第一章 微处理器系统结构概述PPT课件
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七年级信息技术上册 第一章 微型计算机概述课件课件
微处理器具有运算和控制功能，是整个微型计算机的核心，也称中央处理器CPU（Central Processing Unit）。
注意，微处理器并不是一台完整的计算机，要构成一台完整的计算机（主机），还需要有： 存储器、I/O接口及系统总线。
微处理器的主要功能部件 （1）算术逻辑部件（ALU）：用来进行算术和逻辑运算。
1985年
80386
32万
1990年
80486
120万
1993年
Pentium 320万
1996年
Pentium Pro 550万
1997年2月 Pentium II 750万，300MHz
1999年
Pentium III
2000年(4季度) Pentium IV 4200万，1.4GHz(0.18um工艺)
四.微处理器、微型计算机和微型计算机系统（续）
（Microprocessor,Microcomputer,Microcomputer System）
1.Moore定律： “晶体管的大小将以指数速率变小，
而集成到芯片上的晶体管数目将2－3年【18－24个月】翻 一番。”
－－Gordon Moore，1965
总线是计算机的部件与部件之间传输信息的公共通路，它 能分时地发送和接收各部件的信息。总线不仅仅是一组传输 线，它还包括与数据传输有关的控制逻辑。所以，在一个计 算机系统中，总线应被看成一个独立的部件。
五.微型计算机（续）
4.微型计算机的主要技术指标 (1)字长:参与运算的数的位数.它决定着计算机的内部寄存器、 加法器及数据总线（数据通路）的位数。有4位，8位，16位， 32位，64位等。 (2)主存容量:主存储器所能存储信息的总量。通常以字节数 (Byte)来表示。例：内存128MB。有时也用到“位容量”---2pXq. (3)运算速度:有不同的计量方法和测试标准。 MIPS(Million Instruction Per Second) (4)平均无故障运行时间(可靠性) MTBF(Mean Time Between Failures),平均无故障间隔时间 (5)性能/价格比
注意，微处理器并不是一台完整的计算机，要构成一台完整的计算机（主机），还需要有： 存储器、I/O接口及系统总线。
微处理器的主要功能部件 （1）算术逻辑部件（ALU）：用来进行算术和逻辑运算。
1985年
80386
32万
1990年
80486
120万
1993年
Pentium 320万
1996年
Pentium Pro 550万
1997年2月 Pentium II 750万，300MHz
1999年
Pentium III
2000年(4季度) Pentium IV 4200万，1.4GHz(0.18um工艺)
四.微处理器、微型计算机和微型计算机系统（续）
（Microprocessor,Microcomputer,Microcomputer System）
1.Moore定律： “晶体管的大小将以指数速率变小，
而集成到芯片上的晶体管数目将2－3年【18－24个月】翻 一番。”
－－Gordon Moore，1965
总线是计算机的部件与部件之间传输信息的公共通路，它 能分时地发送和接收各部件的信息。总线不仅仅是一组传输 线，它还包括与数据传输有关的控制逻辑。所以，在一个计 算机系统中，总线应被看成一个独立的部件。
五.微型计算机（续）
4.微型计算机的主要技术指标 (1)字长:参与运算的数的位数.它决定着计算机的内部寄存器、 加法器及数据总线（数据通路）的位数。有4位，8位，16位， 32位，64位等。 (2)主存容量:主存储器所能存储信息的总量。通常以字节数 (Byte)来表示。例：内存128MB。有时也用到“位容量”---2pXq. (3)运算速度:有不同的计量方法和测试标准。 MIPS(Million Instruction Per Second) (4)平均无故障运行时间(可靠性) MTBF(Mean Time Between Failures),平均无故障间隔时间 (5)性能/价格比
《微处理器 》课件
按寻址方式分类
根据指令的寻址方式，可以将指令集分为立即寻址 、寄存器寻址、内存寻址和位寻址等。
按长度分类
