組成部分的構成和互聯(lián)。

研究主要內容：運算方法、CPU組成、主存儲器、輸入/輸出設備和輸入/輸出接口等。概念解釋：計算機系統(tǒng)結構與計算機組成22

將掌握計算機的硬件系統(tǒng)的基本組成原理和簡單的設計技術。

包括：

數(shù)字化信息編碼與數(shù)據(jù)表示，數(shù)據(jù)運算算法和運算器部件的知識；

指令、指令系統(tǒng)和控制器部件的知識；

存儲器系統(tǒng)的組成、運行原理；

輸入輸出系統(tǒng)的構成和運行原理。

將講解單臺計算機的完整硬件系統(tǒng)的基本組成原理與內部運行機制。單臺：講單個簡單的計算機系統(tǒng)，非多計算機系統(tǒng)，非多處理機結構。完整：計算機整機，全部的硬件功能部件?；荆菏亲罨A的最必要的組成部分，不一定是最高性能最合理的組成?！队嬎銠C組成原理》課程學習目標231、計算機系統(tǒng)概論（第1、2章）2、計算機的邏輯部件（數(shù)字電路補充課程）3、運算方法和運算部件（第6章）4、存儲器系統(tǒng)（第4章）5、指令系統(tǒng)（第7章）6、CPU（第8、9、10章）7、系統(tǒng)總線（第3章）8、輸入輸出系統(tǒng)（第5章）教材：計算機組成原理(第2版)以課件內容為知識主線24課件下載、課程考核考試70+作業(yè)30=100注意：每周交上周布置的作業(yè)（交作業(yè)紙），由班長收齊后再交！公共郵件地址下載：教學課件公共電子郵件地址：zzcomputerorganization@密碼：dsnmysbd通過公共信箱，我們可以相互交流信息，有好的文章大家分享！25第一章計算機系統(tǒng)概論1、計算機系統(tǒng)的組成

2、計算機系統(tǒng)的層次結構

3、計算機的發(fā)展簡史

4、計算機的應用范圍

軟件硬件26計算機由硬件和軟件兩大部分組成，統(tǒng)稱計算機系統(tǒng)。

即：單有計算機硬件或計算機軟件，都不能稱為計算機系統(tǒng)。1、計算機系統(tǒng)的組成計算機系統(tǒng)硬件系統(tǒng)控制器主機CPU內存儲器外設外存儲器輸入設備輸出設備系統(tǒng)軟件應用軟件運算器軟件系統(tǒng)軟盤硬盤光盤操作系統(tǒng)網(wǎng)絡系統(tǒng)軟件27ApplicationsoftwareDevicedriversOperatingsystemsSoftwareSystemssoftware系統(tǒng)軟件包括： 1、操作系統(tǒng)2、語言處理程序3、標準庫程序4、服務性程序 5、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)6、計算機網(wǎng)絡軟件1、計算機系統(tǒng)的組成：軟件系統(tǒng)計算機軟件有兩大類：系統(tǒng)軟件和應用軟件。2800A200848DE200008E020004AE020000ADE2000403E00008MIPS機器語言程序目標程序文件

（在計算機中運行）1、計算機系統(tǒng)的組成：軟件系統(tǒng)源程序文件（人工編寫）swap:sll$2,$5,2add$2,$4,$2lw$15,0($2)lw$16,4($2)sw$16,0($2)sw$15,4($2)jr$31MIPS匯編語言程序匯編語言：面向機器機器語言：面向機器匯編語句與機器語句一一對應。匯編程序翻譯2900A200848DE200008E020004AE020000ADE2000403E00008MIPS機器語言程序目標程序文件

（在計算機中運行）swap(intv[],intk){inttemp;

temp=v[k];

v[k]=v[k+1];

v[k+1]=temp;}高級語言程序源程序文件（人工編寫）1、計算機系統(tǒng)的組成：軟件系統(tǒng)編譯/解釋程序翻譯高級語言：面向問題30匯編程序swap:sll$2,$5,2add$2,$4,$2lw$15,0($2)lw$16,4($2)sw$16,0($2)sw$15,4($2)jr$31MIPS匯編語言程序編譯程序00A200848DE200008E020004AE020000ADE2000403E00008MIPS機器語言程序目標程序文件

