01 课程介绍与计算机系统概述

1-1

系统总线

存储器

运算器

控制器

接口与通信

输入设备

林楠

办公室： 408

办公电话： 0371-63887293

电子邮件： [email protected]

《计算机组成原理》

第一章计算机系统概述

输出设备

1-2

• Why? How? What?• 课程简介

课程推销：《计算机组成原理》

授之以鱼不如授之以渔

1-3

Why ? Objective 明确目标

为什么要学习？

大前提：计算机是人发明的东西

小前提：凡是人都应该懂人发明的东西

结论：如果我不学计算机我就不是… ...

亚里士多德的三段论学说：

为什么要学计算机？

1-4

Why ? Objective 明确目标

考研 + 参加工作？ or 直接参加工作？

考研计算机专业基础综合统考从 2009 年开始，总分 150 分。

统考科目包括：

计算机组成原理（ 45 分）《计算机组成原理》，唐朔飞

数据结构（ 45 分）《数据结构》，严蔚敏

操作系统（ 35 分）《操作系统》，汤子赢

计算机网络（ 25 分）《计算机网络》，谢希仁

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企业招聘要求：

• 熟练掌握 Java ， JSP ， Servlet ， JDBC ， EJB, WEBSERVICE ， html ， javascript

• 精通 struts 框架和 apache, Weblogic, JBoss, OC4J 等服务器的使用和配置。

• 精通 JAVA 、 C++ 等多种面向对象编程语言编程和设计模式；

• 精通 Linux 环境，进行各种应用服务器（ Ftp ， Apache ， Sabram ， Mail ，DHCP ， VPN 等）的配置及维护，编写简单的 shell 脚本；

• 熟练掌握 Oracle 或 MYSQL 或其他主流数据库及客户端工具，理解数据库体系结构，熟练运用 SQL 语句……

软件专业毕业生提交的简历：必修课程：《数据结构》《计算机组成原理》《计算机网络》《操作系统》《数据库原理》《 Oracle 》《 Linux 》《 JAVA 程序设计》《 J2EE 》《 UML 系统分析与设计》《 XML 程序设计》 ……毕业设计：校园淘宝网开发英语：通过四级考试……

Why ? Objective 明确目标考研 + 参加工作？ or 直接参加工作？

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How ? No.1 培养兴趣

Interest 兴趣是最好的老师

“ 知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”

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How ? No.2 充满激情

Passion 激情是生活的源泉律政俏佳人 Legally Blonde

Passion is a key ingredient to the study and practice of computer--and of life.

激情是计算机学习和实践的一大要素，还有生活。

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How ? No. 3 Optimistic 乐观向上

肖申克的救赎The Shawshank Redemption

Hope is a good thing, maybe the best of things, and no good thing ever dies. 　　希望是件好东西，也许是世上最好的东西．好东西从来不会流逝．

Talent is enduring patience 。天赋就是持续不断的忍耐。

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How ? No. 4 踏实前进

Think big but do small 。往大里想，往小里做。

王实万科集团董事会主席

每一天，每一件事，都尽量让自己比别人多想一点，多做一点，哪怕就一点点 ……

相信自己，永远让自己看的更远一点……

1-10

How ? No. 5 学以致用

You never know if you don‘t try 。

如果你不敢于尝试，你永远不可能知道自己能做什么。

《论语》首句：

“ 学而时习之，不亦悦乎？”

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现实经过选择和处理的现实

有意义的现实

具有长期生命力的有意义

的现实结构

数据信息知识

互联网 Internet = 信息的海洋，最渊博的老师学会利用网络学习！搜索有价值的信息，获取知识！！！

How ? No. 6 Open Open 再 Open

以前是我要学什么，现在要学会不学什么。学会不学什么的人才是真会学习的人。

增删查改显示完成特定的功能生成有用的信息

应用软件人：形成知识

1-12

Business商业

Software软件

Hardware硬件

CSEECE

IS

CE计算机

工程

CS计算机

科学

IT信息技术

EE电子工程

SE软件工程

IS信息系统

Hardware硬件

Software软件

Organizational Needs

管理需要

1990 年前计算机专业：

1990 年后计算机专业：

IEEE-CS/ASM 组织计算机专业 2005报告

What ? 计算机领域

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组织管理与信息系统

应用技术

软件方法与技术

系统基础支撑结构

计算机硬件与架构

理论原理创新

应用开发配置

发展更多理论更多实践

IS: 信息系统SE: 软件工程IT: 信息技术CS: 计算机科学CE: 计算机工程


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CE _ Computer Engineering 计算机工程

