1、1,计算机组成原理,蒋文斌 服务计算技术与系统教育部重点实验室，集群与网格计算湖北省重点实验室计算机科学与技术学院Email: 主页：http:/ 3、莫正坤，邵平凡。计算机组成原理。高等教育、中山大学出版社，20054、郑纬民等译。计算机组成和设计：硬件/软件接口(第2版)。清华大学出版社，20035、张昆藏 译。计算机组织与结构：性能设计。电子工业出版社, 2001 6、冯博琴。微型计算机硬件技术基础。高等教育出版社，2003,3,课程要求及说明,1、遵守课堂纪律2、考试重点（知识点）在课堂和作业中体现3、闭卷考试,4,作用：1、更好地理解和用好作为工具的计算机。 （快速、正确理解所使用的
2、系统）2、在本职工作中提供新的计算机系统解决方案。 (合作软硬结合系统的开发),为什么要学这门课,课程内容：计算机硬件技术的基础知识、基本思想 和基本方法. （部件及之间的关系、工作原理与逻辑实现）,5,第1章 计算机系统概论,3、 计算机硬件系统,4、 计算机软件系统,5、 计算机系统层次结构,1、 计算机发展简史,2、 计算机分类,6,1. 计算机的发展简史,7,各时代代表机型,8,世界上第一台电子数字计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)，由美国宾夕法尼亚大学于1946年研制成功并投入使用。,9,10,11,第四代计算
3、机中微处理器的发展：Intel 4004,1971年1月，Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器）,12,4004包含2300个晶体管，尺寸规格为3mm4mm，计算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为200美元。,13,8008,1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel 8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器
4、。,14,8080 第二代微处理器,1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。 主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS。,15,Intel 8086 第三代微处理器,1978年6月，Intel推出4.77MHz的8086微处理器，标志着第三代微处理器问世。它采用16位寄存器、16位数据总线和29000个3微米技术的晶体管，售价360美元。,16,Z80微处理器,Zilog公司于1976年开发的Z80微处理器，广泛用
5、于微型计算机和工业自动控制设备。当时，zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。,17,第一台微型计算机：Altair 8800,1975年4月，MITS发布第一个通用型Altair 8800，售价375美元，带有1KB存储器。这是世界上第一台微型计算机。 Altair定位在青年电脑迷市场 Paul Allen和Bill Gates在三周内为Altair开发出BASIC语言，MITS成为两个未来富翁的第一个客户,18,Apple,1976年3月，Steve Wozniak和Steve Jobs开发出微型计算机Apple I，4月1日愚人节这天，两个Steve成立了Appl
6、e计算机公司。 Apple II是第一个带有彩色图形的个人计算机，售价为1300美元。Apple II及其系列改进机型风靡一时，这使Apple成为微型机时代最成功的计算机公司。,19,1981-PC元年,早在1980年7月，一个负责“跳棋计划”的13人小组秘密来到佛罗里达州波克罗顿镇的IBM研究发展中心，开始开发后来被称为IBM PC的产品。一年后的8月12日，IBM公司在纽约宣布第一台IBM PC诞生，这个开创计算机历史新篇章的时刻。第一台IBM PC采用了主频为4.77MHz的Intel 8088操作系统是Microsoft提供的MS-DOSIBM将其命名为“个人电脑（Personal C
7、omputer）,20,计算机的发展日新月异,从计算机的规模，运算速度上看，巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机、单片机,从CPU的发展来看 40048008-8086-8088-80186-80286-80386-80486-586-pentium-PII-PIII-P4,21,22,我国计算机技术的发展,1953年开始研究，1958年研究出第一台计算机，103型通用计算机50年来相继研究出了第二代，第三代计算机。80年代研究出了每秒亿次的巨型机，银河I,II,其他如曙光天演(清华BBS,学校高性能计算中心)。1985年6月，中国第一台自行研制的微机长城0520研制成功，其广告词是：“一台
