第一章 计算机系统概述.ppt

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1、 计算机或称电脑，它是本世纪最重大的科学技术发明之一，它对人类社会的生产和生活都有着极深刻的影响。它在程序的控制下能快速、高效的自动完成信息的处理、加工、存储或传送，以期获得所要求的结果，从而利用这些信息来提高社会生产率和改善人民生活的质量。第一章 计算机系统概述 自1946年第一台电子数字计算机问世以来，其发展已经历了四代、第五代，第六代计算机的研制正在进行，发展速度之快，应用范围之广，对科技进步，对社会的影响之大都是惊人的。11 计算机的发展与应用一、现代计算机的发展 现代计算机的发展经历了50多年的历史,其代表人物是英国的科学家艾兰图灵和美籍匈牙利科学家冯诺依曼。其时代为:(1)第1代计

2、算机（19461958）-电子管时代。主要特点:电子管作为开关元件；使用机器语言；可以存储信息；输入输出慢。111 计算机的发展产品:ENIAC(埃尼阿克):世界上第1台大型电子数字计算机。EDVAC(埃德瓦克):根据冯诺曼提出的改进思想生产的离散变量计算机。EDSAC(埃德沙克):世界上第1台存储程序计算机。UNIVAC(尤尼瓦克):世界上第1台商用计算机,1951年交付美国统计局使用,标志着人类进入计算机时代。由于艾兰图灵创立了“可计算性理论,使其在国际学术界被誉为“计算机科学之父,而把传统大型机称为“冯诺依曼机”。(2)第二代计算机（19581964）-晶体管时代。主要特点:晶体管代替电

3、子管；采用磁心存储器；汇编语言取代机器语言。(3)第3代计算机（19651970）-中小规模集成电路时代 主要特点:集成电路取代晶体管；采用半导体存储器；使用了操作系统等。(4)第4代计算机（1970至今）-超大规模集成电路时代 主要特点:采用集成度很高的电路；出现了微处理器等。二、微型计算机阶段 IBM公司推出的微型计算机IBMPC和IBMPCXT开始，按所采用的Intel微处理器的型号来划分，微型计算机可分为以下几代：采用Intel 8088处理器的微型计算机IBMPC和IBMPCXT为第1代微型计算机；采用Intel 80286处理器的微型计算机IBMPCAT为第2代微型计算机(简称28

4、6)；采用Intel 80386处理器的微型计算机为第3代微型计算机(简称386)；采用Intel 80486处理器的微型计算机为第4代微型计算机(简称486)；采用Pentium处理器的微型计算机为第5代微型计算机(简称586)。Intel公司的奔腾芯片已有4个序列：经典奔腾(Classical Pentium)，高能奔腾(Pentium Pro)，多能奔腾(Pentium MMX)及奔腾2代(Pentium)，近期已推出的还有奔腾3代(Pentium)。1.1.2 计算机的发展趋势 巨型化 微型化 网络化 智能化 多媒体化1.1.3 计算机的应用 1科学计算 2数据处理 3过程控制(实时控

5、制)4计算机辅助功能：包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助教学(CAl)5家庭电脑化 1.2 计算机的特性 v 第一个特性是快速性。电子计算机采用了高速电子器件，这是快速处理信息的物质基础；另外，因此，存储程序技术，使电子器件的快速性得到充分发挥。v 第二个特性是它的通用性。计算机处理的信息不仅是数值数据，也可以是非数值数据。另外软件越丰富，计算的通用性越强。v 第三个特性是它的准确性。计算机运行的准确性包括两方面含义：一是计算精度高。计算精度取决于运算中数的位数，位数越多越精确；当然，计算精度还与计算方法有关，如果计算方法不当，仍保证不了准确性。二是计算方法科学

