計(jì)算機(jī)組成原理01緒論課件

計(jì)算機(jī)組成原理第一章緒論1、課程的目的，內(nèi)容和要求2、計(jì)算機(jī)的發(fā)展、分類及應(yīng)用3、計(jì)算機(jī)的硬件組成4、計(jì)算機(jī)軟件5、計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言6、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)7、計(jì)算機(jī)主要的技術(shù)指標(biāo)8、計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)和方向1、課程的目的，內(nèi)容和要求本課程主要講授計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)工作的基本原理，對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件工作機(jī)理，計(jì)算機(jī)的硬件和軟件之間的關(guān)系，計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)等方面有一個(gè)比較系統(tǒng)的了解。先修課計(jì)算機(jī)導(dǎo)論后續(xù)課嵌入式系統(tǒng)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)接口技術(shù)單片機(jī)原理與應(yīng)用是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門考研課課程的內(nèi)容緒論計(jì)算機(jī)的邏輯部件運(yùn)算方法和運(yùn)算器指令系統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)CPU總線系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出設(shè)備課程的組成課堂授課（38學(xué)時(shí)）課上實(shí)驗(yàn)（10學(xué)時(shí)）作業(yè)測(cè)驗(yàn)和考試成績(jī)?cè)u(píng)定：平時(shí)30%+期末考70%總成績(jī)=出勤+作業(yè)+測(cè)驗(yàn)+實(shí)驗(yàn)+考試30%課程的要求不遲到早退不曠課記筆記及時(shí)完成作業(yè)，不完成沒(méi)有成績(jī)測(cè)驗(yàn)和考試不缺席及時(shí)反饋意見(jiàn)參考資料王愛(ài)英主編，計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)（第5版），清華大學(xué)出版社，“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材（第4版）王誠(chéng)等，計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)，清華大學(xué)出版社徐煜明主編，數(shù)字電子技術(shù)與邏輯設(shè)計(jì)教程，電子工業(yè)出版社，“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材白中英主編，計(jì)算機(jī)組成原理，科學(xué)出版社，“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材侯炳輝等編著，計(jì)算機(jī)原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，清華大學(xué)出版社，高等學(xué)校教材第一章緒論1、課程的目的，內(nèi)容和要求2、計(jì)算機(jī)的發(fā)展、分類及應(yīng)用3、計(jì)算機(jī)的硬件組成4、計(jì)算機(jī)軟件5、計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言6、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)7、計(jì)算機(jī)主要的技術(shù)指標(biāo)8、計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)和方向2、計(jì)算機(jī)的發(fā)展、分類及應(yīng)用人類的計(jì)算工具算盤計(jì)算尺機(jī)械計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)數(shù)字計(jì)算機(jī)1943——1946年美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研制的電子數(shù)字積分器和計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱“（ENIAC）埃尼亞克”）是世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)——現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的始祖。1.8萬(wàn)多個(gè)電子管，1500個(gè)繼電器，重達(dá)30噸，占地170平米，耗電140千瓦，每秒鐘能計(jì)算5000次加法。缺點(diǎn)：1.存儲(chǔ)容量太小，只能存20個(gè)字長(zhǎng)為10位的十進(jìn)制數(shù)

2.用線路連接的方法來(lái)編排程序，每次解題都需要人工改接連線，準(zhǔn)備時(shí)間大大超過(guò)了實(shí)際計(jì)算時(shí)間電子管計(jì)算機(jī)-ENIACENIAC40年代的編程方法第一臺(tái)具有存儲(chǔ)程序功能的計(jì)算機(jī)

