计算机组成技术第1章学习专业课件

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计算机组成原理

李东博士2025/2/25教学目的人生的价值在于创造！创造源于思考。We'reheretoputadentintheuniverse.Otherwisewhyelseevenbehere?提升解决问题(ProblemSolving)的能力——计算思维学而时习之，不亦悦乎。Knowledge

ispower.学无止境。Stayfoolish,Stayhungry.2025/2/25计算思维(ComputationalThinking)指运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。计算思维的核心是抽象(Abstraction)和自动化(Automation)。其中“抽象”是指用符号（例如数字）来表示客观事物，“自动化”是指让计算机解决问题而无需人的干预。周以真教授，美国卡内基·梅隆大学2025/2/25成绩评定百分制，其中：1.作业成绩：5分。2.

课堂表现：5分。3.实验成绩：20分。4.期末考试：70分。2025/2/25作业要求1.共布置作业5次。2.作业要写在作业本上。画图用格尺。3.作业由课代表收齐后，上交助教老师。4.不及时交作业者，视为“旷交作业”5.

旷交作业3次或更多，取消期末考试资格。2025/2/25上课要求1.遵守课堂纪律，按时上课。2.积极参与课堂讨论，提出或回答问题。参与表现记为平时成绩，占总成绩的5%。每提出或回答一个问题，加1分。最高5分。3.请假需出示由辅导员签字的假条。2025/2/252005/09/教材及参考书教材：计算机组成技术教程，李东等编著，电子工业出版社，2009.10参考书：计算机组织与结构——性能设计（影印版）

W.Stallings,高等教育出版社其他关于“计算机组成”的书籍计算机组成技术第1章绪论第2章电子计算机的基本结构第3章电子计算机中信息的表示与运算第4章处理器第5章总线技术第6章存储系统第7章8086/8088汇编语言程序设计第8章输入/输出接口与中断系统第9章计算机外部设备2025/2/25第1章绪论1.1电子计算机的产生与发展1.2微处理器与微型计算机的产生与发展1.3中国电子计算机事业的发展历程

1.4电子计算机的应用2025/2/25作业：P12，8，10，13，18。1.1电子计算机的产生与发展计算工具扩展并延伸了人脑的功能手动计算工具：算盘机械式计算工具：手摇台式计算机1642年，法数学家Pascal始创1673年，德数学家Leibnitz改进1812年，英数学家Babbage差分机机电式计算工具：1944年IBM公司MARKI(电动、齿轮、继电器构成)2025/2/25第一代计算机：电子管计算机第二代计算机：晶体管计算机第三代计算机：集成电路计算机第四代计算机：大规模集成电路计算机现代电子计算机的发展2025/2/25

图灵（Turing）冯·诺依曼（JohnVonNeuman）两位杰出的计算机科学家2025/2/25图灵奖（A.M.TuringAward）由美国计算机协会（ACM）于1966年设立，专门奖励那些对计算机事业做出重要贡献的个人。其名称取自计算机科学的先驱、英国科学家阿兰·麦席森·图灵。图灵奖对获奖条件要求极高，评奖程序极严，一般每年只奖励一名计算机科学家，只有极少数年度有两名合作者或在同一方向做出贡献的科学家共享此奖。因此它是计算机界最负盛名、最崇高的一个奖项，有“计算机界的诺贝尔奖”之称。2025/2/25图灵奖（A.M.TuringAward）2012年3月16日，ACM将2011年度的图灵奖授予加州大学洛杉矶分校的JudeaPearl教授。以奖励他在人工智能领域的基础性贡献，提出概率和因果性推理演算法，彻底改变了人工智能最初基于规则和逻辑的方向。2010年图灵奖授予了LeslieValiant，以表彰他对计算理论的变革性的贡献2009年图灵奖授予了CharlesThacker，以表彰他对第一台现代个人计算机XeroxPARCAlto的先驱性设计与实现。2025/2/25现代电子计算机的发展第一代计算机（1946-1958）电子管时代ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator）EDVAC（ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer）运算速度：每秒几千次。1954年第1个高级程序设计语言Fortran问世其设计者JohnBackus荣获1977年度图灵奖2025/2/25世界上第一台电子计算机ENIAC(1946)2025/2/25第二代计算机（1958-1965）晶体管时代计算机的应用从科学计算，扩展到：数据处理和过程控制。计算机的运算速度达到：几万到几十万次每秒。高级程序设计语言Algol60问世。设计者PeterNaur荣获2005年度的“图灵奖”。现代电子计算机的发展2025/2/25第三代计算机（1965-1970）集成电路时代集成电路(IntegratedCircuits,IC)代替分立元件。计算机的运算速度最高可达：几千万次每秒操作系统(OperatingSystem,OS)日益成熟。半导体存储器开始替代磁芯存储器。IBMSystem360系列机问世。DEC公司推出小型计算机PDP-8，一举成名。现代电子计算机的发展2025/2/25第三代计算机（1965-1970）的大事记超级计算机CDC6600、6700问世，它的设计者西蒙