（在計算機中運行）swap(intv[],intk){inttemp;

temp=v[k];

v[k]=v[k+1];

v[k+1]=temp;}高級語言程序源程序文件（人工編寫）1、計算機系統(tǒng)的組成：軟件系統(tǒng)中間語言31計算機硬件系統(tǒng)包括：CPU（運算器、控制器、Cache）存儲系統(tǒng)（高速緩存、主存儲器、外存設備）輸入/輸出設備等主要組成部分。它們總是通過總線和接口連接在一起，構成一臺完整的計算機。系統(tǒng)總線存儲器運算器控制器接口與通信輸入設備輸出設備1、計算機系統(tǒng)的組成：硬件系統(tǒng)32計算機進行解題的過程完全和我們人用算盤解題的情況類似：運算器：相當于算盤，具有計算功能的部件。存儲器：相當于紙，具有記憶功能的部件。輸入設備或者輸出設備：相當于筆，把原始解題數(shù)據(jù)送到計算機或者把運算結果顯示出來的設備?？刂破鳎合喈斉c我們人的大腦，能夠自動控制整個計算過程的。

和打算盤不同的是以上這些部分是由電子線路和其他設備進行控制。計算機是死的，人的大腦是靈活的。1、計算機系統(tǒng)的組成：硬件系統(tǒng)33運算器:是計算機中進行數(shù)據(jù)加工的部件。其主要功能包括：1、執(zhí)行數(shù)值數(shù)據(jù)的加減乘除等算術運算，執(zhí)行邏輯數(shù)據(jù)的與或非等邏輯運算，

所有的運算功能由一個被稱為

ALU（算術邏輯單元）的線路完成。

功能強的ALU還能執(zhí)行定點運算、浮點運算，甚至向量運算。2、暫時存放參加運算的數(shù)據(jù)和中間結果。（由多個通用寄存器來完成）系統(tǒng)總線存儲器運算器控制器接口與通信輸入設備輸出設備1、計算機系統(tǒng)的組成：硬件系統(tǒng)34控制器：是計算機的管理機構和指揮中心。（人的大腦）控制計算機的各個部件，對運算器、存儲器、輸入/輸出設備等部件發(fā)出有關操作命令。功能：1、正確執(zhí)行每條指令（單個指令）先取一條指令、分析這條指令、再按指令格式和功能執(zhí)行這條指令。2、保證指令按規(guī)定序列自動連續(xù)執(zhí)行。（多個指令）3、對異常情況和請求及時響應和處理。系統(tǒng)總線存儲器運算器控制器接口與通信輸入設備輸出設備1、計算機系統(tǒng)的組成：硬件系統(tǒng)35存儲器：是存放程序和數(shù)據(jù)的部件，它具有記憶作用。三級存儲系統(tǒng)： 高速緩沖存儲器、 主存儲器、 輔助存儲器。這三級存儲器所用的存儲介質（半導體材料，磁性材料），工作原理和特性各不相同。系統(tǒng)總線存儲器運算器控制器接口與通信輸入設備輸出設備1、計算機系統(tǒng)的組成：硬件系統(tǒng)36存儲器是存儲單元的集合。存儲器的基本操作：讀/寫，統(tǒng)稱為訪問。每個存儲單元都有一個編號，稱為“地址”。存儲器的容量：存儲器所有存儲單元的總數(shù)（通常以字節(jié)為單位）。例如：賓館的房間號碼是地址，每個房間里的床位相當于存儲的一位數(shù)據(jù)。1KB（210字節(jié)）1MB（220字節(jié)）1GB（230字節(jié)）1TB（240字節(jié)）存儲單元地址：每個存儲單元賦予一個地址存儲字：存儲單元中二進制代碼的組合存儲字長：存儲單元中二進制代碼的位數(shù)8位；16位；32位；64位10110010存儲單元（房間）存儲位（床位：有人/無人）存儲器（大樓）地址1、計算機系統(tǒng)的組成：硬件系統(tǒng)存儲單元=存儲元件=存儲基元=儲存元37輸入設備：向計算機送入程序和數(shù)據(jù)的，有一定獨立功能的設備。它通過接口和總線與計算機連通，用于人機交互聯(lián)系，把人們所熟悉的某種數(shù)據(jù)變換成機器內部所能接收和識別的二進制數(shù)據(jù)。例如：鍵盤、鼠標等。理想的輸入設備應是“會看”“會聽”“會看”：攝像頭，電子掃描筆“會聽”：麥克風系統(tǒng)總線存儲器運算器控制器接口與通信輸入設備輸出設備1、計算機系統(tǒng)的組成：硬件系統(tǒng)38輸出設備：用于送出計算機內部數(shù)據(jù)的設備。它把計算機的數(shù)據(jù)以人們能以識別的形式輸出。例如：顯示器等理想的輸出設備應是“會寫”“會講”?！皶憽保捍蛴C，繪圖儀等“會講”：音響設備等系統(tǒng)總線存儲器運算器控制器接口與通信輸入設備輸出設備1、計算機系統(tǒng)的組成：硬件系統(tǒng)39接口：通過接口，主機和外設可以并行協(xié)調地工作。輸入/輸出設備通常稱為外圍設備。其種類繁多，數(shù)據(jù)傳送方式和速度差異也很大，因此它不能直接同計算機相連接，而要通過接口與主機相連接。例如：網(wǎng)卡、聲卡、顯卡等。系統(tǒng)總線：是構成計算機系統(tǒng)的骨架，是多個系統(tǒng)部件之間進行數(shù)據(jù)傳送的公共通道。借助系統(tǒng)總線的連接，計算機在各系統(tǒng)部件之間實現(xiàn)地址、數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)的傳送。例如：主板系統(tǒng)總線存儲器運算器控制器接口與通信輸入設備輸出設備1、計算機系統(tǒng)的組成：硬件系統(tǒng)40計算機硬件的三個主要技術指標：1、機器字長：CPU一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)，與CPU中的寄存器位數(shù)

