计算机的组成与结构及发展历史
计算机发展史
计算机发展史1943-1946年美国宾夕法尼亚大学研制成功了世界上第一台计算机ENIAC（Electronic Numerical In ）计算机的起源计算机的发展史（计算机发展的四个时代）第一代：电子管计算机时代（从1946年底一台计算机ENIAC研制成功到20实际50年代后期）（ENIAC两位设计者—莫契利和埃克特）主要特点●逻辑元件——电子管●主存——磁鼓●辅存——磁带●软件——机器语言、符号语言●应用——科学计算主要成就1）数字电子计算机的出现，揭开了人类历史新篇章。
2）1946年6月，美国数学家、普林斯顿大学教授约翰·冯·诺依曼（John Von Neumann）提出了“存储程序”的概念以及计算机组成和框架，奠定了现代计算机组成与工作原理基础第二代：晶体管计算机时代（从20世纪50年代中期到60年代后期）晶体管三位发明人威廉·肖克利约翰·巴丁沃尔特·布拉坦主要特点●逻辑元件——晶体管●主存——磁芯●辅存——磁盘●软件——高级程序设计语言、操作系统●应用——除科学计算外，已应用于数据处理、过程控制主要成就首次将晶体管用于计算机，使计算机缩小了体积，减低了功耗，提高了速度和可靠性。
发明了高级语言。
首次提出了计算机的兼容问题，包括硬件兼容和软件兼容。
第三代：集成电路计算机时代（从20世纪60年代中期到70年代前期）主要特点●逻辑元件——集成电路●主存——半导体●辅存——磁盘●软件——高级程序设计语言、操作系统●应用——科学计算、数据处理、过程控制主要成就IBM公司首次提出了系列机的概念，圆满地解决了计算机兼容的问题，典型代表是IBM360系列机。
控制器设计使用微程序控制技术，使控制器的设计规整化。
结构化程序设计思想成熟，软硬件设计标准化。
第四代：大规模及超大规模集成电路计算机时代（从20世纪前期开始至今）第一台微型机：Altair 88001975年4月，微型仪器与自动测量系统公司（MITS）推出了首台通用型Altair 8800，售价375美元，带有1KB存储器，这是世界上第一台微型计算机主要特点●逻辑元件——大规模/超大规模集成电路（LSI/VLSI）●主存—— LSI/VLSI半导体芯片●辅存——磁盘、光盘●软件——高级程序设计语言、操作系统●应用——科学计算、数据处理、过程控制，并进入以计算机网络为特征的应用时代。
《计算机组成原理》唐朔飞第二版_笔记
《计算机组成原理》唐朔飞第⼆版_笔记第1章概论1，计算机系统的软硬件概念1）硬件：计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电⼦元器件，各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外部设备等。
2）软件：由⼈们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成，分为系统软件和应⽤软件。
①系统软件⼜称为系统程序，主要⽤来管理整个计算机系统，监视服务，使系统资源得到合理的调度，⾼效运⾏。
它包括：标准程序库、语⾔处理程序（编译程序）、操作系统、、服务程序（如诊断、调试、连接程序）、数据库管理系统、⽹络软件等。
②应⽤软件⼜称应⽤程序，它是⽤户根据任务需要所编制的各种程序，如科学计算程序、数据处理程序、过程控制程序、实物管理程序。
2、计算机系统的层次结构：1）硬联逻辑级：第零级是硬联逻辑级，这是计算机的内核，由门，触发器等逻辑电路组成。
2）微程序级：第⼀级是微程序级。
这级的机器语⾔是微指令集，程序员⽤微指令编写的微程序，⼀般是直接由硬件执⾏的。
3）传统机器级：第⼆级是传统机器级，这级的机器语⾔是该机的指令集，程序员⽤机器指令编写的程序可以由微程序进⾏解释。
操作4）系统级：第三级是操作系统级，从操作系统的基本功能来看，⼀⽅⾯它要直接管理传统机器中的软硬件资源，另⼀⽅⾯它⼜是传统机器的延伸。
5）汇编语⾔级：第四级是汇编语⾔级，这级的机器语⾔是汇编语⾔，完成汇编语⾔翻译的程序叫做汇编程序。
6）⾼级语⾔级：第五级是⾼级语⾔级，这级的机器语⾔就是各种⾼级语⾔，通常⽤编译程序来完成⾼级语⾔翻译的⼯作。