與此同時(shí)，馮.諾依曼與莫爾小組合作研制EDVAC(埃德瓦克)(ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator，即電子離散變量自動(dòng)計(jì)算機(jī))計(jì)算機(jī)，采用了存儲(chǔ)程序方案，其后開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)都采用這種方式，稱為馮.諾依曼計(jì)算機(jī)。電子計(jì)算機(jī)之父——美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾伊曼馮.諾依曼計(jì)算機(jī)的基本特點(diǎn)計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5部分組成；采用存儲(chǔ)程序的方式，程序和數(shù)據(jù)放在同一個(gè)存儲(chǔ)器中，指令和數(shù)據(jù)一樣可以送到運(yùn)算器中運(yùn)算；數(shù)據(jù)以二進(jìn)制碼表示；指令由操作碼和地址碼組成；指令在存儲(chǔ)器中按執(zhí)行順序存放；機(jī)器以運(yùn)算器為中心，輸入輸出設(shè)備與存儲(chǔ)器間的數(shù)據(jù)傳送都通過(guò)運(yùn)算器

馮式結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)發(fā)展階段第一代——電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代（約1946-1957年）第二代——晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代（約1958-1964年）第三代——中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代（約1965-1970年）第四代——大規(guī)模超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代（約1971年至今）我國(guó)計(jì)算機(jī)的發(fā)展1

我國(guó)計(jì)算機(jī)的研究工作是從1956年開(kāi)始的。

1958年，我國(guó)第一個(gè)計(jì)算技術(shù)研究所——中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所正式建立。

1958年10月，我國(guó)研究成功電子管數(shù)字計(jì)算機(jī)。

1964年，晶體管數(shù)字計(jì)算機(jī)問(wèn)世。

1971年，開(kāi)發(fā)出了集成電路數(shù)字計(jì)算機(jī)。我國(guó)計(jì)算機(jī)的發(fā)展21975年，開(kāi)始研制微型計(jì)算機(jī)。1978年，研制出了每秒500萬(wàn)次的大型計(jì)算機(jī)。1984年，國(guó)防科技大學(xué)成功研制出每秒1億次的“銀河”電子計(jì)算機(jī)，隨后又研制出了“銀河II型”機(jī)和“銀河III型”機(jī)。2000年，超級(jí)計(jì)算機(jī)最高浮點(diǎn)運(yùn)算速度達(dá)到每秒1萬(wàn)億次，我國(guó)的神威號(hào)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度達(dá)到3840億次，使我國(guó)成為美國(guó)、日本之后國(guó)際上第三個(gè)擁有高速計(jì)算機(jī)的國(guó)家。2013年，我國(guó)制造出世界上最快的計(jì)算機(jī)——天河-2，每秒54.9千萬(wàn)億次浮點(diǎn)計(jì)算能力的超級(jí)計(jì)算機(jī)，比美國(guó)最快超級(jí)計(jì)算機(jī)的速度快一倍我國(guó)計(jì)算機(jī)的發(fā)展32016年，在全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單中，使用中國(guó)自主芯片制造的“神威太湖之光”取代“天河二號(hào)”登上榜首，“神威太湖之光”的浮點(diǎn)運(yùn)算速度為每秒9.3億億次，不僅速度比第二名“天河二號(hào)”快出近兩倍，其效率也提高3倍。更重要的是，與“天河二號(hào)”使用英特爾芯片不一樣，“神威太湖之光”使用的是中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的芯片?！吧裢狻背?jí)計(jì)算機(jī)“神威太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)的交換機(jī)網(wǎng)線我國(guó)計(jì)算機(jī)的發(fā)展4“神威太湖之光”采用中國(guó)自主研發(fā)的晶片技術(shù)，共安裝多達(dá)40960個(gè)處理器核心，系統(tǒng)峰值性能為每秒12.5億億次，運(yùn)算性能可達(dá)每秒9.3億億次，性能功耗比為每瓦特60.5億次，均居世界第一?！吧裢狻边@部超級(jí)電腦1分鐘的運(yùn)算能力，相當(dāng)于全球72億人同時(shí)使用電腦連續(xù)32年；若以2016年生產(chǎn)的主流筆電或個(gè)人桌機(jī)來(lái)說(shuō)，“神威太湖之光”這部超級(jí)電腦相當(dāng)于2百多萬(wàn)臺(tái)電腦。我國(guó)計(jì)算機(jī)的發(fā)展52017年全球最快超級(jí)電腦最新排行榜出爐，國(guó)際TOP500組織，于6月19日公布全球超級(jí)電腦的榜單，根據(jù)Top500所公布的榜單，今年的冠亞軍和去年一樣，都是由中國(guó)的“神威太湖之光”和“天河二號(hào)”攜手奪下。2018年最快電腦是美國(guó)——Summit，中國(guó)的“神威太湖之光”排名第二，“天河二號(hào)”排名第四。但中國(guó)在TOP500榜單上的系統(tǒng)數(shù)量仍超過(guò)其他任何國(guó)家。此次名單上有202臺(tái)中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)和124臺(tái)美國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的分類按信息的形式和處理方式分巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)

