計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

上傳人:清*** 文檔編號(hào):24775854 上傳時(shí)間:2021-07-12 格式:PPT 頁數(shù):18 大?。?35KB
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1、 l “電 子 計(jì) 算 機(jī) 之 父 ” 的 桂 冠 , 被 戴 在 數(shù) 學(xué) 家 馮 諾 依 曼 ( J.Von Neumann) 頭 上 , 而 不 是ENIAC的 兩 位 實(shí) 際 研 究 者 , 這 是 因 為 馮 諾 依曼 提 出 了 現(xiàn) 代 電 腦 的 體 系 結(jié) 構(gòu) 。 l 馮 諾 依 曼 是 本 世 紀(jì) 最 偉 大 的 科 學(xué) 家 之 一 。 他 1913年 出 生于 匈 牙 利 首 都 布 達(dá) 佩 斯 , 6歲 能 心 算 8位 數(shù) 除 法 , 8歲 學(xué) 會(huì) 微積 分 , 12歲 讀 懂 了 函 數(shù) 論 。 通 過 刻 苦 學(xué) 習(xí) , 在 17歲 那 年 ,他 發(fā) 表 了 第 一

2、篇 數(shù) 學(xué) 論 文 , 不 久 后 掌 握 七 種 語 言 , 又 在 最新 數(shù) 學(xué) 分 支 集 合 論 、 泛 函 分 析 等 理 論 研 究 中 取 得 突 破性 進(jìn) 展 。 22歲 , 他 在 瑞 士 蘇 黎 士 聯(lián) 邦 工 業(yè) 大 學(xué) 化 學(xué) 專 業(yè) 畢業(yè) 。 一 年 之 后 , 摘 取 布 達(dá) 佩 斯 大 學(xué) 的 數(shù) 學(xué) 博 士 學(xué) 位 。 轉(zhuǎn)而 攻 向 物 理 , 為 量 子 力 學(xué) 研 究 數(shù) 學(xué) 模 型 , 又 使 他 在 理 論 物理 學(xué) 領(lǐng) 域 占 據(jù) 了 突 出 的 地 位 。 l 1928年 , 美 國 數(shù) 學(xué) 泰 斗 韋 伯 倫 教 授 聘 請 這 位 26歲 的 柏

3、 林大 學(xué) 講 師 到 美 國 任 教 , 馮 諾 依 曼 從 此 到 美 國 定 居 。 1933年 , 他 與 愛 因 斯 坦 一 起 被 聘 為 普 林 斯 頓 大 學(xué) 高 等 研 究 院的 第 一 批 終 身 教 授 。 數(shù) 學(xué) 史 界 卻 堅(jiān) 持 說 , 馮 諾 依 曼 是本 世 紀(jì) 最 偉 大 的 數(shù) 學(xué) 家 之 一 , 他 在 遍 歷 理 論 、 拓 撲 群 理論 等 方 面 作 出 了 開 創(chuàng) 性 的 工 作 , 算 子 代 數(shù) 甚 至 被 命 名 為“ 馮 諾 依 曼 代 數(shù) ” 。 l 物 理 學(xué) 界 表 示 , 馮 諾 依 曼 在 30年 代 撰 寫 的 量 子 力 學(xué)

4、的數(shù) 學(xué) 基 礎(chǔ) 已 經(jīng) 被 證 明 對(duì) 原 子 物 理 學(xué) 的 發(fā) 展 有 極 其 重 要的 價(jià) 值 , 而 經(jīng) 濟(jì) 學(xué) 界 則 反 復(fù) 強(qiáng) 調(diào) , 馮 諾 依 曼 建 立 的 經(jīng) 濟(jì)增 長 模 型 體 系 , 特 別 是 40年 代 出 版 的 著 作 博 弈 論 和 經(jīng)濟(jì) 行 為 , 使 他 在 經(jīng) 濟(jì) 學(xué) 和 決 策 科 學(xué) 領(lǐng) 域 豎 起 了 一 塊 豐碑 。 1957年 2月 8日 , 馮 諾 依 曼 因 患 骨 癌 逝 世 于 里 德 醫(yī) 院 ,年 僅 54歲 。 他 對(duì) 電 腦 科 學(xué) 作 出 的 巨 大 貢 獻(xiàn) , 永 遠(yuǎn) 也 不 會(huì) 泯滅 其 光 輝 ! l 1944年 夏

5、 , 戈 德 斯 坦 在 阿 貝 丁 車 站 等 候 去 費(fèi) 城 的 火 車 ,偶 然 邂 逅 聞 名 世 界 的 大 數(shù) 學(xué) 家 馮 諾 依 曼 教 授 。 戈 德 斯坦 抓 住 機(jī) 會(huì) 向 數(shù) 學(xué) 大 師 討 教 , 馮 諾 依 曼 和 藹 可 親 , 耐心 地 回 答 戈 德 斯 坦 的 提 問 。 聽 著 聽 著 , 他 敏 銳 地 從 這些 數(shù) 學(xué) 問 題 里 , 察 覺 到 不 尋 常 事 情 。 他 反 過 來 向 戈 德斯 坦 發(fā) 問 , 直 問 得 年 輕 人 “ 好 像 又 經(jīng) 歷 了 一 次 博 士 論文 答 辯 ” 。 最 后 , 戈 德 斯 坦 毫 不 隱 瞞 地 告

