智能網(wǎng)聯(lián)汽車計算機(jī)基礎(chǔ) 課件 項目一任務(wù)1：汽車計算機(jī)基礎(chǔ)概述

計算機(jī)的組成和體系結(jié)構(gòu)汽車計算機(jī)基礎(chǔ)一、課程導(dǎo)入誰也不曾想到，僅僅被當(dāng)作軍事計算工具應(yīng)用的電子計算機(jī)，在半個世紀(jì)中竟然會成為改變社會結(jié)構(gòu)、乃至促使人們的工作和生活方式發(fā)生驚人變化的不可拋棄的寵兒，可謂21世紀(jì)下半世紀(jì)科技發(fā)展的最有影響的商品。并且它還將繼續(xù)預(yù)示著未來世界的變化，使數(shù)千年人類文明史中曾有過的各種神話般的幻想逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實。計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)思考討論題（2分鐘）一、課程導(dǎo)入為解決各種問題，人們發(fā)明了不計其數(shù)的機(jī)器。計算機(jī)種類繁多，從嵌入火星漫游機(jī)器人的計算機(jī)到為操縱核潛艇導(dǎo)航系統(tǒng)的計算機(jī)，不一而足。馮?諾伊曼在1945年提出第一種計算模型，無論筆記本電腦還是電話，幾乎所有計算機(jī)都遵循與這種模型相同的工作原理。那么你們了解計算機(jī)是如何工作的嗎？計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)2.1計算機(jī)介紹二、計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)（computer）俗稱電腦，是現(xiàn)代一種用于高速計算的電子計算機(jī)器，可以進(jìn)行數(shù)值計算，又可以進(jìn)行邏輯計算，還具有存儲記憶功能。是能夠按照程序運行，自動、高速處理海量數(shù)據(jù)的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備。計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)2.1計算機(jī)介紹一臺完整的計算機(jī)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)所組成，如圖所示，沒有安裝任何軟件的計算機(jī)稱為裸機(jī)。硬件系統(tǒng)是構(gòu)成計算機(jī)系統(tǒng)的各種物理設(shè)備的總稱，軟件系統(tǒng)是計算機(jī)運行所需的程序及相關(guān)資料，硬件是機(jī)器的實體，軟件是它的靈魂。二、計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)2.1計算機(jī)介紹（1）硬件二、計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)2.1計算機(jī)介紹（2）軟件系統(tǒng)軟件：系統(tǒng)程序，主要用來管理整個計算機(jī)系統(tǒng)，監(jiān)視服務(wù)，使系統(tǒng)資源得到合理調(diào)度，高效運行。二、計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)微軟WindowsDOS2.1計算機(jī)介紹（2）軟件應(yīng)用軟件又稱為應(yīng)用程序，它是用戶根據(jù)任務(wù)需要所編制的各種程序，如科學(xué)計算程序，數(shù)據(jù)處理程序，過程控制程序，事務(wù)管理程序。二、計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)文檔處理類軟件數(shù)據(jù)庫管理類軟件2.2計算機(jī)的基本組成（1）馮·諾伊曼計算機(jī)的特點1945年，數(shù)學(xué)家馮·諾伊曼提出了存儲程序的概念,以此概念為基礎(chǔ)的計算機(jī)統(tǒng)稱為馮諾伊曼機(jī)。二、計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)2.2計算機(jī)的基本組成（1）馮·諾伊曼計算機(jī)的特點實現(xiàn)“存儲程序”概念，大幅提升了任務(wù)效率指令和數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制，極大簡化了邏輯線路由五個部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備二、計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)1949交付1951正式運行1962退役2.2計算機(jī)的基本組成（2）馮·諾依曼計算機(jī)的硬件框圖典型的馮·諾依曼計算機(jī)是以運算器為中心的。其中，輸入、輸出設(shè)備與存儲器之間的數(shù)據(jù)傳送都需通過運算器。二、計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)2.2計算機(jī)的基本組成（2）現(xiàn)代計算機(jī)結(jié)構(gòu)現(xiàn)代的計算機(jī)已轉(zhuǎn)化為以存儲器為中心。二、計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)2.2計算機(jī)的基本組成（2）現(xiàn)代計算機(jī)硬件框圖運算器ALU控制器CU存儲器輸入設(shè)備輸出設(shè)備二、計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)CPU主存輔助主機(jī)I/0設(shè)備硬件2.3計算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)（1）計算機(jī)系統(tǒng)的五個層次結(jié)構(gòu)自上而下，計算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)分為五個層級，如圖所示。二、計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)2.3計算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)（2）計算機(jī)三種級別語言二、計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)2.3計算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)（2）計算機(jī)三種級別語言高級語言需要被編譯程序或解釋程序翻譯成匯編語言或機(jī)器語言。二、計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)2.4計算機(jī)的工作原理（1）把程序和數(shù)據(jù)裝入主存儲器。二、計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)2.4計算機(jī)的工作原理（2）從源程序到可執(zhí)行文件。以UNIX系統(tǒng)中的GCC編譯器程序為例，讀取源程序文件hello.c，并把它翻譯成一個可執(zhí)行目標(biāo)文件hello，整個翻譯過程可分為4個階段完成。