该专业技术领域为：设计与构建计算机以及基于计算机的系统，涉及硬件、软件、通讯、及他们之间的交叉领域。该专业的课程集中在：理论、原理、传统电子工程与数学实践、以及应用他们来解决计算机或计算设备的设计问题。

该专业学生将学习：电子设备硬件系统的设计（通讯系统、计算机、含计算机的设备）；软件开发（针对电子设备和他们的用户以及与其他设备的接口程序）；总体偏向硬件方向，有很强的工程特色。

该专业技术领域专家：将能够设计和实施整合软件与硬件设备的系统。

该专业当前涉及领域：嵌入系统、软硬件系统设备的开发（例如：手机、电子多媒体播放器、电子多媒体录制器、报警系统、 X-ray 设备、激光手术工具等）。


1-15

CS _ Computer Science 计算机科学

该专业技术领域为：从事理论基础、算法基础到机器人、计算机可视化、智能系统、生物信息等领域的开发。该专业领域跨度宽，培养学生的综合能力，去开发新技术和开创新思路。

该专业学生将学习：承担有挑战性的开发工作，利用新途径与方法，设计应用软件；设计使用计算机的新方法（例如：网络、数据库、人机接口导致的 WWW 的产生；使机器人更加智能化；运用数据库产生新的知识；用计算机帮助实现 DNA 解码等）；开发有效途径解决计算机问题（例如：开发尽可能好的途径存储信息到数据库以及在网络中传送数据；运用理论知识与算法知识设计出提高性能的方法）。

该专业技术领域专家：将涉及广泛任务，从理论研究到软件开发。


1-16

IS _ Information System 信息系统

该专业技术领域为：通过整合信息技术解决方案和企业中的业务功能，满足企业信息化需求，并提高其工作效率和效益。该专业重点在信息，把技术看作一种可以对信息进行整合、处理、分布的工具。

该专业学生将学习：怎样运用最新的技术去设计和建立一个系统去满足组织对信息的需求，包括怎样挖掘人们在工作中所需要的信息，掌握信息的展现形式和需求时间。学生将学习技术与组织要素，包括：数据库，团队合作技能，多媒体，互联网，电子商务，客户－服务器系统，商业建模，信息系统理论基础，有关信息系统与技术的特殊管理技能等。

该专业技术领域专家：应该对企业的运行有深入的了解，协调其工作，通过分析信息需求和业务操作，为企业设计与部署实施信息系统并参与制定标准，同时还能设计企业的通讯协作系统。


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IT _ Information Technology 信息技术

该专业技术领域为：广义上涉及所有的计算机知识。偏重于培养生学习计算机技术，在今后工作单位（企业，政府，医疗，学校，等组织）的应用。信息技术就是信息系统的应用，它的重点在技术本身，而非信息。

该专业学生将学习：新的信息技术，学习组织中应用的系统和软件，并学会解决计算机有关的问题；他们可以真正把知识和实践结合起来。

该专业技术领域专家：为组织选择正确的硬件和软件产品，整合这些产品与组织的真实需求与基础设施，并且为组织有效的设计，实施，配置，维护计算机软硬件系统。

该专业培养就业岗位：网络安装，网络管理，网络安全管理，网页设计，多媒体资源开发，通讯组件安装，网络系统管理，管理组织中的技术生命周期（在企业中应用的技术，其维护，升级，换代）……


