计算机通信ch1_Introdu讲义ction

近20年性能 提高3千多倍
巨型机：中国天河一号，2010年底世界TOP500强第1名 每秒2千5百多万亿次浮点运算，近20年性能提高3千多倍
亿亿
千万亿 百万亿 十万亿 万亿 千亿 百亿
十亿
亿
2011年6月日本“K Computer”以每秒1亿亿次名列第一， 几乎是第2-9位的总和，中国天河位列第二
• 线程级并行（Thread-Level Parallelism） • 数据级并行：一个大的数据块划分为小块，分别 由不同的处理器/线程处理 • 任务级并行：一个大的计算任务划分为子任务分 别由不同的处理器/线程来处理
并行计算技术的分类
按存储访问结构分类
A.共享内存(Shared Memory) 所有处理器通过总线共享内存 多核处理器，SMP……
所有这些技 术极大地提 高了微处理 器的计算性 能，但2004 年后处理器 的性能不再 像人们预期 的那样提高 单核处理 器性能提 升接近极 限！
为什么需要并行计算？ 集成度
性能
为什么需要并行计算？
单核处理器性能提升接近极限 1.VLSI集成度不可能无限制提高
芯片集成度已进入极小尺度级别，集成度不可能无限制提高
典型的双核处理器结构
双核: Pentium D(05),EE(06), Xeon(06) Core 2 Duo E系列,T系列(06) Core i3,i5(10) 4核: Core 2 Quad Q系列（07） Core i5, i7(08,09,10) 6核: Core i7 970/980(10) 8核: AMD Bulldozer(10)
并行计算技术的分类
弗林(Flynn)分类
SISD
SIMD MIMD
Cite from Jimmy Lin, What is cloud computing, 2008

10位×240个/秒 = 2400 bps
整理课件ppt
14
2、传输距离与传输速率的关系
串行接口或终端直接传送串行信息位流的
最大距离与传输速率及传输线的电气特性有 关。当传输线使用每0.3m（约1英尺）有 50PF电容的非平衡屏蔽双绞线时，传输距离 随传输速率的增加而减小。当比特率超过 1000 bps 时，最大传输距离迅速下降，如 9600 bps 时最大距离下降到只有76m（约 250英尺）。
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2
▪计算机通信是将计算机技术和通信技术的相结合， 完成计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信 息交换 。可以分为两大类：并行通信与串行通信。
▪并行通信通常是将数据字节的各位用多条数据线同
时进行传送 。
8位同时传送 1
0
接
1
发
0
收 设
1
送
1 0
设
备
0
备
询问
应答
并行通信控制简单、传输速度快；由于传输线较多，长距离
校验场 01111110
此时，将数据块看作数据流，并用序列01111110作为开始 和结束标志。为了避免在数据流中出现序列01111110时引起 的混乱，发送方总是在其发送的数据流中每出现5个连续的1 就插入一个附加的0；接收方则每检测到5个连续的1并且其后 有一个0时，就删除该0。
典型的面向位的同步协议如ISO的高级数据链路控制规程 HDLC和IBM的同步数据链路控制规程SDLC。
3、抗干扰能力差
RS-232C在电平转换时采用单端输入输出，在传输过程中 当干扰和噪声混在正常的信号中。为了提高信噪比，RS-232C 总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。
整理课件ppt

Camera:
• Light & photograph
Robot arm:
• Movement & motor speed
Introduction: Smart Phone with Camera, GPS etc. iPhone
From /tw/
Feng-LiLian Lian© ©2013 2011 Feng-Li NTUEE-SS0-Intro-13
Introduction: Modulation & Demodulation in Communication
Feng-LiLian Lian© ©2012 2011 Feng-Li NTUEE-SS0-Intro-8
Signal Frequency Characteristics:
f (Hz) 10 20K 100M 300M 40G 2.4G 300G
Introduction: Digital Signal Processing
Feng-LiLian Lian© ©2013 2011 Feng-Li NTUEE-SS0-Intro-10
Signals and Systems
Feng-LiLian Lian© ©2013 2011 Feng-Li NTUEE-SS0-Intro-11
LTI & Convolution
(Chap 2)
Course Flowchart
Signals & Systems
(Chap 1)
Feng-LiLian Lian© ©2013 2011 Feng-Li NTUEE-SS0-Intro-18
LTI & Convolution

