計算機組成技術第1章學習專業(yè)課件

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計算機組成原理

李東博士2025/2/25教學目的人生的價值在于創(chuàng)造！創(chuàng)造源于思考。We'reheretoputadentintheuniverse.Otherwisewhyelseevenbehere?提升解決問題(ProblemSolving)的能力——計算思維學而時習之，不亦悅乎。Knowledge

ispower.學無止境。Stayfoolish,Stayhungry.2025/2/25計算思維(ComputationalThinking)指運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統(tǒng)設計及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。計算思維的核心是抽象(Abstraction)和自動化(Automation)。其中“抽象”是指用符號（例如數(shù)字）來表示客觀事物，“自動化”是指讓計算機解決問題而無需人的干預。周以真教授，美國卡內(nèi)基·梅隆大學2025/2/25成績評定百分制，其中：1.作業(yè)成績：5分。2.

課堂表現(xiàn)：5分。3.實驗成績：20分。4.期末考試：70分。2025/2/25作業(yè)要求1.共布置作業(yè)5次。2.作業(yè)要寫在作業(yè)本上。畫圖用格尺。3.作業(yè)由課代表收齊后，上交助教老師。4.不及時交作業(yè)者，視為“曠交作業(yè)”5.

曠交作業(yè)3次或更多，取消期末考試資格。2025/2/25上課要求1.遵守課堂紀律，按時上課。2.積極參與課堂討論，提出或回答問題。參與表現(xiàn)記為平時成績，占總成績的5%。每提出或回答一個問題，加1分。最高5分。3.請假需出示由輔導員簽字的假條。2025/2/252005/09/教材及參考書教材：計算機組成技術教程，李東等編著，電子工業(yè)出版社，2009.10參考書：計算機組織與結(jié)構(gòu)——性能設計（影印版）

W.Stallings,高等教育出版社其他關于“計算機組成”的書籍計算機組成技術第1章緒論第2章電子計算機的基本結(jié)構(gòu)第3章電子計算機中信息的表示與運算第4章處理器第5章總線技術第6章存儲系統(tǒng)第7章8086/8088匯編語言程序設計第8章輸入/輸出接口與中斷系統(tǒng)第9章計算機外部設備2025/2/25第1章緒論1.1電子計算機的產(chǎn)生與發(fā)展1.2微處理器與微型計算機的產(chǎn)生與發(fā)展1.3中國電子計算機事業(yè)的發(fā)展歷程

1.4電子計算機的應用2025/2/25作業(yè)：P12，8，10，13，18。1.1電子計算機的產(chǎn)生與發(fā)展計算工具擴展并延伸了人腦的功能手動計算工具：算盤機械式計算工具：手搖臺式計算機1642年，法數(shù)學家Pascal始創(chuàng)1673年，德數(shù)學家Leibnitz改進1812年，英數(shù)學家Babbage差分機機電式計算工具：1944年IBM公司MARKI(電動、齒輪、繼電器構(gòu)成)2025/2/25第一代計算機：電子管計算機第二代計算機：晶體管計算機第三代計算機：集成電路計算機第四代計算機：大規(guī)模集成電路計算機現(xiàn)代電子計算機的發(fā)展2025/2/25

圖靈（Turing）馮·諾依曼（JohnVonNeuman）兩位杰出的計算機科學家2025/2/25圖靈獎（A.M.TuringAward）由美國計算機協(xié)會（ACM）于1966年設立，專門獎勵那些對計算機事業(yè)做出重要貢獻的個人。其名稱取自計算機科學的先驅(qū)、英國科學家阿蘭·麥席森·圖靈。圖靈獎對獲獎條件要求極高，評獎程序極嚴，一般每年只獎勵一名計算機科學家，只有極少數(shù)年度有兩名合作者或在同一方向做出貢獻的科學家共享此獎。因此它是計算機界最負盛名、最崇高的一個獎項，有“計算機界的諾貝爾獎”之稱。2025/2/25圖靈獎（A.M.TuringAward）2012年3月16日，ACM將2011年度的圖靈獎授予加州大學洛杉磯分校的JudeaPearl教授。以獎勵他在人工智能領域的基礎性貢獻，提出概率和因果性推理演算法，徹底改變了人工智能最初基于規(guī)則和邏輯的方向。2010年圖靈獎授予了LeslieValiant，以表彰他對計算理論的變革性的貢獻2009年圖靈獎授予了CharlesThacker，以表彰他對第一臺現(xiàn)代個人計算機XeroxPARCAlto的先驅(qū)性設計與實現(xiàn)。2025/2/25現(xiàn)代電子計算機的發(fā)展第一代計算機（1946-1958）電子管時代ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator）EDVAC（ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer）運算速度：每秒幾千次。1954年第1個高級程序設計語言Fortran問世其設計者JohnBackus榮獲1977年度圖靈獎2025/2/25世界上第一臺電子計算機ENIAC(1946)2025/2/25第二代計算機（1958-1965）晶體管時代計算機的應用從科學計算，擴展到：數(shù)據(jù)處理和過程控制。計算機的運算速度達到：幾萬到幾十萬次每秒。高級程序設計語言Algol60問世。設計者PeterNaur榮獲2005年度的“圖靈獎”。現(xiàn)代電子計算機的發(fā)展2025/2/25第三代計算機（1965-1970）集成電路時代集成電路(IntegratedCircuits,IC)代替分立元件。計算機的運算速度最高可達：幾千萬次每秒操作系統(tǒng)(OperatingSystem,OS)日益成熟。半導體存儲器開始替代磁芯存儲器。IBMSystem360系列機問世。DEC公司推出小型計算機PDP-8，一舉成名?，F(xiàn)代電子計算機的發(fā)展2025/2/25第三代計算機（1965-1970）的大事記超級計算機CDC6600、6700問世，它的設計者西蒙