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SE _ Software Engineer 软件工程

该专业技术领域为：开发与维护可靠的，有效的软件系统，去满足不同客户需要。它与计算机科学有很多课程有共同点，但是它更侧重软件（软件的可靠，维护，工程知识，经验）。

该专业学生将学习：怎样与客户交往，开发满足客户需求的有用软件；并且一定要早与其他学科，参与软件开发。

该专业技术领域专家：能执行管理大规模软件系统生命周期的每一阶段。

同学们将要进入的 IT领域……


1-19

• Why? How? What?• 课程简介

课程推销：《计算机组成原理》

1-20

计算机组成原理 : 计算机专业基础课程，学生必修的核心硬件课程。

起到了承上启下的作用：

先修课程：《数字电路》《高级语言设计》

后续课程：《操作系统》《接口与汇编语言》《计算机系统结构》

《计算机组成原理》课程

1-21

计算机系统结构主要研究软件硬件功能分配和对软硬件界面的确定。

计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现。当一个计算机系统把软件和硬件功能划分完以后，它主要研究计算机各硬件部件的组成，以及之间的连接关系。

计算机实现是计算机组成的物理实现。对各个部件的硬件物理实现技术。

一个计算机系统结构有不同的计算机组成方法。

一种计算机组成有不同的计算机实现技术。

应用程序操作系统

系统结构

实现

指令系统组成

编译软件

硬件

概念解释：计算机系统结构与计算机组成

1-22

计算机系统结构 Computer Architecture 是从计算机系统的外部来研究计算机的一门学科。从程序员角度观察到的计算机外特性 —— 概念性的属性和功能。对不同虚拟机层次程序员看到的外特性不完全相同。

计算机组成 Computer Organization （是我们将要学习的）是从计算机系统的内部来研究计算机构成的。从逻辑设计人员的角度来研究计算机各组成部分的构成和互联。

研究主要内容：运算方法、 CPU 组成、主存储器、输入 / 输出设备和输入 / 输出接口等。

概念解释：计算机系统结构与计算机组成

1-23

将掌握计算机的硬件系统的基本组成原理和简单的设计技术。

包括：数字化信息编码与数据表示，数据运算算法和运算器部件的知识；指令、指令系统和控制器部件的知识；存储器系统的组成、运行原理；输入输出系统的构成和运行原理。

将讲解单台计算机的完整硬件系统的基本组成原理与内部运行机制。

单台：讲单个简单的计算机系统，非多计算机系统，非多处理机结构。完整：计算机整机，全部的硬件功能部件。基本：是最基础的最必要的组成部分，不一定是最高性能最合理的组成。

《计算机组成原理》课程学习目标

1-24

1 、计算机系统概论（第 1 、 2 章）

2 、计算机的逻辑部件（数字电路补充课程）

3 、运算方法和运算部件（第 6 章）

4 、存储器系统（第 4 章）

5 、指令系统（第 7 章）

6 、 CPU （第 8 、 9 、 10 章）

7 、系统总线（第 3 章）

8 、输入输出系统（第 5 章）

教材：计算机组成原理 ( 第 2版 )

以课件内容为知识主线

1-25

课件下载、课程考核

考试 70 + 作业 30 = 100

注意：每周交上周布置的作业（交作业纸），由班长收齐后再交！

公共邮件地址下载：教学课件

公共电子邮件地址： [email protected] 密码： dsnmysbd

通过公共信箱，我们可以相互交流信息，有好的文章大家分享！

1-26

第一章计算机系统概论

1 、计算机系统的组成2 、计算机系统的层次结构3 、计算机的发展简史4 、计算机的应用范围


系统结构

实现

指令系统组成

编译软件

硬件

1-27

计算机由硬件和软件两大部分组成，统称计算机系统。即：单有计算机硬件或计算机软件，都不能称为计算机系统。

1 、计算机系统的组成

计算机系统

硬件系统

控制器主机CPU

内存储器

外设外存储器输入设备输出设备

系统软件

应用软件

运算器

软件系统

软盘硬盘光盘

操作系统

网络系统软件

1-28

Application

software

Device drivers

Operatingsystems

Software

Systems

software

系统软件包括： 1 、操作系统 2 、语言处理程序 3 、标准库程序 4 、服务性程序 5 、数据库管理系统 6 、计算机网络软件

1 、计算机系统的组成：软件系统计算机软件有两大类：系统软件和应用软件。

1-29

00A20084008210208DE200008E020004AE020000ADE2000403E00008

MIPS

机器语言程序

目标程序文件（在计算机中运行）

1 、计算机系统的组成：软件系统源程序文件（人工编写）swap:

sll $2,$5,2add $2,$4,$2lw $15,0($2)lw $16,4($2)sw $16,0($2)sw $15,4($2)jr $31

MIPS

汇编语言程序

汇编语言：面向机器机器语言：面向机器汇编语句与机器语句一一对应。

汇编程序

翻译

1-30

00A20084008210208DE200008E020004AE020000ADE2000403E00008

MIPS

机器语言程序


swap(int v[],int k){ int temp; temp=v[k]; v[k]=v[k+1]; v[k+1]=temp;}

高级语言程序

源程序文件（人工编写）

1 、计算机系统的组成：软件系统

编译 /解释程序

翻译

高级语言：面向问题

1-31

汇编程序

swap:sll $2,$5,2add $2,$4,$2lw $15,0($2)lw $16,4($2)sw $16,0($2)sw $15,4($2)jr $31

MIPS汇编语言程序

编译程序

00A20084008210208DE200008E020004AE020000ADE2000403E00008

MIPS机器语言程序


swap(int v[],int k){ int temp; temp=v[k]; v[k]=v[k+1]; v[k+1]=temp;}

高级语言程序

源程序文件（人工编写）

1 、计算机系统的组成：软件系统

中间语言

1-32

计算机硬件系统包括：

CPU （运算器、控制器、 Cache ）

存储系统（高速缓存、主存储器、外存设备）

输入 / 输出设备等主要组成部分。

它们总是通过总线和接口连接在一起，构成一台完整的计算机。

系统总线

存储器

运算器

控制器

接口与通信

输入设备输出设备

1 、计算机系统的组成：硬件系统

1-33

计算机进行解题的过程完全和我们人用算盘解题的情况类似：

运算器：相当于算盘，具有计算功能的部件。

存储器：相当于纸，具有记忆功能的部件。

输入设备或者输出设备：相当于笔，把原始解题数据送到计算机或者把运算结果显示出来的设备。

控制器：相当与我们人的大脑，能够自动控制整个计算过程的。

和打算盘不同的是以上这些部分是由电子线路和其他设备进行控制。

计算机是死的，人的大脑是灵活的。


1-34

运算器 : 是计算机中进行数据加工的部件。

其主要功能包括：

1 、执行数值数据的加减乘除等算术运算，执行逻辑数据的与或非等逻辑运算，所有的运算功能由一个被称为 ALU （算术逻辑单元）的线路完成。功能强的 ALU 还能执行定点运算、浮点运算，甚至向量运算。

2 、暂时存放参加运算的数据和中间结果。（由多个通用寄存器来完成）

系统总线

存储器

运算器

控制器

接口与通信



1-35

控制器：是计算机的管理机构和指挥中心。（人的大脑）

控制计算机的各个部件，对运算器、存储器、输入 / 输出设备等部件发出有关操作命令。

功能：

1 、正确执行每条指令（单个指令）先取一条指令、分析这条指令、再按指令格式和功能执行这条指令。

2 、保证指令按规定序列自动连续执行。（多个指令）

3 、对异常情况和请求及时响应和处理。

系统总线

存储器

运算器

控制器

接口与通信



1-36

存储器：是存放程序和数据的部件，它具有记忆作用。

三级存储系统：

高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器。

这三级存储器所用的存储介质（半导体材料，磁性材料），工作原理和特性各不相同。

系统总线

存储器

运算器

控制器

接口与通信



1-37

存储器是存储单元的集合。

存储器的基本操作：读 / 写，统称为访问。每个存储单元都有一个编号，称为“地址”。

存储器的容量：存储器所有存储单元的总数（通常以字节为单位）。例如：宾馆的房间号码是地址，每个房间里的床位相当于存储的一位数据。

1KB （ 210 字节）

1MB （ 220 字节）

1GB （ 230 字节）

1TB （ 240 字节）

存储单元地址：每个存储单元赋予一个地址存储字：存储单元中二进制代码的组合存储字长：存储单元中二进制代码的位数 8位； 16位； 32位； 64位

1 0 1 1 0 0 1 0存储单元（房间）

存储位（床位：有人 /无人）

存储器（大楼）

地址


存储单元 = 存储元件 = 存储基元 = 储存元

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输入设备：向计算机送入程序和数据的，有一定独立功能的设备。