二、存储器
• 存储器(memory)是用来存储程序和数据的部件。 对存储器既可以进行“读”（取数）、“写” （存数）操作。 • 衡量存储器的性能指标有： 存储容量 存储速度 价格 • 存储器技术在不断发展，存储器容量越来越大、 存取速度越来越快、价格越来越低、体积越来越 小、耗电越来越省，就连使用寿命也越来越长。
?有的电磁感应笔其基板能感应出用户写字过程中在笔尖上用力的变化并将压力的大小例如分为512级传送给主机主机就能在荧屏上显示出笔迹的粗细这样就更接近于真正的笔在书写时的感觉这就是所谓的压力感应笔它在签名识别绘画中很有用
第1章 计算机与计算思维概述
1.1 计算机系统组成
• 硬件系统 • 软件系统
硬件系统
安腾(Itanium)处理器： 64位开拓者 瞄准高端企业市场，运行的系统一般是UNIX系统 高性价比，性能卓越，更低功耗
Itanium 2被大量用在需要计算的超级电脑上， 以及大型公司的Байду номын сангаас据库系统
Intel Atom是Intel历史 上体积最小和功耗最小 的处理器。 下一代ATOM芯片： 进军移动通讯领域
取 出 指 令
操 作 信 号
反 馈 信 号
一、 CPU
• 运算器和控制器合称为中央处理器(Central Processing Unit,CPU)。 • 它是计算机的核心部件。 • CPU的具体任务是执行指令，它按照指令 的要求完成对数据的基本运算和处理。 • CPU主要由运算器、控制器、寄存器和高 速缓冲存储器（cache）等组成。
三、输入设备
• 输入(Input)设备能把程序、数字、图形、图像、 声音、控制现场的模拟量等数据，通过输入接口 转换成计算机可以接收的电信号。 • 常用的输入设备有键盘、鼠标器、操纵杆、卡片 输入机、纸带输入机、光笔、语音识别装置、数 字化仪、扫描仪、条形码阅读器、磁墨水字符阅 读机、光学字符阅读机(Optical Character Reader,OCR)、调制解调器(modem)及各种模/数 (A/D)转换器等。

● 有全世界统一的数字信号速率和帧结构标准；
● 采用同步复用方式和复用映射结构，只需利用软件控制即可使高速信号一次 分接出支路信号。既不影响别的支路信号，又避免对整个高速信号都分解；
● OAM能力大大加强，使信道分配、路由选择最佳； ● 硬件得到简化，有标准光接口，允许同步厂家设备在光路上互通，兼容性强； ● 与PDH 网络兼容，可兼容PDH的各种速率，并可容纳各种新业务信号； ● 信号结构利于进行网络传输和交换，以字节为单位复用与信息单元相一致，
信号互连和管理简单灵活。
3、SDH 的不足
● 频带利用率不如 PDH 系统； ● 采用指针调整技术会使时钟产生较大抖动，造成传输损伤； ● 大规模使用软件控制，业务量会集中在少数几个高速链路和交叉节点上，若
关键部位出现问题可能导致网络重大故障，甚至造成全网瘫痪； ● SDH与PDH互连时由于指针调整产生相位跃变，以致信号产生的低频抖动和
漂移现象比纯粹的PDH或SDH信号更严重；
4.2 SDH 的速率与帧结构
一、网络节点接口
网络节点接口NNI 是网络节点之间的接口，也是传输设备与其他网络单元之 间的接口。理想的NNI能结合不同的传输设备和网络节点（不受限于传输媒 介和网络节点），可构成统一的传输、复用、交叉连接和交换接口。
TR : 支路 SM ：同步复用设备
交叉连接和停业务检测； ● 复用结构缺乏灵活性，数字通道设备利用率很低。
二、SDH 的概念及特点
1、SDH 的概念
SDH网是由一些SDH的网络单元（NE）组成，在光纤上进行同步信 息传输、复用、分插和交换连接的网络。（但SDH网中不含交换设 备，它只是交换局之间的传输手段）
● SDH网有世界统一的网络节点接口，简化了信号互通以及信号的传输、复 用、交叉连接等过程；