有關。2、運算速度：主頻：CPU時鐘周期的倒數(shù)MIPS：每秒執(zhí)行百萬條指令

FLOPS：每秒浮點運算次數(shù)CPI：執(zhí)行一條指令所需時鐘周期數(shù)3、存儲容量：存放二進制信息的總位數(shù)（通常用字節(jié)表示，包括主存與輔存）

存儲單元個數(shù)×存儲字長例如：64K×32位1、計算機系統(tǒng)的組成：硬件系統(tǒng)41第一章計算機系統(tǒng)概論1、計算機系統(tǒng)的組成

2、計算機系統(tǒng)的層次結構

3、計算機的發(fā)展簡史

4、計算機的應用范圍

軟件硬件計算機系統(tǒng)按功能劃分成多級層次。42軟件硬件由硬件直接執(zhí)行微指令微指令系統(tǒng)-

微程序機器M0邏輯設計員用編譯程序翻譯成匯編語言程序高級語言-虛擬機器M4高級語言程序員用匯編程序翻譯成機器語言程序匯編語言-

虛擬機器M3匯編語言程序員用機器語言解釋操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)-虛擬機器M2操作員用微指令解釋機器指令機器指令-

實際機器M1機器語言程序員2、計算機系統(tǒng)的層次結構由軟件實現(xiàn)的虛擬機器。由硬件實現(xiàn)的實際機器。是我們將要學習的！虛擬機：是一個由軟件實現(xiàn)的抽象計算機，不同軟件（語言）角度獲得不同

層次的虛擬機。計算機系統(tǒng)按功能劃分成5級層次，每一級各對應一種機器。從某一層次的觀察者看來，他只通過該層次的語言來了解和使用計算機，不必關心下幾層的機器是如何工作和實現(xiàn)各自功能的。43第一章計算機系統(tǒng)概論1、計算機系統(tǒng)的組成

