智能网联汽车计算机基础 课件 项目一任务1：汽车计算机基础概述

计算机的组成和体系结构汽车计算机基础一、课程导入谁也不曾想到，仅仅被当作军事计算工具应用的电子计算机，在半个世纪中竟然会成为改变社会结构、乃至促使人们的工作和生活方式发生惊人变化的不可抛弃的宠儿，可谓21世纪下半世纪科技发展的最有影响的商品。并且它还将继续预示着未来世界的变化，使数千年人类文明史中曾有过的各种神话般的幻想逐渐变为现实。计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结思考讨论题（2分钟）一、课程导入为解决各种问题，人们发明了不计其数的机器。计算机种类繁多，从嵌入火星漫游机器人的计算机到为操纵核潜艇导航系统的计算机，不一而足。冯•诺伊曼在1945年提出第一种计算模型，无论笔记本电脑还是电话，几乎所有计算机都遵循与这种模型相同的工作原理。那么你们了解计算机是如何工作的吗？计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结2.1计算机介绍二、计算机系统概述计算机（computer）俗称电脑，是现代一种用于高速计算的电子计算机器，可以进行数值计算，又可以进行逻辑计算，还具有存储记忆功能。是能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结2.1计算机介绍一台完整的计算机由硬件系统和软件系统所组成，如图所示，没有安装任何软件的计算机称为裸机。硬件系统是构成计算机系统的各种物理设备的总称，软件系统是计算机运行所需的程序及相关资料，硬件是机器的实体，软件是它的灵魂。二、计算机系统概述计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结2.1计算机介绍（1）硬件二、计算机系统概述计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结2.1计算机介绍（2）软件系统软件：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调度，高效运行。二、计算机系统概述计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结微软WindowsDOS2.1计算机介绍（2）软件应用软件又称为应用程序，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，事务管理程序。二、计算机系统概述计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结文档处理类软件数据库管理类软件2.2计算机的基本组成（1）冯·诺伊曼计算机的特点1945年，数学家冯·诺伊曼提出了存储程序的概念,以此概念为基础的计算机统称为冯诺伊曼机。二、计算机系统概述计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结2.2计算机的基本组成（1）冯·诺伊曼计算机的特点实现“存储程序”概念，大幅提升了任务效率指令和数据采用二进制，极大简化了逻辑线路由五个部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备二、计算机系统概述计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结1949交付1951正式运行1962退役2.2计算机的基本组成（2）冯·诺依曼计算机的硬件框图典型的冯·诺依曼计算机是以运算器为中心的。其中，输入、输出设备与存储器之间的数据传送都需通过运算器。二、计算机系统概述计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结2.2计算机的基本组成（2）现代计算机结构现代的计算机已转化为以存储器为中心。二、计算机系统概述计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结2.2计算机的基本组成（2）现代计算机硬件框图运算器ALU控制器CU存储器输入设备输出设备二、计算机系统概述计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结CPU主存辅助主机I/0设备硬件2.3计算机系统的层次结构（1）计算机系统的五个层次结构自上而下，计算机系统的层次结构分为五个层级，如图所示。二、计算机系统概述计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结2.3计算机系统的层次结构（2）计算机三种级别语言二、计算机系统概述计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结2.3计算机系统的层次结构（2）计算机三种级别语言高级语言需要被编译程序或解释程序翻译成汇编语言或机器语言。二、计算机系统概述计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结2.4计算机的工作原理（1）把程序和数据装入主存储器。二、计算机系统概述计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结2.4计算机的工作原理（2）从源程序到可执行文件。以UNIX系统中的GCC编译器程序为例，读取源程序文件hello.c，并把它翻译成一个可执行目标文件hello，整个翻译过程可分为4个阶段完成。二、计算机系统概述计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结预处理器（cpp）hello.c源程序（文本）编译器（ccl）hello.i修改了的源程序（文本）汇编器（as）hello.s汇编程序（文本）链接器（ld）hello.o可重定位目标程序（二进制文件)printf.ohello可执行目标程序2.4计算机的工作原理（3）从可执行文件的首地址开始逐条执行指令程序中第一条指令的地址置于PC中，根据PC取出第一条指令，经过译码、执行步骤等，控制计算机各功能部件协同运行，完成这条指令的功能，并计算下一条指令的地址。用新得到的指令地址继续读出第二条指令并执行,直到程序结束为止。二、计算机系统概述计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结3.1计算机体系结构的定义经典的关于“计算机体系结构（computerarchitecture）”的定义是1964年C.M.Amdahl在介绍IBM360系统时提出的，其具体描述为“计算机体系结构是程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性”。计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结三、计算机的体系结构C.M.Amdahl3.1计算机体系结构的定义经典计算机体系结构概念的实质是计算机系统中软硬件界面的确定，其界面之上的是软件的功能，界面之下的是硬件和固件的功能。广义（现代）的计算机体系结构的概念，它除了包括经典的计算机体系结构的概念范畴（指令集结构），还包括计算机组成和计算机实现的内容。计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结三、计算机的体系结构3.1计算机体系结构的定义计算机体系结构就是指适当地组织在一起的一系列系统元素的集合，这些系统元素互相配合、相互协作，通过对信息的处理而完成预先定义的目标。