二、共享性
三、虚拟性
四、异步性
35
一、并发与并行
并发：Concurrence 是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。 并行：Parallel 是指两个或多个事件在同一时刻发生。 单处理机系统中采用多道程序技术后，可以实现硬 件之间的并行操作和程序之间的并发执行。
36
多道程序并发执行示意图
程序A请求I/O 程序A 程序B请求I/O 程序B 程序C请求I/O C完成I/O C再次被调度 程序C 调度程序 时间轴t B完成I/O A完成I/O A再次被调度 A完成
微机操作系统、并行操作系统、分布式操作系统、网络操 作系统和嵌入式操作系统等相继产生。
操作系统的使用界面也从字符界面变成了图形界面。操作 系统的结构除了有序分层的模块化结构外，还出现了客户 /服务器加微内核结构等。 DOS、OS/2、Windows和Linux等是这一时期的典型代表。
19
1.3
操作系统的基本类型*
23
1．分时的概念与实现
分时：指若干并发程序对CPU时间的共享，通过系统
软件实现。 指多个用户分享使用同一台计算机。两个或多个事 件按时间划分轮流使用计算机系统中的某一资源。 实现分时的基本方法是设立一个时间分享单位——
时间片(time slice)。它是系统规定进程一次使用
处理机的最长时间。时间片的长短可以因不同系统 而异，通常100ms左右。
软件是由计算机硬件执行以完成一定任务的所有程序及 其数据 。
2.软件的分类
分为系统软件和应用软件 其中,系统软件由操作系统、程序设计语言、语言处理程 序、数据库管理系统、网络系统和常用服务系统等组成。 应用软件是指专门为某一应用目的而 的软件系统。 用系统软件编制

信道的差错率与信号的传输速率和传输距离成正比
数字信号通过实际的信道
• 失真不严重
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真） 输入信号波形 输出信号波形 (失真不严重) 实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真） 输出信号波形 (失真严重)
• 失真严重
输入信号波形
2.1.3 传输
• 传输是指将信号从发送传到接收端，并且在接收
• 异步方式和同步方式
– 异步传输以字符为独立的传输单位。
– 同步传输时，数据块以稳定的比特流的形式传输
异步传输举例
字符内部的各个比特采用固定的时间模式，每个字符独立传输， 字符之间间隔任意，用独特的起始位和终止位来限定每个字符。 传输效率较低
起 始 位
线路空闲
10 位
线路空闲
脉冲幅度调制PAM
脉冲振幅调制（PAM, Pulse Amplitude Modulation）
脉冲编码调制PCM
• 脉冲编码调制PCM就是将脉冲振幅调制
PAM所产生的采样结果变成完全数字化的 信号。 • 三个过程
– 脉冲幅度调制PAM – 量化（A/D转换） – 编码（数字—数字编码）
模拟数据编码为数字信号
信道
• 信道与电路并不等同，信道表示信号的通路，一 般是用来表示向某一个方向传输信息的媒体
–一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道
• 信道与传输介质也是有区别的
–传输介质是指用于连接两个或多个网络节点的物理传 输线路
• 通信信道建立在传输介质之上
–包括传输介质和通信设备
差错率/误码率
由于噪声的影响和信道带宽的限制，信号可能 发生失真. 差错率/误码率：传输比特总数与其中出错比 特数的比值 Pe = 出错比特数传输/比特总数 例： 传输10000bit, 有2bit出错， Pe ＝ 2/10000 差错率越高表示信道的质量越差