它通过接口和总线与计算机连通，用于人机交互联系，把人们所熟悉的某种数据变换成机器内部所能接收和识别的二进制数据。

例如：键盘、鼠标等。

理想的输入设备应是“会看”“会听”“会看”：摄像头，电子扫描笔“会听”：麦克风

系统总线

存储器

运算器

控制器

接口与通信



1-39

输出设备：用于送出计算机内部数据的设备。

它把计算机的数据以人们能以识别的形式输出。

例如：显示器等

理想的输出设备应是“会写”“会讲”。“会写”：打印机，绘图仪等“会讲”：音响设备等系

统总线

存储器

运算器

控制器

接口与通信



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接口：通过接口，主机和外设可以并行协调地工作。

输入 / 输出设备通常称为外围设备。其种类繁多，数据传送方式和速度差异也很大，因此它不能直接同计算机相连接，而要通过接口与主机相连接。

例如：网卡、声卡、显卡等。

系统总线：是构成计算机系统的骨架，是多个系统部件之间进行数据传送的公共通道。

借助系统总线的连接，计算机在各系统部件之间实现地址、数据、控制数据的传送。

例如：主板

系统总线

存储器

运算器

控制器

接口与通信



1-41

计算机硬件的三个主要技术指标：

1 、机器字长： CPU 一次能处理数据的位数，与 CPU 中的寄存器位数有关。

2 、运算速度：

主频： CPU时钟周期的倒数 MIPS ：每秒执行百万条指令 FLOPS ：每秒浮点运算次数 CPI ：执行一条指令所需时钟周期数

3 、存储容量：存放二进制信息的总位数（通常用字节表示，包括主存与辅存）存储单元个数 × 存储字长例如： 64 K × 32位


1-42




系统结构

实现

指令系统组成

编译软件

硬件计算机系统按功能划分成多级层次。

1-43

软件硬件

由硬件直接执行微指令微指令系统 - 微程序机器 M0 逻辑设计员

用编译程序翻译成汇编语言程序

高级语言 - 虚拟机器 M4高级语言程序员

用汇编程序翻译成机器语言程序

汇编语言 - 虚拟机器 M3汇编语言程序员

用机器语言解释操作系统操作系统 - 虚拟机器 M2

操作员

用微指令解释机器指令机器指令 - 实际机器 M1 机器语言程序员

2 、计算机系统的层次结构

由软件实现的虚拟机器。

由硬件实现的实际机器。

是我们将要学习的！

虚拟机：

是一个由软件实现的抽象计算机，

不同软件（语言）角度获得不同层次的虚拟机。

计算机系统按功能划分成 5 级层次，每一级各对应一种机器。从某一层次的观察者看来，他只通过该层次的语言来了解和使用计算机，不必关心下几层的机器是如何工作和实现各自功能的。

1-44



冯 .诺依曼

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当代计算机的体系结构的形式是冯 .诺依曼等人提出了计算机设计的一些基本思想，到目前为止大多数计算机仍沿用这一体制。

冯 .诺依曼体制特点：

1 、计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大基本部件组成。

2 、引入存储程序概念。（计算机不仅可以存储数据也可以存储程序）将程序事先存入主存储器中，计算机在工作时自动高速从存储器中取出指令加以执行。

3 、指令由操作码和地址码组成。指令在计算机中是顺序执行的，并受 PC 的统一控制。

4 、指令和数据均用二进制表示。

5 、指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访。

3 、计算机发展简史

1-46

典型冯 .诺依曼计算机结构以运算器为中心：输入输出设备与存储器之间的数据传送都途径运算器。

运算器、存储器、输入输出设备的操作以及它们之间的联系都由控制器集中控制。

3 、计算机的发展简史

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现在的计算机结构（冯 .诺依曼结构）

不改变的：存储程序（精华）

改变的是：以存储器为中心，总线结构，分散控制。


输入设备

控制器

存储器输出设备

运算器

地址指令

数据结果

反馈信息操作指令

控制信号

请求信号

控制信号

请求信号

1-48

从器件发展而言，经历了五次更新换代

→ 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 → 智能计算机


从结构的发展而言，经历了：单个 CPU 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，经历了：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

1-49

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由程序控制的电子数字计算机，全电子，不存储程序，十进制表示。