7）应⽤语⾔级：第六级是应⽤语⾔级，这⼀级是为了使计算机满⾜某种⽤途⽽专门设计的，因此这⼀级语⾔就是各种⾯向问题的应⽤语⾔。
把计算机系统按功能分为多级层次结构，就是有利于正确理解计算机系统的⼯作过程，明确软件，硬件在计算机系统中的地位和作⽤。
3、计算机组成和计算机体系结构1）计算机体系结构：是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性。
计算机发展的各个历史时期
计算机发展的各个历史时期一、计算机发展的三次飞跃计算机器件从电子管到晶体管，再从分立元件到集成电路以至微处理器，促使计算机的发展浮现了三次飞跃。
1、在电子管计算机时期(1946~1959)，计算机主要用于科学计算。
主存储器是决定计算机技术面貌的主要因素。
当时，主存储器有水银延迟线存储器、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓和磁心存储器等类型，通常按此对计算机进行分类。
2、到了晶体管计算机时期(1959~1964)，主存储器均采用磁心存储器，磁鼓和磁盘开始用作主要的辅助存储器。
不仅科学计算用计算机继续发展，而且中、小型计算机，特殊是便宜的小型数据处理用计算机开始大量生产。
3、1964 年以后，在集成电路发展的同时，计算机也进入了产品系列化的发展时期。
半导体存储器逐步取代了磁心存储器的主存储器地位，磁盘成为了不可缺少的辅助存储器，并且开始普遍采用虚拟存储技术。
随着各种半导体只读存储器和可改写的只读存储器的迅速发展，以及微程序技术的发展和应用，计算机系统中开始浮现固件子系统。
20 世纪 70 年代以后，计算机用集成电路的集成度迅速从中小规模发展到大规模、超大规模的水平，微处理器和微型计算机应运而生，各类计算机的性能迅速提高。
随着字长 4 位、8 位、16 位、32 位和 64位的微型计算机相继问世和广泛应用，对小型计算机、通用计算机和专用计算机的需求量也相应增长了。
微型计算机在社会上大量应用后，一座办公楼、一所学校、一个仓库往往拥有数十台以至数百台计算机。
实现它们互连的局部网随即兴起，进一步推动了计算机应用系统从集中式系统向分布式系统的发展。
在电子管计算机时期，一些计算机配置了汇编语言和子程序库，科学计算用的高级语言 FORTRAN 初露头角。
在晶体管计算机阶段，事务处理的 COBOL 语言、科学计算机用的 ALGOL 语言，和符号处理用的 LISP 等高级语言开始进入实用阶段。
操作系统初步成型，使计算机的使用方式由手工操作改变为自动作业管理。
1计算机基础知识
2. 右窗口：文件列表窗口 显示浏览栏中选择的驱动器或文件夹所包 含的所有文件或文件夹。 可以按“大图标、小图标、列表、详细资 料”等方式显示清单，显示方式的设置可以通 过“查看”菜单中的相应菜单命令设置；也可 以按“名称、大小、类型、日期”方式排列清 单（图标）。
3-3-3
• 格式化软盘
格式化软/硬盘
通过“我的电脑”，我们还可以查看更多的信息，比 如计算机中安装了哪些操作系统、什么类型的声卡和显卡、 什么类型的光驱、CPU的类型和品牌、内存的大小等。 查看这些配置的操作步骤如下： （1）右击“我的电脑”，在弹出的菜单中选择“属性”。 （2）单击“属性”后，弹出对话框，在该对话框中分别按下 各个标签就可以查看计算机硬件的各项配置和性能。 （3）查看。
3-3-1 利用“我的电脑”查看和管 理计算机的资源配置
• 盘符 为了便于管理,系统对所配置的外部存储器都赋予了一个 标志符(即盘符) c: d: e: • 磁盘驱动器 磁盘驱动器表明计算机上配置的驱动器情况。 • 光盘驱动器 如果的计算机配置了CD-ROM，就会出现光盘驱 动器图标。 • 控制面板 “控制面板”是一个系统文件夹，用于对计算机的系 统进行设置并控制Windows的一些系统操作。 • 打印机 打印机是一个系统文件夹，使用它可以安装本地或网 络打印机，也可以对现有打印机的设置进行更改或删除。
1-3计算机的基本硬件设备 主板是主机的整体框架，它上面除了一些重要的
芯片和电路外，还有很多插槽、接口、总线等，用 来接插CPU、内存、显卡、声卡，并连接其他所有部件。
CPU中央处理器是决定计算机性能的关键部件，
