1、计算机组成原理,2011级计算机,本课程的基本要求,了解计算机的总体概念 了解计算机各部的基本工作原理 研究生入学考试全国通考,第一章 计算机系统概论,一、似乎对本课程意义不大的题目,1、 _年，在国际超级计算机500强排序中，_研制的_位居第1，运算速度达到2500万亿次/秒。 A. 2010、中国、天河1号 B. 2010、美国、美洲虎； C. 2009、中国、星云号 D. 2009、美国、走鹃(juan)5、计算机从第三代起，与IC电路集成度技术的发展密切相关。描述这种关系的是_定律。 A 摩根 B 摩尔 C 图灵 D 冯诺依曼,摩尔定律,摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登摩
2、尔（Gordon Moore）提出来的（1965）。 其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息进步的速度。,二、在概念上容易搞混的题目,21、完整的计算机系统应包括_。 A 运算器、存储器、控制器 、输入设备、输出设备； B 外部设备和主机 ； C 主机和实用程序 ； D 配套的硬件设备和软件系统 ；10、某寄存器中的值有时是地址，因此只有计算机的_才能识别它。A 译码器 B 判断程序 C 指令 D 时序信号,三、有关计算机历史技术的题目,8、在计算机发展
3、过程中，八位微型计算机的乘除法大多数用_实现。 A 软件 B 硬件 C 固件 D 专用片子12、没有外存贮器的计算机监控程序可以存放在_。 A、RAM B、ROM C、RAM 和 ROM D、CPU (FLASH),四、有关计算机非本课程知识点的题目,8、邮局把信件进行自动分拣，使用的计算机技术是_。 A 机器翻译 B 自然语言理解 C 模式识别 D 机器证明19、计算机高级程序语言一般分为编译型和解释型两类，在JAVA、FPRTRAN和C语言中，属于编译型语言的是_。 A、全部 B、FORTRAN C、C D、FPRTRAN和C,习题分析,(P15-4 ) 冯诺依曼型计算机的主要设计思想是什
4、么?它包括哪些主要组成部分?,冯诺依曼,冯诺依曼,美籍匈牙利科学家冯诺依曼提出程序存储的思想，并成功将其运用在计算机的设计之中，根据这一原理制造的计算机被称为冯诺依曼结构计算机，世界上第一台冯诺依曼式计算机是1949年研制的EDSAC（电子储存程序计算机） ，由于他对现代计算机技术的突出贡献，因此冯诺依曼又被称为“计算机之父”。,冯诺依曼,20世纪30年代中期，冯诺依曼大胆的提出:抛弃十进制，采用二进制作为数字计算机的数制基础。同时，他还说:预先编制计算程序，然后由计算机来按照人们事前制定的计算顺序来执行数值计算工作。,冯诺依曼,EDVAC（Electronic Discrete Variab
5、le Automatic Computer 离散变量自动电子计算机 ） 存储程序通用电子计算机方案,冯诺依曼理论的要点,数字计算机的数制采用二进制； 计算机应该按照程序顺序执行。,根据冯诺依曼体系结构构成的计算机，必须具有如下功能：,把需要的程序和数据送至计算机中； 必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力 ； 能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力 ； 能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作 ； 能够按照要求将处理结果输出给用户 。,为了完成上述的功能，计算机必须具备五大基本组成部件，包括：,控制器 运算器 存储器 输入设备 输出设备
6、,基本结构,输入设备,存 储 器,输出设备,控制器,运算器,控制流,数据流,CPU,主机,阿兰图灵（Alan Turing）,阿兰图灵（Alan Turing）,1912年6月23日出生于英国伦敦，他被认为成二十世纪最著名的数学家之一。 1936年，图灵作出了他一生最重要的科学贡献，他在其著名的论文论可计算数在判定问题中的应用（On Computer numbers with an Application to the Entscheidungs -problem）一文中，以布尔代数为基础，将逻辑中的任意命题用一种通用的机器来表示和完成，并能按照一定的规则推导出结论。这篇论文被誉为现代计算机原
7、理开山之作,它描述了一种假想的可实现通用计算的机器，后人称之为“图灵机”。,阿兰图灵（Alan Turing）,在他42年的人生历程中，他的创造力是丰富多彩的，他是天才的数学家和计算机理论专家。16岁就开始研究爱因斯坦的相对论 ，24岁提出图灵机理论，31岁参与COLOSSUS的研制，33岁设想仿真系统，35岁提出自动程序设计概念，38岁设计“图灵测验”。,阿兰图灵（Alan Turing）,1945年，图灵被调往英国国家物理研究所工作。他结合自己多年的理论研究和战时制造密码破译机的经验，起草了一份关于研制自动计算机器（ACE：Automatic Computer Engine ）的报告，以期