2、計算機系統(tǒng)的層次結構

3、計算機的發(fā)展簡史

4、計算機的應用范圍

馮.諾依曼44 當代計算機的體系結構的形式是馮.諾依曼等人提出了計算機設計的一些基本思想，到目前為止大多數(shù)計算機仍沿用這一體制。馮.諾依曼體制特點：1、計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備五大基本部件組成。2、引入存儲程序概念。（計算機不僅可以存儲數(shù)據(jù)也可以存儲程序）將程序事先存入主存儲器中，計算機在工作時自動高速從存儲器中取出指令加以執(zhí)行。3、指令由操作碼和地址碼組成。

指令在計算機中是順序執(zhí)行的，并受PC的統(tǒng)一控制。4、指令和數(shù)據(jù)均用二進制表示。5、指令和數(shù)據(jù)以同等地位存于存儲器，可按地址尋訪。3、計算機發(fā)展簡史45典型馮.諾依曼計算機結構以運算器為中心：輸入輸出設備與存儲器之間的數(shù)據(jù)傳送都途徑運算器。運算器、存儲器、輸入輸出設備的操作以及它們之間的聯(lián)系都由控制器集中控制。3、計算機的發(fā)展簡史46現(xiàn)在的計算機結構（馮.諾依曼結構）不改變的：存儲程序（精華）改變的是：以存儲器為中心，總線結構，分散控制。3、計算機的發(fā)展簡史輸入設備控制器存儲器輸出設備運算器地址指令數(shù)據(jù)結果反饋信息操作指令控制信號請求信號控制信號請求信號47從器件發(fā)展而言，經(jīng)歷了五次更新?lián)Q代

→電子管、繼電器存儲

→晶體管磁介質存儲

→集成電路

→大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路

→智能計算機3、計算機的發(fā)展簡史從結構的發(fā)展而言，經(jīng)歷了：單個CPU單機系統(tǒng)→流水線機→多處理機→大規(guī)模的并行處理機從技術的發(fā)展上而言，經(jīng)歷了：變址技術→中斷技術→微程序技術→緩沖技術共享→重用技術→虛擬技術

48世界第一臺電子計算機－ENIAC埃尼阿克賓夕法尼亞大學摩爾工程學院，莫奇利和?？颂仡I導的研究小組由程序控制的電子數(shù)字計算機，全電子，不存儲程序，十進制表示。1946年2月14日18000多個電子管60000多個繼電器10000個電容器6000個開關重量30噸占地170平方米耗電140千瓦運算速度5000次加法/秒3、計算機的發(fā)展簡史ENIAC49從這臺計算機問世以來，計算機的發(fā)展經(jīng)歷了五代變化。1、第一代

電子管計算機時代（1945-1950年后期）

采用電子管作為基本部件，體積大，速度慢，可靠性低， 確定了程序設計的基本方法，“數(shù)據(jù)處理機”開始得到應用。 運算速度：每秒鐘幾千次，幾萬次。2、第二代

晶體管計算機時代（50年代后期到60年代初期）

這個時代的計算機由電子管改為晶體管，大大地縮小了它的體積，降低了功耗，提高了速度和可靠性，價格不斷下降； 在此期間，“工業(yè)控制機”開始得到了應用。 運算速度：每秒幾萬次至幾十萬次。 3、計算機的發(fā)展簡史503、計算機的發(fā)展簡史第三代中小規(guī)模集成電路計算機時代（60年代中期到70年代前期） 這個時期的計算機采用集成電路為基本器件。 可靠性進一步提高，體積進一步縮小，成本進一步下降， 集成電路的出現(xiàn)，形成計算機通用化，生產(chǎn)系列化，使用系統(tǒng)化， 這時“小型計算機”開始出現(xiàn)。 運算速度：每秒幾十萬次到幾百萬次4、第四代超大規(guī)模集成電路計算機時代（為1971年開始到如今）

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， 由幾片大規(guī)模集成電路組成的“微型計算機”開始出現(xiàn)。

