微机原理与接口技术（基于32位机）（第4版） 思政内容汇总 Ch1-计算机科学家-Ch8- emu8086 仿真软件

PAGEPAGE1一、计算机科学家1.约翰·冯·诺依曼（1903.12.28–1957.2.8）美籍匈牙利数学家、计算机科学家、物理学家，是20诺依曼是罗兰大学数学博士，是现代计算机、博弈论、核武器和生化武器等“博弈论之父”。早期以算子理论、共振论、量子理论诺依曼第二次世界大战期间曾参与曼哈顿计划，为第一颗原子弹的研制作出了贡献。冯·1944年与奥斯卡·摩根斯特恩合著《博弈论与经济行为》，是1944～1945年间，冯·诺依曼形成了现今所用的将一组数学过程转变为计(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer)缺少灵活性、普适性。冯·诺依曼关于机器中的固定的、普适线路系2.艾伦·麦席森·图灵（1912.6.23–1954.6.7）英国数学家、逻辑学家，被称为计算机科学之父，1931nima3.胡伟武（1968.11–）现任龙芯中科技术股份有限公司董事长，中国科学院计算技术研究所研究员，博士生导师。国家杰出青年科学基金获得者。其主要成就是虚拟共享存储系统与龙芯CPU研制。2001年，胡伟武出任龙芯CPU首席科学家，率领几十名年轻骨干日夜奋战，2002年9月28日，中国第一枚通用CPU龙芯一号成功发布，终结了中国计算机产业“无芯”的尴尬历史。4.黄令仪（1936.12.8–2023.4.20）干祖国身上的耻辱。”

黄令仪是我国首个半导体实验室的创建者，先后参757千万次大型机的研制工作，参与了从分立器件、大规模集成电路到通CPU2020“2019CCF夏培肃奖”，以表彰这位杰出的女性为中国计算机事业所作出的贡献。二、中国超级计算机发展及存在的问题Frontier100亿亿次浮点运算的超级计Frontier超级计算机来自美国橡树岭（OakRidgeNational37274个HPECrayEX9408个。198312月研制成功的“银河方面捷报频传，如“银河”“神威”“曙光”“深腾”等一系列国产超级计算机系统；2010月，中国千万亿次超级计算机“天河一号”在世界超级计算机五百强排行榜（TOP500）上首次问鼎冠军，2013—2018年，中国“天河二号”和“神威·太湖之光”超级计算机连续排位第一名，实现世界超算“十连冠”。40多年来，中国超级计算机研制从“零的突破”到“世界之巅”，集中地（1）创新自主之路201090%CPUGPU（graphicsprocessingunit）。连续六5002010年曾排名世界第二的中国“曙光星云”对我国的技术限制和禁购令对从事中国超级计算机研制的一些单位产生了不利“神威CPU（2）“重硬轻软”历史顽疾20世纪中后期，中国计算机行业普遍对软件的重要性认识不足，一直存在重视硬件、轻视软件的现象，软件水平与西方国家差距很大。银河-I“天河一号”、“天河二号”超级计算机虽然已经安装国产“麒麟”（3）应用能力始终不足初代机银河-I研制，某种程度上说是为了“打破西方技术封锁”的政治需要，象征意义大于现实意义。20世纪末，在超级计算机技术支持下，美国、日本等“天河二号”2014年落户以来，嫁接国家重大领域（4）能耗过高“神威·太湖之光”和“天河二号”超级计算机使用大规模通风散热结合水力空调系统用于制冷，总体上不利于降低能耗。“神威·太湖之光”一年的用电153个清华大学的用电量。而美国20121020186月排名世界最快超级计算机的“泰坦”“顶点”PAGEPAGE4一、芯片加工工艺-氧化-光刻-刻蚀-薄膜沉积-互连-测试-封装。1.晶圆加工Si2.氧化3.光刻光刻是通过光线将电路图案“印刷”EUV（ExtremeUltra-violet）光刻。