6、 訴 他 莫 爾 學(xué)院 的 電 子 計(jì) 算 機(jī) 項(xiàng) 目 。 l 他 為 阿 貝 丁 試 炮 場 的 計(jì) 算 問 題 焦 慮 萬 分 。 他 希 望 到 莫爾 學(xué) 院 看 看 ENIAC的 研 制 。l 從 此 , 他 成 為 了 莫 爾 小 組 的 實(shí) 際 顧 問 , 與 小 組 成 員 頻繁 地 交 換 意 見 。 年 輕 人 機(jī) 敏 地 提 出 各 種 設(shè) 想 , 馮 諾 依曼 則 運(yùn) 用 他 淵 博 的 學(xué) 識(shí) , 把 討 論 引 向 深 入 , 并 逐 步 形成 電 子 計(jì) 算 機(jī) 的 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 思 想 。 l 在 尚 未 投 入 運(yùn) 行 前 , 馮 諾 依 曼 就 看 出 這

7、臺(tái) 機(jī) 器 致 命 的缺 陷 , 主 要 弊 端 是 程 序 與 計(jì) 算 兩 分 離 。 程 序 指 令 存 放在 機(jī) 器 的 外 部 電 路 里 , 需 要 計(jì) 算 某 個(gè) 題 目 , 必 須 首 先用 人 工 接 通 數(shù) 百 條 線 路 , 需 要 幾 十 人 干 好 幾 天 之 后 ,才 可 進(jìn) 行 幾 分 鐘 運(yùn) 算 。 馮 諾 依 曼 決 定 起 草 一 份 新 的 設(shè)計(jì) 報(bào) 告 , 對(duì) 電 子 計(jì) 算 機(jī) 進(jìn) 行 脫 胎 換 骨 的 改 造 。 他 把 新 機(jī) 器 的 方 案 命 名 為 “ 離 散 變 量 自 動(dòng) 電 子 計(jì) 算 機(jī) ” , 英文 縮 寫 是 “ EDVAC” l

8、 1945年 6月 , 馮 諾 依 曼 與 戈 德 斯 坦 、 勃 克 斯 等 人 , 聯(lián)名 發(fā) 表 了 一 篇 長 達(dá) 101頁 紙 的 報(bào) 告 , 即 計(jì) 算 機(jī) 史 上 著 名的 “ 101頁 報(bào) 告 ” , 直 到 今 天 , 仍 然 被 認(rèn) 為 是 現(xiàn) 代 電 腦科 學(xué) 發(fā) 展 里 程 碑 式 的 文 獻(xiàn) 。 報(bào) 告 明 確 規(guī) 定 出 計(jì) 算 機(jī) 的五 大 部 件 , 并 用 二 進(jìn) 制 替 代 十 進(jìn) 制 運(yùn) 算 。 EDVAC方 案的 革 命 意 義 在 于 “ 存 儲(chǔ) 程 序 ” , 以 便 電 腦 自 動(dòng) 依 次 執(zhí)行 指 令 。 人 們 后 來 把 這 種 “ 存 儲(chǔ) 程

9、 序 ” 體 系 結(jié) 構(gòu) 的 機(jī)器 統(tǒng) 稱 為 “ 諾 依 曼 機(jī) ” 。 l 由 于 種 種 原 因 , 莫 爾 小 組 發(fā) 生 令 人 痛 惜 的 分 裂 ,EDVAC機(jī) 器 無 法 被 立 即 研 制 。 1946年 6月 , 馮 諾 依 曼和 戈 德 斯 坦 、 勃 克 斯 回 到 普 林 斯 頓 大 學(xué) 高 級(jí) 研 究 院 ,先 期 完 成 了 另 一 臺(tái) ISA電 子 計(jì) 算 機(jī) ( ISA是 高 級(jí) 研 究 院的 英 文 縮 寫 ) , 普 林 斯 頓 大 學(xué) 也 成 為 電 子 計(jì) 算 機(jī) 的 研究 中 心 。 l 直 到 1951年 , 在 極 端 保 密 情 況 下 , 馮

10、 諾 依 曼 主 持 的EDVAC計(jì) 算 機(jī) 才 宣 告 完 成 , 它 不 僅 可 應(yīng) 用 于 科 學(xué) 計(jì) 算 ,而 且 可 用 于 信 息 檢 索 等 領(lǐng) 域 , 主 要 緣 于 “ 存 儲(chǔ) 程 序 ”的 威 力 。 EDVAC只 用 了 3563只 電 子 管 和 1萬 只 晶 體 二極 管 , 以 1024個(gè) 44比 特 水 銀 延 遲 線 來 儲(chǔ) 存 程 序 和 數(shù) 據(jù) ,消 耗 電 力 和 占 地 面 積 只 有 ENIAC的 1/3。 l 最 早 問 世 的 內(nèi) 儲(chǔ) 程 序 式 計(jì) 算 機(jī) 既 不 是 ISA, 也 不 是 EDVAC,英 國 劍 橋 大 學(xué) 威 爾 克 斯 (