按規(guī)模分：

數(shù)字計(jì)算機(jī)

電子模擬計(jì)算機(jī)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)

最有效、最經(jīng)濟(jì)和最快速，適應(yīng)性差適應(yīng)性好，犧牲了效率、速度和經(jīng)濟(jì)性計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

科學(xué)計(jì)算——計(jì)算機(jī)應(yīng)用最早的領(lǐng)域數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造（CAD/CAM）人工智能嵌入式應(yīng)用嵌入式在消費(fèi)電子中的應(yīng)用（1）手機(jī)（2）電子書閱讀器（3）攝像機(jī)血糖儀便雋式心電監(jiān)護(hù)儀智能輸液泵嵌入式在醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用交換機(jī)路由器ADSL（寬帶）上網(wǎng)嵌入式在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用嵌入式在汽車中的應(yīng)用嵌入式在軍事中的應(yīng)用可穿戴產(chǎn)品Netatmo

June的智能手鐲SmartyRing智能戒指大疆DJI精靈4PRO無(wú)人機(jī)無(wú)人機(jī)搭載機(jī)槍電影《戰(zhàn)狼2》中的無(wú)人機(jī)電影中的無(wú)人機(jī)電影《戰(zhàn)狼2》中的無(wú)人機(jī)第一章緒論1、課程的目的，內(nèi)容和要求2、計(jì)算機(jī)的發(fā)展、分類及應(yīng)用3、計(jì)算機(jī)的硬件組成4、計(jì)算機(jī)軟件5、計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言6、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)7、計(jì)算機(jī)主要的技術(shù)指標(biāo)8、計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)和方向計(jì)算機(jī)里有什么？計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成硬件：構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際裝置軟件：為便于計(jì)算機(jī)應(yīng)用和對(duì)硬件進(jìn)行管理而編寫的程序硬件軟件指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件軟件主機(jī)外部設(shè)備