③显影：显影的目的是去除图形未覆盖区域的光刻胶，让印刷好的电路图案显现出来。4.刻蚀完成光刻后，采用刻蚀工艺去除任何多余的氧化膜，只留下半导体电路图。刻蚀的方法主要分为两种。（或敏感膜5.薄膜沉积（导电绝缘并形成三维结构。可用于沉积过程的技术包括化学气相沉积CVD(ChemicalDeposition,)、原子层沉积ALD(Atomiclayerdeposition)和物理气相沉积PVDPhysicalDeposition。6.互联随着半导体工艺精密度的提升以及器件尺寸的缩小，铜互连工艺进入人们的视野，铜的电阻更低，因此能实现更快的器件连接速度。其次铜的可靠性更高，因为它比铝更能抵抗电迁移，也就是电流流过金属时发生的金属离子运动。7.测试8.封装（二、国内外主要芯片设计加工公司简介国内外主要芯片设计加工公司见表1。表1国内外主要芯片设计加工公司公司名称国别公司概况Intel英特尔美国创始于1968年，是半导体行业和计算创新领域的全球领先厂商。Qualcomm高通美国19855G调制解调Wi-FiAIPCXR网、固定无线宽带、网络设备。Hisilicon海思半导体中国2004AI器。Mediatek联发科技中国台湾1994ASIC芯片定制、车用解决方案。NVIDIA英伟达美国1993可编程图形处理技术领袖，也是人工智能计算的引领者。Broadcom博通美国成立于1991年，是全球领先的有线和无线通信半导体公司。TI德州仪器美国1930国公司。德州仪器应用领域涵盖地球物理、国防电子、半导体、硅晶体管、集成电路、TTL、微处理器、声音合成芯片、新产业。AMD超威半导体美国1969CPU是一家专注于微处理器设计和制造的大型跨国公司。中芯国际中国能够生产28nm以上各种规格的芯片。紫光展锐中国IT大的综合性集成电路企业，IT服务领域世界第二。长电科技中国中国最著名分离器制造商，电子百强企业，为客户提供芯片测试、封装测试、封装设计等全套服务。PAGEPAGE1一、编程的起源东汉时期（25年—220年）花本提花机开始出现，编程最早可以追溯1679年，莱布尼茨发明了二进制。东汉时期的花本提花机

GottfriedWilhelmLeibniz1646.7.1－1716.11.14二、第一代计算机语言——机器语言机器语言，即第一代计算机语言。机器语言是用二进制代码（01）表示01编写的程序代码打在纸带或卡片上，1打孔，0不打孔，再将程序通过纸带机或卡片机输入计算机，进行运算。三、第二代计算机语言——汇编语言  汇编语言是第二代计算机语言，使用简短的缩写单词来代替特定的指令。比如，用"ADD"代表加法，"SUB"代表减法，"INC"代表增加1，"DEC"代表减去1，"MOV"代表变量传递等等。人们更容易地阅读和理解已完成的程序或者正在执行的功能，修复程序中的错误和进行运营维护也更加简单方便。与大多数常用的程序设计语言不同，汇编语言没有被广泛地用于程序设计。I/OBUG，四、第三代计算机语言——高级语言1956年，美国计算机科学家约翰·巴克斯带领团队开编程语1954年被提出，19562022年域所使用的主要语言。1958年，ALGOL（ALGOrithmicLanguage）算法语ALGOL系列算法语言，对后来的高级语言产生了深远的影响