–多个输入变成一个输出(n＞m)
p(bi | a j ) 1或0 • 噪声熵H(Y|X) ＝ 0
p(ai
|
bj
)
1或0
• 损失熵H(X|Y) ≠ 0
I(X ,Y ) H (Y ) H (X )
C max I (X ;Y ) max H (Y ) p(ai )
信道中接收到 符号Y后不能 完全消除对X 的不确定性, 信息有损失。 但输出端Y的 平均不确定性 因噪声熵等于 零而没有增加。26
内容
3.1 信道分类和表示参数 3.2 离散单个符号信道及其容量 3.3 离散序列信道及其容量
1
3.1 信道分类和表示参数
2
信道
• 信道：信息传输的通道
–在通信中,信道按其物理组成常被分成微波信 道、光纤信道、电缆信道等。信号在这些信 道中传输的过程遵循不同的物理规律, 通信 技术必须研究信号在这些信道中传输时的特 性
C
max
p(ai )
I
(X
;Y
)
max
H
(Y
)
log
2
m
29
3.2.2 对称DMC信道
• 对称离散无记忆信道：
• 对称性:
–每一行都是由同一集合{q1, q2,…qm}的诸
元素不同排列组成——输入对称
–每一列都是由{p1, p2,…pn}集的诸元素不
同排列组成——输出对称
1 1 1 1
P
3
3
6
6
31
对称DMC信道
• 对称离散信道的平均互信息为
I(X ,Y ) H (X ) H (X |Y ) H (Y ) H (Y | X )
H (Y | X ) p(ai ) p(bj | ai ) logp(bj | ai )

Core Internet Backbone Authentication
Aggregation Router
Aggregation Router Home Networks
Interface
4G Radios
4G Air 4G Air Interface
Access Router
Ad Hoc Networks
• Allow People to network • Self Configuring
• DSL/Cable • High Speed Internet Access
典型问题

如何衡量网络的性能？ 有哪些主要的多址技术？

卫星、LAN、WLAN



路由协议及算法 无线网络与IP网络的结合：移动性管理 专用网络：AdHoc、WSN 改善网络性能：无线网络的TCP，IP头压缩 因特网上支持多媒体业务，如何能更好？ 网络协议分析及设计方法 网络协议实现及网络编程
分组交换网及网络协议
数据链路：差错控制技术及流量控制技术
MAC技术：Aloha及CSMA技术 局域网技术、无线局域网技术 移动IP技术 路由和组网：路由算法及路由协议
拥塞控制协议及无线TCP
多媒体网络：流媒体业务及QoS，分组调度
教材及参考书

计算机网络自顶向下方法（原书第四版），
陈鸣译，机械工业出版社，2010
Urban Networks • Broadband Distribution Networks • High Speed Pico Cells
Presence
• 802.11++ • Local Mobility • Packet Voice • High Data Rates

第一章 总论
主要内容
1.重点和难点 信息；信息管理；信息管理职能体系 2.知识点 •信息、信息资源、信息技术、信息社会 •信息管理的定义、信息管理的特征、信息管理的分类 •信息管理学的研究对象、理论体系、理论流派、研究方法 •信息管理的原则：系统原则、整序原则、激活原则、共享原则、搜索原则 •信息管理的职能体系
2020/11/13
信息管理学
1.1 信息资源与信息社会
(2)信息的定义
定义之一：信息是客观世界中各种事物的运动状态和变化 的反映，是客观事物之间相互联系和相互作用的表征，表现 的是客观事物运动状态和变化的实质内容。
定义之二：信息是从记录客观事物(物质和精神)的运动状 态和方式的数据中提取出来的，对人们的决策提供有益帮助 的一种特定形式的数据。
知识 信息
知识（语用信息）：通过对数据的加 工、提取形成的有重要应用前景、能
数据
反映过去经验、具有价值性的数据。
2020/11/13
信息管理学
1.1 信息资源与信息社会
(5)信息的特征
客观性 普遍性 价值性 依附性 时效性 可传递性
可Hale Waihona Puke 储性可扩散性 共享性 可加工性 可增值性
2020/11/13
信息管理学
(4)数据、信息、知识的关系
数据（语法信息）：是对物质、事件、活动和事务的客观记录、分类和
存储，它不被用来传递任何特定意义。构成数据的内容可以是数值、字
符(串)、图、声音、图像/图片等。
信息（语义信息）：是被组织起来、 对接受者有特定意义的数据。它包含
抽象程度
一些接受者可能知道，也可能令接受 者大吃一惊的预先未知的内容，接受 者自己能够解释这种意义。

