dj第1章计算机基础知识.ppt

教师：张和平教师：张和平mail:办公地点：逸夫楼一层主任室办公地点：逸夫楼一层主任室办公电话：办公电话：84166答疑时间：待定答疑时间：待定1课程考核办法课程考核办法理论成绩：40%（期中）实验考试：60%2教学辅助平台教学辅助平台教学辅助平台教学辅助平台:http:/202.112.154.65/ts大学计算机基础：大学计算机基础：http:/202.112.154.65/dj3微机主板结构图微机主板结构图45浏浏览览计计算算机机世世界界F 计算机的诞生F 计算机发展的关键人物F 计算机的发展历史F 计算机发展的趋势与展望 发展及分类发展及分类6发展及分类发展及分类世界上第一台计算机是在1946年诞生的，该机一共使用了18 000个电子管、1 500个继电器、机重约30 t、占地约170 m2、耗电150 kW、每秒钟可做5 000次加减法或400次乘法运算。当这个庞然大物诞生时，人们可能没有想到计算机会有如此迅猛的发展和如此巨大的作用。第一台计算机第一台计算机78两大缺点：两大缺点：没有存储器没有存储器使用布线接板进行控制计算使用布线接板进行控制计算，布线布线过程烦琐、耗时，计算速度也就被过程烦琐、耗时，计算速度也就被这一工作抵消了。这一工作抵消了。不是我们现代意义的计算机。不是我们现代意义的计算机。9发展及分类发展及分类理论计算机的奠基人：理论计算机的奠基人：阿阿兰兰图图灵灵（Alan Mathison Turing），1912年年6月月23日日出出生生于于英英国国伦伦敦敦，是是20世世纪纪最最著著名名的的数数学学家家之之一一。1931年年图图灵灵进进入入剑剑桥桥大大学学国国王王学学院院（Kings College），毕毕业业后后到到美美国国普普林林斯斯顿顿大大学学攻攻读读博博士士学学位位，二二战战爆爆发发后后回回到到剑剑桥桥。图图灵灵于于1954年年6月月7日日去去世世，当当时时年年仅仅41岁岁。论论著著“论论可可计计算算数数在在判判定定问问题题中中的的应应用用”，描描述述了了一一种种假假想想的的可可实实现现通通用用计计算算的的机机器器，即即“图图灵灵机机”。其其思思想想奠奠定了整个计算机发展的理论基础。定了整个计算机发展的理论基础。计算机发展历史人物计算机发展历史人物10l以美籍匈牙利数学家冯以美籍匈牙利数学家冯诺依曼为首的研制小组与参与诺依曼为首的研制小组与参与研制研制ENIACENIAC主要人员联名发表了一篇长达主要人员联名发表了一篇长达101101页纸的报告，页纸的报告，即计算机史上著名的即计算机史上著名的“101101页报告页报告”，提出了，提出了“存储程序存储程序控制控制”的计算机结构的计算机结构(即诺依曼机），奠定了现代计算机即诺依曼机），奠定了现代计算机的体系结构。的体系结构。l 计算机（指硬件）由五大基本部件组成；计算机（指硬件）由五大基本部件组成；l 计算机内部采用二进制来表示指令和数据；计算机内部采用二进制来表示指令和数据；l 将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再执行程序。执行程序。计算机发展历史人物计算机发展历史人物发展及分类发展及分类11计算机的发展F电子管、晶体管、集成电路、电子管、晶体管、集成电路、F大规模集成电路和超大规模集成电路大规模集成电路和超大规模集成电路基于冯基于冯 若依曼思想设计的计算机若依曼思想设计的计算机l 硬件核心由五部分组成硬件核心由五部分组成l 采用二进制采用二进制l 程序存储程序存储发展及分类发展及分类12电子管电子管特点：体积大、功耗高、寿命短、速度慢、特点：体积大、功耗高、寿命短、速度慢、可靠性差。可靠性差。半导体晶体管半导体晶体管特点：体积小、功耗低、可靠性高。特点：体积小、功耗低、可靠性高。