JohnWarnerBackus1924.12.3-2007.3.171950年代末期，大量的新增计算机语言涌现，而这些新语言大都围绕单个IBM7001957510日向国际计算机学会ACM（AssociationforComputingMachinery）提交申请，建议研究与开发适用于与计算机无关的科学用程序设计语言。195852761MsllshftürAngewandteMathematikundACM4人出席在苏黎世举行第一次设计会议，为新语言定下目标。因语言特性，先被命名为国际代数语言IAL（InternationalAlgebraicLanguage)即算法语言，1958ALGOL算法语言委员会正式成立。ACMALGOLPascal、Ada、CALGOL语句和普通语言ALGOL多用于科学计算机。1970·NiklausWirth研制出了第一个结Pascal。PascalALGOL算法语言，是第一个系统地体现了E.W.Dijkstra和C.A.R.Hoare定义的结构化程序设计概念的语言。1972C（TheCProgrammingLanguage）1983算机科学家本贾尼·斯特劳斯特卢普改良了CC（TheC++ProgrammingLanguage/cplusplusC++CC语言的过程化程序设计，又可以进行以抽象数据类型为特点的基于对象的SQLPythonBasic、PHP、Java等等。 NiklausWirth1934.2.15—

BjarneStroustrup1950.6.11—OracleOracle诉Google案。如果发生新冷战，中国公司到时候就不能合法地使用Java，像C#、Delphi、VBA等由商业公司创制的编程语言可能也将不能使用。x86、ARM指令集同样受专利保护，这些处理器的汇编语言也有可能不能合法使用。但C语言目前并不受专利约束。从开源社区诞生的语言比如Python、Ruby、PHP、Go等也不受专利约束，任何人都能自己实现它。PAGEPAGE1一、云计算与云服务云计算和云服务的概念（cloudcomputing）几秒钟完成对数以万计的数据的处理，从而达到强大的网络服务。影响了我们生活的方方面面。例如，谷歌能够通过云服务器提供电影、音乐和YouTube视频。在一台智能手机或其他视频设备上拍摄照片、保存文件或购买音乐时，就会传播到所有其他设备。阿里巴巴集团首席战略官曾鸣，曾系统性地概括了云计算对于企业的价值。（1）移动+云计算=实现了IT服务的“在线化“，让技术的门槛大幅降低。（2）（3）云计算将数据变成生产资料和企业的资产。云计算的发展史1965斯特雷奇ChristopherStracheyIDC（InternetDataIT2006年8月9首席执行官埃里克（Eric在搜索引擎大会（SESSanJose2006）上首次提出“云计算”（CloudComputing）的概念。而亚马逊正是那年推出了IaaS服务平台。随后几年间，世界级IBMAT&T等第二梯队。王坚与阿里云国内云计算标杆阿里云从2008年开始筹办和起步。国内云计算巨头阿里云2009年，阿里云服务着制造、金融、政务、交通、医疗、电信、能源等众多领域的领军企业，包括中国联通、12306、中石化、中石油、飞利浦、华大12306阿里云发展到今天离不开一个人，那就是他的创始人王坚，王坚出生于1962年。1980年，他考入杭州大学心理系，一路读到博士。在校期间，他不仅对心理学有着深入的研究，还自修了计算机技术。博士毕业后，王坚留校任教，成为心理学副教授、博士生导师。他主攻人机界面和人体工效学，承担过国家863子课题。在微软亚洲研究院工作期间，王坚的主要成果包括：SQM大规模数据处理系统、数字墨水、支持亚洲语言的无模式切换用户界面等。