1.2 通信基本概念
1．模拟信号
模拟信号是指幅值连续、时间上也是连续的信号。其 特点是幅度连续 （连续的含义是在某一取值范围内可以取 无限多个数值）。
2. 数字信号
数字信号是指幅值和时间两个方面都离散的信号。其 特点是幅值离散（离散的含义是在某一取值范围内可以取 有限多个数值）。如常见的脉冲信号。
1.2 通信基本概念
在具体介绍PCM 30/32路系统前先了解几个基本概念： 1.时隙： 很小的时间片断，在PCM 30/32路系统中每个时隙 长度为3.9微秒，每个时隙中可以传输8个bit。 2. 帧： 由若干个时隙所组成的结构，在PCM 30/32路系统 中每个帧的时间长度是125微秒，每帧中有32个时隙。 3. 抽样频率： 在PCM中每秒抽样次数。在PCM 30/32路系统中抽 样频率为8000次/S，每次抽样间隔为125微秒。
1.2 通信基本概念
1.2 通信基本概念
七. 通信模型
具体通信系统中涉及大量具体设备，但所有通信系统可 以抽象为一个通信模型，其涵盖了所有通信系统的特征。
噪声源
信源
变换器
信道
反变换器
信宿
1.2 通信基本概念
八. 通信网络结构
1. 通信网的组成 通信网是由若干用户终端A，B，C，…，并通过传输 系统链接起来。用户终端之间通过一个或多个节点链接， 在节点处提供交换、处理网络管理等功能。
三. 多路复用技术
多路复用技术是通信系统常用的技术，通常在有线通 信中使用。 1. 概念 为了提高信道利用率，使多路信号沿同一信道传输而 互不干扰，称多路复用。 最常用的多路复用技术是 频分多路复用和时分多路复用 另外还有统计时分多路复用和波分多路复用技术。
1.2 通信基本概念

1.2 串行通信的数据传送方式

尽管许多串行通信接口电路具有全双工功能，但在实际应 用中，大多数情况下只工作于半双工方式，即两个工作站 通常并不同时收发。这种用法并无害处，虽然没有充分发 挥效率，但简单、实用。
数据线 数据线 发送端 地线 (a) 单工方式 数据线 1 数据线 2 地线 (c) 全双工方式 接收端 发送端 地线 (b) 半双工方式 发送端
1.1 串行通信的基本方式
(1) 字符帧(Character Frame) 在串行通信中，发送端一帧一帧发送信息，接收端一帧一帧 接收信息。两相邻字符帧之间可以无空闲位，也可以有若干 空闲位，这由用户根据需要决定。
起始位 0 D
0
奇偶 停止位 校验 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D 7 0/1 1 (a) 无空闲位字符帧
1.1 串行通信的基本方式
(2) 波特率(baud rate) 每位的传输时间定义为波特率的倒数。例如：波特率为1200 bit/s的通信系统，其每位的传输时间应为：
Td

1 0.833(ms) 1200
波特率还和信道的频带有关。波特率越高，信道频带越宽。 因此，波特率也是衡量通道频宽的重要指标，通常，异步通 信的波特率在50bit/s～9600bit/s之间。波特率不同于发送 时钟和接收时钟，它通常是时钟频率的1/16或1/64。
1.1 串行通信的基本方式
2. 同步通信(Synchronous Communication) 同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只 传送一帧信息。这里的信息帧和异步通信中的字符帧不同， 通常有若干个数据字符，如下图所示。 同步字符帧由同步字符、数据字符和校验字符三部分组成。 其中，同步字符位于帧结构开头，用于确认数据字符的开始 (接收端不断对传输线采样，并把采到的字符和双方约定的 同步字符比较，只有比较成功后才会把后面接收到的字符加 以存储)；数据字符在同步字符之后，个数不受限制，由所 需传输的数据块长度决定；校验字符有1～2个，位于帧结构 末尾，用于接收端对接收到的数据字符的正确性的校验。

