大學(xué)計(jì)算機(jī)資料

大學(xué)計(jì)算機(jī)資料第1頁/共20頁自動計(jì)算要解決的幾個(gè)問題:表示-存儲-執(zhí)行“數(shù)據(jù)”的表示“計(jì)算規(guī)則”的表示數(shù)據(jù)與計(jì)算規(guī)則的“自動存儲”計(jì)算規(guī)則的“自動執(zhí)行”a1x1b1+a2x2b2+…+anxnbn=c

機(jī)械計(jì)算的探索歷程第2頁/共20頁算盤能被認(rèn)為是計(jì)算機(jī)嗎?九層算盤

一、加法口訣

直加滿五加進(jìn)十加

一:一上一一下五去四一去九進(jìn)一

二:二上二二下五去三二去八進(jìn)一

三:三上三三下五去二三去七進(jìn)一

四:四上四四下五去一四去六進(jìn)一

五:五上五五去五進(jìn)一

六:六上六六去四進(jìn)一六上一去五進(jìn)一

七:七上七七去三進(jìn)一七上二去五進(jìn)一

八:八上八八去二進(jìn)一八上三去五進(jìn)一

九:九上九九去一進(jìn)一九上四去五進(jìn)一

二、減法口訣

直減破五減退位減

一一下一一上四去五一退一還九

二二下二二上三去五二退一還八

三三下三三上二去五三退一還七

四四下四四上一去五四退一還六

五五下五五退一還五

六六下六六退一還四六退一還五去一

七七下七七退一還三七退一還五去二

八八下八八退一還二八退一還五去三

九九下九九退一還一九退一還五去四

珠算珍品

第3頁/共20頁帕斯卡與帕斯卡機(jī)----(準(zhǔn))第一臺機(jī)械計(jì)算機(jī)

BlaisePascal

(1623～1662)1642年研制成功一種齒輪式計(jì)算機(jī)器

帕斯卡機(jī)的意義：它告訴人們“用純機(jī)械裝置可代替人的思維和記憶”。開辟了自動計(jì)算的道路。

第4頁/共20頁萊布尼茨

GottfriedWilhelmLeibniz(1646～1716)，德國數(shù)學(xué)家。萊布尼茨機(jī)的意義：連續(xù)重復(fù)自動執(zhí)行。提出了二進(jìn)制數(shù)及其計(jì)算規(guī)則；數(shù)理邏輯的創(chuàng)始人是基于十進(jìn)制設(shè)計(jì)機(jī)器，還是基于二進(jìn)制設(shè)計(jì)機(jī)器？如果基于二進(jìn)制設(shè)計(jì)機(jī)器，那其處理規(guī)則又是怎樣的呢？第5頁/共20頁其他重要工作1805年：杰卡德(J.Jacquard)，打孔卡，實(shí)踐了輸入手段問題。1834年：巴貝奇(CharlesBabbage)，分析機(jī)的概念----可執(zhí)行程序的機(jī)器。1854年：布爾創(chuàng)立布爾代數(shù)，為數(shù)字計(jì)算機(jī)的電路設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。巴貝奇差分機(jī)與分析機(jī)第6頁/共20頁計(jì)算輔助工具Pascal機(jī)械計(jì)算機(jī):自動計(jì)算Babbage機(jī)械計(jì)算機(jī):(特定)程序現(xiàn)代計(jì)算機(jī)：一般程序機(jī)械計(jì)算的簡要發(fā)展歷程從表示-自動存儲-自動執(zhí)行的角度第7頁/共20頁電子管時(shí)代的計(jì)算機(jī)器人類第一只電子管(真空二極管),1895電子管計(jì)算機(jī)ENIAC,1946年,17468只電子管