中央處理器CPU內(nèi)存運(yùn)算器控制器隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)只讀存儲(chǔ)器(ROM)輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、光筆輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等）應(yīng)用軟件（各種應(yīng)用軟件）外存儲(chǔ)器：磁帶、磁盤、光盤通信設(shè)備：網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖第3章第6章第5章第7章指令系統(tǒng)IO系統(tǒng)第4章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類目前常用的是1966年弗林根據(jù)指令流和數(shù)據(jù)流數(shù)量進(jìn)行分類的方法，其中指令流是機(jī)器執(zhí)行的指令序列，數(shù)據(jù)流是由指令流調(diào)用的數(shù)據(jù)序列?？蓪⒂?jì)算機(jī)系統(tǒng)分成下列4類。單指令流單數(shù)據(jù)流（SISD）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由一個(gè)處理器和一個(gè)存儲(chǔ)器組成。每次執(zhí)行一條指令，每次從存儲(chǔ)器?。ɑ虼妫┮粋€(gè)數(shù)據(jù)。為了提高運(yùn)算速度，有些計(jì)算機(jī)設(shè)置了指令流水線和運(yùn)算操作流水線，還有的設(shè)置了多個(gè)功能部件和多體交叉存儲(chǔ)器單指令流多數(shù)據(jù)流（SIMD）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由一個(gè)指令控制部件、多個(gè)處理器和多個(gè)存儲(chǔ)器組成。在程序運(yùn)行時(shí)由指令控制部件向各個(gè)處理器傳送同一條指令，處理器執(zhí)行指令時(shí)所需的數(shù)據(jù)是從存儲(chǔ)器中取的，各處理器所處理的數(shù)據(jù)是各不相同的，這就是多數(shù)據(jù)流多指令流單數(shù)據(jù)流（MISD）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在同一時(shí)刻執(zhí)行多條指令，但處理同一個(gè)數(shù)據(jù)。這種計(jì)算機(jī)很少或根本不存在多指令流多數(shù)據(jù)流（MIMD）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由多臺(tái)處理器（包括指令控制部件和處理器）和多個(gè)存儲(chǔ)器組成，每臺(tái)處理器執(zhí)行各自的指令，存取各自的數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果輸出設(shè)備計(jì)算步驟輸入設(shè)備數(shù)據(jù)地址結(jié)果運(yùn)算器指令存儲(chǔ)器控制器計(jì)算機(jī)硬件的基本組成運(yùn)算器和控制器總稱為CPU馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)的工作原理:

存儲(chǔ)程序順序控制主要硬件簡(jiǎn)介運(yùn)算器完成二進(jìn)制編碼的算術(shù)或邏輯運(yùn)算的部件。組成：累加器（用符號(hào)LA）通用寄存器（用符號(hào)LB）算術(shù)邏輯單元（用符號(hào)ALU）

存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器寄存器又叫主存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱內(nèi)存或主存，存放當(dāng)前正在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)主要硬件簡(jiǎn)介控制器用于控制整個(gè)計(jì)算機(jī)自動(dòng)地、連續(xù)地和協(xié)調(diào)地完成一條條指令。組成：指令部件時(shí)序部件操作控制部件程序計(jì)數(shù)器PC指令寄存器IR指令譯碼器ID由觸發(fā)器組成一組邏輯電路時(shí)鐘信號(hào)源、節(jié)拍發(fā)生器和微操作電路主要硬件簡(jiǎn)介

鼠標(biāo)、軟盤、鍵盤、觸摸屏、聲音識(shí)別器、圖形識(shí)別器、攝像設(shè)備和光閱讀機(jī)等。輸出設(shè)備

打印機(jī)、繪圖儀、顯示終端、聲響設(shè)備、大屏幕等。輸入設(shè)備主機(jī)顯示器鍵盤鼠標(biāo)寫字板PC機(jī)硬件配置第一章緒論1、課程的目的，內(nèi)容和要求2、計(jì)算機(jī)的發(fā)展、分類及應(yīng)用3、計(jì)算機(jī)的硬件組成4、計(jì)算機(jī)軟件5、計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言6、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)7、計(jì)算機(jī)主要的技術(shù)指標(biāo)8、計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)和方向4、計(jì)算機(jī)軟件

計(jì)算機(jī)軟件是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用的各種程序和文檔資料的總稱分類：系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)(如DOS、Windows、UNIX、OS/2等)語(yǔ)言編譯和解釋系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(如FoxBASE、Oracle等)系統(tǒng)服務(wù)程序(如診斷程序等)系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件信息管理軟件(如工資管理軟件、人事管理軟件等)科學(xué)計(jì)算程序文字與表格處理軟件(如WPS、Word、Excel等)圖形與圖像處理軟件(Photoshop、3DMAX)等輔助設(shè)計(jì)軟件(如CAD、CAM、CAI、CAT等)應(yīng)用軟件第一章緒論1、課程的目的，內(nèi)容和要求2、計(jì)算機(jī)的發(fā)展、分類及應(yīng)用3、計(jì)算機(jī)的硬件組成4、計(jì)算機(jī)軟件5、計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言6、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)7、計(jì)算機(jī)主要的技術(shù)指標(biāo)8、計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)和方向5、計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言自然語(yǔ)言：人類相互交流信息所用的語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言：人和計(jì)算機(jī)交流信息使用的語(yǔ)言稱為計(jì)算機(jī)語(yǔ)言或稱程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,即編寫程序所采用的語(yǔ)言就是程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。計(jì)算機(jī)語(yǔ)言分類：第一代——機(jī)器語(yǔ)言第二代——匯編語(yǔ)言第三代——面向過(guò)程程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言第四代——面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言第五代——基于Web的語(yǔ)言

