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1、上海海事大学计算机系L 黄晓霞,计算机原理与系统,计算机原理与系统,2,课程简介,课程邮箱课程特点课程教学计划课程学习过程要求教学内容安排,计算机原理与系统,3,课程邮件,xinx_ xinx13,计算机原理与系统,4,课程特点,专业必修的核心课程计算机专业硕士研究生入学必考课程教学内容计算机硬件系统的基本组成及运行原理各功能部件的构成原理和运行原理计算机硬件系统及功能部件的设计简介,计算机原理与系统,5,计算机组成原理与先修后继课程的关系,先修数字电子技术汇编语言程序设计,本课程位置与作用 专业主干课程之一 专业基础课与专业课的重要纽带，承上启下的作用,后继 操作系统 计算机网络 计算机接口
2、技术 嵌入式系统 单片机原理、可编程逻辑器件等,计算机原理与系统,6,课程教学计划 教材,主教材: 计算机组成与结构王爱英 主编清华大学出版社。参考教材：数字电子技术基础 阎石主编 实验教材：计算机原理与系统实验指导书 上海海事大学,计算机原理与系统,7,学 时:上课学时:71实验学时:10,课程教学计划 学时,学 分:4.5,计算机原理与系统,8,计算机组成原理:期末考试：70平时成绩: 30（包括作业、考勤、课堂小测验及期中考查，期中考试时间暂定在10.28（第八周）,课程教学计划 成绩构成,计算机原理与系统,9,课程学习过程要求,上课:听课投入 上课不迟到、不无故缺勤作业:作业本（封面写
3、上学号和姓名）认真复习相关内容相互探讨，独立完成按时按质交作业，难题集中讲解实验: 预习操作报告,计算机原理与系统,10,教学内容安排,教材总目录第一章计算机系统概论第二章 （数字电路基础）计算机的逻辑器件第三章 （数据表示）运算算法和运算部件第四章主存储器第五章 指令系统（汇编语言程序设计简介）第六章 中央控制器第七章 存储系统第八章 辅助存储器第九章 输入输出设备第十章 输入输出系统第十一章 计算机系统,计算机原理与系统,11,Chapter 1 计算机系统概论,计算机的发展简史计算机硬件计算机的语言计算机的应用（计算机网络）计算机的性能指标,生活中的计算机系统,Product:Vendo
4、 Vue 40 vending machine.Microprocessor: Two 16-bit Hitachi H8/300H ProcessorsA robot hand dispenses items,Product: Cannon EOS 30D Digital CameraMicroprocessor: DIGIC II Image Processor,Product: NASAs Twin Mars Rovers.Microprocessor: Radiation Hardened20Mhz PowerPCCommercial Real-time OSSoftware and
5、OS was developed during multi-year flight to Mars and downloaded using a radio link,Photograph courtesy of NASA/JPL CALTECH,Product: Atronic Slot MachineMicroprocessor: X86OS: Windows CESlots are networked to a casinos back office computer system. State Gaming agencies audit code and payoff odds.,Pr
6、oduct: LG VoIP PhoneMicroprocessor: Freescale i.MX21 ARM OS: Windows CE,计算机原理与系统,18,1.1计算机的发展简史,Chapter 1 计算机系统概论,Pascal发明的史上第一台机械式计算机就是一台十进制计算机，它利用齿轮装置来保存十进制数据，并通过齿轮旋转来完成十进制的加法，齿轮传动来完成进位。,计算机原理与系统,19,1.1 计算机的发展简史,一、第一台计算机 ENIAC、时间（1946）、地点、特点,Chapter 1 计算机系统概论,1946年研制成功的第一台电子计算机ENIAC也沿用了这一惯例即采用十进制，
7、它是由一圈共10个真空管来表示一位十进制数据的，计算实现起来非常复杂。,计算机原理与系统,20,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The Electronic Numerical Integrator And Computer17468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,缺点：十进制人工改接连线,计算机原理与系统,21,1.1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
8、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 (Electronic Discrete variable Automatic Computer)。离散变量自动电子计算机。,Chapter 1 计算机系统概论,计算机原理与系统,22,冯诺依曼计算机结构,以运算器为核心、以存储程序原理为基础,运算器,输出设备,控制器,输入设备,存储器,指令驱动,指令流,控制命令,数据流,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。,
9、计算机原理与系统,23,程序的执行过程,程序,指令1,指令2,指令3,指令4,指令n, ,取指令,指令译码,取操作数,执行指令,存结果,指令周期,操作码,操作数,执行,计算机原理与系统,24,1.1 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 1964-1972 4第四代 大规模集成电路计算机 1972-至今（第五代，1981）,Chapter 1 计算机系统概论,计算机原理与系统,25,真空电子管诞生,李德弗雷斯特 (Lee deForest 18731961) “电子管之父” “无
10、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,26,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,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
11、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,28,三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,29,晶体管之父
12、W.Shockley,威廉肖克利（William Bradford Shockley，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,30,- Robert Noyce 罗伯特诺伊斯1968年创办英特尔公司 1957年创办仙童半导体公司。财富、威望和成就三位一体的圣人,罗伯特诺伊斯(Robert Noyce)和德州仪器公司的杰克基尔比(Jack Kilby)在两年后分别发明了集成电路,计算机原理与系统,31,特德霍夫与4004微处理
13、器,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”。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,32,4004微处理器Intel 4004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
14、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,33,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,1.1计算机的发展简史,Chapter 1 计算机系统概论,计算机原理与系统,34,也称为超级计算机，它是一个国家科技水平、经济实力和军事威力的象征。巨型机速度最快，性能最强，技术最复杂，具有巨大的数值计算和信息处理能力
15、，是每个时代计算机高精尖技术的集中代表。1983年我国自行研制出了第一台银河巨型机。此后，我国自行研制的银河型巨型机每秒运算可达到120亿次。,（1）巨型机,不同类型计算机简介,计算机原理与系统,35,图1-5 第一台银河巨型机,图1-6 银河巨型机,“天河一号”,每秒计算1206万亿次的研制成功，世界上只有中、美能造, 第一台国产千万亿次超级计算机“天河一号”2010.11，夺魁,计算机原理与系统,36,计算机原理与系统,37,2014.6年全球超级计算机排行前10强,超级计算机500强排名2015发布 中国“天河二号”五连冠,计算机原理与系统,38,天河二号,天河二号已经是第五次拿到超级电脑运算能力的第一名了。位于中国国防科技大学的天河二号超级电脑，是中科曙光所开发，有312万颗核心处理器，其浮点运算速度达 33.86 petaflop/s，相当于第二快的超级电脑 Titan 的接近二倍。,