8、实现他曾提出的通用计算机的设计思想。图灵预言，总有一天计算机可通过编程获得能与人类竞争的智能。 1950年10月，图灵发表了题为 机器能思考吗？的论文，在计算机科学界引起巨大震撼，为人工智能学的创立奠定了基础。 同年，图灵花费4万英镑，用了约800个电子管的ACE样机研制成功，它的存储容量比(ENIAC)大了许多。在公开演示会上，被认为是当时世界上速度最快、功能最强的计算机之一。 图灵还设计了著名的“模仿游戏试验”，后人称之为“图灵测试”。该实验把被提问的一个人和一台计算机分别隔离在两间屋子，让提问者用人和计算机都能接受的方式来进行问答测试。如果提问者分不清回答者是人还是机器，那就证明计算机已
9、具备人的智能（1993年美国波士顿计算机博物馆举行的著名的“图灵测试” 充分验证了图灵的预言）。,阿兰图灵（Alan Turing）,1912年6月23日，出生于英国伦敦。 1931年-1934年，在英国剑桥大学国王学院（Kings College）学习。 1932年-1935年，主要研究量子力学、概率论和逻辑学。 1935年，年仅23岁的图灵，被选为剑桥大学国王学院院士。 1936年，主要研究可计算理论，并提出“图灵机“的构想。 1936年-1938年，主要在美国普林斯顿大学做博士研究，涉及逻辑学、代数和数论等领域。 1938年1939年，返回剑桥从事研究工作，并应邀加入英国政府破译二战德军
10、密码的工作。 1940年-1942年，作为主要参与者和贡献者之一，在破译纳粹德国通讯密码的工作上成就杰出，并成功破译了德军U-潜艇密码，为扭转二战盟军的大西洋战场战局立下汗马功劳。,阿兰图灵（Alan Turing）,1943年-1945年，担任英美密码破译部门的总顾问。 1945年，应邀在英国国家物理实验室从事计算机理论研究工作。 1946年，这个时候，图灵在计算机和程序设计原始理论上的构思和成果，已经确定了他的理论开创者的地位。由于图灵的杰出贡献，年轻的他被英国皇室授予OBE爵士勋衔。 1947年-1948年，主要从事计算机程序理论的研究，并同时在神经网络和人工智能领域做出开创性的理论研究
11、。 1948年，应邀加入英国曼彻斯特大学从事研究工作，担任曼彻斯特大学计算实验室副主任。 1949年，成为世界上第一位把计算机实际用于数学研究的科学家。 1950年，发表论文“计算机器与智能“，为后来的人工智能科学提供了开创性的构思。提出著名的“图灵测试“理论。 1951年，从事生物的非线性理论研究。年仅39岁的图灵，被选为英国皇家学会会员。,阿兰图灵（Alan Turing）,1952年，在当年保守愚昧和冷战的时代，当警察得知图灵与同性朋友密切交往的消息之后，同性恋倾向的图灵被逮捕入狱。在法庭审判过程中，图灵明确告知人们，他认为自己没有做错什么事。在那个观念落后的年代，为了避免被判刑入狱，图
12、灵被迫选择了为期一年的雌性激素注射的所谓“治疗“，才得以重新返回研究工作。 1953年-1954年，继续在生物和物理学等方面的研究。被迫承受的对同性恋倾向的“治疗“，致使原本热爱体育运动的图灵在身心上受到极大的伤害。 1954年6月7日，图灵被发现死于家中的床上。死因是氰化物中毒，警方调查结论是自杀。一代英灵，就此过早离去，成为人类科学史上的一大遗憾。,阿兰图灵（Alan Turing）,阿兰图灵（Alan Turing）,1976年一位21岁的加利福尼亚小伙子乔布斯为了纪念图灵，开办了一家公司，公司的Logo就是图灵死时手握的咬了一口的苹果。 Apple,阿兰图灵（Alan Turing）,
13、“图灵机”是数学机器，是目前所有计算机的数学模型 “诺伊曼机”是物理机器，是目前主流计算机的物理模型,ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer ） 电子数字积分和自动计算机,John W. Mauchly (1907-1980) J. Presper Eckert 目前世界上公认的第一台现代电子数字计算机 1946年2月15日正式投入使用，被誉为“比炮弹还要快的计算机” 主要用于计算弹道和氢弹的研制,ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer ） 电子数字积分和自动计算机,约翰
14、阿塔诺索夫(John Vincent Atanasoff ，1903-1995年)保加利亚后裔 克里福德贝瑞(Clifford E. Berry，1918-1963年) 1941年，从而发明了ABC计算机(Atanasoff-Berry Computer)。遗憾的是ABC的专利申请一直没有完成。 ABC计算机包括四个重要而新颖的操作原理 ：首先，采用了二进制数，便于发挥电子器件的作用。其次，利用了电子管器件作为承载数据的媒体。第三，设计了逻辑电路，使运算能正确进行。第四，制造了磁鼓来存储数据，发明了可重复的数据存储方法。 1973年10月19日，法官Earl Larson公布了他对ENIAC案