王坚1962.10~2008年，马云成功地将王坚“挖到”了阿里巴巴，并任命他为首席架构师。想——“阿里云构想”“以数据为中心”的分布式云2013年，在正式上线时将公司命名为“阿里云”。在当年的双十一期间，“阿里云”在处理上亿订单时没有出现任何错误，并且创造了百亿级别的交易额。从此，“阿里云”开始崛起，并且逐渐成为全球领先的云计算服务商之一。我国云计算面临的问题针对我国目前的短板，要采取主动措施积极应对。（1）加大信创工程的支持力度，为自主可控云技术提供市场空间；（2）持续发展云计算互操作技术，推动云际互操作接口标准化，建立产业发展基金，解决云计算的互操作问题；（3）持续激励企业数字化转型，激励国有企业使用公有云，推进建设公共科学数据云服务，丰富公有云行业应用类型。二、ChatGPTAIAGI（ArtificialGeneralIntelligence）的重要方向。AI大模型是基于海量多源数据打造的模型，具备通用、可规模化复制等诸多优势。ChatGPTNLPAIAI2022ChatGPT，ChatGPTChatGPTAI20233（可接收图像和文本输AI产业，并推出“文心一言”、“AI大模型”、“Chat”和“通义千问”等一系列通用化AI大模型产业化发展加速。从开源情况来看，国内已有超过半数ChatGLM-6B、MOSS、百度的文心系列大模型在开源影响力上位于前三位。AI发展相比国际先进水平还有一些短板，例如算法原始创新少、核AI学者人才不足。总之，要认识到，AI发展是一个长期性的、AI本身的发展和学科交叉的发展并行，以及不断地自主创新。PAGEPAGE1一、存储芯片的发展及国内外厂商介绍国外存储芯片的发展及厂商1958912日，TIJackKilby，把锗晶体管在内的五个元器件成功地集成在一起，这就是世界上第一块锗集成电路。第二年七月美国FairchildRobertNorton2060RAMROM两个方向。RAM是一种随机存储器，用于存储运算数据——内存。1966ThomasJ.RobertHDennard（罗伯特丹纳德最RandomAccessMOS型晶体管+电容结构，具有读写速度快、耗能低、集成度高的特点，直到现在，日常生DRAM技术。1969AdvancedMemorySystem公司成功研制出了世界上第RMonwel（，1968年罗伯特·诺伊斯（前文提到的硅集成电路发明人）和戈登·摩尔（摩尔定律的提出者）等人共同创办的英特尔（ntl。因特尔成立之初最主要的业务DRAM芯片（也被DRAM芯片的帮助下，英特尔也迅速发展壮大。国外的公司。2015DRAM120DRAM21.6%。国内存储芯片的发展及厂商严重依赖进口的现状，促使国内开始了针对DRAM业务的第三次尝试。最（2500亿人民币NANDFlashDRAM内存的合肥长鑫以及致力于普通存储芯片的晋华集成三大企业为主。20199202019世界制造业大会上，长鑫存储董事长兼首席108Gb核心的双倍数据速率（DDR4）DRAM的出现，才填补了国DRAMDDR4LPDDR4内存DDR5DDR5内19nm17nm等更高工艺下的芯片制造。在2022年的闪存峰会上面，长江存储正式推出了基于晶栈（Xtacking）3.023223220221236家中国科技公司列入了“实体清单”，以期进一步阻挠和打压二、云存储云存储系统与传统存储系统相比，具有如下特点：（1）从功能需求来看，云存储系统面向多种类型的网络在线存储服务，而传统存储系统则面向如高性能计算、事务处理等应用；（2）从性能需求来看，云存储服务首先需要考虑的是数据的安全、可靠、（3）从数据管理来看，云存储系统不仅要提供类似于POSIX的传统文件访4个层次，自底向上依次是：数据存储层、数据管理层、数据服务层以及用户访问层。三、王阳元院士11集成电路刚问世时，发展前景并不明朗，国外资料也很难获得，王阳元院士认定微电子技术将是未来信息社会的基石，他与同事们用八年时间潜心钻研，1975和日本之后，第三个拥有了1024位MOS动态随机存储器DRAM。1987年，以美国为首的“巴黎统筹委员会”对集成电路设计工具技术严密封锁，妄图将中国的集成电路产业扼杀在摇篮之中。