《计算机组成原理》的先修课程为信息论导论、数字 逻辑设计；后继课程为微机系统与接口、单片机应用技术 等系列课程。
谭乐婷
2010年9月
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组成原理的地位和对象
• 1.地位： • 核心课程（与系统结构、操作系统构成3
门专业核心课程） • 2.对象： • 计算机专业（科学与技术、软件工程、
网络工程） • 高年级课程

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二、微型计算机的出现和发展
1.1
微处理器芯片 1971年 存储器芯片
4位（intel4004）
8位 16位 32位 64位
256位 1K位 4K位 16K位 64K位
256K位
1M位 4M位
16M位
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64M位
1970年
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Moore 定律
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第１章 概论
1.1 计算机的发展历史 1.2 计算机系统的硬件组成
1.3 计算机的软件系统
1.4 计算机系统的组织结构
1.5 计算机的特点和性能指标
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约翰·冯·诺依曼
John Von Neuman （1903－1957） 美藉匈牙利人
开创了现代计算机理论，于1945年提出 了“程序内存式”计算机的设计思想。这一 卓越的思想为电子计算机的逻辑结构设计奠 定了基础，已成为计算机设计的基本原则。
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最快的五台超级计算机（截止到 2007.11） 1.1
3.SGI: SGI Altix ICE 8200
14 336个 CPU 最大平均速度 126 900 GFLOPS
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最快的五台超级计算机（截止到 2007.11） 1.1
4. HP : EKA - Cluster Platform 3000 BL460c
三
1965－1971
中小规模 集成电路
1 000 000
四
1972－1977
大规模 集成电路
10 000 000
五
1978－现在
超大规模 集成电路 100 000 000
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电子管
晶体管
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集成电路
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最快的五台超级计算机（截止到 2007.11） 1.1
1. IBM: BlueGene/L - eServer Blue Gene
阿兰·麦席森·图灵
Alan Mathison Turing
（1912.6.23—1954.6.7）
英国数学家、逻辑学家
被视为计算机之父
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1.1 计算机的发展史
Hale Waihona Puke 一、计算机的产生和发展1946年 美国 ENIAC 1955年退役
十进制运算
18 000
多个电子管
1 500
多个继电器
150
千瓦
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计算机组成原理
张功萱
主讲：谭乐婷
清华大学出版社
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《计算机组成原理》是计算机类学科本科教学中的一门 重要专业基础课。在专业教学计划中占有重要地位和作用。 它主要阐述构成一台计算机的基本原理，包括计算机的结 构组成、各个功能部件的作用、工作原理及设计方法。学 习本课程旨在建立计算机系统的整体概念，对培养设计开 发计算机系统的能力有重要作用。该课程为今后学习计算 机体系结构、计算机网络、计算机容错技术、计算机并行 处理、计算机分布式处理技术等课程打好基础。
1946年，冯·诺依曼开始研究程序编制 问题，他是现代数值分析——计算数学的缔 造者之一，他首先研究线性代数和算术的数 值计算，
冯·诺依曼逝世后，未完成的手稿于 1958年以《计算机与人脑》为名出版．他的 主要著作收集在六卷《冯·诺依曼全集》中， 1961年出版．
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在他短暂的生涯中，图灵在量子力学、数 理逻辑、生物学、化学方面都有深入的研究， 在晚年还开创了一门新学科—— 非线性力学。
8位 16位 16位 32位 32位 64位（准） 64位（准） 64位（准） 64位（准） 64位
1974年 1979年 1982年 1985年 1989年 1993年 1995年 1997年 1999年 2000年
吨
1 500
平方英尺
5 000
次加法／秒
用手工搬动开关和拔插电缆来编程
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1.1
世界上第一台电子计算机 ENIAC(1946)
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硬件技术对计算机更新换代的影响 1.1
代
时间
硬件技术 速度 /（次/秒）
一 1946－1957 电子管
40 000
二
1958－1964
晶体管
200 000
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知识结构
计算机
概论
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4
知识结构
计算机
存储器 I/O
系统总线
计算机系统的硬件结构
运算器 控制器
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知识结构
计算机
存储器 I/O
系统总线 运算器 控制器
ALU
运算器
内部互连
寄存器
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CPU
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组成原理的主要内容
• 1.计算机信息表示（数据、指令） • 2.运算器的算法 • 3.存储器的结构及设计 • 4.控制器的原理及设计 • 5.I/O设备原理 • 6.总线的原理与设计
Solution
212 992 个 CPU 最大平均速度 478 200 GFLOPS
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最快的五台超级计算机（截止到 2007.11） 1.1
2.IBM: JUGENE - Blue Gene/P Solution
65 536个 CPU 最大平均速度 167 300 GFLOPS
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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”。这一朵朵灵感浪花无不闪耀着他在计算 机发展史上的预见性。
“图灵机”与“冯·诺伊曼机”齐名，被 永远载入计算机的发展史中。
为表彰他的贡献，专门设有一个一年一度 的“图灵奖”，颁发给最优秀的电脑科学家。
Intel 公司的缔造者之一 Gordon Moore 提出
微芯片上集成的 晶体管数目每三年翻两番
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Intel 公司的典型微处理器产品
8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium Pro Pentium Ⅱ Pentium Ⅲ Pentium Ⅳ
14 240个 CPU 最大平均速度 117 900 GFLOPS
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最快的五台超级计算机（截止到 2007.11） 1.1
5. HP : Cluster Platform 3000 BL460c
13 728个 CPU 最大平均速度 102 800 GFLOPS
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1.1
最权威的超级计算机排名的参考网址