8、我们自己制造的能够处理中文的电脑”。 在高性能计算，并行计算上已紧跟国际先进水平，但计算机的核心部件CPU技术还远远落后。中科院研究开发的龙芯GODSON,23,24,计算机发展的理论基础和规律,1、逻辑代数2、图灵机：英国数学家图灵证明理想的通用数字计算机是可以制造出来的。现代通用数字计算机的数学模型3、冯.诺依曼计算机原理：二进制存储程序并按地址顺序执行(程序控制）4、Moore定律：微处理器内晶体管数每18个月翻一番5、Bell定律：如果保持计算能力不变，微处理器的价格每18个月减少一半6、Gilder定律： 未来25年（1996年预言）里，主干网的带宽将每6个月增加一倍7、Metcal
9、fe定律： 网络价值同网络用户数的平方成正比8、半导体存储器发展规律：DRAM密度每年增加60%，每三年翻四倍9、硬盘存储技术发展规律： 硬盘的密度每年增加约一倍,25,计算机发展的趋势,总趋势：速度越来越快，体积越来越小， 成本越来越低，功耗越来越低,1、微型计算机已迈入64位的新时代2、精减指令计算机（RISC）正在逐步取代复杂指令计算机（CISC）3、多媒体计算机技术、网络存储技术正在推广使用4、大规模并行处理系统（MPP）的处理速度已达到TFLOPS（每秒1012条浮点指令,万亿）级5、超立方体计算机、神经网络计算机等高性能计算机正在加紧研究、试制之中。 随着电子器件速度极限的逼近人们
10、又开始了全新时代计算机的研究 ,26,二十一世纪的计算机,光计算机： 光能够像电一样传送信息，其抗干扰能力强，传输速度快，并且光学器件的能耗非常低。尤为重要的是，光的独立性使得大规模的并行计算成为可能。 生物计算机： 生物系统的信息处理过程是基于分子的计算与通讯过程，生物计算不是按照传统的确定算法来解决问题，而是通过竞争优化的方式来求解问题。生物计算的主要形式是学习和记忆 。生物系统在解决复杂图形和多重模式判定方面有独特的优势。 量子计算机： 量子计算的概念远比光子计算和生物计算出现得晚，但却具有更大的革命潜力 。 信息存储器 目前，在室温下能够制造出单电子内存，在大约7平方纳米大小的位元上，
11、每一平方纳米就能存储250GB的信息。,27,2、计算机的分类,28,3、计算机硬件系统,计算机硬件：一切构成计算机的物理实体硬件系统构成思想：计算机的基础理论（冯诺依曼思想： 存储程序，程序控制等，大部分已经有50年）未变 因此，计算机的关键部件没有大的改变 即：计算机五大功能部件,29,计算机硬件系统的组成,运算器（完成算术运算，逻辑运算）主存储器（存放程序以及数据）控制器（控制指令的执行序列，根据指令的功能给出实现指令功能所需要的控制信号）输入设备，能将人能够识别的信息形式转换为机器能够识别的形式输出设备,30,计算机硬件组成框图,31,CPU的组成示意图 1. 控制器 从内存取出一条指
12、令,并指出下条指令的地址; 对指令进行译码,产生相应的控制信号; 指挥并控制CPU,内存和I/O设备之间的数据传送. 2.运算器 加工信息.包括:算术运算， 逻辑运算注意：寄存器、总线的位宽/字长,32,对计算机硬件的理解,硬件：对数字操作的机器系统 数字硬件： 对数字进行处理、传输、和存储的硬件 转换硬件： 将各种形式的信息转换为数字信息，或者将数字信息转换为各种形式的硬件（图像、声音、文字输入输出设备，目前重要的设备是显示器）,33,数字技术的三分天下,处理： CPU, DSP, ASIC传输： 总线(CPU内部、系统总线, I/O总线), 网络（LAN，WAN，INTERNET,无线网）
13、存储： RAM，ROM，FLASH，硬盘，光盘， 存储系统（RAID ，SAN ，NAS）,34,4、计算机软件系统,软件系统，计算机硬件是载体， 软件是灵魂。系统软件 、 应用软件一切程序的集合固件：具有软件功能，具有硬件形态的 部件,35,对软件的理解,可运行的思想和内容的数字化 思想：算法、规律、办法-程序表达 内容：图形、图像、数据、声音、文字等归结为程序和数据（统称二进制表示的信息）软件的核心: 算法 (一个好的算法可以代替大量的硬件: FFT, MPEG),36,硬件是相似的，软件则各有各的不同,各种硬件在数字域都有相同或相似的内脏（只有三个部分：处理、传输、存储）今后的各种信息工具和设备外部虽然千变万化，内部都是一样的（统一性）软件是思想和内容的数字化，各个领域都有自己的软件，所以是各不相同的真正的价值体现在软件硬件与软件可以互相转化，软件固化成为固件,37,计算机软件系统分类,38,5、计算机系统的层次结构,4. 语言处理程序及其他系统软件级,传统机器级,39,综合起来,40,本章重点内容,1.计算机发展的四个阶段的特点2.计算机硬件组成框图3.冯.诺依曼计算机的主要特征4.计算机软件系统的分类5.计算机固件的概念,41,QUESTION？,