包括双极型晶体管和场效应晶体管。包括双极型晶体管和场效应晶体管。集成电路芯片集成电路芯片 (IC:Integrated Circuits)(IC:Integrated Circuits)特点：速度快、特点：速度快、体积更小、体积更小、功耗更低、可靠性更高等。功耗更低、可靠性更高等。微电子器件的发展微电子器件的发展发展及分类发展及分类13ICIC集成度分类：集成度分类：vSSI（小规模集成电路）小规模集成电路）v晶体管数晶体管数100100个以下个以下vMSI（中规模集成电路）中规模集成电路）v晶体管数晶体管数10010030003000个个vLSI（大规模集成电路）大规模集成电路）v晶体管数晶体管数3000300010105 5个个vVLSI（超大规模集成电路）超大规模集成电路）v晶体管数晶体管数10105 510108 8个个vULSI（甚大规模集成电路）甚大规模集成电路）v 晶体管数以上晶体管数以上v目前的目前的P4P4集成度超过集成度超过10108 8发展及分类发展及分类14从微电子器件的发展看电子计算机的发展史v计算机的发展史电子管计算机（1946年到50年代后期）存储器：延迟线、磁芯存储器：延迟线、磁芯无高级语言，甚至没有汇编器无高级语言，甚至没有汇编器科学计算、为军事与国防尖端科技服务科学计算、为军事与国防尖端科技服务没有商业化没有商业化晶体管计算机（50年代中期到60年代后期）磁芯存储器，存储量从几千提高到磁芯存储器，存储量从几千提高到1010万单元以上万单元以上运算速度从每秒几千次提高到几十万次运算速度从每秒几千次提高到几十万次军军事事与与尖尖端端技技术术、气气象象、工工程程设设计计、数数据据处处理理以以及及其其他科学研究等领域他科学研究等领域发展及分类发展及分类15中、小规模集成电路集成电路计算机（从60年代中期到70年代前期）功耗、体积、价格等进一步下降。功耗、体积、价格等进一步下降。速度及可靠性相应的提高速度及可靠性相应的提高范围进一步扩大范围进一步扩大大、超大规模集成电路计算机（70年代初到至今）2020世世纪纪6060年年代代后后，半半导导体体存存储储器器取取代代了了磁磁芯芯存存储储器器，并并不不断向大容量、高集成度、高速度发展。断向大容量、高集成度、高速度发展。7070年年代代初初，出出现现微微型型计计算算机机（PCPC）以以微微处处理理器器（MPUMPU，单片单片ICIC的的CPUCPU）为核心的电子计算机。为核心的电子计算机。计算机进入了几乎所有的行业。计算机进入了几乎所有的行业。发展及分类发展及分类16摩尔定律 19651965年，年，IntelIntel的创办人之一摩的创办人之一摩尔发现：尔发现：“在相在相等面积等面积(制作成本制作成本)上，上，CPUCPU上的晶上的晶体管数量以每体管数量以每1818个月倍增的趋势个月倍增的趋势增加，执行性能增加，执行性能的提升大体也符的提升大体也符合这个趋势。合这个趋势。”发展及分类发展及分类17随着电子技术的发展,计算机的发展经历4代的变革.l电子管（1946-1954）-第一代 l 晶体管（1954-1964）-第二代 l 集成电路（1964-1970）-第三代 l 大规模和超大规模集成电路（1970年至今）-第四代 每一次在技术上都是一次新的突破，在性能上都是一次质的飞跃。计算机的发展历史计算机的发展历史发展及分类发展及分类18l 巨型化是指计算机的存储容量更大、运算速度更快、功能更强。l 微型化是以微处理器的发展为特征的。l 网络化是把分散在不同地方的计算机联结成一个大规模、功能强的系统，使众多的计算机可以互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。l 智能化是要求计算机具有人工智能，即让计算机能够进行图像识别、定理证明、研究学习、探索、联想、启发和理解人的语言等，是新一代计算机要实现的目标。