克雷(SeymourCray)被誉为超级计算机之父。伊凡

苏泽兰(IvanSutherland)实现了“三维交互绘图系统”，推动了图形用户界面GUI(GraphicalUserInterface)的发展，被誉为计算机图形学之父,荣获2005年度的“图灵奖”。现代电子计算机的发展2025/2/25第四代计算机（1970-）大规模集成电路时代现代计算机技术基本成熟，并行计算机得到广泛的重视。基于向量并行处理技术的Cray-1是人类首次获得每秒1亿次的运算速度。微处理器和微型计算机问世。现代电子计算机的发展2025/2/25第五代计算机？现代电子计算机的发展2025/2/25第五代计算机1998年IBM公司研制的“深蓝(DeepBlue)”战胜了国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫。但是“深蓝”的智能仍然是有限的，它的胜利主要得益于计算机处理能力的提高。

IBM公司研制“深蓝”的团队是由出生于中国台湾省的许峰雄博士领导的，许博士也因此被誉为“深蓝之父”。2025/2/252005/09/最快的超级计算机（截止到2003.06）1.NEC:EarthSimulator 5120个CPU最大平均速度35.86TF(1012)2005/09/EarthSimulator2005/09/EarthSimulator第五代计算机2011年2月16日，IBM公司推出的人工智能计算机“华生(Watson)”在美国著名的益智节目“Jeopardy(危险边缘)！”中，战胜了两位前冠军参赛者，以绝对优势赢得了历史上第一次人机智力问答比赛的胜利，这标志着智能计算机达到了一个新的水平。在长达4年的研发过程中，共有来至IBM美国研究院、中国研究院、日本研究院、以色列研究院的30位研究员参与了“华生”的研发。2025/2/25第五代计算机在第五代计算机的研究中，中国也应该占有一席之地，有志于计算机事业的中国青年，应该积极投身到这一国际瞩目的研究领域中去。2025/2/251.2微处理器与微型电子计算机的产生与发展第一代（1971~1972）4位的微处理器和微型电子计算机开山之作：Intel4004通用微处理器：Intel40402025/2/25第二代（1972~1977）8位的微处理器和微型电子计算机代表机型：Intel8008，8080MotorolaM6800，6809ZilogZ801.2微处理器与微型电子计算机的产生与发展2025/2/25第三代（1978~1983）16位的微处理器和微型电子计算机代表机型：Intel8086,80286MotorolaMC68000,68010ZilogZ80001.2微处理器与微型电子计算机的产生与发展2025/2/25第四代（1984——）32位的微处理器和微型电子计算机代表机型：MotorolaMC68020Intel80386,486,PentiumXIBMPowerPC1.2微处理器与微型电子计算机的产生与发展2025/2/25第五代（1992——）64位的微处理器和微型电子计算机代表机型：DECAlpha

21064~21364Intel和HP：IA-64体系结构的安腾(Itanium)1、2、3IBMPowerPC620，Power6。1.2微处理器与微型电子计算机的产生与发展2025/2/25摩尔定律Moore’sLaw