根据指令的长度，可以将指令集分为单字节 指令、双字节指令、三字节指令和四字节指 令等。
指令集实现方式
硬编码实现
通过硬件电路实现指令集中的所有指令，这种方 式速度快但灵活性差。
微编程实现
通过微程序控制单元实现指令集中的所有指令， 这种方式灵活性好但速度较慢。
《微处理器》PPT课件
目 录
• 微处理器简介 • 微处理器的体系结构 • 微处理器的指令集 • 微处理器的编程模型 • 微处理器的性能优化 • 微处理器的发展趋势
01
微处理器简介
微处理器的定义
微处理器是一种集成电路芯片， 它包含了计算机的中央处理器（
CPU）的主要功能。
微处理器是计算机系统的核心部 件，负责执行指令和处理数据。
并行计算技术
总结词
并行计算技术是利用多个处理器同时 执行多个任务，以提高整体计算性能 。
详细描述
并行计算技术通过将一个任务分解成 多个子任务，并分配给多个处理器同 时执行，大大加快了计算速度。这种 技术广泛应用于高性能计算、云计算 和大数据等领域。
低功耗技术
总结词
随着移动设备和便携式设备的普及，低功耗技术已成为微处理器发展的另一个重要趋势 。
微处理器的应用领域
01
02
03
04
计算机领域
个人电脑、服务器、超级计算 机等都离不开微处理器的支持
。
通信领域
手机、路由器、交换机等通信 设备中都有微处理器的身影。
工业控制领域
自动化生产线、机器人、智能 家居等都需要微处理器进行控
《微处理器内部结构》课件
控制单元
深入了解控制单元的工作原理和指令执行过程。
算术逻辑单元
探索算术逻辑单元的工作原理、算数逻辑运算 和位运算。
微处理器内部结构
1 寄存器
了解通用寄存器、特殊寄存器和标志寄存器 在微处理器中的作用。
2 存储单元
探索内存、高速缓存和存储器层次结构在微 处理器内部的作用。
3 总线结构
了解数据总线、地址总线和控制总线在微处 理器内部的连接和传输功能。
《微处理器内部结构》 PPT课件
本课件详细介绍微处理器内部结构，包括基本组成结构、控制单元、算术逻 辑单元、寄存器、存储单元、总线结构、外设接口以及微处理器的发展等内 容。
微处理器内部结构
简介
了解微处理器的定义和应用领域。
基本组成结构
探索微处理器的基本组成部分，如控制单元、 算术逻辑单元、寄存器和存储单元。
微处理器是现代计算机的核心组 件，负责执行各种指令和运算任 务。
微处理器应用领域
微处理器广泛应用于个人电脑、 移动设备、嵌入式系统等各个领 域。
微处理器的演进
随着技术的进步，微处理器从8 位到32位，逐步增加性能和功能。
4 外设接口
深入了解微处理器与I/O接口、DMA控制器和 中断控制器之间的通信和控制。
微处理器内部结构
1
微处理器的发展
回顾8位、16位、32位微处理器的发展历程。
2
多核微处理器探索多核微处理器及其在计算来自性能提升方面的优势。3
结语
展望微处理器的发展前景和广泛应用前景。
微处理器内部结构
微处理器定义
第二讲微处理器1-PPT精品文档
Intel CPU 外包装盒
微处理器的主要功能
进行算术和逻辑运算。
接受存储器和I/O接口发来的
数据及发送数据给存储器和 I/O接口
可以少量暂存数据
能对指令系统进行寄存、译码
并执行指令所规定的操作。
能提供整个系统所需的定时和
控制信号
可响应I/O设备的中断请求。
从程序设计角度来看： 赋值和算术表达式。 无条件转移。 条件转移以及关系和逻辑表达
CX(CH,CL)计数寄存器：CX在循环和串操作中操作中充当计数器，
指令执行后CX内容自动修改。
DX(DH,DL)数据寄存器：除用作通用寄存器外；在I/O指令中可用作
端口地址寄存器；乘除指令中用作辅助累加器。
指针和变址寄存器
BP( Basic Pointer Register)基址指针寄存器 SP(Stack Pointer Register)堆栈指针寄存器 SI(Source Index Register)源变址寄存器 DI(Destination Index Register)目的变址寄存器
式。
循环。 数组和其他数据结构。 子程序。 输入和输出。
8086 CPU的内部结构
AX BX CX DX
AH
AL
BH
BL
CH
CL
DH DL
SP
BP
SI
DI
ALU 数据总线（16 位）
暂存器
地址加法器
∑
CS DS
SS ES IP
内部通信 寄存器
总 8086 线 控 制 逻 总线 辑
ALU