11、M.Wilkes) 教 授 , 搶 在 馮 諾 依 曼之 前 捷 足 先 登 。l 威 爾 克 斯 1946年 曾 到 賓 夕 法 尼 亞 大 學(xué) 參 加 馮 諾 依 曼 主 持 的培 訓(xùn) 班 , 完 全 接 受 了 馮 諾 依 曼 內(nèi) 儲(chǔ) 程 序 的 設(shè) 計(jì) 思 想 。 回 國后 , 他 立 即 抓 緊 時(shí) 間 , 主 持 新 型 電 腦 的 研 制 , 并 于 1949 年 5月 , 制 成 了 一 臺(tái) 由 3000只 電 子 管 為 主 要 元 件 的 計(jì) 算 機(jī) , 命名 為 “ EDSAC”( 電 子 儲(chǔ) 存 程 序 計(jì) 算 機(jī) ) 。 威 爾 克 斯 后 來還 摘 取 了 1967

12、年 度 計(jì) 算 機(jī) 世 界 最 高 獎(jiǎng) “圖 林 獎(jiǎng) ” 。 l 在 馮 諾 依 曼 研 制 ISA電 腦 的 期 間 , 美 國 涌 現(xiàn) 了 一 批 按照 普 林 斯 頓 大 學(xué) 提 供 的 ISA照 片 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 制 的 計(jì) 算 機(jī) 。 如 :洛 斯 阿 拉 莫 斯 國 家 實(shí) 驗(yàn) 室 研 制 的 MANIAC, 伊 利 諾斯 大 學(xué) 制 造 的 ILLAC。 雷 明 頓 蘭 德 公 司 科 學(xué) 家 沃 爾( W. Ware) 甚 至 不 顧 馮 諾 依 曼 的 反 對(duì) , 把 他 研 制 的機(jī) 器 命 名 為 JOHNIAC( “ 約 翰 尼 克 ” , “ 約 翰 ” 即馮 諾 依

13、曼 的 名 字 ) 。 馮 諾 依 曼 的 大 名 已 經(jīng) 成 為 現(xiàn) 代 電腦 的 代 名 詞 , 1994年 , 沃 爾 被 授 予 計(jì) 算 機(jī) 科 學(xué) 先 驅(qū) 獎(jiǎng) ,而 馮 諾 依 曼 本 人 則 被 追 授 予 美 國 國 家 基 礎(chǔ) 科 學(xué) 獎(jiǎng) 。 1.程 序 存 儲(chǔ) ( 解 決 人 工 干 預(yù) , 實(shí) 現(xiàn) 自 動(dòng) 執(zhí) 行 )順 序 指 令 集 程 序 存 儲(chǔ) 指 令 計(jì) 數(shù) 器 自 動(dòng) 執(zhí) 行2.計(jì) 算 機(jī) 的 組 成五 部 分 : 運(yùn) 算 器 、 存 儲(chǔ) 器 、 控 制 器 、 輸 入 設(shè) 備 、 輸 出 設(shè) 備三 部 分 : CPU( 運(yùn) 算 器 、 控 制 器 ) 、 存 儲(chǔ)

14、 器 、 I/O設(shè) 備 ( 輸 入設(shè) 備 、 輸 出 設(shè) 備 ) 使 用 單 一 處 理 部 件 來 完 成 計(jì) 算 、 存 儲(chǔ) 及 通 信 功 能 ; 線 性 組 織 的 定 長 存 儲(chǔ) 單 元 ( 地 址 ) ; 存 儲(chǔ) 空 間 的 單 元 是 直 接 尋 址 的 ( 地 址 ) ; 使 用 低 級(jí) 機(jī) 器 語 言 , 其 指 令 完 成 基 本 操 作 碼 的 簡 單 操 作 ; 對(duì) 計(jì) 算 進(jìn) 行 集 中 的 順 序 控 制 ( 程 序 存 儲(chǔ) ) 。 首 次 提 出 “ 地 址 ” 和 “ 程 序 存 儲(chǔ) ” 的 概 念 。 雖 然 馮 諾 依 曼 結(jié) 構(gòu) 是 計(jì) 算 機(jī) 發(fā) 展 的 基 石 , 但 它 有 局 限性 。“ 集 中 的 順 序 控 制 ” 是 計(jì) 算 機(jī) 發(fā) 展 的 “ 瓶 頸 ” , 以 后計(jì) 算 機(jī) 理 論 的 發(fā) 展 , 出 現(xiàn) 了 非 馮 諾 依 曼 結(jié) 構(gòu) 的 計(jì) 算 機(jī)系 統(tǒng) 。重 要 性 在 于 多 機(jī) 和 并 行 處 理 的 概 念 是 計(jì) 算 機(jī) 發(fā) 展 的 最主 要 的 地 方 。

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