運算速度：每秒幾百萬次至幾千萬次。51摩爾定律(Moore’sLaw)1964年戈登﹒摩爾提出摩爾定律：在芯片上所能集成的晶體管數(shù)目將會每隔18個月翻一翻。性能每10年提高100倍，但價格基本不變。用同樣的價格，五年之后能買到性能高十倍的機器。這一法則適用至今：1979-2001，22年精確符合，再適用十年。3、計算機的發(fā)展簡史52軟硬件比例

軟件硬件

最少硬件目前計算機不可編程

發(fā)展

硬件

軟件成本年代發(fā)展趨勢：硬件實現(xiàn)的比例越來越高，軟件所占的成本上升。硬件實現(xiàn)：速度快，靈活性差；軟件實現(xiàn)：速度低，靈活性高。隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展和軟件硬化的趨勢，要明確劃分計算機系統(tǒng)軟、硬件界限已經(jīng)顯得比較困難了。因為任何操作和指令可以由軟件來實現(xiàn)，也可以由硬件來實現(xiàn)。3、計算機的發(fā)展簡史53有四種飛速發(fā)展的實現(xiàn)技術對現(xiàn)代計算機實現(xiàn)的影響最為深遠：集成電路邏輯技術，晶體管密度每年以35%增長，4年翻2番。芯片尺寸買年增長10~20％。使得每個芯片上晶體管每年增長50％。半導體DRAM，其晶體密度每年增長40~60%，訪問時間平均每十年減少1/3。每片的帶寬隨著延遲時間縮短而以其2倍的速度增長。磁盤存儲技術，存儲密度最近每年100％增長，訪問時間過去10年縮短了1/3。網(wǎng)絡技術，取決于交換和傳輸系統(tǒng)。延遲和帶寬都能改進。發(fā)展思路：提高速度，擴大存儲容量，降低成本，提高系統(tǒng)可靠性，方便用戶的使用。3、計算機的發(fā)展簡史54型號4004800880808086/80888028680386DX80486DXPentiumPentiumProPentiumIIPentiumIIIPentium4發(fā)布日期197119721974197819821985198919931995199719992000制造工藝PMOSPMOSNMOSNMOSCMOSCMOSCMOSBiCMOSBiCMOSCMOSCMOSCMOS特征尺寸（m）101060.80.350.350.180.18集成度（晶體管）2300350060002900013400027500012000003100000550000075000002800000042000000工作頻率108KHz200kHz2MHz5MHz6MHz16MHz25/33MHz60/66MHz150MHz233MHz500MHz1400MHz基片面積（mm2）13.515.220.028.668.7104163264310209140224Intel公司部分微處理器的部分工藝參數(shù)3、計算機的發(fā)展簡史55Roadrunner：IBM制造出全球運算速度最快的超級電腦。每秒運行1.105千萬億次

耗資1.33億美元主要供美國能源部計算核能武器存儲量的安全及可靠性，同時提供提供科學，金融，汽車，及航天工業(yè)等領域的運算。3、計算機的發(fā)展簡史56計算機的分類超級計算機用于科學計算領域，Gray-1，銀河機大型計算機多用戶的通用計算機小型計算機體積小、成本低，通用性強工作站強大的圖形功能微型計算機成本低、應用廣嵌入式計算機成為其它設備的一部分3、計算機的發(fā)展簡史57臺式電腦擁有最大的市場：價格1000美元左右的個人電腦；

10000美元左右的工作站。良好的性價比。服務器，互聯(lián)網(wǎng)刺激了其發(fā)展：需提供可靠有效的服務；可擴展性，升級計算能力、主存容量、存儲空間以及I/O帶寬。目標：吞吐量，單位時間處理請求的數(shù)目。嵌入式系統(tǒng)，安裝在其它設備中的計算機，是計算機市場增長最快的(微波爐、洗衣機、打印機、網(wǎng)絡交換機、汽車、掌上電腦、手機、Smart卡)。3、計算機的發(fā)展簡史計算機的發(fā)展方向：60年代：主要形式是數(shù)百萬美元的大型機。目前：臺式電腦、服務器、嵌入式系統(tǒng)。58嵌入式系統(tǒng)兩個關鍵的特征：最小化存儲器和最小化功耗的需求。3、計算機的發(fā)展簡史59第一章計算機系統(tǒng)概論1、計算機系統(tǒng)的組成