三、计算机的体系结构计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结计算机软件计算机硬件人员数据库文档过程3.2计算机体系结构的功能属性三、计算机的体系结构计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结寄存器组织指令系统机内数据表示寻址方式输入输出结构信息保护存储系统中断机构3.3计算机体系结构的发展历程（1）第一阶段60年代中期以前，是计算机系统发展的早期时代。在这个时期通用硬件已经相当普遍，软件却是为每个具体应用而专门编写的，大多数人认为软件开发是无需预先计划的事情。这时的软件实际上就是规模较小的程序，程序的编写者和使用者往往是同一个(或同一组)人。由于规模小，程序编写起来相当容易，也没有什么系统化的方法，对软件开发工作更没有进行任何管理。这种个体化的软件环境，使得软件设计往往只是在人们头脑中隐含进行的一个模糊过程，除了程序清单之外，根本没有其他文档资料保存下来。三、计算机的体系结构计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结3.3计算机体系结构的发展历程（2）第二阶段从60年代中期到70年代中期，是计算机系统发展的第二代。多道程序多用户系统人机交互实时系统在线存储技术软件工程三、计算机的体系结构计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结3.3计算机体系结构的发展历程（3）第三阶段计算机系统发展的第三代从20世纪70年代中期开始，并且跨越了整整10年。分布式系统局域网、广域网、宽带数字通信微处理器个人计算机三、计算机的体系结构计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结3.3计算机体系结构的发展历程（4）第四阶段在计算机系统发展的第四代已经不再看重单台计算机和程序，人们感受到的是硬件和软件的综合效果。由复杂操作系统控制的强大的桌面机及局域网和广域网，与先进的应用软件相配合，已经成为当前的主流。计算机体系结构已迅速地从集中的主机环境转变成分布的客户机／服务器(或浏览器／服务器)环境。面向对象技术已经在许多领域迅速地取代了传统的软件开发方法。三、计算机的体系结构计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结3.4计算机体系结构与组成、实现之间的关系三、计算机的体系结构计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结4.1计算机的发展历史第一台电子计算机ENIAC诞生于1946年美国宾夕法尼亚大学，如图2所示。ENIAC用了18000电子管，1500继电器，重30吨，占地170m2，耗电140kw，每秒计算5000次加法。计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结四、计算机的过去与未来4.1计算机的发展历史冯•诺依曼(VanNeumann)首次提出存储程序概念，将数据和程序一起放在存储器，使编程更加方便。50年来，虽然对冯•诺依曼机进行多次改革，但结构变化不大，仍称冯•诺依曼机。一般把计算机的发展分为五个阶段，如表所示。四、计算机的过去与未来发展阶段时间硬件技术速度（次/秒）第一代1946-1957电子管计算机时代40000第二代1958-1964晶体管计算机时代200000第三代1965-1971中小规模集成电路计算机时代1000000第四代1972-1977大规模集成电路计算机时代10000000第五代1978至今超大规模集成电路计算机时代100000000计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结4.1计算机的发展历史（1）电子管数字机（1946—1958年）物理原件：电子管内存：延迟线或磁芯外存：纸带、卡片或磁工作速度：几千到一万次/秒软件：机器语言或汇编语言应用：科学计算代表机型：ENIAC特点：体积庞大，运算速度低、成本高四、计算机的过去与未来计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结4.1计算机的发展历史（2）晶体管数字机（1958—1964年）物理元件：晶体管内存：磁芯外存：磁带或磁盘工作速度：几十万次/秒软件：高级算法语言应用：事务管理及工业控制代表机型：IBM7000系列优点：体积小，寿命长，速度快靠性高四、计算机的过去与未来计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结4.1计算机的发展历史（3）集成电路数字机（1964—1970年）物理元件中：小规模集成电路内存：半导体存储器外存：磁带或磁盘工作速度：几十万到几百万次/秒软件：高级算法语言、操作系统应用：计算、管理及控制代表机型：IBMSystem/360优点：体积更小、速度更快、能耗更小、寿命更长发展特点：计算机设计出现了标准化、通用化、系列化的局面四、计算机的过去与未来计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结4.1计算机的发展历史（4）大规模集成电路机（1970年至今）物理元件：(超)大规模集成电路内存：半导体存储器外存：磁盘和光盘工作速度：几百万到几千万次/秒软件：操作系统和应用软件应用：以计算机网络为特征四、计算机的过去与未来计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结4.2计算机的发展趋势（1）巨型化巨型化是指为了适应尖端科学技术的需要，发展高速度、大存储容量和功能强大的超级计算机。随着人们对计算机的依赖性越来越强，特别是在军事和科研教育方面对计算机的存储空间和运行速度等要求会越来越高。此外计算机的功能更加多元化。四、计算机的过去与未来计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结4.2计算机的发展趋势（2）多媒体化传统的计算机处理的信息主要是字符和数字。事实上，人们更习惯的是图片、文字、声音、像等多种形式的多媒体信息。多媒体技术可以集图形、图像、音频、视频、文字为一体，使信息处理的对象和内容更加接近真实世界。四、计算机的过去与未来计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结4.2计算机的发展趋势（3）网络化互联网将世界各地的计算机连接在一起，从此进入了互联网时代。计算机网络化彻底改变了人类世界，人们通过互联网进行沟通、交流（OICQ、微博等），教育资源共享（文献查阅、远程教育等）、信息查阅共享（百度、谷歌）等，特别是无线网络的出现，极大的提高了人们使用网络的便捷性，未来计算机将会进一步向网络化方面发展。四、计算机的过去与未来计算机系统概述计算机的过去与未来计算机体系结构课程导入总结4.2计算机的发展趋势（4）人工智能化计算机人工智能化是未来发展的必然趋势。现代计算机具有强大的功能和运行速度，但与人脑相比，其智能化和逻辑能力仍有待提高。人类不断在探索如何让计算机能够更好的反应人类思维，使计算机能够具有人类的逻辑思维判断能力，可以通过思考与人类沟通交流，抛弃以往的依靠通过编码程序来运行计算机的方法，直接对计算机发出指令。四、计算机的过去与未来计算机系统概述计算