電子自動計(jì)算的突破在哪里？存儲0和1的元器件第8頁/共20頁電子管時(shí)代的計(jì)算機(jī)器

馮.諾伊曼(VonNeumann)電子計(jì)算機(jī)EDVAC問世將運(yùn)算和存儲分離，運(yùn)算速度卻比擁有18000個(gè)電子管的“ENIAC”提高了10倍結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新：“馮.諾伊曼計(jì)算機(jī)”。運(yùn)算規(guī)則和數(shù)據(jù)是否可事先存儲于存儲器中，以便機(jī)器連續(xù)的執(zhí)行呢？運(yùn)算和存儲怎樣分離呢？第9頁/共20頁晶體管時(shí)代的計(jì)算機(jī)器人類第一只晶體管(真空二極管),1947第一臺晶體管計(jì)算機(jī)TRADIC，1953晶體管發(fā)現(xiàn)的價(jià)值在哪里呢？怎樣使體積更小?可靠性更高?可控性更靈活呢?第10頁/共20頁集成電路時(shí)代的計(jì)算機(jī)器集成電路的發(fā)明,1959第三代計(jì)算機(jī)IBM360,1964J.Kilby，集成電路發(fā)明者封裝后的集成電路芯片什么是集成電路，其價(jià)值又在哪里呢？能否將復(fù)雜的電路封裝后作為新電路設(shè)計(jì)的元件呢？復(fù)雜的電路集成封裝應(yīng)用？第11頁/共20頁超大規(guī)模集成電路(VLSI)時(shí)代的計(jì)算機(jī)器第四代計(jì)算機(jī)—個(gè)人計(jì)算機(jī),1981VLSI芯片及其封裝的內(nèi)部電路第12頁/共20頁電子管:可自動控制0和1變化的元件晶體管集成電路:可自動實(shí)現(xiàn)一定變換的元件超大規(guī)模集成電路(VLSI)自動計(jì)算中的元器件的發(fā)展從表示-自動存儲-自動執(zhí)行的角度體積越來越??；可靠性越來越高；電路規(guī)模越來越大；速度越來越快；功能越來越強(qiáng)大；元器件發(fā)展的軌跡是怎樣的，每個(gè)階段要解決什么問題？第13頁/共20頁自動計(jì)算中的元器件的發(fā)展啟示InputOutputTransformInput1Output1Transform1Input2Output2Transform2Input3Output3Transform3Input1Output1Transform1Input2Output2Transform2Input3Output3Transform3ABTransform4元器件發(fā)展的軌跡是怎樣的，每個(gè)階段要解決什么問題？第14頁/共20頁計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要解決的幾個(gè)問題“存儲與計(jì)算”----微處理器“輸入”----如何將外部信息輸入到計(jì)算機(jī)中?“輸出”----如何將計(jì)算機(jī)中信息輸出到外界(顯示或打印)?“永久存儲”----如何將計(jì)算機(jī)中的信息永久保存?計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成包括哪些部分？第15頁/共20頁字長：8位16位32位64位主頻：幾MHz幾百M(fèi)Hz幾GHz晶體管數(shù)量：幾萬幾百萬幾億顆功能/規(guī)模：微處理器微處理器+協(xié)處理器(浮點(diǎn)運(yùn)算)微處理器+圖形處理單元GPU微處理器+3D處理器+多媒體處理器多核微處理器微處理器的發(fā)展1999PentiumIII2005雙核CORE2010八核-十核COREi系列19748086/80881982Intel802861985Intel803861989Intel804861993Pentium1997PentiumII存儲與計(jì)算的核心--微處理器？第16頁/共20頁輸入設(shè)備類別發(fā)展水平穿孔紙帶(0/1輸入)鍵盤輸入(符號輸入)鼠標(biāo)輸入(點(diǎn)輸入)感知輸入(接觸式感知輸入非接觸式感知輸入)輸入設(shè)備怎樣解決輸入問題？第17頁/共20頁存儲設(shè)備存儲設(shè)備類別發(fā)展水平固態(tài)硬盤USBRemovablediskFlashRAM磁帶/磁芯/磁鼓存儲磁盤存儲(硬盤與軟盤)光盤存儲(CD-ROM,CDR/W,DVD)汞延遲線納米存儲/量子存儲半導(dǎo)體存儲(ROM/RAM)體積越來越小容量越來越大訪問速度越來越快可靠性越來越高功耗越來越低持久性越來越好DRAM半導(dǎo)體存儲器芯片F(xiàn)lashRAM存儲器U-Disk固態(tài)硬盤磁芯存儲器

怎樣解決大規(guī)?？焖俅鎯栴}？第18頁/共20頁計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展微處理器存儲設(shè)備輸出設(shè)備(顯示器)輸入設(shè)備類別發(fā)展水平(字長;主頻;晶體管數(shù)目)(8位;

5M;1萬顆)(16位;

20M;10萬顆)(32位;

60M;300萬顆)(32位;

1G;2800萬顆)(64位;

10G;3億顆)(64位;

>10G;>10億顆)穿孔紙帶(0/1輸入)鍵盤輸入(符號輸入)鼠標(biāo)輸入(點(diǎn)輸入)感知輸入(接觸式感知輸入非接觸式感知輸入)CRT：陰極射線管(模擬顯示器：黑白與彩色)CRT:字符發(fā)生器(向量式模擬顯示器)CRT:數(shù)字光柵掃描顯示器(基于內(nèi)存的顯示)3D顯示器數(shù)字顯示器(液晶