二、計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)預(yù)處理器（cpp）hello.c源程序（文本）編譯器（ccl）hello.i修改了的源程序（文本）匯編器（as）hello.s匯編程序（文本）鏈接器（ld）hello.o可重定位目標(biāo)程序（二進(jìn)制文件)printf.ohello可執(zhí)行目標(biāo)程序2.4計算機(jī)的工作原理（3）從可執(zhí)行文件的首地址開始逐條執(zhí)行指令程序中第一條指令的地址置于PC中，根據(jù)PC取出第一條指令，經(jīng)過譯碼、執(zhí)行步驟等，控制計算機(jī)各功能部件協(xié)同運行，完成這條指令的功能，并計算下一條指令的地址。用新得到的指令地址繼續(xù)讀出第二條指令并執(zhí)行,直到程序結(jié)束為止。二、計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)3.1計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的定義經(jīng)典的關(guān)于“計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)（computerarchitecture）”的定義是1964年C.M.Amdahl在介紹IBM360系統(tǒng)時提出的，其具體描述為“計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是程序員所看到的計算機(jī)的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)與功能特性”。計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)三、計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)C.M.Amdahl3.1計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的定義經(jīng)典計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)概念的實質(zhì)是計算機(jī)系統(tǒng)中軟硬件界面的確定，其界面之上的是軟件的功能，界面之下的是硬件和固件的功能。廣義（現(xiàn)代）的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的概念，它除了包括經(jīng)典的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的概念范疇（指令集結(jié)構(gòu)），還包括計算機(jī)組成和計算機(jī)實現(xiàn)的內(nèi)容。計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)三、計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)3.1計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的定義計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)就是指適當(dāng)?shù)亟M織在一起的一系列系統(tǒng)元素的集合，這些系統(tǒng)元素互相配合、相互協(xié)作，通過對信息的處理而完成預(yù)先定義的目標(biāo)。三、計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)計算機(jī)軟件計算機(jī)硬件人員數(shù)據(jù)庫文檔過程3.2計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的功能屬性三、計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)寄存器組織指令系統(tǒng)機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)表示尋址方式輸入輸出結(jié)構(gòu)信息保護(hù)存儲系統(tǒng)中斷機(jī)構(gòu)3.3計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程（1）第一階段60年代中期以前，是計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的早期時代。在這個時期通用硬件已經(jīng)相當(dāng)普遍，軟件卻是為每個具體應(yīng)用而專門編寫的，大多數(shù)人認(rèn)為軟件開發(fā)是無需預(yù)先計劃的事情。這時的軟件實際上就是規(guī)模較小的程序，程序的編寫者和使用者往往是同一個(或同一組)人。由于規(guī)模小，程序編寫起來相當(dāng)容易，也沒有什么系統(tǒng)化的方法，對軟件開發(fā)工作更沒有進(jìn)行任何管理。這種個體化的軟件環(huán)境，使得軟件設(shè)計往往只是在人們頭腦中隱含進(jìn)行的一個模糊過程，除了程序清單之外，根本沒有其他文檔資料保存下來。三、計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)3.3計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程（2）第二階段從60年代中期到70年代中期，是計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的第二代。多道程序多用戶系統(tǒng)人機(jī)交互實時系統(tǒng)在線存儲技術(shù)軟件工程三、計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)3.3計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程（3）第三階段計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的第三代從20世紀(jì)70年代中期開始，并且跨越了整整10年。分布式系統(tǒng)局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、寬帶數(shù)字通信微處理器個人計算機(jī)三、計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)3.3計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程（4）第四階段在計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的第四代已經(jīng)不再看重單臺計算機(jī)和程序，人們感受到的是硬件和軟件的綜合效果。由復(fù)雜操作系統(tǒng)控制的強(qiáng)大的桌面機(jī)及局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，與先進(jìn)的應(yīng)用軟件相配合，已經(jīng)成為當(dāng)前的主流。