主要应用： 嵌入式应用。广泛嵌入到 工业、农业、 航 空、航天、军事、通信、能源、交通 IT、 IT、金融、仪器仪 金融、仪器仪 表、保安、医疗、办公设备、娱乐 休闲、健身、体育竞 表、保安、医疗、办公设备、娱乐休闲、健身、体育竞 赛、服务领域等的产品中，已成为现代电子系统中重要的 赛、服务领域等的产品中，已成为现代电子系统中重要的 智能化工具。 学习重要性：单片机已成为电子系统中最普遍的应用手 段，除了单独设课程外，在涉及的许多实践环节，如课程 设计、毕业设计乃至研究生论文课题中，单片机系统都是 最广泛的应用手段之一。近年来，在高校中大力推行的各 种电子设计竞赛中，采用单片机系统解决各类电子技术问 题已成为主要方法之一。 请稍微留心一下我们的周围，看看周围由于应用单片机 请稍微留心一下我们的周围，看看周围由于应用单片机 后发生了什么变化？

掌握微处理器、微型机和单片机的概念及组成； 掌握计算机中常用数制及数制间的转换；(补充内 容) 掌握计算机中常用的编码BCD码和ASCII码；(补 充内容) 掌握数据在计算机中的表示方法，原码、反码及 补码。(补充内容)
第一章 基本内容：
1.1 什么是单片机 1.2 单片机的历史及发展概况 1.3 8位单片机的主要生产厂家和机型 1.4 单片机的发展趋势 1.5 单片机的应用 1.6 MCS－51系列单片机
微处理器 MPU 核心 MicroProcessor Unit
器件
微控制器 MCU MicroController Unit
embedded
微处理器 微型计算机 微型计算机系统
3、微型计算机系统
硬件系统 软件系统
微型计算机 微处理器：运算器、控制器 内存储器 ROM：ROM、PROM、 EPROM、E2PROM、Flash ROM RAM：SRAM、DRAM、iRAM 、NVRAM I/O接口：并行、串行、中断接 口、DMA接口 系统总线：数据、地址、控制总 线（DB、AB、CB） 外围设备 输入/输出设备 A/D 、D/A转换器 开关量输入/输出 终端

1-49
yiher
实例演练(步骤16)
2010/8/31
例说89S51-C语言
1-50
yiher
实例演练(步骤17)
2010/8/31
例说89S51-C语言
1-51
yiher
实例演练(步骤19)
2010/8/31
例说89S51-C语言
1-52
yiher
实际接线(使用黄板)
2010/8/31
例说89S51-C语言
1-16
yiher
复位电路
右边为Power On Reset电路 左边为手动Reset电路
2010/8/31
例说89S51-C语言
1-17
yiher
8051基本电路的元件表
序号 1 2 3 4 5 6
2010/8/31
名 称 89C51 石英振荡晶体 陶瓷电容器 电容器 电阻器 按钮开关
规 格 24M Hz 12M Hz 30pF 0.1F/25V 100K a接点
8051为8位微控制器。 程序存储器ROM：内部4Kbytes、外部最多可扩展至64 Kbytes。 数据存储器RAM：内部128 bytes、外部最多可扩展至64 Kbytes。 四组可位寻址的8位输入/输出端口，即P0、P1、P2及P3。 两个16位定时器/计数器。 一个全双工串行口，即UART。 五个中断源，即INT0、INT1、T0、T1、RXD或TXD。 111条指令。
yiher
实例演练
流程图
2010/8/31
例说89S51-C语言
1-38
yiher
ch1.c-1
2010/8/31
例说89S51-C语言
1-39