程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的種類Web語(yǔ)言

:Java、J++、HTML、XML高級(jí)語(yǔ)言

面向過(guò)程：BASIC、PASCAL、FORTRAN、C面向?qū)ο螅篊++、VisualBASIC機(jī)器語(yǔ)言:由0和1組成的二進(jìn)制代碼序

列，計(jì)算機(jī)可直接執(zhí)行。匯編語(yǔ)言:將二進(jìn)制形式的機(jī)器指令代

碼序列用符號(hào)（助記符）表示。程序設(shè)

計(jì)語(yǔ)言5、計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言—機(jī)器語(yǔ)言特點(diǎn)：

1.從形式上表現(xiàn)為由0、1序列組成的指令系統(tǒng)2.機(jī)器語(yǔ)言不需要經(jīng)過(guò)任何翻譯工作，執(zhí)行效率高3.難記憶，難理解，難開(kāi)發(fā)，難調(diào)試，易出錯(cuò)4.不同型號(hào)CPU的指令集有較大差異，對(duì)應(yīng)的機(jī)器指令也不同，但同一系列的CPU指令集有向上兼容性，如：Intel80386指令集就包含了8086的指令集A0002002060120A202205、計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言—匯編語(yǔ)言A0002002060120A20220MOVAL,VAR1ADDAL,VAR2MOVVAR3,AL優(yōu)點(diǎn)：可讀性較好，便于檢查和修改錯(cuò)誤缺點(diǎn)：1.基本操作簡(jiǎn)單，描述問(wèn)題的能力差，編寫程序工作量大，源程序較長(zhǎng)。

2.編寫的程序與問(wèn)題的描述相差甚遠(yuǎn)，可讀性仍不好。

3.依賴于計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，可移植性差5、計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言—高級(jí)語(yǔ)言A0002002060120A20220MOVAL,VAR1ADDAL,VAR2MOVVAR3,ALC=a+b優(yōu)點(diǎn)

1.與計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)無(wú)關(guān)

2.表達(dá)方式比較接近自然語(yǔ)言

3.描述問(wèn)題的能力強(qiáng)