可以说是计算机的心脏。CPU的功能可以分为 三部分，即运算器、控制器、存储器。
RAM 随机存储器，可读可写
计算机组成原理知识点汇总
计算机组成原理知识点汇总本文将计算机组成原理的知识点做了系统的整理，方便大家系统学习。
如果您正在学习计算机体系结构，可以按照本文的知识点进行扩展学习。
计算机体系结构一、发展历史1.1946 ENIAC2.冯诺依曼EDVAC1)计算机思想：二进制存储控制2)计算机组成控制器运算器存储器输入输出3)时间轴a)代际划分第一代计算机1946-1957 电子管第二代计算机1958-1964 晶体管第三代计算机1965-1972 中、小规模集成电路第四代计算机1972~至今超大规模集成电路b)我国计算机发展2009研发出天河一号2010天河一号A 成为最快计算机2017神威太湖一号位于榜首4)辅助技术：CADCAMCAECAICIMS二、相关计算1.容量单位1B=8 bit1KB = 2^10 B= 1024 BTB PB EB ZB YB BB NB DB2.进制转换1)二进制、八进制、十进制、十六进制2)换算方法：统一换算成十进制，在转换为其他进制十进制转换为二进制十进制除以2 保留余数倒数3)各个进制的小数点转换：当前位数的值*（1/(进制^位数)）3.二进制码表示1)原码：表示范围-2^(n-1)-1 ~ 2^(n-1)-1如8位的就是-127~1272)反码：正数的反码等于补码负数的反码等于除符号位以外取反3)补码：正数的补码=反码负数的补码=反码+1表示范围-2^(n-1) ~ 2^(n-1)-1如8位的就是-128~127 -128的补码是1000000 人为规定4)移码补码的符号位取反5)特性00的补码、移码相同6)运算原码运算反码运算补码运算4.校验码1)奇偶校验码：根据1的位数1位数为奇数则是奇数校验码2)循环冗余CRC：多项式模2除法只能检错不能纠错3)海明校验码：有纠错功能5.ASCII编码1)汉字编码6.浮点数表示三、中央处理器CPU1.组成结构1)运算器a)作用：完成算术和逻辑运算，实现数据加工与处理b)组成：i.算术与逻辑计算单元ALUii.累加器AC（为ALU提供工作区，暂存ALU的操作数或运算结果）iii.状态字寄存器PSW：表征当前运算的状态及程序的工作方式一个保存各种状态条件标志的寄存器保存中断和系统工作状态等信息iv.寄存器组v.多路转换器2)控制器a)作用：取指令分析指令执行指令b)指令的组成指令码操作码c)内部寄存器i.程序计数器PC保存下一条指令的地址ii.指令寄存器IR保存当前执行的指令地址iii.指令译码器对IR中的指令的操作码进行译码iv.关系从PC中取出指令地址，送入IR，由译码器译码以后执行3)寄存器组a)数据寄存器DRi.暂时存放由主存储器读出的一条指令或一个数据字ii.作用作为CPU与外部存储设备的中转站弥补CPU与外部存储设备的速度差异b)地址寄存器AR用来保存当前CPU访问的主存的地址，直到主存信息读取完毕4)内部总线2.指令系统1)周期a)时钟周期：振荡周期计算机中最小、最基本的时间单位，一个时钟周期内，CPU只完成一个基本动作b)机器周期：完成一项基本操作的时间c)指令周期：完成一条指令需要的时间2)周期关系一条指令周期包含若干机器周期，一个机器周期包含若干时钟周期指令周期>机器周期>时钟周期3)流水线技术Pipeline程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术4)指令集a)复杂指令集CISCi.指令系统复杂，指令数目多ii.设有专用寄存器iii.指令字长不固定，指令格式多，寻址方式多iv.可访存指令不受限制v.各种指令的执行时间差大vi.采用微程序控制器vii.难以用优化编译生成高效的目标代码b)精简指令集RISCi.选取使用频度较高的简单指令以及很有用但不复杂的指令ii.指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少iii.只有取数、存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器中完成iv.CPU 中有多个通用寄存器v.采用流水线技术，大部分指令在一个时钟周期内完成vi.控制器采用组合逻辑控制为主vii.