計(jì)算機(jī)組成原理PPT課件

計(jì)算機(jī)組成原理,第一單元第一講學(xué)習(xí)目的和方法計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史,2,計(jì)算機(jī)組成原理,學(xué)分：4學(xué)時(shí)：64+32先修課程：數(shù)字邏輯、高級語言程序設(shè)計(jì)后續(xù)課程：操作系統(tǒng)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、編譯原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),3,學(xué)習(xí)目的,了解計(jì)算機(jī)的組成五大組成部件掌握計(jì)算機(jī)的運(yùn)行原理計(jì)算機(jī)為什么能執(zhí)行高級語言程序了解現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中的一些核心技術(shù)流水、Cache、并行培養(yǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的技能提高編程能力成為計(jì)算機(jī)科學(xué)家、計(jì)算機(jī)專家,4,主要教學(xué)內(nèi)容,計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)運(yùn)算器的功能、組成和基本運(yùn)行原理控制器的功能、組成和運(yùn)行原理存儲(chǔ)器及層次存儲(chǔ)器系統(tǒng)輸入/輸出設(shè)備和總線,5,學(xué)習(xí)目標(biāo),掌握單CPU計(jì)算機(jī)的完整硬件組成基本運(yùn)行原理內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最新發(fā)展達(dá)到能獨(dú)立設(shè)計(jì)一臺(tái)完整計(jì)算機(jī)的水平知識(shí)和能力兩方面都提高,6,教學(xué)環(huán)節(jié)和學(xué)習(xí)方法,課堂講授閱讀參考資料思考習(xí)題完成實(shí)驗(yàn)及報(bào)告討論和總結(jié)考試,博學(xué)審問慎思明辨篤行,7,考評辦法,習(xí)題和作業(yè)作業(yè)缺交2次（含），作業(yè)成績?yōu)?發(fā)現(xiàn)抄襲現(xiàn)象，作業(yè)成績?yōu)?。若作業(yè)成績?yōu)?，則考試無效。作業(yè)要求上交手寫版，不接受電子版和打印版實(shí)驗(yàn)和報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告可按照要求，提交電子版考試總成績評定If考試成績=全年級考試成績的平均值/2Then總評成績=考試成績*40%+Project成績*50%+作業(yè)成績*10%Else總評成績=考試成績,8,Project評分標(biāo)準(zhǔn),自由組合、原則上按組給成績達(dá)到基本要求，成績?yōu)?0分獨(dú)立實(shí)現(xiàn)全部規(guī)定指令及指定的擴(kuò)展指令（微程序和組合邏輯兩種控制器）獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告鼓勵(lì)在任何方面，尤其是硬件方面的擴(kuò)展（最多20分）中斷、I/O等監(jiān)控程序修改、完善任何其他有特色的創(chuàng)新課堂交流,9,教材和參考書,教材計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)王誠著清華大學(xué)出版社計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)(第2版)王誠著清華大學(xué)出版社參考書目計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)劉衛(wèi)東編機(jī)械工業(yè)出版社計(jì)算機(jī)組成結(jié)構(gòu)化方法劉衛(wèi)東宋佳興徐恪譯人民郵電出版社ComputerOrganizationvk=vk+1;vk+1=temp;,lw$to,0($2)lw$t1,4($2)sw$t1,0($2)sw$t0,4($2),00001001110001101010111101011000101011110101100000001001110001101100011010101111010110000000100101011000000010011100011010101111,計(jì)算機(jī)組成,23,ASix-LevelComputer,24,MultilevelMachine,25,EvolutionofMultilevelMachines,BarehardwareMicroprogrammingOperatingsystemCompilersHardware/softwareinterfaceSimpleISACISCRISC,26,ComputerGenerations,Gen-0:Mechanicalcomputers(BCtoearly1940s)Gen-1:VacuumTubes(1943-1959)Gen-2:Transistors(1960-1968)JohnBardeen,WalterBrattain,andWilliamShockleyGen-3:IntegratedCircuits(1969-1977)JackKilby(1958)Gen-4:VLSI(1978-present)Gen-5:Optical?Quantum?生物？