第一讲 课程导学

计算机组成原理课程导学 计算机组成原理的基本要求是学生掌握计算机常用的逻辑器件 部件的原理 参数及使用方法 学懂简单 完备的单台计算机的基本组成原理 学习计算机设计中的入门性知识 掌握维护 使用计算机的技能 考研 学习目标 数据结构 45分计算机组成原理 45分计算机操作系统 35分计算机网络 25分 考研 3 计算机组成原理课程中属于记忆型的知识点比较多 需要花时间去对相关概念 原理进行识记 在学习计算机组成原理课程中 要正确理解各种基本概念 掌握各概念中的要点 将有关的概念和原理联系起来 不要孤立地学习各个部分的内容 学习方法 平时成绩 30分 实验成绩 课堂表现 作业期末试卷 70分 考核方法 5 计算机技术的未来趋势 趋势一 更高的性能 硅芯片 未来二十年中 半导体芯片的运算能力将可以媲美人类大脑 届时 半导体芯片存储容量将达到100T 而运算能力将达到目前的三千倍 网格计算 网格是借鉴电力网的概念提出的 提出网格的目的就是能够使得人们在使用网格资源的时候 能够像使用电力资源一样 自由使用 而不用关心我现在使用的电力资源是水力发电的还是核电呢 是从哪个发电厂来得之类的事情 网格也希望给最终用户提供的是与地理位置无关 与具体的计算设施无关的通用的计算能力 网格计算 将来因特网就是计算机 量子计算机 量子计算机即将进入商业化构成量子计算机的基本单元 量子比特的奇妙特性 使得计算机性能非同寻常 量子计算机利用粒子的量子力学效应 如光子的极化 原子的自旋等 来表示0和1以进行存储和计算 量子元件的使用将可使计算机的工作速度提高1000倍 而功耗减少1000倍 电路大大简化且不易发热 体积大大缩小 不仅如此 一台量子计算机可以在几秒钟内完成组装 目前 哈佛大学 联邦储备委员会等单位已运行了研究型的量子计算机样机 专家乐观估计 量子计算机将在2016年到2026年进入商业化 最近美科学家在量子计算机领域又获得新突破 DNA计算机 DNA 脱氧核糖核酸 计算技术正成为真正的科技新宠 科学家们正试图将真实的人类基因材料植入微处理器中 或许在未来的几十年内 人类一直梦想的可植入式生物芯片将会诞生 DNA计算机的最大优点在于其惊人的存贮容量和运算速度 一立方厘米的DNA上存储的信息比一万亿张光盘存储的还多 十几小时的DNA计算 就能相当于所有电脑自问世以来的总运算量 更重要的是 DNA计算机的能耗非常低 只有电子计算机的一百亿分之一 2004年上海交通大学研制出我国第一台 DNA计算机 光子计算机 光子计算机即全光数字计算机 以光子代替电子 光互连代替导线互连 光硬件代替计算机中的电子硬件 光运算代替电运算 与电子计算机相比 光计算机的 无导线计算机 信息传递平行通道密度极大 一枚直径5分硬币大小的棱镜 它的通过能力超过全世界现有电话电缆的许多倍 光的并行 高速 天然地决定了光计算机的并行处理能力很强 具有超高速运算速度 超高速电子计算机只能在低温下工作 而光计算机在室温下即可开展工作 光计算机还具有与人脑相似的容错性 系统中某一元件损坏或出错时 并不影响最终的计算结果 目前 世界上第一台光计算机已由欧共体的英国 法国 比利时 德国 意大利的70多名科学家研制成功 其运算速度比电子计算机快1000倍 趋势二 更广的应用 普适计算 计算无处不在 所谓普适计算指的是 无所不在的 随时随地可以进行计算的一种方式 无论何时何地 只要需要 就可以通过某种设备访问到所需的信息 普适计算强调把计算机嵌入到环境或日常工具中去 让计算机本身从人们的视线中消失 让人们注意的中心回归到要完成的任务本身 电子娱乐 随需而变的娱乐功能开始流行随着数字形式下载音乐 图像 游戏等技术的发展 像苹果公司的I POD便携式娱乐机器将开始流行 目前 不少娱乐公司开始在网上播放电影和电视节目 并打造数字家庭 尽管这些技术的推广仍需完善 但是信息产业界认为 技术发展使得整个娱乐业成为 随需而变 产业的趋势是不可避免的 生物识别技术 生物识别技术被广泛应用鉴于反计算机黑客 反病毒 网络过滤及识别盗贼等技术存在的问题 生物识别技术为其提供了可能的解决方案 指纹 手纹 虹膜 声音和面部特征等识别技术已经开始用于政府和公司的身份认证系统 其中 指纹识别技术目前有67 的市场份额 生物识别将成为这些用途的撒手锏 当然 市场还有待开发 技术还有待完善 但是两种技术综合的安全措施效果明显 精确农业 精确农业未来10年全面开花精确农业 是指以计算机 全球定位系统 GPS 等信息技术控制的农业灌溉 播种 施肥和治虫以及水土保持等工作 鉴于精确农业具有可降低化学品使用量 