計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)已迅速地從集中的主機(jī)環(huán)境轉(zhuǎn)變成分布的客戶機(jī)／服務(wù)器(或瀏覽器／服務(wù)器)環(huán)境。面向?qū)ο蠹夹g(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng)域迅速地取代了傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法。三、計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)3.4計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)與組成、實現(xiàn)之間的關(guān)系三、計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)4.1計算機(jī)的發(fā)展歷史第一臺電子計算機(jī)ENIAC誕生于1946年美國賓夕法尼亞大學(xué)，如圖2所示。ENIAC用了18000電子管，1500繼電器，重30噸，占地170m2，耗電140kw，每秒計算5000次加法。計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)四、計算機(jī)的過去與未來4.1計算機(jī)的發(fā)展歷史馮?諾依曼(VanNeumann)首次提出存儲程序概念，將數(shù)據(jù)和程序一起放在存儲器，使編程更加方便。50年來，雖然對馮?諾依曼機(jī)進(jìn)行多次改革，但結(jié)構(gòu)變化不大，仍稱馮?諾依曼機(jī)。一般把計算機(jī)的發(fā)展分為五個階段，如表所示。四、計算機(jī)的過去與未來發(fā)展階段時間硬件技術(shù)速度（次/秒）第一代1946-1957電子管計算機(jī)時代40000第二代1958-1964晶體管計算機(jī)時代200000第三代1965-1971中小規(guī)模集成電路計算機(jī)時代1000000第四代1972-1977大規(guī)模集成電路計算機(jī)時代10000000第五代1978至今超大規(guī)模集成電路計算機(jī)時代100000000計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)4.1計算機(jī)的發(fā)展歷史（1）電子管數(shù)字機(jī)（1946—1958年）物理原件：電子管內(nèi)存：延遲線或磁芯外存：紙帶、卡片或磁工作速度：幾千到一萬次/秒軟件：機(jī)器語言或匯編語言應(yīng)用：科學(xué)計算代表機(jī)型：ENIAC特點：體積龐大，運算速度低、成本高四、計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)4.1計算機(jī)的發(fā)展歷史（2）晶體管數(shù)字機(jī)（1958—1964年）物理元件：晶體管內(nèi)存：磁芯外存：磁帶或磁盤工作速度：幾十萬次/秒軟件：高級算法語言應(yīng)用：事務(wù)管理及工業(yè)控制代表機(jī)型：IBM7000系列優(yōu)點：體積小，壽命長，速度快靠性高四、計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)4.1計算機(jī)的發(fā)展歷史（3）集成電路數(shù)字機(jī)（1964—1970年）物理元件中：小規(guī)模集成電路內(nèi)存：半導(dǎo)體存儲器外存：磁帶或磁盤工作速度：幾十萬到幾百萬次/秒軟件：高級算法語言、操作系統(tǒng)應(yīng)用：計算、管理及控制代表機(jī)型：IBMSystem/360優(yōu)點：體積更小、速度更快、能耗更小、壽命更長發(fā)展特點：計算機(jī)設(shè)計出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的局面四、計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)4.1計算機(jī)的發(fā)展歷史（4）大規(guī)模集成電路機(jī)（1970年至今）物理元件：(超)大規(guī)模集成電路內(nèi)存：半導(dǎo)體存儲器外存：磁盤和光盤工作速度：幾百萬到幾千萬次/秒軟件：操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件應(yīng)用：以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為特征四、計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)4.2計算機(jī)的發(fā)展趨勢（1）巨型化巨型化是指為了適應(yīng)尖端科學(xué)技術(shù)的需要，發(fā)展高速度、大存儲容量和功能強(qiáng)大的超級計算機(jī)。隨著人們對計算機(jī)的依賴性越來越強(qiáng)，特別是在軍事和科研教育方面對計算機(jī)的存儲空間和運行速度等要求會越來越高。此外計算機(jī)的功能更加多元化。四、計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)4.2計算機(jī)的發(fā)展趨勢（2）多媒體化傳統(tǒng)的計算機(jī)處理的信息主要是字符和數(shù)字。事實上，人們更習(xí)慣的是圖片、文字、聲音、像等多種形式的多媒體信息。多媒體技術(shù)可以集圖形、圖像、音頻、視頻、文字為一體，使信息處理的對象和內(nèi)容更加接近真實世界。四、計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)4.2計算機(jī)的發(fā)展趨勢（3）網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)網(wǎng)將世界各地的計算機(jī)連接在一起，從此進(jìn)入了互聯(lián)網(wǎng)時代。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化徹底改變了人類世界，人們通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行溝通、交流（OICQ、微博等），教育資源共享（文獻(xiàn)查閱、遠(yuǎn)程教育等）、信息查閱共享（百度、谷歌）等，特別是無線網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，極大的提高了人們使用網(wǎng)絡(luò)的便捷性，未來計算機(jī)將會進(jìn)一步向網(wǎng)絡(luò)化方面發(fā)展。四、計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程導(dǎo)入總結(jié)4.2計算機(jī)的發(fā)展趨勢（4）人工智能化計算機(jī)人工智能化是未來發(fā)展的必然趨勢。現(xiàn)代計算機(jī)具有強(qiáng)大的功能和運行速度，但與人腦相比，其智能化和邏輯能力仍有待提高。人類不斷在探索如何讓計算機(jī)能夠更好的反應(yīng)人類思維，使計算機(jī)能夠具有人類的邏輯思維判斷能力，可以通過思考與人類溝通交流，拋棄以往的依靠通過編碼程序來運行計算機(jī)的方法，直接對計算機(jī)發(fā)出指令。四、計算機(jī)的過去與未來計算機(jī)系統(tǒng)概述計算