,27,古代及近代計(jì)算技術(shù),公元前500年，中國出現(xiàn)算盤,1642年，BlaisePascal發(fā)明自動(dòng)進(jìn)位的加法機(jī)器，齒輪驅(qū)動(dòng)撥盤，在窗口顯示結(jié)果,1822年，CharlesBabbage，微分機(jī)（DifferentialEngie）,1833年，分析機(jī)（AnalyticalEngine），通用機(jī)器,16世紀(jì)，Alkhowarizmi提出算法概念，并出版以算法（Algorithm）為題的書籍,AdaAugustaLovelace，第一位程序員,28,圖靈機(jī),1937年，AlanTuring提出一種“通用”計(jì)算機(jī)的概念，它可以執(zhí)行任何一個(gè)描述好的程序（算法），實(shí)現(xiàn)需要的功能，形成了“可計(jì)算性”概念的基礎(chǔ)。存儲(chǔ)程序的思想，使計(jì)算機(jī)從專用走向通用。正是這一創(chuàng)新，開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)的新時(shí)代。50年代，Turing提出了“智能”計(jì)算機(jī)的概念。Turing測試,29,圖靈機(jī)（TuringMachine),確定型圖靈機(jī)*有窮符號集P*有窮狀態(tài)集Q*轉(zhuǎn)移函數(shù)F：Q。PQ。P。-1，+1通用機(jī)(UniversalMachine)概念,有限狀態(tài)控制器,P,讀寫頭,帶,-4-3-2-10+1,Q,30,Turing機(jī)特點(diǎn),通用計(jì)算機(jī)：并不是保存所有問題的結(jié)果。存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)：問題的求解由程序或過程給出，程序和過程可以通過語言描述。有限速度：計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的時(shí)間是有限的。有限空間：計(jì)算機(jī)程序的存放空間和數(shù)據(jù)存放空間也是有限的。是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的鼻祖。,31,VannevarBush:Memex,保存有10億本圖書的書柜可按照人們的需要，對圖書進(jìn)行照相甚至可以記錄人們的聲音保存并共享人類歷史上的知識(shí)Web之父,32,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的里程碑,33,第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)ENIAC,ElectronicNumericalandIntegrateCalculator,MauchlyandEckert設(shè)計(jì)1946年2月14日第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)，設(shè)計(jì)用于計(jì)算火炮的彈道重30噸，占地15000平方英尺，18000個(gè)電子管，耗電140KW,運(yùn)算速度：5000次加法/秒使用十進(jìn)制數(shù)20個(gè)寄存器，每個(gè)存放10位的十進(jìn)制數(shù)通過設(shè)置6000個(gè)開關(guān)和其它眾多的插頭和插座來編程,34,VonNeumann機(jī)IAS,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的鼻祖：五大功能部件將程序和數(shù)據(jù)統(tǒng)一表示：存儲(chǔ)器有4096個(gè)字，每個(gè)字40位。采用二進(jìn)制數(shù)據(jù)：簡化了存儲(chǔ)器只提供整數(shù)運(yùn)算：任何有能力的數(shù)學(xué)家都能在頭腦中記住小數(shù)點(diǎn)的位置。,35,第一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)：PDP-1,1957年由DEC公司生產(chǎn)第二代計(jì)算機(jī)（晶體管）18位字長，4K內(nèi)存，機(jī)器周期為5微秒售價(jià)120000美元。售出50臺(tái)。開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)！,36,第一個(gè)系列計(jì)算機(jī)：IBM360,第三代計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)應(yīng)用：科學(xué)計(jì)算和商務(wù)處理如何在不同的硬件平臺(tái)上運(yùn)行相同的軟件？系列計(jì)算機(jī)：IBM360計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：程序員眼中的計(jì)算機(jī)。具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)可以運(yùn)行相同的程序。微程序控制器,37,應(yīng)用的普及：IBMPC機(jī),38,RISC計(jì)算機(jī),精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)盡量簡單，復(fù)雜指令通過簡單指令的組合來完成提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度,39,下一代計(jì)算機(jī),Babbage：更快、更高、更強(qiáng)Turing：智能計(jì)算機(jī)Bush：信息網(wǎng)格？,40,小結(jié),學(xué)習(xí)方法博學(xué)審問慎思明辨篤行計(jì)算機(jī)組成原理單臺(tái)計(jì)算機(jī)完整的硬件系統(tǒng)的基本原理與內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的鑰匙計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史以史為鑒，可知興替，可明得失。,41,課程信息,用FPGA實(shí)現(xiàn)帶指令流水的教學(xué)計(jì)算機(jī)5到6名同學(xué)，可頂替大實(shí)