采用优化编译技术3.寻址方式1)数据寻址a)立即寻址：操作数包含在指令中b)直接寻址：操作数位于内存中，指令中直接给出操作数的内存地址c)间接寻址：操作数位于内存中，指令中给出操作数地址的地址d)寄存器寻址：操作数存放寄存器中，指令中给出存放操作数的寄存器名e)寄存器间接寻址：操作数存放在内存中，操作数的内存地址位于某个寄存器中f)变址寻址：指令给出的形式地址A 与编制寄存器Rx 的内容相加，形成操作数有效地址；应用广泛如一组连续存放在主存中的数据g)基址寻址基址寄存器Rb 的内容与形式地址A 相加，形成操作数有效地址；基址寻址和变址寻址在形成有效地址时所用的算法是相同的；变址寻址是面向用户的，用于访问字符串、向量和数组等成批数据；基址寻址用于逻辑地址和物理地址的变换，解决程序在主存中的再定位和扩大寻址空间h)相对寻址：基址寻址的一种变通，由程序计数器PC 提供基准地址i)隐含寻址：指令中不明显地给出操作数的地址，其操作数的地址隐含在操作码或某个寄存器中j)堆栈寻址2)指令寻址a)顺序寻址：程序计数器PC +1b)跳跃寻址：程序转移执行时的指令寻址方式，它通过转移类指令实现4.性能指标1)主频a)计算机的时钟频率b)时钟周期=1/主频c)单位是GHzd)时钟频率为1GHz，时钟信号周期等于1ns 时钟频率为2GHz，时钟周期为0.5ns2)字长8位32位64位3)MIPS：每秒处理百万级的机器语言指令数4)MFLOPS：每秒百万个浮点操作，反映浮点运算情况5)CPI：每条指令的时钟周期数6)平均无故障时间MTBF：Mean Time Between Failure多次相继失效之间的平均时间该指标和故障率衡量系统的可靠性7)平均修复时间MTTR：多次故障发生到系统修复后的平均时间间隔。
计算机组成与系统结构图文 (1)
⑦ HPCC:利用双精度矩阵乘法、傅立叶变换、并行矩阵 转置等七个子项全面评价系统的性能。
⑧ SAP SD:测试系统的响应时间及每小时完成的订单数， 用以衡量系统同时执行应用程序及数据库的能力。
第1章 绪 论
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2) SPEC CPU 2000基准测试程序 SPEC成立于1988年，其全称最初是System Performance Evaluation Cooperative(系统性能评估合作社)，现在已经更名 为Standard Performance Evaluation Corporation(系统性能评估 公司),先后开发出一系列的测试程序，其主要版本有SPEC CPU 89、SPEC CPU 92、SPEC CPU 95、SPEC CPU 2000等。
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1.3 计算机的层次概念
1.3.1 计算机系统的层次结构 计算机系统的层次结构可用图1.2来表示。
第1章 绪 论
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图 1.2 计算机系统的层次结构
第1章 绪 论
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1.3.2 计算机系统结构、组成与实现 1. 计算机系统结构 今天的计算机系统结构所指的计算机的属性主要包括: ·数据的表示形式; ·寻址方式; ·内部寄存器组; ·指令集; ·中断系统; ·处理器工作状态及其切换; ·存储系统; ·输入/输出结构; ·信息保护及特权; ·高性能设计等。
解 因为
所以
PA TB 20 4 PB TA TA
即A完成该任务用时5 s。
TA=5 s
第1章 绪 论
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3. 用测试程序来测评计算机系统性能
1) 基准测试程序 以往对计算机的测试采用过如下几种程序: ① 实际应用程序，即计算机工作的真实程序。 ② 修正的实际应用程序，即对真实程序进行其些修改构
2024年计算机系统的组成
计算机系统的组成计算机系统是现代社会不可或缺的一部分，它由多个组件组成，包括硬件和软件。