保证农作物高产和环保等特点 目前 美国已有20 的农户采用这些技术 有关调查显示 63 的农场由于使用了精确农业技术 可比此前获得更多利润 农业机械厂商认为 未来10年 美国每家农户均能使用这些精确农业技术 网络通信 将现代多媒体通信技术带给贫穷地区是一项巨大的挑战 但是 低成本的技术手段已致力于填平这样的数字鸿沟 目前 无线通信技术已经成为这方面的有效手段 与此同时 通信业界科研与开发巨头 如麻省理工学院 AMD 戴尔和英特尔公司等开始将这一领域作为新的市场开发增长点 专家预计 到2016年 全球人口的30 将拥有电话 电视和网络等IT技术产品及服务 远程教育 随着远程教育相关技术和社会问题的解决 将有越来越多的教育单位愿意上网进行在线教育 美国现有1亿人通过网络接受教育 网络教育占公司培训形式的30 预计不久这一比例将达到50 专家预计 到2015年 远程教育将成为公众的必修课 纳米技术 纳米技术逐步形成规模在纳米级别上的科学研究与开发成果 使人类越来越有信心掌控微观世界 制造出功能更强的计算机和更有效的医疗手段 目前 已有数十亿美元的资金用于纳米技术及其产品的研发 专家预计 纳米技术的应用将在2015年左右形成规模 纳米技术的潜在市场将达兆亿级水平 机器人 机器人将落户寻常百姓家包括能与人交谈 从事更为艰苦工作等智能化机器人 正被加速开发 随着计算机技术以及仿真技术等发展 微型机器人不久将成为人类既经济又方便的助手 目前 日本和韩国已经出售了上百万的微型机器人 用于工业界 家庭事务 医疗保健 军事和休闲业 他们计划在2010年让机器人进入家庭 这种情况就像10年前的互联网那样 专家预计 机器人最早将于2020年被大规模采用 人造器官 人造器官可达到以假乱真令人惊讶的是 人体诸多器官现在都可以用仿真器官来代替 包括人造皮肤 骨头 耳蜗 血管 心脏等 利用计算机芯片 微型机械 组织工程和其他新技术 仿生器官不久可以涵盖到整个人体 目前 利用芯片 人造胳膊和大腿可以与人神经系统相连 借助于传感器可以有触觉 专家预计 2017年到2027年 人造器官可以替代人体主要器官 远程医疗 常规检查将轻而易举 医药行业是最早被装备先进信息技术产品的行业 性能更好的信息技术产品将显著地降低医疗工作成本 包括医疗病历网络 远程医疗诊断和医生虚拟检查等 智能交通 汽车制造商们正在将有关防撞雷达 定速巡航等电子系统设备加配到未来可用于智能化高速公路的智能车上 智能车将装配无线通讯和传感器等设施 将使行驶车辆的速度 方向和刹车得以自动化控制 目前通用汽车公司已经成功测试了无人驾驶的速度为每小时112公里的智能车 预计 2020年 2030年期间 30 的高速公路将采用智能化公路 趋势三 更深的智能 人机交互 人类自然形成的与自然界沟通的认知习惯和形式必定是人机交互的发展方向 研究者们也正在努力让未来的计算机能听 能看 能说 能感觉 如今计算机所涵盖的范围早已超越PC 它被嵌入到各种家用电器设备 生活空间 移动通讯设备中 人们需要能在三维空间中方便使用的计算机 而不是必须坐到计算机面前手握鼠标 指敲键盘的计算机 鼠标之父 道格 恩格尔巴特 人机交互大师 世界上第一个鼠标 虚拟现实技术 多媒体技术再向前跨进一步 就必然进入 虚拟现实 VirtualReality 被称为 虚拟现实之父 的伊凡 苏泽兰 I Sutherland 描写说 电脑屏幕是一个窗口 通过这个窗口 人们可以看到一个虚拟世界 具有挑战性的工作是让那个虚拟世界看起来真实 在其中的行动像真实 听起来像真实 感觉得像真实一样 头盔显示器 数据手套 自然语言理解 自然语言理解就是要让计算机能够听懂人们说的话 自然语言理解技术的突破不光可以应用在计算机人机语音对话中 它的更大应用将是人工智能中的一个具有更大意义的领域 机器翻译 人类梦寐以求的以机器代替翻译人员对自然语言进行全自动翻译的一天将会到来 机器视觉 机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断 机器视觉系统的特点是提高生产的柔性和自动化程度 在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合 常用机器视觉来替代人工视觉 同时在大批量工业生产过程中 用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高 用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度 而且机器视觉