克雷(SeymourCray)被譽為超級計算機之父。伊凡

蘇澤蘭(IvanSutherland)實現(xiàn)了“三維交互繪圖系統(tǒng)”，推動了圖形用戶界面GUI(GraphicalUserInterface)的發(fā)展，被譽為計算機圖形學之父,榮獲2005年度的“圖靈獎”?，F(xiàn)代電子計算機的發(fā)展2025/2/25第四代計算機（1970-）大規(guī)模集成電路時代現(xiàn)代計算機技術基本成熟，并行計算機得到廣泛的重視?；谙蛄坎⑿刑幚砑夹g的Cray-1是人類首次獲得每秒1億次的運算速度。微處理器和微型計算機問世?，F(xiàn)代電子計算機的發(fā)展2025/2/25第五代計算機？現(xiàn)代電子計算機的發(fā)展2025/2/25第五代計算機1998年IBM公司研制的“深藍(DeepBlue)”戰(zhàn)勝了國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫。但是“深藍”的智能仍然是有限的，它的勝利主要得益于計算機處理能力的提高。

IBM公司研制“深藍”的團隊是由出生于中國臺灣省的許峰雄博士領導的，許博士也因此被譽為“深藍之父”。2025/2/252005/09/最快的超級計算機（截止到2003.06）1.NEC:EarthSimulator 5120個CPU最大平均速度35.86TF(1012)2005/09/EarthSimulator2005/09/EarthSimulator第五代計算機2011年2月16日，IBM公司推出的人工智能計算機“華生(Watson)”在美國著名的益智節(jié)目“Jeopardy(危險邊緣)！”中，戰(zhàn)勝了兩位前冠軍參賽者，以絕對優(yōu)勢贏得了歷史上第一次人機智力問答比賽的勝利，這標志著智能計算機達到了一個新的水平。在長達4年的研發(fā)過程中，共有來至IBM美國研究院、中國研究院、日本研究院、以色列研究院的30位研究員參與了“華生”的研發(fā)。2025/2/25第五代計算機在第五代計算機的研究中，中國也應該占有一席之地，有志于計算機事業(yè)的中國青年，應該積極投身到這一國際矚目的研究領域中去。2025/2/251.2微處理器與微型電子計算機的產(chǎn)生與發(fā)展第一代（1971~1972）4位的微處理器和微型電子計算機開山之作：Intel4004通用微處理器：Intel40402025/2/25第二代（1972~1977）8位的微處理器和微型電子計算機代表機型：Intel8008，8080MotorolaM6800，6809ZilogZ801.2微處理器與微型電子計算機的產(chǎn)生與發(fā)展2025/2/25第三代（1978~1983）16位的微處理器和微型電子計算機代表機型：Intel8086,80286MotorolaMC68000,68010ZilogZ80001.2微處理器與微型電子計算機的產(chǎn)生與發(fā)展2025/2/25第四代（1984——）32位的微處理器和微型電子計算機代表機型：MotorolaMC68020Intel80386,486,PentiumXIBMPowerPC1.2微處理器與微型電子計算機的產(chǎn)生與發(fā)展2025/2/25第五代（1992——）64位的微處理器和微型電子計算機代表機型：DECAlpha

21064~21364Intel和HP：IA-64體系結(jié)構(gòu)的安騰(Itanium)1、2、3IBMPowerPC620，Power6。1.2微處理器與微型電子計算機的產(chǎn)生與發(fā)展2025/2/25摩爾定律Moore’sLaw