1986年，王阳元院士临危受ICCAD（IntegratedCircuitComputerAidedDesign）61993年ICCAD系统。这是我国继美国、欧洲、日ICCAD系统的先进国家行列，具有完全的自主知识2000年，王阳元院士与国际同行一起创建了中芯国际集成电路制造有限公12英寸硅片、纳米尺度集成电路的时代。2002年，王阳元院士敏感地抓住了国际上微机电系统发展的新态势，在相关领导部门支持下，在北京大学建立了国家级微米/纳米加工技术重点实验室，并出任主任。PAGEPAGE1一、计算机系统中的中断中断技术在计算机系统中有广泛的应用，是计算机系统中的一项重要技术，（2）系统调用。操作系统中的系统调用通常需要通过中断技术来实现。当（3）异常处理。计算机系统中的“异常”通常需要通过中断技术来处理。二、微机继电保护中的中断微机继电保护系统是一个对外部事件实时响应要求很高的并行多任务系统，微机继电保护中的中断涵盖了以下方面：（1）故障检测与信号传输。当微机继电保护系统检测到故障时，通过中断（2）优先级与协调。中断请求可以根据不同故障类型或保护层级的优先级（3）保护动作执行。中断请求被触发后，继电器系统将执行相应的保护动（4）故障恢复与自动重合闸。一旦故障得到解决，中断请求也可用于触发三、中断技术在四足机器狗中的应用60（1）感知能力。四足机器狗配备了各种传感器，如摄像头、麦克风和触摸（2）命令识别。四足机器狗中的中断请求系统中的算法和模型包括用于识（3）行为适应。接收到中断请求后，机器狗的当前行为或活动会被中断，（4）任务切换。中断请求促使四足机器狗实现无缝的任务切换。例如，如（5）上下文感知。中断请求系统考虑到机器的上下文和当前状态，有助于根据机器的能力、安全限制和任务优先级对中断请求进行排序和处理。四、中断技术对人类的意义PAGEPAGE1一、中国芯片行业的现状芯片制造的核心指标是工艺节点，即晶体管的最小尺寸，工艺节点越小，代表芯片的集成度越高，性能越强，功耗越低。目前，全球最先进的工艺节点4纳米（n，由台积电和三星等国际制造巨头掌握。我国在芯片制造领域，很多顶级的设备和材料都需要从国外进口。因为对3000亿美元以上。14nm~90nm之间，纯国产90nm7nm芯片则良品率不高，在市场上也没有竞争力。主要原ASMLEUV光刻机设备。光刻机作为制造芯片的利器，制造极其复杂。特别是高端光刻机，堪称现代光学工业之花，制造难度之大，放眼世界，仅有少数几家公司能够制造。如日本的尼康、佳能，荷兰的阿斯麦（SMASML可以生产目前EUV光刻机。ASML是一家系统集成商，他们将全球数百家公司的顶尖技术整合在一起，组成了现代工业的结晶——EUV光刻机。而我国光刻机产业虽起步较早但并未重视，目前国产光刻机还比较落后，上微集团是国内90nm以上的工艺节点。在其它芯片设备领域，如蚀刻机、清洗机、单晶炉、氧化炉、磁控溅射台、探针测试台、化学机械研磨机、引线键合机、晶圆划片机、晶片减薄机等，中国已经达到了国际先进水平。如中国在离子注入机取得了重大突破，由中国电科旗下的附属装备集团，成功打造出离子注入机的全谱系产品国产化，可实现对28nm工艺的覆盖。中53nm蚀刻机已进入量产阶段。在过去的几十年中，中微公司从默默无闻的小企业，成为全球五大刻蚀机设备供应商之一。我国芯片封测技术已经达到了国际领先的水平，如3nm工艺的封测。设计层面上，国内的集成电路也有了一些进步。比如，华为的Mate20X5G系列手机，就使用了麒麟980芯片，它是全球首款5G系统级芯片（SystemonChip，SC7nmCPU制造商。因此，中国已经具备了完整的芯片产业链，没有第二个国家在这个领域能与中国媲美。