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上海海事大学计算机系lhuangxiaoxia 黄晓霞 计算机原理与系统 计算机原理与系统 2 教材 计算机组成与结构 王爱英主编清华大学出版社 先修课程 数字电路 补充 课程邮件xinx08 xinxi08 计算机原理与系统 3 主要内容 介绍计算机系统的组成和基本工作原理 从硬件角度对计算机组成部分有深入了解 介绍计算机内部各部件的结构 工作方式及它们之间的相互联系 相互作用后续课程 操作系统 计算机网络 等课程学习要求 出勤 作业 课堂小测验实验安排 计算机原理与系统 4 Chapter1绪论 1 1计算机与语言计算机语言发展史机器语言汇编语言高级语言 计算机原理与系统 5 Chapter1绪论 一 机器语言1 计算机采用二进制表示数据和指令数据 指令 产生控制命令 计算机能区分是指令还是数据计算机内采用二进制的原因 信息数字化容易实现 运算简单硬件上容易实现 01101011100101110 计算机原理与系统 6 Chapter1绪论 存储程序的工作方式人们将编好的程序和原始数据存入主存储器中 然后启动计算机工作 计算机在不需要人工干预的情况下 自动完成逐条取出指令并执行指令的任务 计算机原理与系统 7 Chapter1绪论 二 汇编语言例 MULBB 010100100010 MULAEMULACSUBBAMOVDB其中A B C D E中分别存放a b c d 4 计算机原理与系统 8 Chapter1绪论 三 高级语言BASIC FORTRAN C语言等例 BASIC中LETd b b 4 a c 计算机原理与系统 9 Chapter1绪论 1 2计算机的硬件 一 硬件系统CPU 运算器 控制器 核心组合逻辑控制器 微程序控制器存储器 容量 速度 价格主存 内存 辅存 外存 高速缓冲存储器 CACHE 虚拟存储器I O设备 I O接口 计算机原理与系统 10 第10章 计算机原理与系统 11 Chapter1绪论 三 计算机硬件组成及各部件功能 运算器 存储器 控制器 输入设备 输出设备 程序 结果 数据 结果 地址 指令 命令 状态 请求 命令 请求 命令 计算机 CPU 存储器 输入输出设备 I O 总线运算器ALU 控制器 计算机原理与系统 12 Chapter1绪论 各个部件如何连接起来 P 4图1 1 总线结构 微 小型机 AB DB CB系统总线总线特点 分时 共享 微机常用总线 PC总线 ISA PCI LOCAL BUS等 计算机原理与系统 13 Chapter1绪论 1 3计算机系统的层次结构计算机的解题过程 图1 2 汇编语言虚拟机器的层次结构虚拟机器M2 汇编语言机器 实际机器M1 机器语言机器 计算机原理与系统 14 Chapter1绪论 1 3计算机系统的层次结构高级语言虚拟机器的层次结构 图1 3 计算机系统的多级层次结构 图1 4 计算机原理与系统 15 Chapter1绪论 1 4计算机的发展简史 一 第一台计算机ENIAC 时间 1946 地点 特点 计算机原理与系统 16 世界第一台电子计算机 ENIAC埃尼阿克宾夕法尼亚大学摩尔工程学院莫奇利和埃克特领导的研究小组 1946年2月14日TheElectronicNumericalIntegratorAndComputer17468个电子管60000个电阻器10000个电容器6000个开关30吨160平方米174千瓦5000次加法 秒 计算机原理与系统 17 Chapter1绪论 1 4计算机的发展史 二 冯 诺依曼计算机设计思想计算机的工作方式 存储程序的工作方式提出 1946冯 诺依曼提出计算机的若干设计思想要点 计算机采用二进制表示数据和指令存储程序的工作方式计算机硬件组成及各部件功能EDVAC 