现在所谓的计算机就是电子数字计算机。
1）第一代计算机：1946~1957年，主要逻辑元件为电子 真空管； 2）第二代计算机：1958~1964年，主要逻辑元件为晶体 管； 3）第三代计算机：1965~1970年，主要逻辑元件为中小 规模集成电路； 4）第四代计算机：1970年以后，主要逻辑元件为大/超大 规模集成电路（LSI），或者叫微处理器时代； 第五代（1991~目前）：以互联网（Internet）为标志的信 息系统
AMD (Advanced Micro Devices) 的英文缩写，超 微半导体(注释： Advanced 为先进的， Micro 为 微小之意，英文直译为先进微半导体)，但是 AMD 公司为自己的中文命名是超威半导体，所以 也可称为超微半导体(这里使用的是官方说法) 。 AMD 成立于1969 年，总部位于加利福尼亚州桑 尼维尔。AMD 公司专门为计算机、通信和消费电 子行业设计和制造各种创新的微处理器、闪存和 低功率处理器解决方案。创始人：杰瑞•桑德斯 （Jerry Sanders ）、前任董事会主席：鲁毅智 （Hector de J.Ruiz）。旗下产品： AMD 皓龙、AMD 速龙、AMD 双核速龙、AMD 炫龙、AMD 闪龙、AMD 羿龙、AMD 雷鸟、 AMD 钻龙。
1992年，国防科技大学研究出银河-II通用并行巨型机，峰值速度达每秒4亿次 浮点运算(相当于每秒10亿次基本运算操作)，为共享主存储器的四处理机向 量机，其向量中央处理机是采用中小规模集成电路自行设计的，总体上达到 80年代中后期国际先进水平。它主要用于中期天气预报； 1993年，中国第一 台10亿次巨型银河计算机Ⅱ型通过鉴定。 1995年，曙光1000大型机通过鉴定，其峰值可达每秒25亿次。曙光1000与 美国Intel公司1990年推出的大规模并行机体系结构与实现技术相近，与国外 的差距缩小到5年左右。 1997年，国防科大研制成功银河-III百亿次并行巨型计算机系统。 2000年，我国自行研制成功高性能计算机"神威I"，其主要技术指标和性能达 到国际先进水平。我国成为继美国、日本之后世界上第三个具备研制高性能 计算机能力的国家。 2001年，中科院计算所研制成功我国第一款通用CPU—“龙芯”芯片。 2002年，曙光公司推出完全自主知识产权的“龙腾”服务器，龙腾服务器采 用了“龙芯-1”CPU，采用了曙光公司和中科院计算所联合研发的服务器专用 主板，采用曙光LINUX操作系统，该服务器是国内第一台完全实现自有产权 的产品，在国防、安全等部门将发挥重大作用。 2003年，百万亿次数据处理超级服务器曙光4000L通过国家验收，再一次刷 新国产超级服务器的历史纪录，使得国产高性能产业再上新台阶。

1.6 面向FPGA的开发流程
图1-1 FPGA的EDA开发流程30
1.6 面向FPGA的开发流程
1.5.1 设计输入
原理图输入:类似传统设计
1. 图形输入
状态图输入：状态转换图 波形图输入：黑匣子方法
2. 硬件描述语言文本输入 (本课程：VHDL)
31
1.6 面向FPGA的开发流程
1.5.2 综合: 将行为和功能层次 硬件的模块装配 1.5.3 布线布局（适配）
可编程逻辑器件商业化，FPGA
Field Programmable Gate Array
硬件描述语言出现
CPLD: Complex Programmable Logic Device. CMOS: Complementary Metal-Oxid-Semiconductor, 互补金属氧化物半导体
系统规格设计 系统功能描述、仿真
从系统最高层开 始进行逐层分解，逐层 模块划分、仿真 描述，逐层仿真，如果 某一层上仿真发现问题， 则返回上一层，寻找和 逻辑综合、优化、布局布线 修改相应的错误，然后 再向下继续进行未完的 工作，最后得到设计的 定时仿真、定时检查 硬件电路。 Top-Down的设计流程 输出门级网表
1.4 EDA的优势
传统电子系统设计中，手工设计占较大比例。 其基本工作流程如下： 按系统要求进行 功能划分 对每个子模块 画出真值表 用卡诺图进行 逻辑简化 设计电路板、 实测和调试 根据线路图选择 元器件 写出布尔表达式 画出对应线路图
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1.4 EDA的优势
1．可以大大降低设计成本，缩短设计周期。
的开发环境。
计算机硬件平台性能大幅度提高，为复杂的SoC设计提供了物理基础。