15、的判决。关于证据的价值、资料总汇、判决结论，共计420页材料。法院裁决: ENIAC的序号为No.3120606的美国专利无效。,约翰阿塔诺索夫 (John Vincent Atanasoff),计算机的发展,1642年，帕斯卡(Pascal)的加法机 1673年，莱布尼兹乘法机 1822年，巴贝奇差分机 1888年，赫尔曼霍勒斯制表机 霍勒斯于1896年创立了制表机公司，1911年该公司并入CTR（计算制表记录）公司1924年，托马斯沃森一世把CTR更名为IBM。 1938年，朱斯的Z系列计算机 1944年，艾肯的MARKI,图灵奖,1966年美国计算机协会（ACM，Association
16、for Computer Machinery）设立的“图灵奖”，专门奖励那些对计算机科学研究与推动计算机技术发展有卓越贡献的杰出科学家。它被公认为计算机界的“诺贝尔”奖。 图灵奖（A.M. Turing Award，又译“杜林奖”），由美国计算机协会（ACM）于1966年设立，又叫“A.M. 图灵奖”，专门奖励那些对计算机事业作出重要贡献的个人。由于图灵奖对获奖条件要求极高，评奖程序又是极严，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作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 美国计算机协会一年一度颁发的图灵奖
17、被誉为“计算机界的诺贝尔奖”，奖金为25万美元，由谷歌和英特尔公司赞助。,历届图灵奖获得者,1966 A. J. Perlis - PhD, MIT; Prof, Yale (was Prof at CMU) (deceased) 因在新一代编程技术和编译架构方面的贡献而获奖. 1967 Maurice V. Wilkes - PhD, Cambridge; Prof, Cambridge 因设计出第一台程序实现完全内存的计算机而获奖. 1968 Richard W. Hamming - PhD, UIUC; Prof, Naval Postgraduate School (was at Be
18、ll) (deceased) 因在计数方法、自动编码系统、检测及纠正错码方面的贡献被授予图灵奖. 1969 Marvin Minsky - PhD, Princeton, Prof, MIT 因对人工智能的贡献被授予图灵奖. 1970 J.H. Wilkinson - BS, Cambridge; staff, National Physical Laboratory, London 因在利用数值分析方法来促进高速数字计算机的应用方面的研究而获奖.,历届图灵奖获得者,1971 John McCarthy - PhD, Princeton; Prof, Stanford 因对人工智能的贡献被授予
19、图灵奖. 1972 Edsger W. Dijkstra - PhD, U Amsterdam; Prof, UT Austin 因在编程语言方面的出众表现而获奖. 1973 Charles W. Bachman - staff, Honeywell 因在数据库方面的杰出贡献而获奖. 1974 Donald E. Knuth - PhD, Caltech; Prof, Stanford 因设计和完成TEX(一种创新的具有很高排版质量的文档制作工具)而被授予该奖. 1975 Allen Newell - PhD, Stanford; Prof, CMU (deceased) 和Herbert A
20、. Simon - PhD, Chicago; Prof, CMU (deceased) 因在人工智能、人类识别心理和表处理的基础研究而获奖.,历届图灵奖获得者,1976 Michael O. Rabin - PhD, Princeton; Prof, Harvard 和Dana S. Scott - PhD, Princeton; Prof, CMU 因他们的论文“有限自动机与它们的决策问题“中所提出的非决定性机器这一很有价值的概念而获奖. 1977 John Backus - BS, Columbia; staff, IBM 因对可用的高级编程系统设计有深远和重大的影响而获奖. 1978
21、Robert W. Floyd - BS, Chicago; Prof, Stanford 因其在软件编程的算法方面的影响，并开创了包括剖析理论、编程语言的语义、自动程序检验、自动程序合成和算法分析在内的多项计算机子学科而被授予该奖. 1979 Kenneth E. Iverson 因对程序设计语言理论、互动式系统及APL的贡献被授予该奖. 1980 C. Anthony R. Hoare - Prof, Oxford(now at Microsoft) 因对程序设计语言的定义和设计所做的贡献而获奖.,历届图灵奖获得者,1981 Edgar F. Codd - PhD, Michigan; s