4.可讀性、通用性和可維護(hù)性好

5.與機(jī)器的字長(zhǎng)、寄存器、內(nèi)存單元地址等無(wú)關(guān)缺點(diǎn)1.高級(jí)語(yǔ)言必須翻譯成機(jī)器語(yǔ)言才能執(zhí)行，由于編譯過(guò)程復(fù)雜死板，翻譯出來(lái)的機(jī)器語(yǔ)言冗長(zhǎng)，占內(nèi)存大，速度慢；2.高級(jí)語(yǔ)言不能編寫訪問(wèn)機(jī)器硬件資源的系統(tǒng)軟件或設(shè)備控制軟件。解決第二個(gè)缺點(diǎn)的方法：提供高級(jí)語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言的調(diào)用接口第一章緒論1、課程的目的，內(nèi)容和要求2、計(jì)算機(jī)的發(fā)展、分類及應(yīng)用3、計(jì)算機(jī)的硬件組成4、計(jì)算機(jī)軟件5、計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言6、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)7、計(jì)算機(jī)主要的技術(shù)指標(biāo)8、計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)和方向6、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)用高級(jí)語(yǔ)言編寫程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言執(zhí)行程序人工編寫計(jì)算機(jī)上運(yùn)行計(jì)算機(jī)上運(yùn)行源程序目標(biāo)程序輸出結(jié)果計(jì)算機(jī)的解題過(guò)程6、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)虛擬機(jī)器M4(高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器)虛擬機(jī)器M3(匯編語(yǔ)言或中間語(yǔ)言機(jī)器)虛擬機(jī)器M2(操作系統(tǒng)語(yǔ)言機(jī)器)實(shí)際機(jī)器M1(機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器)高級(jí)語(yǔ)言程序經(jīng)編譯程序翻譯成匯編語(yǔ)言或中間語(yǔ)言程序本級(jí)語(yǔ)言程序經(jīng)編譯程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序或操作系統(tǒng)語(yǔ)言一般用機(jī)器語(yǔ)言解釋操作系統(tǒng)語(yǔ)言由硬件或微程序執(zhí)行機(jī)器語(yǔ)言硬件依靠軟件才存在的機(jī)器第一章緒論1、課程的目的，內(nèi)容和要求2、計(jì)算機(jī)的發(fā)展、分類及應(yīng)用3、計(jì)算機(jī)的硬件組成4、計(jì)算機(jī)軟件5、計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言6、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)7、計(jì)算機(jī)主要的技術(shù)指標(biāo)8、計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)和方向7、計(jì)算機(jī)主要的技術(shù)指標(biāo)字長(zhǎng)指計(jì)算機(jī)中每次運(yùn)算的數(shù)所包含的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。位數(shù)越多，表示數(shù)的精度越高。存儲(chǔ)容量包括主存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器的容量。主存容量是指主存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元的總數(shù)外存容量一般是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中聯(lián)機(jī)的外存儲(chǔ)器的容量。運(yùn)算速度指計(jì)算機(jī)每秒鐘執(zhí)行指令的條數(shù)。