20世纪70年代，高级语言开始向纵深发展。在此期间，由于软件
危机的出现，高级语言进入服务、适应“软件工程”并逐步走向成熟
时期。其中，C语言就是这个时期发展起来的一种通用程序设计语言。
C语言在很大程度上受BCPL和B语言的影响。C语言以其简洁、灵活、
统一风格及丰富的数据类型、指针及地址等优点很快地被广泛使用。
著名的UNIX操作系统代表的强制式语言走向成熟。ADA作为第
一种军事程序设计语言，它把“软件工程”规范化贯穿始终。它不仅
功能完善、应用面广而且在程序中处处强调可靠性、可维护性及可移
植性。另一方面，面向知识处理的作用式语言得到了深入探讨和发展。
随着计算机技术的飞速发展和应用领域的不断拓宽，软件在计算机系统中的
地位越来越重要。软件所要求的功能及规模也越来越大。
2．软件的分类
计算机软件根据其功能划分：
（1）系统软件：它主要是用来管理、监控和维护计算机的软件及硬件资源。 主要有操作系统、数据管理软件及编译程序。
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（2）支撑软件：是协助用户开发的工具软件。 （3）应用软件：是在特定领域里开发的，为特定目标服务
的一类软件。现在，几乎所有领域都在使用计算机，因而 为这些领域服务的软件种类繁多。 按软件的工作方式划分： （1）实时处理软件：时实处理软件是在事件或数据产生时 立即予以处理，并及时反馈信息，控制和监测处理及时的 软件。一般包括采集、分析和输出三个部分。 （2）分时处理软件：分时处理软件是允许多个用户联机使 用计算机，系统把处理机时间轮流地分配给各联机用户。 （3）交互式软件：交互式软件是指能实现人机通信的软件。 这类软件能实现接收用户输入的信息，并将处理结果输出 给用户。
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2.4 数据通信方式
并行通信与串行通信 单工通信与双工通信 基带传输与频带传输 同步通信与异步通信
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在计算机系统的各个部件之间以及 计算机与计算机之间，数据信息都是 以通信的方式进行交换的。这种通信 有两种基本方式：串行和并行。一般 说来，并行传输用于近距离，串行传 输用于较远的距离。
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1．基带传输 2．频带传输
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1．基带传输
通常把由计算机或终端产生的未 经调制过的呈矩形的数字信号所固有 第一种称为异步法，发送方和接收方独立地产生时钟，但定期同步。
它让接收方在某一个时间点上跟一个发送方时钟信号同步，并由此开始自己独立的时钟信号序列。 在单工通信方式中，信号只能向一个方向传输，任何时候都不能改变信号的传送方向。
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2．频带传输
一般通信线路在远距离传输时，只适合 传输一定的频带信号，不适于传输基带信 号。由于 交换网是用于传输语音信号的 模拟通信信道，并且是目前覆盖面最广的 一种通信方式，因此利用模拟通信信道进 行数据通信也是最普遍使用的通信方式之 一。我们将利用模拟通信信道传输数据信 号的方法称为频带传输。
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如图2-12（a）所示，在并行传输中， 至少有8个数据位在设备之间传输。发送设 备将8个数据位通过8条数据线传送给接收 设备，还可以有1位用作数据检验位，接收 设备可同时接收到这些数据。在计算机内 部的数据通信通常都以并行方式进行，并 且把并行的数据传送线称做总线，如并行 传送8位数据就叫做8位总线，并行传送16 位数据就叫做16位总线。
3．全双工通信
全双工能同时在两个方向上进行通信， 即有两个信道，如图2-l3（c）所示，数据 同时在两个方向流动，它相当于把两个相 反方向的单工通信组合起来。显然，全双 工通信效率高，但构建系统的造价也高。