22、taff, IBM 因在数椐库管理系统的理论和实践方面的贡献而获奖. 1982 Steven A. Cook - PhD, Harvard; Prof, U Toronto 因奠定了NP-Completeness理论的基础而获奖. 1983 Ken Thompson - MS, Berkeley; staff, Bell-Labs 和Dennis M. Ritchie - PhD, Harvard; staff, Bell-Labs 因在类属操作系统理论，特别是UNIX操作系统的推广而获奖. 1984 Niklaus Wirth - PhD, Berkeley; Prof, ETH Zuric
23、h 因开发了EULER、 ALGOL-W、 MODULA和PASCAL一系列崭新的计算语言而获奖. 1985 Richard M. Karp - PhD, Harvard; Prof, Berkeley 因对算法理论的贡献而获奖.,历届图灵奖获得者,1986 John E. Hopcroft - PhD, Stanford; Prof, Cornell and Robert E. Tarjan - PhD, Stanford; Prof, Princeton 因在算法及数据结构的设计和分析中所取得的决定性成果而获奖. 1987 John Cocke - staff, IBM 因在面向对象的编程
24、语言和相关的编程技巧方面的贡献而获奖. 1988 Ivan E. Sutherland - PhD, MIT; staff, Sun 因在计算机图形学方面的贡献而获奖. 1989 William V. Kahan - PhD, U Toronto; Prof, Berkeley 因在数值分析方面的贡献而获奖，他是是浮点计算领域的专家. 1990 Fernando J. Corbato - PhD, MIT; Prof, MIT 因在开发大型多功能、可实现时间和资源共享的计算系统，如CTSS和Multics方面的贡献而获奖.,历届图灵奖获得者,1991 Robin Milner - Prof,
25、Cambridge (was at U Edinburgh) 因在可计算的函数的逻辑(LCF)、ML和并行理论(CCS)这三个方面的贡献而获奖. 1992 Butler Lampson - PhD, Berkeley; staff, Microsoft 因在个人分布式计算机系统（包括操作系统）方面的贡献而获奖. 1993 Juris Hartmanis - PhD, Caltech; Prof, Cornell 和 Richard E. Stearns - PhD, Princeton; Prof, SUNY Albany 因奠定了计算复杂性理论的基础而获奖. 1994 Raj Reddy -
26、 PhD, Stanford; Prof, CMU 和 Edward Feigenbaum (PhD, CMU; Prof, Stanford) 因对大型人工智能系统的开拓性研究而获奖. 1995 Manuel Blum - PhD, MIT; Prof, Berkeley 因奠定了计算复杂性理论的基础和在密码术及程序校验方面的贡献而获奖.,历届图灵奖获得者,1996 Amir Pnueli - PhD, Weizmann Institute; Prof, NYU 因在计算中引入Temporal逻辑和对程序及系统检验的贡献被获奖. 1997 Douglas Engelbart - PhD, B
27、erkeley; staff, SRI 因提出互动式计算概念并创造出实现这一概念的重要技术而获奖. 1998 James Gray - PhD, Berkeley; staff, Microsoft 因在数据库和事务处理方面的突出贡献而获奖. 1999 Frederick P. Brooks, Jr.- PhD, Harvard; Prof, UNC 因对计算机体系结构和操作系统以及软件工程做出了里程碑式的贡献.,历届图灵奖获得者,2000 Andrew Chi-Chih Yao - PhD, UIUC; Prof, Princeton (now at 清华)因对计算理论做出了诸多根本性的重大
28、贡献. (图灵奖自创立以来获得该奖项的首位华裔学者,全球华人的骄傲),历届图灵奖获得者,2001 Ole-Johan Dahl, and Kristen Nygaard - Profs, U Oslo 因他们在设计编程语言SIMULA I 和SIMULA 67时产生的基础性想法,这些想法是面向对象技术的肇始. 2002 Ronald L. Rivest, Adi Shamir, Leonard M. Adelman-Ronald L. Rivest: PhD, Stanford; MIT Adi Shamir: PhD, Weizmann; Weizmann Leonard M. Adelma