生了进位或错位则AF=1。否则AF=0。在BCD码运算时，该 标识用于十进制调整。
微处理器系统结构与嵌入式系统第一章概述PPT课件
三：微处理器体系结构及关键技术
6课时
四：总线技术与总线标准
6课时
五： 存储器系统
8课时
六：输入输出接口
6课时
七：ARM微处理器编程模型
4课时
八：ARM汇编指令
4课时
九：ARM程序设计
4课时
十: 基于ARM微处理器的硬件系统设计 5课时
十一: 基于ARM微处理器的软件系统设计 5课时
十二: 基于ARM微处理器核的SOC设计
以各种形态嵌入到对象体系中的专用计
算机系统
芯片级（MCU、SoC）
板级（单板、模块）
设备级（工控机）
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2020/11/28
嵌入式系统的特点
➢以应用为中心 ➢ 软、硬件可
裁剪 ➢ 对体积、功
耗、实时性、 可靠性、功能、 成本等有严格 约束
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2020/11/28
嵌入式系统的组成
202033/2121//3/32208
复习
1. 信息的表示：各种编码 2. 数据的类型
计算机中的数据类型
位（Bit） 、字节（Byte）、字（Word）、双字 （Doubleword）、 四字（Quardword）
1 bit=1个二进制位 1 Byte=8 bit 1 Word=2 Byte 1 Doubleword=2 Word=4 Byte 1 Quardword=4 Word
嵌入式处理器
程序ROM
存储器系统 硬件
数据RAM 参数EEPROM
NVRAM
外部接口
键盘
外围设备
LCD 存储设备
音频设备
嵌入式操作系统
专用设备
软件 应用软件
微处理器微处理器是一个由算术逻辑运算单元控制器单元解读PPT课件
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学习汇编语言程序应注意的问题：
（1）要学好汇编语言的数据或地址的寻址方式、指令格式与功能和语句的语法。 要特别注意汇编语言程序中数据的定义和分配情况。 （2）汇编语言源程序形式上是语言，但本质上是算法，因此，要特别注意在汇 编语言环境下，有关结构化程序设计的编程方法。 （3）汇编程序有一个最大的特点就是与计算机的硬件联系很紧密。因此，要注 意结合硬件情况去编写或理解程序。 （4）对于硬件系统，要注意从系统的、总体的角度或方法来理解。 （5）要多上机实验，培养编程、调试等能力，务必对编程工具要十分的熟悉， 在实践中不断加深对基本知识的理解。
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1.3.3 微机软件系统 仅有硬件，只是具有了处理信息的基础。计算机
真正能进行处理信息，还必须要有软件配合，即各种 程序。
微机软件系统由两部分组成： 1．程序设计语言 （1）机器语言
（2）汇编语言
（3）高级语言
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汇编语言是一种用助记符和符号地址等来表示的面 向机器的程序设计语言。
些插槽相同序号的的插脚串接在一起，亦称为I／O通道。 通过这些插槽，可将外设I／O接口卡连接到系统总线上， 即把外设连接到主机。 •ISA、EISA 、VESA总线 •PCI总线 •LOCAL-BUS •AGP总线
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⑧ 键盘、鼠标器、扬声器接口 键盘、鼠标器、扬声器的接口电路一般直接集成在系
统主板上，由单片机（如 8742）来控制。它负责将键盘 按键产生的扫描码（键的位置信息）转换成能表示字符 的ASCll码，将鼠标器送来的电脉冲转换成光标的移动 数据，并产生相应中断把输入数据传送到CPU。它也能 将CPU给出的声音频率数据转换成脉冲频率信号驱动扬 声器发出声音。
学习汇编语言程序应注意的问题：
（1）要学好汇编语言的数据或地址的寻址方式、指令格式与功能和语句的语法。 要特别注意汇编语言程序中数据的定义和分配情况。 （2）汇编语言源程序形式上是语言，但本质上是算法，因此，要特别注意在汇 编语言环境下，有关结构化程序设计的编程方法。 （3）汇编程序有一个最大的特点就是与计算机的硬件联系很紧密。因此，要注 意结合硬件情况去编写或理解程序。 （4）对于硬件系统，要注意从系统的、总体的角度或方法来理解。 （5）要多上机实验，培养编程、调试等能力，务必对编程工具要十分的熟悉， 在实践中不断加深对基本知识的理解。
