計算機系統概述計算機組成與體系結構如何計算？數據表示計算對象是什么？運算規則運算的具體方法過程控制如何控制運算完成如何用計算機完成計算？電子數字通用計算機系統電子非電子（機械、機電）量子計算機數字模擬通用專用GPUASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)……計算發展史——電子計算機阿塔納索夫-貝瑞計算機（Atanasoff-BerryComputer，簡稱ABC）1939年，愛荷華州立大學ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator，電子數字積分計算機)1945年，賓夕法尼亞大學關于ENIAC1946年2月15日，由美國夕法尼亞大學的物理學家約翰·莫克利（JohnMauchly）和工程師普雷斯伯·?？颂兀↗PresperEckert）領導研制成功機器中約有18800只電子管，1500個繼電器，70000只電阻及其他各類電氣元件運行時耗電140千瓦，8英尺高，3英尺寬，100英尺長，占用長度超過30米的房間，重量達30噸運算速度：加法5000次/秒，乘法333次/秒ENIAC的典型特征采用十進制；無存儲器，只有20個10位的累加器，至多只能存20個字長10位的十進制數；程序是“外插型”的，即用線路連接的方式來實現的與現代計算機的計算方式相同嗎？計算發展史——未來的計算機超導計算機光計算機量子計算機（quantumcomputer）生物計算機（biologicalcomputer）……電子計算機的發展第一代（1946～1954）電子管(radiotube/electronicvalve)計算機第二代（1955～1964）晶體管(transistor)計算機第三代（1965～1973）集成電路(integratedcircuit,IC)計算機第四代（1974～現在）大規模和超大規模集成電路(LSI/VLSI)計算機摩爾定律Moore’sLaw戈登·摩爾(GordonMoore)，Intel公司的創始人之一最早出現是在1965年4月19日，發表于《電子學》雜志第114頁的摩爾（時任仙童半導體公司工程師）撰寫的文章三個版本集成電路芯片上所集成的電路的數目，每隔18個月就翻一番微處理器的性能每隔18個月提高一倍，或價格下降一半相同價格能買到的電腦，性能每隔18個月增加一倍摩爾定律足足保持差不多40年計算機體系結構、組成與實現計算機體系結構（ComputerArchitecture）：計算機體系結構是指那些能夠被程序員所看見的計算機系統的屬性，即概念性的結構與功能特性。計算機組成（ComputerOrganization）：計算機組成是指如何實現計算機體系結構所體現的屬性，它包含了許多對程序員來說是透明的（即程序員不知道的）硬件細節。計算機實現（ComputerImplementation）：指計算機組成的物理實現。電子計算機的分類電子計算機數字式通用計算機(generalpurposecomputer)巨、大、中、小、微、單板、單片……專用計算機(specialpurposecomputer)IOP、DSP模擬式專用計算機數字信號處理,DigitalSignalProcess,DSP協處理器,coprocessor圖形處理器,GraphicsProcessingUnit,GPUASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)微型計算機發展最快的，普及最廣泛的一類計算機以微處理芯片為代表微型計算機發展的里程碑第一塊微處理器芯片Intel4004第一臺商用微型計算機Altair88001976年，SteveJobs和SteveWozniak創建了蘋果計算機公司1981年，IBM的PC系列/微軟的崛起/微型計算機的分類microcomputerserverworkstationpersonalcomputerlaptoptablet……我們常用的是哪種？它們之間有什么區別嗎？SupercomputerTOP500SupercomputerSites/TheTOP500projectwasstartedin1993toprovideareliablebasisfortrackinganddetectingtrendsinhigh-performancecomputing.Twiceayear,alistofthesitesoperatingthe500mostpowerfulcomputersystemsisassembledandreleased.ThebestperformanceontheLinpackbenchmarkisusedasperformancemeasureforrankingthecomputersystems.普林斯頓結構馮·諾伊曼結構（VonNeumannarchitecture），也稱馮·紐曼模型（VonNeumannmodel）普林斯頓結構（Princetonarchitecture）結果程序輸入設備輸出設備存儲器運算器控制器結果程序輸入設備輸出設備運算器存儲器控制器哈佛結構哈佛結構（Harvardarchitecture）是一種將程序指令儲存和數據儲存分開的存儲器結構非馮?諾依曼計算機在馮?諾依曼體制范疇內，對傳統馮?諾依曼機進行改造流水線用多個馮?諾依曼機組成多機系統，支持并行算法結構多核心處理器多處理機系統從根本上改變馮?諾依曼機的控制流驅動方式CPU(CentralProcessingUnit)GPU(GraphicsProcessingUnit)TPU(TensorProcessingUnit)NPU(NeuralnetworkProcessingUnit)BPU(BrainProcessingUnit)DPU(DeeplearningProcessingUnit)計算機系統計算機系統由硬件（子）系統和軟件（子）系統組成計算機的硬件：由電子、機械和光電元件等組成的各種部件和設備計算機的軟件：指安裝在計算機系統中的程序和有關的文件計算機系統組成計算機軟件Software指計算機系統中的程序及其文檔，程序是計算任務的處理對象和處理規則的描述；文檔是為了便于了解程序所需的闡明性資料分類系統軟件：負責管理計算機系統中各種獨立的硬件，使得它們可以協調工作應用軟件：為了某種特定的用途而被開發的軟件計算機軟件著作權保護1991年，《計算機軟件保護條例》匯編語言層操作系統層指令系統層數字邏輯層高級語言層應用層微體系結構層軟件系統硬件系統計算機系統層次結構硬件和軟件的邏輯等價性硬件和軟件在邏輯上是等價的任何由軟件實現的操作都可直接由硬件來完成的任何由硬件實現的指令都可由軟件來模擬根據當時的成本、速度、可靠性等因素來決定的，并且會隨著計算機技術的發展趨勢和計算機應用范圍的變化而改變硬件與軟件的發展變化早期硬件成本高硬件是計算機系統設計考慮的核心問題軟件為硬件服務，研究如何發揮硬件優勢后期軟件開發成本持續升高硬件設計圍繞如何對軟件的優化提供支持操作系統優化編譯器（高級語言）優化主要技術與性能指標計算機字長(WordSize)CPU速度主頻(Cl