6、。计算方法由程序体现，一个算法正确且优质的程序，再加上高位数的计算功能，才能确保计算结果的准确性。v 第四特性是逻辑性性。逻辑判断与逻辑运算是计算机的基本功能之一。通过执行能体现逻辑判断和逻辑运算的程序，使整个系统具有逻辑性。在上述四大特性的基础上，可以得到数字电子计算机的完整定义：数字电子计算机是一种能自动地高速地对各种数字化信息进行运算处理的电子设备。1.3 计算机系统的组成 一台完整的计算机应包括硬件系统和软件系统。131 计算机的硬件系统 计算机的硬件是指计算机中的电子线路和物理装置。电子计算机采用了存储程序的设计思想，即将要解决的问题和解决的方法及步骤预先存入计算机。存储程序，就是指

7、将用指令序列描述的计算机过程程序与原始数据一起，存储到计算机中。计算机只要一启动，就能自动地取出一条条指令并执行，直至程序执行完毕，得到计算结果为止。计算机的硬件系统是根据冯诺依曼计算机体系结构的思想来设计的，具有共同的基本配置，即五大部件：输入设备、存储器、运算器、控制器和输出设备。运算器与控制器合称中央处理(CPU)。CPU和存储器通常组装在一个机壳内，合称为主机。输入设备和输出设备统称输入输出设备，有时也称外部设备。（）存储器存储器的主要功能是存放程序和数据。（）运算器 运算器是一个用于信息加工的部件，又称执行部件。它对数据进行算术运算和逻辑运算。运算器一次运算二进制数的位数，称为字长。

8、寄存器、累加器及存储单元的长度应与ALU的字长相等或者是它的整数倍。（）控制器 控制器是全机的指挥中心，它使计算机各部件自动协调地工作。计算机中有两股信息在流动：一股是控制信息，即操作命令，其发源地是控制器，它分散流向各个部件；一股是数据信息，它受控制信息的控制，从一个部件流向另一个部件，边流动边加工处理。指令和数据统统放在内存中，一般来讲，取指周期从内存读出的信息流是指令流，它流向控制器，由控制器解释从而发出一系列微操作信号；而在执行周期从内存读出或送入内存的信息流是数据流，它由内存流向运算器，或者由运算器流向内存。（4）输入设备 将人们熟悉的信息形式变换成计算机能接收并识别的信息形式的设备

9、。（）输出设备 输出设备是将计算机运算结果的二进制信息转换成人类或其它设备能接收和识别的形式的设备，外存储器也是计算机中重要的外部设备，它既可以作为输入设备，也可以作为输出设备；图1.1给出了计算机硬件系统中五大部件的相互关系。（见书P6）图 1.1 计算机硬件系统基本组成框图（1）一台计算机中全部程序的集合，统称为这台计算机的软件系统。（2）软件按其功能分，有应用软件和系统软件两大类。应用软件是用户为解决某种应用问题而编制的一些程序；系统软件用于实现计算机系统的管理、调度、监视和服务等功能，其目的是方便用户，提高计算机使用效率，扩充系统的功能。132 计算机的软件系统（3）软件与硬件的关系

10、软件系统是在硬件系统的基础上，为有效地使用计算机而配置的。没有系统软件，现代计算机系统就无法正常地、有效地运行；没有应用软件，计算机就不能发挥效能。任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬件完成，同样也可以由软件来完成。计算机系统的软件与硬件可以互相转化，它们之间互为补充。（4）将程序固定在ROM中组成的部件称为固件。固件是一种具有软件特性的硬件，它既具有硬件的快速性特点，又有软件的灵活性特点。这是软件和硬件互相转化的典型实例。如果把计算机系统比作人的话，那么硬件系统就好比是人的躯体，而软件系统则好比人的灵魂和思维，二者缺一不可。其组成的结构如图1.2。图 1.2 计算机系统组成结构133 计算机系统组成结构 1.4 计算机系统的层次结构 v 应用软件，系统软件和硬件构成了计算机系统的三个层次。v 硬件系统是最内层的，它是整个计算机系统的基础和核心；v 系统软件在硬件之外，为用户提供一个基本的操作界面；v 应用软件是在最外层，为用户提供解决具体问题的应用系统界面。通常将除硬件系统之外的其余层次称为虚拟机。层次之间的关系紧密，上层是下层功能的扩展，下层是上层的基础，另外，层次划分不是绝对的。