计算机发展趋势与展望计算机发展趋势与展望发展及分类发展及分类19将出现新型材料计算机l电子计算机l 光计算机l 生物计算机l 量子计算机 这些技术从目前来看达到实用的可能性很小，但是由于目前的技术不久将达到极限，而它们具有引发革命的潜力，因此是值得进行研究的。可以肯定，在21世纪量子化计算机技术将会给我们的世界带来巨大的变化。未未来来计计算算机机发展及分类发展及分类20计算机的分类数数 字字 计计 算算 机机模模 拟拟 计计 算算 机机数数模模混混合合计计算算机机按处理对象按处理对象按使用范围按使用范围通通 用用 计计 算算 机机专专 用用 计计 算算 机机按规模按规模 巨巨 型型 计计 算算 机机大大/中型计算机中型计算机小小 型型 计计 算算 机机微微 型型 计计 算算 机机工工作作站站或或服服务务器器进度高、通用性强用于过程控制和模拟仿真发展及分类发展及分类21巨型机巨型机 （GFLOPS=GFLOPS=亿次浮点运算亿次浮点运算/秒）秒）指令速度每秒一亿次以上，最高运算速度达到指令速度每秒一亿次以上，最高运算速度达到32GFLOPS32GFLOPS。在结构上一般采用并行多处理器。在结构上一般采用并行多处理器。应用于尖端科学、军事领域，标志国家计算机技术水平。应用于尖端科学、军事领域，标志国家计算机技术水平。中、大型机：中、大型机：运算速度为每秒运算速度为每秒100100万次至数千万次。万次至数千万次。一般最为大学、大型企业、金融等行业或单位。一般最为大学、大型企业、金融等行业或单位。高可靠性高可靠性。小型机小型机规模小、结构紧凑、容易维护。规模小、结构紧凑、容易维护。一般用于企业管理、数据处理、自动控制等一般用于企业管理、数据处理、自动控制等也可以作为大型与巨型计算机系统的辅助计算机。也可以作为大型与巨型计算机系统的辅助计算机。发展及分类发展及分类22v微型机微型机体积桌面化体积桌面化-掌上化掌上化通用化通用化维护简单化，操作简单化，用户平民化维护简单化，操作简单化，用户平民化价格低廉化价格低廉化 多媒体化、网络化多媒体化、网络化发展及分类发展及分类23计计算算机机特特点点及及应应用用F 计算机的定义F 计算机的特点F 计算机系统的组成F 计算机的应用领域24什么是计算机什么是计算机计计算算机机是是一一种种能能按按照照事事先先存存储储的的程程序序，自自动动、高高速速进进行行大大量量数数值值计计算算和和各各种种信信息息处处理理的的现现代代化智能电子装置。化智能电子装置。计算机特点和应用计算机特点和应用25计算机的特点运运 算算 速速 度度 快快精精 确确 度度 高高具有记忆和逻辑判断能力具有记忆和逻辑判断能力计算机内部自动化操作计算机内部自动化操作计算机概述计算机概述计算机特点和应用计算机特点和应用26计算机的应用F科学计算科学计算F数据处理数据处理F过程控制过程控制F人工智能人工智能F计算机辅助工程计算机辅助工程(CAD/CAM/CAI)F电子设计自动化电子设计自动化(EDA)F电子商务电子商务F娱乐娱乐计算机概述计算机概述计算机特点和应用计算机特点和应用27计计算算机机特特点点及及应应用用F 计算机的定义F 计算机的特点F 计算机的应用领域28微处理器微处理器存储器存储器I/OI/O接口接口总线总线 硬件系统硬件系统软件系统软件系统微微 型型计算机计算机系系 统统微微 型型计算机计算机外外 设设运算器运算器控制器控制器寄存器寄存器键盘、鼠标键盘、鼠标显示器显示器软驱、硬盘、光驱软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪打印机、扫描仪系统软件系统软件应用软件应用软件计算机系统的组成29用户软件系统软件系统操操统统作作系系30