每18个月微处理器内部的晶体管数量扩大一倍，计算机的性能将翻一番，而芯片的价格保持不变。1.2微处理器与微型电子计算机的产生与发展2025/2/25多核处理器→众核处理器

用并行处理的思路，来延续摩尔定律的神话。1.2微处理器与微型电子计算机的产生与发展2025/2/251.3中国电子计算机事业的发展历程1956年国务院制定“12年科技发展规划”成立以华罗庚为主任的“计算技术研究所筹备委员会”，开展国产103机和104机的研制。这两台机器都属于电子管计算机（即第一代计算机），其中103机是仿制前苏联的M—3小型数字电子计算机。103机于1958年8月1日仿制成功，结束了我国没有电子计算机的历史。2025/2/251.3中国电子计算机事业的发展历程1956年，哈工大、清华大学创建“计算机专业”哈工大的吴忠明和李仲荣于1957年研制出国产第一台结构模拟电子计算机，于1958年研制成功一台“下棋专用”的数字式电子计算机。1960年4月，夏培肃教授领导的科研小组研制出我国第一台自行设计电子计算机——107机，这是一台小型通用计算机。2025/2/251.3中国电子计算机事业的发展历程哈尔滨军事工程学院海军系慈云桂主持设计并研制出了中国第1台晶体管计算机（第二代计算机）的441B机。后继研制成功的晶体管计算机有：计算技术研究所研制的109乙机和109丙机华北计算技术研究所研制的108机、108乙机、121机和320机等。2025/2/251.3中国电子计算机事业的发展历程1973年，中国第一台百万次集成电路电子计算机“150机”研制成功。中国软件领域奠基人之一、北京大学教授杨芙清院士主持研制了150机操作系统。中国最早的两位计算机软件博士生导师之一、培养出我国第一位软件学博士的南京大学徐家福教授于1965年主持研制出中国第一个ALGOL编译系统。中国计算机学会（CCF）将2011年度CCF杰出贡献奖授予这两位先生。2025/2/251.3中国电子计算机事业的发展历程1981年北京大学的王选教授带领的团队研制成功我国自行设计的计算机—激光汉字编辑排版系统。该系统使我国出版印刷行业仅用了短短数年时间，从铅字排版直接跨越到激光照排，走完了西方几十年才完成的技术改造道路，被公认为毕升发明活字印刷术后中国印刷技术的第二次革命。2006年中国计算机学会CCF将“中国计算机学会创新奖”更名为“CCF王选奖”，以奖励那些为中国计算机事业做出重大贡献的人士/成果。2025/2/251.3中国电子计算机事业的发展历程1983年，银河I号巨型计算机研制成功，运算次数达到每秒1亿次。1984年，第一台国产16位微机---长城0520正式推出。1988年5月到1989年9月，金山公司的求伯君独自开发了WPS1.0，填补了我国中文字处理软件的空白。2025/2/251993年，第一台10亿次巨型银河计算机II型通过鉴定，并于次年在国家气象局投入正式运行1995年，曙光1000型大型机通过鉴定，其峰值可以达到每秒25亿次1997年，银河III并行巨型机研制成功1999年，银河四代巨型机研制成功2000年，“神威”高性能计算机研制成功1.3中国电子计算机事业的发展历程2025/2/252008年曙光5000A问世，它的峰值速度达到230万亿次浮点运算/秒。这标志着我国成为世界上第二个可以研发生产超百万亿次超级计算机的国家。在2008年11月的全球高性能计算机500强(TOP500)排行榜中，曙光5000A位列世界超级计算机第十位，是当时我国高性能计算机的最好成绩（曙光4000也曾经以11万亿/秒的速度位列世界超级计算机第十位）1.3中国电子计算机事业的发展历程2025/2/252009年10月29日，我国首台千万亿次超级计算机系统——“天河一号”由国防科学技术大学研制成功。该计算机峰值性能1206万亿次双精度浮点数操作，LINPACK实测性能为560.3万亿次