29、n: PhD, Berkeley; USC 因他们在公共密匙算法上所做的杰出贡献(RSA算法是当前在互联网传输、银行以及信用卡产业中被广泛使用的安全基本机制). 2003 Alan Kay - PhD, Utah; HP Labs (was at Xerox PARC) 因发明第一个完全面向对象的动态计算机程序设计语言Smalltalk.,历届图灵奖获得者,2004 Vinton G. Cerf, and Robert E. Kahn 以表彰他们在计算机网络领域的先锋性工作，包括设计和实现了TCP/IP协议栈。这是图灵奖设立以来首次被颁发于计算机网络领域。 2005 Peter Naur 获奖
30、原因：他设计的Algol 60语言，由于其定义的清晰性，成为了许多现代程序设计语言的原型。在语法描述中广泛使用的BNF范式，其中的“N”便是来自Peter Naur的名字。 2006 Frances E. Allen。 IBM终生院士(IBM Fellow Emerita)，Frances因为在编译器优化的理论和实践方面做出的开创性贡献而获奖。她的工作奠定了现代优化编译器和自动并行化执行的基础。 Frances是该奖项创立40年来的第一位女性得主。,历届图灵奖获得者,2007 Edmund M. Clarke、E Allen Emerson和Joseph Sifakis三位科学家。以表彰他们开
31、发模型检测技术，并使之成为一个广泛应用在硬件和软件工业中非常有效的算法验证技术所做的奠基性贡献。 2008芭芭拉利斯科夫(Barbara Liskov)，麻省理工学院（MIT）女教授，以表彰她在计算机程序语言设计方面的开创性工作。 2009 查尔斯泰克（Charles Thacker），其因帮助设计、制造第一款现代PC而获此殊荣。 2010 Charles Thacker 他是以太局域网的发明者之一，也是世界是第一台激光打印机发明者之一。他是加州大学计算机大学的校友，也是瑞士联邦大学的荣誉博士，因为发明了世界上第一部上网计算机，他于2004年获得美国颁发的德雷珀奖，他就是Chuck Thack
32、er。,历届图灵奖获得者,2011 Judea Pearl 犹大伯尔。美国加州洛杉矶分校（UCLA）教授 。人工智能。 降生于以色列，本科结业于以色列理工学院，1965年在美国罗格斯大学获物理学硕士学位，同年在布鲁克林理工学院获得机电工程博士学位。 教授的研究领域是人工智能，他是最早将贝叶斯网络和概率体例引入人工智能的先锋之一，也是在经验科学中数学化因果模型的先锋。 他的研究为iPhone的Siri语音识别和Google的无人驾驶汽车奠基了基础。,历届图灵奖获得者,2012 Shafi Goldwasser & Silvio Micali 沙菲戈德瓦塞尔和西尔维奥麦克林(二位都是美国麻省理工学
33、院教授)。获奖原因：在密码科学复杂理论基础过程中做出变革性工作，并且发展了保证网上交易安全的黄金法则。,微软研讨院的四位图灵奖获得者,Tony Hoare(1980年获奖) Butler Lampson (1992年获奖) Jim Gray (1998年获奖)（已逝） Chuck Thacker (2010年获奖),第一章 计算机系统概论,1.5 计算机系统的层次结构 多级组成的计算机系统 软件与硬件的逻辑等价性,第一章 计算机系统概论,1.5.1 多级组成的计算机系统 微程序设计级 一般机器级 操作系统级 汇编语言级 高级语言级,1.5.2 软件与硬件的逻辑等价性,软硬件等效性原理,软件S,
34、硬件H,1.5.2 软件与硬件的逻辑等价性,随着大规模集成电路技术的发展和软件硬化的趋势，计算机系统软、硬件界限已经变得模糊了。因为任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬件完成，也可以由软件来完成。对于某一功能采用硬件方案还是软件方案，取决于器件价格、速度、可靠性、存储容量、变更周期等因素。 当研制一台计算机的时候，设计者必须明确分配每一级的任务，确定哪些情况使用硬件，哪些情况使用软件，而硬件始终放在最低级。 就目前而言，一些计算机的特点是，把原来明显地在一般机器级通过编制程序实现的操作，如整数乘除法指令、浮点运算指令、处理字符串指令等等，改为直接由硬件完成。,1.5.2 软件与硬件的逻辑等价性,固件： 把许多复杂的、常用的程序制作成所谓固件。这是因为容量大、价格低、体积小、可以改写的只读存储器提供了软件固化的良好物质手段。 就它的功能来说，是软件；但从形态来说，又是硬件。 固件与硬件的区别,用加法器实现乘法运算,例：1101011011,=1010000010,谢谢！,