目前，全球76%的芯片（数量占比，不是价值占比）采用28nm及以上的工艺制造。这说明28nm工艺一直是全球芯片行业的一个重要制造工艺。国产化28nm工艺是我国的下一个目标，如果成功了，就可以推动整个国产供应链的成长，提升我们芯片产业的水平。目前，国产化28nm工艺在芯片制造的扩散、薄膜沉积、光刻、刻蚀、离子注入、CMP抛光、金属化、测试等8个关键环节都有了两家或两家以上的供应商。在材料方面，也有很多国产材料达到了28nm的工艺标准。这说明国产化28nm工艺的目标很有可能会在不久的将来实现。按照应用领域和可靠性指标，芯片可以分为四类：民用级（消费级、工业级、汽车级和军工级。比如军用芯片并不需要更小的体积，也就不需要先进的制程，军用芯片最重要的是可靠性，要考虑一些极端情况芯片是否能正常工作，90nm芯片的全产业链覆盖，并不担心发达国家在这方面卡脖子。芯片分类及特点见表1。表1芯片分类及特点特点民用级工业级汽车级军工级工作温度范围0℃-70℃-40℃-85℃-40-125℃-55℃-125℃电路设计防雷设计，短路保护，热保护等。多级防雷设计，双变压器设计，抗干扰设计，短路保护，热保护，超高压保护等。多级防雷设计，双变压器设计，抗干扰设计，多重短路保护，多重热保护，超高压保护等。辅助电路和备份电路设计，多级防雷设计，双变压器设计，抗干扰技术，多重短路，多重热保护，超高压保护。工艺处理防水处理。防水、防潮、防腐、防霉变处理。增强封装设计和散热处理。耐冲击、耐高低温、耐霉菌。系统成本线路板一体化设计，价格低廉但维护费用较高。积木式结构，每个电路均带有自检功能，造价稍高但维护费用低。积木式结构，每个电路均带有自检功能并增强了散热处理，造价较高维护费用也较高。造价非常高，维护费用也很高。二、芯片荒芯片荒是指在全球范围内出现的半导体供应不足的现象，导致无法满足各行业对芯片的增长需求。这一状况涉及多个因素的相互作用。首先，技术的快速发展和全球经济的数字化转型导致了对半导体产品的快速增长需求，尤其是高性能芯片的需求。与此同时，制造芯片所需的复杂工艺、长周期和高投入的特点使得芯片生产能力的提升缓慢，制约了供应的增长。此外，全球范围内的供应链不稳定性（COVID-19疫情、自然灾害、贸易纠纷和地缘政治紧张局势等因素、以及特定行业（如汽车）的需求爆发等都对芯片供应链产生了重大影响。从芯片的产业链来看，芯片产业的上游，是半导体原材料和半导体设备；中游是芯片产业，包含芯片设计、制造、封装、测试四个环节；下游是应用终端，即消费电子、通信、汽车等领域的所有电子产品。造成芯片荒原因主要有上游原材料价格上涨、半导体设备供应不足、全球芯片产能下降、芯片囤积加剧供需失衡。芯片荒对我国影响很大，主要原因是疫情导致电子设备的供应严重不足，还有就是美国对我国芯片行业的制裁导致我国部分高端芯片和元器件短期内无法实现国产替代，只能大规模依赖进口。因此，不要想着别人会改变打压我们的策略，不要想着走捷径，芯片自主是个长期的过程，我们必须要坚持持久战，而且在这个过程中，我们要总结前面失败的经验教训，并加大对新技术的研发和投资，以确保满足未来的需求并维持我国乃至全球半导体市场的稳定运行。PAGEPAGE1一、emu8086仿真软件Intel8086Intel19781680x86架构的鼻祖。不久之后，Intel就推出了Intel8088（8位外部数据总线的微处理器）。1981年，IBM8088PC机中，从而8088PC机的概念在全世界范围内8088IBMPC机上开始，个人电脑真正走进了人们的工作和生活中，标志着一个新时代的开始。8086/8088的仿真软件实现汇编语言指令操作，对于更好地理解和掌握“微机原理与接口技术”这门课程大有裨益。emu8086是一种学习