1946 年 2月 14日18000 多个电子管 60000 多个继电器 10000个电容器 6000个开关重量 30吨占地 170平方米耗电 140千瓦运算速度 5000次加法 /秒


ENIAC

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从这台计算机问世以来，计算机的发展经历了五代变化。

1 、第一代电子管计算机时代（ 1945-1950 年后期）

采用电子管作为基本部件，体积大，速度慢，可靠性低，确定了程序设计的基本方法，“数据处理机”开始得到应用。

运算速度：每秒钟几千次，几万次。

2 、第二代晶体管计算机时代（ 50 年代后期到 60 年代初期）

这个时代的计算机由电子管改为晶体管，大大地缩小了它的体积，降低了功耗，提高了速度和可靠性，价格不断下降；在此期间，“工业控制机”开始得到了应用。

运算速度：每秒几万次至几十万次。


1-51


第三代中小规模集成电路计算机时代（ 60 年代中期到 70 年代前期）

这个时期的计算机采用集成电路为基本器件。可靠性进一步提高，体积进一步缩小，成本进一步下降，集成电路的出现，形成计算机通用化，生产系列化，使用系统化，这时“小型计算机”开始出现。

运算速度：每秒几十万次到几百万次

4 、第四代超大规模集成电路计算机时代（为 1971 年开始到如今）

可靠性更进一步提高，体积更进一步缩小，成本更进一步降低，由几片大规模集成电路组成的“微型计算机”开始出现。

运算速度：每秒几百万次至几千万次。

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摩尔定律 (Moore’s Law)

• 1964 年戈登﹒摩尔提出摩尔定律：在芯片上所能集成的晶体管数目将会每隔 18个月翻一翻。

– 性能每 10 年提高 100倍，但价格基本不变。– 用同样的价格，五年之后能买到性能高十倍的机器。

• 这一法则适用至今： 1979-2001 ， 22 年精确符合，再适用十年。


1-53

软硬件比例

软件

硬件

最少硬件目前计算机不可编程

发展

硬件软件

成本

年代

发展趋势：硬件实现的比例越来越高，软件所占的成本上升。

硬件实现：速度快，灵活性差；软件实现：速度低，灵活性高。

随着大规模集成电路技术的发展和软件硬化的趋势，要明确划分计算机系统软、硬件界限已经显得比较困难了。因为任何操作和指令可以由软件来实现，也可以由硬件来实现。


1-54

有四种飞速发展的实现技术对现代计算机实现的影响最为深远：

集成电路逻辑技术，晶体管密度每年以 35%增长， 4 年翻 2番。芯片尺寸买年增长 10~20％。使得每个芯片上晶体管每年增长 50％。

半导体 DRAM ，其晶体密度每年增长 40~60% ，访问时间平均每十年减少 1/3 。每片的带宽随着延迟时间缩短而以其 2倍的速度增长。

磁盘存储技术，存储密度最近每年 100％增长，访问时间过去 10年缩短了 1/3 。

网络技术，取决于交换和传输系统。延迟和带宽都能改进。

发展思路：

提高速度，扩大存储容量，降低成本，提高系统可靠性，方便用户的使用。


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型号400480088080

8086/80888028680386DX80486DXPentiumPentium ProPentium IIPentium IIIPentium 4

发布日期197119721974197819821985198919931995199719992000

制造工艺PMOSPMOSNMOSNMOSCMOSCMOSCMOSBiCMOSBiCMOSCMOSCMOSCMOS

特征尺寸（m）1010631.51.51.00.80.350.350.180.18

集成度（晶体管）2 3003 5006 00029 000134 000275 0001 200 0003 100 0005 500 0007 500 00028 000 00042 000 000