本文将详细介绍计算机系统的组成，包括其硬件和软件两个方面。
一、硬件组成1.中央处理器（CPU）中央处理器是计算机系统的核心，负责执行计算机程序中的指令。
它由控制器和运算器组成，控制器负责指令的解码和执行，运算器负责算术和逻辑运算。
2.存储器存储器是计算机系统中用于存储数据和指令的部分。
它包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM用于存储正在运行的程序和数据，而ROM则存储计算机启动时需要的程序和数据。
3.输入设备输入设备是用户与计算机系统交互的接口，它将用户输入的数据传输到计算机系统中。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等。
4.输出设备输出设备是计算机系统向用户展示结果的设备，它将计算机处理后的数据以可视化的形式展示给用户。
常见的输出设备包括显示器、打印机、扬声器等。
5.总线总线是计算机系统中各个组件之间传输数据的通道。
它包括数据总线、地质总线和控制总线。
数据总线用于传输数据，地质总线用于传输内存地质，控制总线用于传输控制信号。
二、软件组成1.操作系统操作系统是计算机系统的核心软件，它负责管理计算机硬件资源，提供用户与计算机硬件交互的接口，以及执行计算机程序。
常见的操作系统包括Windows、Linux和macOS等。
2.应用软件应用软件是为满足用户特定需求而设计的软件。
它包括办公软件、图像处理软件、视频播放软件等。
应用软件通常运行在操作系统之上，利用操作系统的资源来完成特定的任务。
3.编程语言和开发工具编程语言和开发工具是计算机系统的重要组成部分，它们为开发者提供了编写、测试和调试程序的环境。
常见的编程语言包括C、Java、等，常见的开发工具包括Eclipse、VisualStudio等。
4.驱动程序驱动程序是计算机系统中用于控制硬件设备的软件。
它负责将操作系统和硬件设备之间的通信进行转换，使得操作系统可以正确地识别和使用硬件设备。
计算机及其发展史概述
计算机及其发展史概述人类所使用的计算工具是随着生产的发展和社会的进步，从简单到复杂、从低级到高级的发展过程，计算工具相继出现了如算盘、计算尺、手摇机械计算机、电动机械计算机等。
1946年，世界上第一台电子数字计算机（ENIAC）在美国诞生。
这台计算机共用了18000多个电于管组成，占地170m2，总重量为30t，耗电140kw，运算速度达到每秒能进行5000次加法、300次乘法。
从计算机的发展趁势看，大约2010年前美国就可以研制出千万亿次计算机。
电子计算机在短短的50多年里经过了电子管、晶体管、集成电路（IC）和超大规模集成电路（VLSI）四个阶段的发展，使计算机的体积越来越小，功能越来越强，价格越来越低，应用越来越广泛，目前正朝智能化（第五代）计算机方向发展。
从历史上看，计算工具的演化经历了由简单到复杂、从低级到高级的不同阶段，例如从"结绳记事"中的绳结到算筹、算盘计算尺、机械计算机等。
它们在不同的历史时期发挥了各自的历史作用，同时也启发了电子计算机的研制和设计思路。
1889年，美国科学家赫尔曼·何乐礼研制出以电力为基础的电动制表机，用以储存计算资料。
1930年，美国科学家范内瓦·布什造出世界上首台模拟电子计算机。
1946年6月美籍匈牙利科学家冯诺依曼教授发表了"电子计算机装置逻辑结构初探"的论文。
并设计出了第一台"存储程序"计算机EDVAC（埃德瓦克），即离散变量自动电子计算机（The Electronic Discrete Variable Automatic Computer）.这种结构的计算机为现代计算机体系结构奠定了基础，成为"冯诺依曼体系结构"，主要特点是：（1）采用二进制0和1直接模拟开关电路通、断两种状态，用于表示数据或计算机指令。
（2）把指令存储在计算机内部，且能自动执行指令。
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• MS-DOS 2.0
– 1983年3月，微软发布了MS-DOS 2.0，引进了UNIX系 统的目录树文件管理模式，开始超越CP/M系统。
• MS-DOS 3.3