2、計算機系統(tǒng)的層次結構

3、計算機的發(fā)展簡史

4、計算機的應用范圍

60隨計算機的迅速發(fā)展，它的應用范圍也越來越廣泛，已經(jīng)涉及到人類社會的各個領域，例如：教育，文化藝術，生產(chǎn)，家庭，軍事，等各個行業(yè)，一般計算機應用可以歸納七個方面的內容。1、科學計算 早期的計算機一般都應用于科學研究和工程技術計算。 例如：數(shù)、理、化、生物學等基礎科學研究，以及航天飛行、人造衛(wèi) 星、運載火箭軌道等方面的大量的數(shù)據(jù)運算，利用計算機進行數(shù)值計算，可大大節(jié)省時間，人力和物力。2、自動控制 可以減輕人的勞動強度，提高產(chǎn)品質量，它主要應用于冶金、化工、電力、交通、機械、軍事等部門。隨著科學的進步，計算機的自動化控制應用越來越廣，（水泥廠的配料控制）4、計算機的應用范圍613、測量和測試 計算機在測量和測試領域中的應用比較也相當大。 例如對高溫，低溫，有毒氣體，輻射環(huán)境的測量和測試，核爆炸時數(shù)據(jù)采集等都必須用自動化的手段才能得到數(shù)據(jù)。4、信息處理 計算機在早期時常用于數(shù)值計算，現(xiàn)在發(fā)展到非數(shù)值計算，可以用來處理文字，圖象，聲音等多媒體技術，信息處理的范圍相當廣泛，計算機應用數(shù)量較多，應用所占的比例也大，帶來的各種效益也十分明顯。 例如 事務處理：商業(yè)、銀行、郵政業(yè)務上的應用。 管理應用：人事管理、倉庫管理、檔案管理等。5、家用電器 電子玩具、游戲機、冰箱、洗衣機定時及控制等。4、計算機的應用范圍626、教育和衛(wèi)生 計算機的輔助教學、遠程教學；衛(wèi)生系統(tǒng)中，各種疾病的電腦診斷系統(tǒng)。 例如：心腦電圖分析儀，CT圖象處理設備，肝病電腦診治系統(tǒng)等，這些專家系統(tǒng)為診治疾病發(fā)揮了很大的作用。7、人工智能 計算機能夠模仿人的高級思維，著就是“機器人”。 目前世界上有數(shù)萬臺“工業(yè)機器人”，在第一線工作。 例如：高溫，低溫，有毒氣體、輻射等環(huán)境下工作。 比“工業(yè)機器人”更高明的“智能機器人”有判斷和決策能力，靈活機 動地完成控制任務和信息處理任務。4、計算機的應用范圍63認識計算機的基本硬件補充知識6411873146513189122410141、主板2、北橋芯片3、南橋芯片4、CPU插座5、內存插槽6、PCI插槽7、AGP插槽8、ATA接口9、軟驅接口10、電源插口及主板供電部分11、BIOS及電池12、機箱前置面板接頭13、外部接口14、其他主要芯片補充知識：計算機主板學習651、主板一塊主板主要由線路板和它上面的各種元器件組成。主板的類型和檔次決定著整個微機系統(tǒng)的類型和檔次，主板的性能影響著整個微機系統(tǒng)的性能。例如：ATX板型，便于ATX機箱的風扇對CPU進行散熱，而且板上的很多外部端口都被集成在主板上。計算機主板66芯片組(Chipset)是主板的核心組成部分，按照在主板上的排列位置的不同，通常分為北橋芯片和南橋芯片。2.北橋芯片

北橋芯片一般提供對CPU的類型和主頻、內存的類型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC糾錯等支持，通常在主板上接近CPU插槽的位置，由于此類芯片的發(fā)熱量一般較高，所以在此芯片上裝有散熱片。3.南橋芯片

南橋芯片主要用來與I/O設備及ISA設備相連，并負責管理中斷及DMA通道，讓設備工作