完成一條指令的時(shí)間（包括取出指令和執(zhí)行指令的時(shí)間）稱為指令周期。7、計(jì)算機(jī)主要的技術(shù)指標(biāo)配置的軟件及外圍設(shè)備的種類計(jì)算機(jī)系統(tǒng)允許配置的系統(tǒng)軟件種類滿足用戶的需要，用戶可根據(jù)自己的需要選擇購(gòu)買系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件?？煽啃?、可用性和可維修性可靠性可用無(wú)故障平均間隔時(shí)間MTBF衡量,MTBF等于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有效使用時(shí)間除以故障次數(shù)?？捎眯允侵赣?jì)算機(jī)系統(tǒng)有效使用時(shí)間除以有效使用時(shí)間加上故障修復(fù)時(shí)間之和?？删S修性用故障修復(fù)的平均時(shí)間來(lái)衡量。第一章緒論1、課程的目的，內(nèi)容和要求2、計(jì)算機(jī)的發(fā)展、分類及應(yīng)用3、計(jì)算機(jī)的硬件組成4、計(jì)算機(jī)軟件5、計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言6、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)7、計(jì)算機(jī)主要的技術(shù)指標(biāo)8、計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)和方向8、計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)和方向巨型化微型化網(wǎng)絡(luò)化智能化巨型化指計(jì)算機(jī)具有極高的運(yùn)算速度、大容量的存布空間、更加強(qiáng)大和完善的功能，主要用于航空航天、軍事、氣象、人工智能、生物工程等學(xué)科領(lǐng)域。微型化大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路發(fā)展的必然。從第—塊微處理器芯片問(wèn)世以來(lái)，發(fā)展速度與日俱增。計(jì)算機(jī)芯片的集成度每18個(gè)月翻一番，而價(jià)格則減一半，這就是信息技術(shù)發(fā)展功能與價(jià)格比的摩爾定律。計(jì)算機(jī)芯片集成度越來(lái)越高，所完成的功能越來(lái)越強(qiáng)，使計(jì)算機(jī)微型化的進(jìn)程和普及率越來(lái)越快。網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。尤其進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨Inter的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已廣泛應(yīng)用于政府、學(xué)校、企業(yè)、科研、家庭等領(lǐng)域，越來(lái)越多的人接觸并了解到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將不同地理位置上具有獨(dú)立功能的不同計(jì)算機(jī)通過(guò)通信設(shè)備和傳輸介質(zhì)互連起來(lái)，在通信軟件的支持下，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)之間共享資源、交換信息、協(xié)同工作。引算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展水平已成為衡量國(guó)家現(xiàn)代化程度的重要指標(biāo)．在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著極其重要的作用智能化讓計(jì)算機(jī)能夠模擬人類的智力活動(dòng)，如學(xué)習(xí)、感知、理解、判斷、推理等能力。具備理解自然語(yǔ)言、聲音、文字和圖像的能力，具有說(shuō)話的能力，使人機(jī)能夠用自然語(yǔ)言直接對(duì)話。它可以利用已有的和不斷學(xué)習(xí)到的知識(shí)，進(jìn)行思維、聯(lián)想、推理，并得出結(jié)論，能解決復(fù)雜問(wèn)題，具有匯集記憶、檢索有關(guān)知識(shí)的能力。柯潔大戰(zhàn)阿爾法狗會(huì)彈鋼琴的機(jī)器人Teo