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1.3.3 微机软件系统 仅有硬件，只是具有了处理信息的基础。计算机
真正能进行处理信息，还必须要有软件配合，即各种 程序。
微机软件系统由两部分组成： 1．程序设计语言 （1）机器语言
（2）汇编语言
（3）高级语言
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汇编语言是一种用助记符和符号地址等来表示的面 向机器的程序设计语言。
些插槽相同序号的的插脚串接在一起，亦称为I／O通道。 通过这些插槽，可将外设I／O接口卡连接到系统总线上， 即把外设连接到主机。 •ISA、EISA 、VESA总线 •PCI总线 •LOCAL-BUS •AGP总线
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⑧ 键盘、鼠标器、扬声器接口 键盘、鼠标器、扬声器的接口电路一般直接集成在系
统主板上，由单片机（如 8742）来控制。它负责将键盘 按键产生的扫描码（键的位置信息）转换成能表示字符 的ASCll码，将鼠标器送来的电脉冲转换成光标的移动 数据，并产生相应中断把输入数据传送到CPU。它也能 将CPU给出的声音频率数据转换成脉冲频率信号驱动扬 声器发出声音。
《微处理器概述》课件
05
CHAPTER
微处理器的发展趋势与挑战
随着移动设备的普及，低功耗技术成为微处理器的重要发展方向，旨在延长设备续航时间并降低散热成本。
总结词
低功耗技术通过优化微处理器的功耗管理，降低运行过程中的能耗。这包括采用更低电压的处理器、优化指令执行路径、降低空闲状态下的功耗等措施。此外，低功耗技术还涉及到高效的散热设计，以确保微处理器在低功耗下稳定运行。
详细描述
可扩展性技术使得微处理器能够适应不同应用场景的需求，通过模块化设计实现灵活配置。
可扩展性技术允许微处理器根据不同的应用需求进行定制化配置，包括增加或减少处理核心、调整内存大小、扩展外设接口等。这种模块化设计使得微处理器在满足性能需求的同时，保持较低的成本和功耗，为不同领域的应用提供了灵活性。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
精简指令集
以简单指令集为主，强调功耗和面积的优化，常见于嵌入式系统。
复杂指令集
提供丰富的指令集，注重性能和兼容性，常见于桌面和服务器领域。
混合指令集
结合简单和复杂指令集的特点，根据应用需求进行优化。
单核处理器
只有一个处理器核，处理能力有限。
众核处理器
由大量处理器核组成，适用于大规模并行计算。
多核处理器
Intel Core i系列微处理器是Intel公司推出的高性能处理器系列，广泛应用于个人电脑、服务器等领域。
Intel Core i系列微处理器采用先进的制程技术，具有高性能、低功耗的特点，能够提供更好的性能和更长的电池续航时间。
Intel Core i系列微处理器采用Intel架构，具有高性能、低功耗、高集成度等优点，能够满足各种不同的应用需求。
THANKS
感谢您的观看。
个人电脑、服务器、工作站等都离不开微处理器。
CHAPTER
微处理器的发展趋势与挑战
随着移动设备的普及，低功耗技术成为微处理器的重要发展方向，旨在延长设备续航时间并降低散热成本。
总结词
低功耗技术通过优化微处理器的功耗管理，降低运行过程中的能耗。这包括采用更低电压的处理器、优化指令执行路径、降低空闲状态下的功耗等措施。此外，低功耗技术还涉及到高效的散热设计，以确保微处理器在低功耗下稳定运行。
详细描述
可扩展性技术使得微处理器能够适应不同应用场景的需求，通过模块化设计实现灵活配置。
可扩展性技术允许微处理器根据不同的应用需求进行定制化配置，包括增加或减少处理核心、调整内存大小、扩展外设接口等。这种模块化设计使得微处理器在满足性能需求的同时，保持较低的成本和功耗，为不同领域的应用提供了灵活性。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
精简指令集