工作频率108KHz200kHz2MHz5MHz6MHz16MHz25/33MHz60/66MHz150MHz233MHz500MHz1400MHz

基片面积（mm2）13.515.220.028.668.7104163264310209140224

Intel公司部分微处理器的部分工艺参数 3 、计算机的发展简史

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Roadrunner ：

IBM 制造出全球运算速度最快的超级电脑。

每秒运行 1.105千万亿次

耗资 1.33亿美元

主要供美国能源部计算核能武器存储量的安全及可靠性，同时提供提供科学，金融，汽车，及航天工业等领域的运算。


1-57

计算机的分类

• 超级计算机– 用于科学计算领域， Gray-1 ，银河机

• 大型计算机– 多用户的通用计算机

• 小型计算机– 体积小、成本低，通用性强

• 工作站– 强大的图形功能

• 微型计算机– 成本低、应用广

• 嵌入式计算机– 成为其它设备的一部分


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台式电脑拥有最大的市场：价格 1000美元左右的个人电脑； 10 000美元左右的工作站。良好的性价比。

服务器，互联网刺激了其发展：需提供可靠有效的服务；可扩展性，升级计算能力、主存容量、存储空间以及 I/O带宽。

目标：吞吐量，单位时间处理请求的数目。

嵌入式系统，安装在其它设备中的计算机，是计算机市场增长最快的 (微波炉、洗衣机、打印机、网络交换机、汽车、掌上电脑、手机、 Smart卡 ) 。


计算机的发展方向：

60 年代：主要形式是数百万美元的大型机。目前：台式电脑、服务器、嵌入式系统。

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嵌入式系统两个关键的特征：最小化存储器和最小化功耗的需求。


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随计算机的迅速发展，它的应用范围也越来越广泛，已经涉及到人类社会的各个领域，例如：教育，文化艺术，生产，家庭，军事，等各个行业，一般计算机应用可以归纳七个方面的内容。

1 、科学计算早期的计算机一般都应用于科学研究和工程技术计算。例如：数、理、化、生物学等基础科学研究，以及航天飞行、人造卫星、运载火箭轨道等方面的大量的数据运算，利用计算机进

行数值计算，可大大节省时间，人力和物力。

2 、自动控制可以减轻人的劳动强度，提高产品质量，它主要应用于冶金、化工、电力、交通、机械、军事等部门。随着科学的进步，计算机的自动化控制应用越来越广，（水泥厂的配料控制）

4 、计算机的应用范围

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3 、测量和测试计算机在测量和测试领域中的应用比较也相当大。例如对高温，低温，有毒气体，辐射环境的测量和测试，核爆炸时数据采集等都必须用自动化的手段才能得到数据。

4 、信息处理计算机在早期时常用于数值计算，现在发展到非数值计算，可以用来处理文字，图象，声音等多媒体技术，信息处理的范围相当广泛，计算机应用数量较多，应用所占的比例也大，带来的各种效益也十分明显。例如

事务处理：商业、银行、邮政业务上的应用。管理应用：人事管理、仓库管理、档案管理等。

5 、家用电器电子玩具、游戏机、冰箱、洗衣机定时及控制等。


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6 、教育和卫生

计算机的辅助教学、远程教学；卫生系统中，各种疾病的电脑诊断系统。例如：心脑电图分析仪， CT图象处理设备，肝病电脑诊治系统等，这些专家系统为诊治疾病发挥了很大的作用。

7 、人工智能

计算机能够模仿人的高级思维，着就是“机器人”。目前世界上有数万台“工业机器人”，在第一线工作。例如：高温，低温，有毒气体、辐射等环境下工作。比“工业机器人”更高明的“智能机器人”有判断和决策能力，灵活机动地完成控制任务和信息处理任务。


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认识计算机的基本硬件

补充知识

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1 、主板2 、北桥芯片 3 、南桥芯片 4 、 CPU插座 5 、内存插槽 6 、 PCI插槽 7 、 AGP插槽 8 、 ATA 接口

9 、软驱接口 10 、电源插口及主板供电部分 11 、 BIOS 及电池 12 、机箱前置面板接头 13 、外部接口14 、其他主要芯片

补充知识：计算机主板学习

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1 、主板

一块主板主要由线路板和它上面的各种元器件组成。

主板的类型和档次决定着整个微机系统的类型和档次，主板的性能影响着整个微机系统的性能。

例如： ATX板型，便于 ATX 机箱的风扇对 CPU 进行散热，而且板上的很多外部端口都被集成在主板上。

计算机主板

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芯片组 (Chipset) 是主板的核心组成部分，按照在主板上的排列位置的不同，通常分为北桥芯片和南桥芯片。