每18個月微處理器內(nèi)部的晶體管數(shù)量擴大一倍，計算機的性能將翻一番，而芯片的價格保持不變。1.2微處理器與微型電子計算機的產(chǎn)生與發(fā)展2025/2/25多核處理器→眾核處理器

用并行處理的思路，來延續(xù)摩爾定律的神話。1.2微處理器與微型電子計算機的產(chǎn)生與發(fā)展2025/2/251.3中國電子計算機事業(yè)的發(fā)展歷程1956年國務院制定“12年科技發(fā)展規(guī)劃”成立以華羅庚為主任的“計算技術研究所籌備委員會”，開展國產(chǎn)103機和104機的研制。這兩臺機器都屬于電子管計算機（即第一代計算機），其中103機是仿制前蘇聯(lián)的M—3小型數(shù)字電子計算機。103機于1958年8月1日仿制成功，結(jié)束了我國沒有電子計算機的歷史。2025/2/251.3中國電子計算機事業(yè)的發(fā)展歷程1956年，哈工大、清華大學創(chuàng)建“計算機專業(yè)”哈工大的吳忠明和李仲榮于1957年研制出國產(chǎn)第一臺結(jié)構(gòu)模擬電子計算機，于1958年研制成功一臺“下棋專用”的數(shù)字式電子計算機。1960年4月，夏培肅教授領導的科研小組研制出我國第一臺自行設計電子計算機——107機，這是一臺小型通用計算機。2025/2/251.3中國電子計算機事業(yè)的發(fā)展歷程哈爾濱軍事工程學院海軍系慈云桂主持設計并研制出了中國第1臺晶體管計算機（第二代計算機）的441B機。后繼研制成功的晶體管計算機有：計算技術研究所研制的109乙機和109丙機華北計算技術研究所研制的108機、108乙機、121機和320機等。2025/2/251.3中國電子計算機事業(yè)的發(fā)展歷程1973年，中國第一臺百萬次集成電路電子計算機“150機”研制成功。中國軟件領域奠基人之一、北京大學教授楊芙清院士主持研制了150機操作系統(tǒng)。中國最早的兩位計算機軟件博士生導師之一、培養(yǎng)出我國第一位軟件學博士的南京大學徐家福教授于1965年主持研制出中國第一個ALGOL編譯系統(tǒng)。中國計算機學會（CCF）將2011年度CCF杰出貢獻獎授予這兩位先生。2025/2/251.3中國電子計算機事業(yè)的發(fā)展歷程1981年北京大學的王選教授帶領的團隊研制成功我國自行設計的計算機—激光漢字編輯排版系統(tǒng)。該系統(tǒng)使我國出版印刷行業(yè)僅用了短短數(shù)年時間，從鉛字排版直接跨越到激光照排，走完了西方幾十年才完成的技術改造道路，被公認為畢升發(fā)明活字印刷術后中國印刷技術的第二次革命。2006年中國計算機學會CCF將“中國計算機學會創(chuàng)新獎”更名為“CCF王選獎”，以獎勵那些為中國計算機事業(yè)做出重大貢獻的人士/成果。2025/2/251.3中國電子計算機事業(yè)的發(fā)展歷程1983年，銀河I號巨型計算機研制成功，運算次數(shù)達到每秒1億次。1984年，第一臺國產(chǎn)16位微機---長城0520正式推出。1988年5月到1989年9月，金山公司的求伯君獨自開發(fā)了WPS1.0，填補了我國中文字處理軟件的空白。2025/2/251993年，第一臺10億次巨型銀河計算機II型通過鑒定，并于次年在國家氣象局投入正式運行1995年，曙光1000型大型機通過鑒定，其峰值可以達到每秒25億次1997年，銀河III并行巨型機研制成功1999年，銀河四代巨型機研制成功2000年，“神威”高性能計算機研制成功1.3中國電子計算機事業(yè)的發(fā)展歷程2025/2/252008年曙光5000A問世，它的峰值速度達到230萬億次浮點運算/秒。這標志著我國成為世界上第二個可以研發(fā)生產(chǎn)超百萬億次超級計算機的國家。在2008年11月的全球高性能計算機500強(TOP500)排行榜中，曙光5000A位列世界超級計算機第十位，是當時我國高性能計算機的最好成績（曙光4000也曾經(jīng)以11萬億/秒的速度位列世界超級計算機第十位）1.3中國電子計算機事業(yè)的發(fā)展歷程2025/2/252009年10月29日，我國首臺千萬億次超級計算機系統(tǒng)——“天河一號”由國防科學技術大學研制成功。該計算機峰值性能1206萬億次雙精度浮點數(shù)操作，LINPACK實測性能為560.3萬億次