采用存储程序方案EDVAC ElectronicDiscretevariableAutomaticComputer 离散变量自动电子计算机 计算机原理与系统 18 Chapter1绪论 1 4计算机的发展史 三 以器件划分计算机的发展史1第一代电子管计算机1947 19572第二代晶体管计算机1958 19643第三代集成电路计算机1964 19724第四代大规模集成电路计算机1972 至今 第五代 1981 计算机原理与系统 19 从器件发展而言电子管 继电器存储 晶体管磁介质存储 集成电路 大规模和超大规模集成电路从结构的发展而言单个CPU组成的单机系统 流水线机 多处理机 大规模的并行处理机从技术的发展上而言变址技术 中断技术 微程序技术 缓冲技术共享 重用技术 虚拟技术 1 4计算机的发展简史 Chapter1绪论 计算机原理与系统 20 信息技术发展史中关键人物与事件 计算机原理与系统 21 真空电子管诞生 李 德弗雷斯特 LeedeForest1873 1961 电子管之父 无线电之父 电视始祖 1899 26岁 发明了电解检波器和交流发射机 1906 33岁 年他发明了三极真空管 检波 产生振荡 放大电信号 改变电信号频率等 真空电子管的诞生为通讯 广播 电视等技术的发展铺平了道路 计算机历史由此跨进了电子的纪元 计算机原理与系统 22 李 德 福雷斯特 13岁便 发明 了好几种小机器 一生获得了多达300余项专利 20岁那年他考取了耶鲁大学谢菲尔德理学院的奖学金 班上的同学都叫他 学校里最平庸 最神经质的学生 成功的原因1 对于电学 特别是电磁波传播有着近乎痴迷的兴趣 2 耶鲁精神和美国精神 计算机原理与系统 23 耶鲁精神和美国精神 耶鲁的精神 我们需要接收这种观点 即希望的大门为我们打开 充沛的精力需要我们展现 伟大的思想和目标由之而激励 对未来的信念必然会在我们心中生根 这就是耶鲁的生活所带给你们的 这就是耶鲁的精神 在耶鲁 大家都是为梦想而来 每个人都可以为自己的理想而努力奋斗 不仅是耶鲁人 那时的美国人都相信 即将到来的二十世纪将成为 美国的世纪 美国的科技的高速发展 在美西战争中的辉煌胜利 还有人民高涨的爱国热情 都让人相信这个国家前途无限 美国在20世纪成为世界科技中心 计算机原理与系统 24 三项发明助力计算机产业腾飞 贝尔实验室肖克利等三人发明的晶体管诺伊斯和基尔比发明的集成电路 特德 霍夫发明的微处理器 计算机原理与系统 25 晶体管之父 W Shockley 威廉 肖克利 WilliamBradfordShockley 1910年2月13日 1989年8月12日 是一位英国出生的美国物理学家和发明家 1947年12月 37岁 肖克利与合作者巴丁和布拉顿共同发明了晶体管 分享了1956年度的诺贝尔物理学奖金 计算机原理与系统 26 八叛逆 1957年 肖克莱实验室中8名平均年龄低于30岁的科学家 朱利亚斯 布兰克 JuliusBlank 维克多 格里尼奇 VictorGrinich 吉恩 赫尔尼 JeanHoerni 尤金 克莱纳 EugeneKleiner 杰伊 拉斯特 JayLast 戈登 摩尔 GordonMoore 罗伯特 诺伊斯 RobertNoyce 及谢尔顿 罗伯茨 SheldonRoberts 创立了仙童半导体公司 FairchildSemicondUCtor 计算机原理与系统 27 财富 威望和成就三位一体的圣人 RobertNoyce罗伯特 诺伊斯机构与职务英特尔共同创始人出生年月1927年12月12日出生 1990年6月3日去世出生国家 地点美国爱荷华州柏林顿教育背景1953年 获麻省理工学院 MIT 博士学位1949年 获格林尼学院文学学士学位 