– 1987年4月，微软推出了MS-DOS 3.3，支持1.44MB的 磁盘驱动器，支持更大容量的硬盘等。它的流行使 MS-DOS渐渐成为16位操作系统的标准。
DOS
• DOS是一个单用户、单任务的操作系统，只支持一 个用户使用，并且一次只能运行一个程序。 • DOS采用的是字符操作界面，用户对电脑的操作一 般是通过键盘输入命令来完成的。所以想要操作 DOS就必须学习相应的命令。
UNIX的历史
1965年，AT&T贝尔电话实验 室、通用电气公司、麻省理工 学院MAC课题组联合开发Multics 操作系统。 1969年，Multics的原始版本 在GE645计算机上运行，但没能 提供预定的服务 。 Multics项目中止后， AT&T贝尔电话实验室中参加开发的主要人员开始寻找其他有趣 的项目。其中，Ken Thompson写了名叫“太空漫游”的游戏程序。 他找到了一台无人使用的DEC PDP-7计算机运行他的程序。
冯· 诺依曼式计算机
• 1945年冯· 诺依曼以“关于 EDVAC的报告草案”为题 ，起草了长达101页的总结 报告。 • EDVAC是世界上第一台存 储程序式计算机，成为所 有现代计算机的原型和范 本。
冯·诺依曼结构
程序存储计算机
控制器（Control unit）
– 统一指挥并控制计算机各部件协调工作的中心部件
– 它们能以尽量有效、合理的方式组织和管理计算机的 软硬件资源，合理的组织计算机的工作流程，控制程 序的执行并向用户提供各种服务功能，使得用户能够 灵活、方便、有效的使用计算机，使整个计算机系统 能高效地运行 – 有效：系统效率，资源利用率
• 如：CPU利用的充足与否，内存、外部设备是否忙碌
– 合理：公平与否
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计算机分类
• 大型计算机
– 速度快、体积庞大、价格昂贵， 用于一般的大型公司，银行和 研究单位，具有很强的管理能 力。
• 巨型计算机
– 功能最强, 速度最快(几万亿次) – n万亿次以上浮点运算 / 秒 – 天气预报、地震分析、人工智 能、数据可视化。 – 国家科技水平的重要标志
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程序是如何被执行的？
程序是如何被执行的？
示例小结
得到以下结论：
程序必须要经过编译才能转换成CPU所能接受的指 令； 一句程序有可能转换为多句指令； 在控制器的协调下连续、依次执行相应的指令； 程序的执行过程是在内存中完成的；
程序在执行过程中，在内存中的不同区域，存放 代码和相关数据。
– 通用：计算机是一种通用信息处理设备，只要有合适 的软件，它能适用于各种用途。
– 电子：是计算机硬件实现的物理基础，计算机的运行 最终都通过电子电路中的电流、电位等实现
– 数字化：是计算机的信息表示方式。一切信息，无论 原本是数值、文字、图形、声音等，在计算机里都统 一到二进制的数字化表示上。数字化是计算机的一种 基本特征，是通用性的重要基础。
• 为了方便太空漫游的开发，Thompson和Dennis Ritchie一起着手 开发DEC PDP-7上的操作环境，并将这个操作环境命名为UNIX。
– 软件系统
• 系统软件
–操作系统
–其它系统软件
• 应用软件
计算机对我们来说。。。
计算机软件系统的组成
计 最算 核机 心中 的最 软基 件础 、 面向硬件连接 面向应用软件开发
面 向 人 们 的 各 类 实 际 需 求
操作系统的定义
• 操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是一些程 序模块的集合
• Atanasoff由此被称为
“电子计算机之父”
– 这其实也是很有争议的 – 通常认为“ABC is a near‐miss”
从ENIAC到EDVAC
• 不能通过重新“组合不同电路”的方式，去完 成新的计算任务！ • 而应该：
通过某种命令来控制计算机，让计 算机按照这种命令来运行，这种命令 可以用电信号表示； 这种命令不是“临时输入”到计算 机，而是存放到某个地方，可以随时 更改； 命令改了，计算机的功能也就改了! 这就是EDVAC!