從目前計(jì)算機(jī)的研究情況可以看到，未來(lái)計(jì)算機(jī)將有可能在光子計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)等方面的研究領(lǐng)域上取得重大的突破1、量子計(jì)算機(jī)定義量子計(jì)算機(jī)是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理的量子物理設(shè)備。當(dāng)某個(gè)設(shè)備處理和計(jì)算的是量子信息，運(yùn)行的是量子算法時(shí)，它就是量子計(jì)算機(jī)。特點(diǎn)宏觀上電子計(jì)算機(jī)用電位的高低來(lái)表示0和1以進(jìn)行存儲(chǔ)和計(jì)算。而量子元件通過(guò)控制粒子波動(dòng)的相位來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的強(qiáng)弱和有無(wú)，量子計(jì)算機(jī)通過(guò)利用粒子的量子力學(xué)效應(yīng)，如光子的極化、原子的自旋等來(lái)表示0和1以進(jìn)行存儲(chǔ)和計(jì)算。1、量子計(jì)算機(jī)如何實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算目前已經(jīng)提出的方案主要是利用了冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點(diǎn)操縱、超導(dǎo)量子干涉等。只是量子點(diǎn)方案和超導(dǎo)量子干涉方案更適合集成化和小型化。2、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)生物大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可看做一個(gè)大規(guī)模并行處理的、緊密耦合的、能自行重組的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能有效地組織和處理信息。對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，并從大腦工作的模型中抽取計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的模型就是所謂的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)是模仿人的大腦的判斷能力和適應(yīng)能力，并具有可并行處理多種數(shù)據(jù)功能的計(jì)算機(jī)。以往的信息處理系統(tǒng)只能處理?xiàng)l理清晰、經(jīng)絡(luò)分明的數(shù)據(jù)。而人的大腦活動(dòng)具有能處理零碎、含糊不清的信息的靈活性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)將類似于人腦的智慧和靈活性。2、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的信息不是存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，而是存儲(chǔ)在神經(jīng)元之間的聯(lián)絡(luò)中。若有節(jié)點(diǎn)斷裂，電腦仍有重建資料的能力。它還具有聯(lián)想、記憶、視覺(jué)和聲音識(shí)別能力。日本科學(xué)家已開(kāi)發(fā)出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)用的大規(guī)模集成電路芯片，在1.5cm的硅片上可設(shè)置400個(gè)神經(jīng)元和40000個(gè)神經(jīng)鍵，這種芯片能實(shí)現(xiàn)每秒2億次的運(yùn)算速度。1990年，日本理光公司宣布研制出一種具有學(xué)習(xí)功能和大規(guī)模集成電路的“神經(jīng)LST”。這是依照人腦的神經(jīng)細(xì)胞研制成功的一種芯片，它處理信息的速度為每秒90億次。2、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)富士通研究所開(kāi)發(fā)的神經(jīng)電子計(jì)算機(jī)，每秒更新數(shù)據(jù)速度近千億次。日本電氣公司推出一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聲音識(shí)別系統(tǒng)，能夠識(shí)別出任何人的聲音，正確率達(dá)99.8％。美國(guó)研究出由左腦和右腦兩個(gè)神經(jīng)塊連接而成的神經(jīng)電子計(jì)算機(jī)。右腦為經(jīng)驗(yàn)功能部分,有1萬(wàn)多個(gè)神經(jīng)元,用于圖像識(shí)別；左腦為識(shí)別功能部分,含有100萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元,用于存儲(chǔ)單詞和語(yǔ)法規(guī)則。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)具有智能性，能模擬人的邏輯思維、記憶、推理、設(shè)計(jì)分析和決策等智能活動(dòng)，并能和人進(jìn)行自然通信。3、化學(xué)、生物計(jì)算機(jī)在運(yùn)行機(jī)理上，化學(xué)計(jì)算機(jī)以化學(xué)制品中的微觀碳分子作信息載體，來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸與儲(chǔ)存。因此，它具有更小的體積、更快的運(yùn)算速度和強(qiáng)大的計(jì)算能力，其信息傳輸速度可能比人腦思維速度還要快若干倍。1995年，來(lái)自各國(guó)的200多位有關(guān)專家共同探討了DNA（脫氧核糖核酸）計(jì)算機(jī)的可行性，認(rèn)為DNA分子間在酶的作用下可以從某基因代碼通過(guò)生物化學(xué)的反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N基因代碼，轉(zhuǎn)變前的基因代碼可以作為輸入數(shù)據(jù)，反應(yīng)后的基因代碼可以作為運(yùn)算結(jié)果，利用這一過(guò)程可以制成新型的生物計(jì)算機(jī)。3、化學(xué)、生物計(jì)算機(jī)生物芯片現(xiàn)今科學(xué)家已研制出許多種生物計(jì)算機(jī)的主要部件——生物芯片，例：合成蛋白芯片、血紅素芯片、賴氨酸芯片等。世界上第一個(gè)“分子電路”美國(guó)明尼蘇達(dá)州立大學(xué)已經(jīng)研制出世界上第一個(gè)“分子電路”，由“分子導(dǎo)線”組成的顯微電路只有目前計(jì)算機(jī)電路的千分之一。DNA計(jì)算機(jī)麥迪遜威斯康新大學(xué)的研究人員,利用人工合成的DNA鏈狀結(jié)構(gòu)制造出一臺(tái)DNA計(jì)算機(jī),并且很巧妙地讓它來(lái)解決一些相對(duì)復(fù)雜的運(yùn)算問(wèn)題。這是一種非自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)－就像算盤一樣,但是,這種計(jì)算方式可以像常規(guī)計(jì)算機(jī)一樣實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。3、化學(xué)、生物計(jì)算機(jī)生物計(jì)算機(jī)的速度據(jù)有關(guān)分析測(cè)量，如果生物計(jì)算機(jī)研制成功，其運(yùn)算速度是目前傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)根本無(wú)法比擬的，它幾十小時(shí)的運(yùn)算量就相當(dāng)于目前全球所有計(jì)算機(jī)運(yùn)算量的總和。生物計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)量生物計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)量也大得驚人?？茖W(xué)家采用有機(jī)的蛋白質(zhì)分子構(gòu)成的生物芯片代替由無(wú)機(jī)材料制作的硅芯片，其大小僅為現(xiàn)在所用的硅芯片的十萬(wàn)分之一，而