以简单指令集为主，强调功耗和面积的优化，常见于嵌入式系统。
复杂指令集
提供丰富的指令集，注重性能和兼容性，常见于桌面和服务器领域。
混合指令集
结合简单和复杂指令集的特点，根据应用需求进行优化。
单核处理器
只有一个处理器核，处理能力有限。
众核处理器
由大量处理器核组成，适用于大规模并行计算。
多核处理器
Intel Core i系列微处理器是Intel公司推出的高性能处理器系列，广泛应用于个人电脑、服务器等领域。
Intel Core i系列微处理器采用先进的制程技术，具有高性能、低功耗的特点，能够提供更好的性能和更长的电池续航时间。
Intel Core i系列微处理器采用Intel架构，具有高性能、低功耗、高集成度等优点，能够满足各种不同的应用需求。
THANKS
感谢您的观看。
个人电脑、服务器、工作站等都离不开微处理器。
《微处理器》课件
微处理器的新技术与应用
神经网络处理器
针对人工智能和机器学习应用，神经网络处理器能够加速深度学 习算法的运算。
嵌入式系统
微处理器在嵌入式系统中的应用将更加广泛，如智能家居、工业自 动化等领域。
物联网设备
随着物联网的发展，微处理器将应用于更多类型的物联网设备中， 实现设备间的互联互通。
微处理器的未来挑战与机遇
处理器体系结构
处理器核
01
处理器体系结构中的处理器核是微处理器的核心部分，负责执
行指令和处理数据。
核外设备
02
核外设备包括寄存器、高速缓存、总线接口等，用于扩展处理
器核的功能和性能。
处理器优化
03
为了提高微处理器的性能，需要对处理器进行优化，如采用流
水线技术、并行处理技术等。
03
微处理器的指令系统
《微处理器》课件
CONTENTS
• 微处理器概述 • 微处理器的体系结构 • 微处理器的指令系统 • 微处理器的编程模型 • 微处理器的应用开发 • 微处理器的未来发展
01
微处理器概述
微处理器的定义
总结词
微处理器的核心作用
详细描述
微处理器是计算机系统的核心部件，它能够执行程序指令，控制计算机的各个 部分协调工作。
技术创新
随着半导体工艺的物理极限临近，微处理器 设计将面临技术上的挑战，需要寻求新的技 术创新。
安全问题
随着微处理器广泛应用于各个领域，安全问题变得 越来越重要，需要加强安全设计和防护措施。
新市场机遇
随着技术的发展，微处理器将有更多新的应 用领域和市场机遇，如自动驾驶、虚拟现实 等。
谢谢您的聆听
THANKS
开发环境
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物联网——物物相连的互联网
物联网技术
SoC介绍 单一芯片上实现信号 采集、转换、存储、处 理和I/O等功能，从而实 现一个系统的功能
优点 低功耗、体积小、 高速度、省成本
特点 实现复杂系统功能的软硬件统一的超大规模集成电路 设计中大量复用第三方IP核 超深亚微米/纳米级工艺技术支撑
片上系统,意指它是一个产品，是一个有专用目标的集 成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。 同时它又是一种技术，用以实现从确定系统功能开始， 到软/硬件划分，并完成设计的整个过程。
带制冷机的微电脑
2018 10nm Skymont 2016 14nm Skylake
2015 14nm Rockwell 2014 22nm Haswell 2012 32nm Westmere→Sandy Bridge
Intel 2012~2018 六年计划
对中国PC发展颇有影响的三台微计算机
Zephyr BioModule 健身服
Tacit Project手套
指套探测器
可穿戴计算机核心技术
System on Chip体系结构设计技术 微小计算机多端口、高性能I/O 设计技术 无线自组网络技术 移 动数据库技术 人机交互技术 基于蓝牙的无线连接技术
物联网：从“智能微尘”到“智慧地球” http://
后PC时代的网路通讯的两大特色为「无限」与「无 线」。「无限」指得是上网的工具与应用将无所限制， 「无线」代表的是人们将慢慢远离有线传输。
可穿戴设备
iWatch
Google Glass
索尼头戴式个人3D影院
可穿戴设备
“No Place Like Home” 卫星导航鞋
Epidermal electronics
0
1973 1978 1982 1985 1989 1993