研究蛋白质折叠，误 折，聚合及由此引起 的相关疾病的分布式 计算工程。 使用联网式的计算方 式和大量的分布式计 算能力来模拟蛋白质 折叠的过程，并指引 对由折叠引起的疾病 的一系列研究。
SETI@home
Search for ExtraTerrestrial Intelligence at Home
总结
• CPU是制造好的电路，它能完成指令集里的 运算！ 指令是二进制的码，CPU能看懂，并执行 它。 • 想让CPU按照我们的想法做事，就应该：
把我们想做的事写出来（用某种程序设 计语言）。 把这个写出来的东西，翻译成CPU能看懂 的二进制指令。
计算机的软件系统
• 计算机系统包括
– 硬件系统
– 宾夕法尼亚大学摩尔学院 莫契利（J. Mauchly）和埃克特（J.Eckert） – 1943年开始，1945年完成，1946年2月14日正式启动
17468只电子管、7200个二极管、 70000多电阻器，10000多只电容器 和6000只继电器，电路的焊接点多 达50万个；174000瓦功耗 30米长、3米高、30吨重、占地面积 为170平方米 每秒5000次加法可以在3/1000秒时间 内做完两个10位数乘法。
Simulating hunderd and thousand characters
从计算机的工作原理来认识---
计算机的组成与结构
普遍认为的“世界上的第一台计算机”
• • ENIAC （Electronic Numeric Integrator and Computer） 电子数字积分计算机
• 如果不公平则会产生“死锁”或“饥饿”
操作系统的发展历史
• 什么叫“任务”：
– 用户请求计算机系统完成的一个计算过程。
• 单用户、单任务的操作系统
– 代表：CM/P、MS-DOS等
• 单用户、多任务的操作系统
– 代表：Windows、OS/2等
• 多用户、多任务和分时系统。
– 代表：UNIX、XENIX等
运算器
– 算术逻辑单元，Arithmetic and Logic Unit（ALU） – 对数据进行算术运算和逻辑运算
内存储器
– –
内存（Memory 或 Primary Storage） 存储现场待操作的信息与中间结果，包括机器指令和数据。 外存（Permanent Storage） 存储需要长期保存的各种信息
• How much energy does a google seach consume?
A single google query consumes as much energy as an 11-watt light bullb does in one hour.
It consumes as much as preparing a cup of coffee. (google and you’ll damage the planet,Jan 11)
IBM PC
• 1980年，IBM推出了IBM PC新机 型，它采用INTEL 8086CPU，具 有160KB的磁盘驱动器和其他的 输入输出设备。 • 为了配合这种机型，IBM公司需 要一个16位的操作系统。 • 此时就出现了三个互相竞争的系 统：CP/M-86、P-System，以及 微软公司的MS-DOS。
Discussion
What can you do with 1 computer? What can you do with 100 computers? What can you do with an entire data center?
Folding@home
what if … even whlile you sleep,you could help find a cure
关于超级计算机（巨型机）
• 当前处理能力最强的巨型机（2013.11）
Tianhe-2
National super computer center in Guangzhou(广州国家超算中心) CPU数目：312万个 峰值计算速度：5.49亿亿次 持续计算速度：3.39亿亿次 采用的CPU：Intel Xeon E5-2692 12 (0.2112TFLOPS) 存储总容量：12400万亿字节 操作系统：麒麟操作系统
计算机的发展速度 - 摩尔定律
• 芯片密度每 18 个月 增加1倍
• 体积越来越小
• CPU性能价格比 大约 18个月翻一番
• 速度越来越快
• 价格越来越便宜
摩尔定律
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现代计算机
• 全称：“通用电子数字计算机”（General ‐Purpose Electronic Digital Computer）
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TOP500(2013.11)
GREEN TOP 500
• 世界上最节能的巨型机--2013.6 意大利超级计算机----Eurora 每瓦运算次数：3.208gflops Top500排名：第467位
天河2号：第31位 每瓦运算次数：1.9gflops
We need green computing!
DOS
• 1981年，微软花费半年时间编写的MS-DOS 1.0和IBM PC同时在IT界亮相。
– MS-DOS为了和CP/M系统相兼容，在许多方面都和 CP/M相似 – DEC、COMPAQ公司都采用MS-DOS. – 微软公司为IBM-PC机开发的操作系统软件MS-DOS曾用 在数以亿计的IBM-PC机及其兼容机上.