2.北桥芯片

北桥芯片一般提供对 CPU 的类型和主频、内存的类型和最大容量、 ISA/PCI/AGP插槽、 ECC纠错等支持，通常在主板上接近 CPU插槽的位置，由于此类芯片的发热量一般较高，所以在此芯片上装有散热片。

3.南桥芯片

南桥芯片主要用来与 I/O 设备及 ISA 设备相连，并负责管理中断及 DMA 通道，让设备工作得更顺畅。

计算机主板

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4.CPU插座

　　 CPU插座就是主板上安装处理器的地方。

主流的 CPU插座主要有：

Socket AM2 Socket S1 Socket F Socket 771 Socket 479 Socket 775 Socket 754 Socket 939 Socket 940 Socket 603 Socket 604 Socket 478 Socket A Socket 423 Socket 370 SLOT 1 SLOT 2 SLOT A Socket 7

计算机主板

双核：一个 CPU芯片有两个内核双路：一台计算机有两个 CPU芯片

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5.内存插槽内存插槽是主板上用来安装内存的地方。不同的内存插槽它们的引脚，电压，性能功能都是不尽相同的，不同的内存在不同的内存插槽上不能互换使用。

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早期的 SIMM 单列直插内存模块（ Single Inline Memory Module ）内存条通过金手指与主板连接，内存条正反两面都带有金手指。

目前的 DIMM 双列直插内存模块（ Dual Inline Memory Module ）与 SIMM类似，只是金手指两端不像 SIMM那样是互通的，各自独立传输信号满足更多传送需要。

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6.PCI插槽

PCI总线插槽(peripheral component interconnect) 它是由 Intel公司推出的一种局部总线。它定义了 32位数据总线，且可扩展为64位。

它为显卡、声卡、网卡、电视卡、MODEM等设备提供了连接接口 .

它的基本工作频率为 33MHz，最大传输速率可达 132MB/s。

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7.AGP插槽

AGP图形加速端口(Accelerated Graphics Port)是专供 3D加速卡 (3D显卡 )使用的接口。

它直接与主板的北桥芯片相连，且该接口让视频处理器与系统主内存直接相连，避免经过窄带宽的 PCI总线而形成系统瓶颈，增加 3D图形数据传输速度，而且在显存不足的情况下还可以调用系统主内存，所以它拥有很高的传输速率，这是 PCI等总线无法与其相比拟的。

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8.ATA 接口

ATA 接口是用来连接硬盘和光驱等设备而设的。

主流的 IDE 接口有 TA33/66/100/133 。

9. 软驱接口

软驱接口共有 34根针脚，顾名思义它是用来连接软盘驱动器的，它的外形比 IDE接口要短一些。

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10. 电源插口及主板供电部分

采用 20 口的 ATX 电源插座，采用了防插反设计，不会因为插反而烧坏主板。

在电源插座附近一般还有主板的供电及稳压电路。

此外， P4 主板上一般还有一个 4 口专用 12V 电源插座。

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11.BIOS 及电池

BIOS(Basic Input/Output System)基本输入输出系统是一块装入了启动和自检程序的 EPROM 或 EEPROM集成块。

它是被固化在计算机 ROM(只读存储器 )芯片上的一组程序，为计算机提供最低级的、最直接的硬件控制与支持。

除此而外，在 BIOS芯片附近一般还有一块电池组件，它为 BIOS提供了启动时需要的电流。

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12. 机箱前置面板接头

　　机箱前置面板接头是主板用来连接机箱上的电源开关、系统复位、硬盘电源指示灯等排线的地方。

ATX 结构的机箱上有一个总电源的开关接线 (Power SW) ，两芯的插头。

而硬盘指示灯的两芯接头，一线为红色。

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13.外部接口

ATX主板的外部接口都是统一集成在主板后半部的。

键盘和鼠标都是采用 PS/2圆口，键盘接口 :蓝色，鼠标接口 :绿色。

USB接口为扁平状，可接MODEM，光驱，扫描仪等 USB接口的外设。串口可连接MODEM和方口鼠标等，并口一般连接打印机。

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复习与作业

复习章节：第 1 章计算机系统概论

作业：

P19 1.2 、 1.3 、 1.4 、 1.5 、 1.7

Education

01 课程介绍与计算机系统概述