550 700 1995 1997
1999 2000 年
摩尔定律 晶体管数目每两年增加一倍
2012/04/22 Core i7-3220 3.5-3.9GHz GLA1155 22nm 8MB L3
Q4'12 i7-3970X 15 MB Cache 32 nm LGA 2011接口
用二进制取代十进制 程序存储思想
数字计算机之父
“世界上最小电脑”E-ball
京-Kcomputer 88128颗/ 705024核心 Rmax:10.51PFlops
“天河一号A” 2010/10 Intel Xeon X5670 186368核心224TB/M Rmax:2.566PFlops
800
600
450
400
200 05
16
33
133 200 266 80
1978 1982 1985 1989 1993 1995 1997 1999 2000 年
1981年
1981年8月2日全 球第一台个人电脑 --IBM PC 5150
MS-DOS 1.0
1995年8月24日 Windows 95
天河二号超级计算机 系统(国防科大)
33.86PFLOPS 内存总容量1,375TiB 英特尔Xeon E5-2692， 英特尔Xeon Phi 可运行212万内核， 720m2 17.6MW
2013/6月17日 TOP500公布全球超级计算机排名
天河二号（中） 33.86
Titan（美） 17.59
2300 3500 6000 6800 10000 29000 13.4万
27.5万 120万 310万 550万 700万 2800万 2130万 4200万
108KHz 每秒6万次
基本指令周期为20～50μs
2MHz
2.5MHz 5MHz／基本指令周期0.5 μs
基本指令周期0.2 μs 16-33MHz／3-4 MIPS 33-120MHz /41-54 MIPS 75-133M Hz 0.6 μm
1995.11.8
第 1997年 五 1999.2.26 代 1999.2.24
Pentium pro
Pentium Ⅱ Pentium Ⅲ AMD-K6-Ⅲ
2000.11.24 更新
Pentium 4 ……
4位 8位 8位 8位 8位 16位
16位
32位
32位 32位 32位 32位 32位 32位 32位
Sequoia（美） 16.324
京-Kcomputer（日） 10.51
Mira（美）
10
2012/11 2012/6 2011/11 2011/6
现代微型计算机发展历史上的三架马车
1971 年，英特尔推 出了全球第一枚微 处理器 INTEL 4004
MHz
1600
1400
1400
1200
1000
北京工业大学TP801单板机 1980 Z80 (Zilog) AppleII微型计算机 1977 M6502(Motorola) IBM PC/XT微型计算机 1981 Intel8088(Intel)
1.2 后PC时代Post-Personal Computer
将计算机、通信和消费产品的技术结合起来，以3C 产品的形式；通过Internet进入家庭。以网路应用为 主，各种电子设备也将具备上网功能。
第 1971年
一 代
1972年
第 1974年
二
代 1976年
第 1978年 三 代 1982年 第 1985年 10月 四 代 1989年4月
1993.3.22
Intel 4004 Intel 8008 Intel 8080 MC6800
Z80 Intel 8086 Intel 80286
80386 80486 Pentium
200MHz/400 MIPS 266MHz/400 MIPS
450MHz 450MHz 0.25 μm 1.4GHz 0.18 μm
摩尔定律 CPU性能每18个月增加一倍
万晶体管
4500 4000
4200
3500
3000 2500
2800
2000
1500
1000
500
0.49 2.9
310 13.4 27.5 120
1.1 计算机发展
ENIAC （Electronic Numerical Integrator and Calculator） 1946.2.14 Mauchly）、爱克特（Eckert） 18800个电子管 占地1500平方英尺，重达30吨 每秒5000次
1949年5月6日， EDSAC 第一台存储程序的“冯·诺依曼机器”