职业背景1968年创办英特尔公司1957年创办仙童半导体公司 罗伯特 诺伊斯 RobertNoyce 和德州仪器公司的杰克 基尔比 JackKilby 在两年后分别发明了集成电路 计算机原理与系统 28 1964年摩尔定律 Moore sLaw 假设价格保持不变 处理器芯片上的晶体管数每18个月翻一番这一法则适用至今 计算机原理与系统 29 特德 霍夫与4004微处理器 1937年10月28日出生 1954年 霍夫进入纽约州特洛伊的伦塞勒综合工学院 攻读电子工程 大学期间 每年暑假都到通用铁路信号公司的电子实验室做技师 在那儿 在电子跟踪电路 照明保护设计项目中 获得了专利申请的荣誉 大学毕业后一年 这两项专利被正式批准 1958年 申请了斯坦福大学 在这里获得了电子工程硕士和博士学位 在1971年 34岁 发明 4004 微处理器 用霍夫的话来说 计算机这种智能体非常适合市场销售 的确 霍夫一直认为微处理器的发明远不如知道这种产品拥有市场的感觉 计算机原理与系统 30 4004微处理器Intel4004微处理器是世界上第一款商用计算机微处理器 是 一件划时代的作品 人类历史上最具革新性的产品之一 它片内集成了2250个晶体管 晶体管之间的距离是10微米 能够处理4bit的数据 每秒运算6万次 运行的频率为108KHz 成本不到100美元 计算机原理与系统 31 Pentium42000 计算机原理与系统 32 计算机原理与系统 33 计算机原理与系统 34 计算机原理与系统 35 为了对抗AMD最近推出的12核Opteron服务器产品 Intel3月正式推出其8核设计的Nehalem EX核心至强服务器处理器产品 计算机原理与系统 36 多协议路由器 标志了互联网时代的真正到来 斯坦福大学毕业生 当时只是美国斯坦福大学两位寻常的电脑维护员的一对夫妇 列昂纳德 波萨克 LeonardBosack 和桑德拉 勒纳 SandyLerner 发明了世界上第一个互联网路由器 1984年 cisco公司成立 计算机原理与系统 37 史蒂夫 乔布斯 斯蒂夫 乔布斯1955年2月24日出生1977年1月 22岁 苹果公司正式注册成立 25岁成为亿万富翁1984年 29岁 第一台Mac机面市1997年 42岁 乔布斯再次成为苹果CEO1998年 iMac成为美国最畅销个人电脑 计算机原理与系统 38 史蒂夫 乔布斯成功秘诀 从对电脑的痴迷 到挚爱 25岁就成为亿万富翁的背后 是努力执著 信息业永远的创新者 我是天才 我一定会成功 计算机原理与系统 39 乔布斯给年轻人的十句金玉良言 1 领袖和跟风者的区别就在于创新 2 成为卓越的代名词3 成就一番伟业的唯一途径就是热爱自己的事业 去寻找一个能给你的生命带来意义 价值和让你感觉充实的事业 拥有使命感和目标感才能给生命带来意义 价值和充实 4 使用人类的已有经验和知识来进行发明创造是一件很了不起的事情 带着责任感生活 尝试为这个世界带来点有意义的事情 为更高尚的事情做点贡献 5 拥有初学者的心态是件了不起的事情 6 我们认为看电视的时候 人的大脑基本停止工作 打开电脑的时候 大脑才开始运转 电脑也会让你的大脑秀逗 当你花8小时玩第一视角射击游戏 汽车拉力游戏 角色扮演游戏 7 我是我所知唯一一个在一年中失去2 5亿美元的人 这对我的成长很有帮助 成功的人都是犯了错误之后 做出改正 然后下次就不会再错了 8 我愿意把我所有的科技去换取和苏格拉底相处的一个下午 9 活着就是为了改变世界 10 你的时间有限 所以不要为别人而活 不要被教条所限 不要活在别人的观念里 不要让别人的意见左右自己内心的声音 最重要的是 勇敢的去追随自己的心灵和直觉 计算机原理与系统 40 Chapter1绪论 1 5计算机的应用 1 科学计算2 数据处理3 计算机控制4 计算机辅助设计 制造