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1、计算机概述 计算机基础计算机系统组成 实现及工作过程 1 1计算机基础 计算机发展史计算机的特点及类型计算机应用领域计算机的发展趋势 1 1 1计算机的发展 第一台电子计算机ENIAC ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator 170m230吨140KW18000个5000次 1 1 1计算机的发展 电子管 电子管时代 1946 1957磁芯存储 无外存每秒几千次体积巨大 高耗能 1 1 1计算机的发展 晶体管 电子管 晶体管时代 1958 1964速度提高内存 外存体积减小 耗电降低开始发展计算机语言 1 1 1计算机的发展 晶体管 电子管 集成电
2、路 标准集成电路时代 1965 1970体积更小速度更高计算机语言标准化开始商业产品 1 1 1计算机的发展 大规模集成电路 晶体管 电子管 集成电路 大规模集成电路 1971 体积桌面化 掌上化 微型化半导体存储器千万亿次应用普及化网络化 多媒体化 1 1 2计算机的特点 运算速度快计算精度高具有超强的记忆能力具有逻辑判断功能 1 1 2计算机的类型 专用计算机 通用计算机 按功能划分 为某种特定目的而设计的计算机 优点 针对性强 效率高 经济等缺点 功能单一 使用范围窄 如用于数控机床 轧钢控制 银行存款等具体应用的计算机 用于解决各类问题而设计的计算机功能齐全 适用范围广 但牺牲了效率和
3、经济性 又可分为巨型机 大 中型机 小型机 微型机 按综合性能指标分类 高性能计算机 巨型机或大型机 速度最快 处理能力最强最快 IBMRoadrunner 每秒1 105千万亿次浮点运算 峰值1 4567千万亿次 工作站 高档微机系统高分辨率 大容量内外存 图形功能较强 微型计算机 PC 小 轻 便宜台式机 笔记本电脑 平板电脑 TabletPC 和超便携个人电脑 UltraMobilePC 服务器 网络环境中对外提供服务的计算机系统 1 1 2计算机的类型 1 1 3计算机的应用 科学计算信息处理实时控制计算机辅助系统人工智能计算机网络 1 1 4计算机的发展趋势 巨型化微型化网络化智能化
4、 1 2计算机系统组成 实现及工作过程 计算机系统组成计算机系统的实现微机工作过程 1 2 1计算机系统组成 冯 诺依曼结构特点 1提出程序存储概念2使用二进制 简化电路3五大功能部件 电子计算机之父美籍匈牙利数学家冯 诺依曼 主要贡献 研制人类第二台计算机EDVAC提出 存储程序 概念 奠定了现代计算机体系结构和工作原理 以存储器为中心的计算机组成结构 CPU CentralProcessingUnit 1 2 1计算机系统组成 运算器 进行算术运算和逻辑运算的部件 ArithmeticandLogicUnit 算术运算 逻辑运算 AND OR NOT 1 2 1计算机系统组成 运算器 1
5、2 1计算机系统组成 控制器 控制器 指挥中心 指挥各部件协调的工作 1 2 1计算机系统组成 存储器 存储器 存储程序和数据内存 存储正在运行的程序和数据以及中间结果 最终结果 19 每个存储单元由8位二进制位组成 1KB 210B 1024B1MB 210KB 1024KB1GB 210MB 1024MB1TB 210GB 1024GB 1 2 1计算机系统组成 内存储器 1 2 1计算机系统组成 I O设备 输入设备输出设备 1 2 2计算机系统实现 硬件 cpu内存硬盘光驱 软驱键盘 鼠标显示器 显卡主板电源机箱 1 2 2硬件 CPU CPU 计算机的 大脑 最核心部件 负责控制计算
6、机的所有动作 1速度 主频 主频 外频 倍频 2字长 cpu每次可处理的二进制数的位数 3总线宽度 包括数据总线和地址总线 数据总线和字长的概念相同 地址总线的宽度决定了cpu的寻址范围 23 主流CPU产品 Intel产品系列 AMD产品系列 龙芯 龙芯1号 龙芯2号 龙芯2号E CPU的制作 沙子变金子 晶圆毛坯 45nm 2亿个晶体管 1 2 2硬件 内存储器 RandomAccessMemory1可读可写2易失性 ReadOnlyMemory1只读2非易失性 内存 cpu可直接访问的存储器 用来存储正在运行的程序或数据 或存储计算最终结果或中间结果 采用大规模集成电路技术制成的半导体实
7、现数据存储 快 小 轻 1 2 2硬件 硬盘 软盘容量 盘面数 磁道数 扇区数 每扇区字节数 硬盘 外存储器 容量大 成本低 机械转动读取 速度慢 磁介质存储 1 2 2硬件 硬盘 性能指标 容量转速 硬盘容量 柱面数 磁道扇区数 每扇区字节数 磁头数 1 2 2硬件 软驱 光驱 软驱光驱 1 2 2硬件 I O设备 输入设备输出设备 1 2 2硬件 主板 计算机主板 液晶电视机主板 注 集成了声卡 网卡 IEEE1394卡没有集成显卡 1 2 2硬件 主板 芯片组 CPU是大脑芯片组是心脏由南桥 北桥组成 主板总线图 1 2 2硬件 主板 芯片组 是主板的核心 决定了主板的功能和档次 由北桥
8、和南桥芯片组成 北桥芯片 MemoryControlHub MCH 负责与CPU的联系 决定主板支持的CPU的类型 内存的类型等 位置 CPU和内存插槽最近北桥芯片决定了主板的性能 人们常用北桥芯片的代号来称呼主板 如使用Intel915北桥芯片的主板称为915主板 南桥芯片 I OControlHub ICH 负责与I O总线的通信 如PCI总线 USB IDE SATA等 以及负责管理音频控制器 键盘控制器 实时时钟控制器 高级电源管理等位置 离CPU插槽较远的下方 1 2 2硬件 主板 1 2 2硬件 组装 计算机系统的组成 输入设备 键盘 鼠标 扫描仪等输出设备 显示器 打印机 音响等
9、外存 软盘 硬盘 光盘 U盘等 计算机系统 软件 外部设备 系统软件 硬件 运算器控制器 主机 内存 CPU 操作系统 DOS Windows Unix Linux语言处理程序 C Pascal VB等数据库管理系统 SQLServer Oracle服务程序 诊断程序 排错程序等 1 2 2计算机系统实现 软件 软件概念及分类软件相关概念计算机语言 1 2 2软件 概念及分类 软件 程序 文档 数据 系统软件 用来管理 维护计算机并协调计算机各部件有效工作的软件 应用软件 实现具体应用的软件 软件 操作系统 硬件 应用软件 例如 8086微处理器指令系统 92条Pentium3的指令系统 70
10、条 1 2 2软件 相关概念 指令系统 计算机能够识别的所有指令的集合 不同类型的计算机所识别的指令和指令系统是不一样的 面向机器 通用性差 15 A 指令 计算机能够识别并执行的 操作命令 指令 操作码 操作数 例 1011000000001111 程序 为解决某一问题而设计的一系列指令或语句 机器语言 计算机能唯一识别并可直接执行的语言 由二进制数 0或1 排列组合而成 1 2 2软件 计算机语言 计算机语言 高级语言的执行 汇编语言源程序 目标程序 OBJ 可执行程序 EXE 高级语言源程序 编译程序 连接程序 汇编程序 汇编 连接 编译 1 3 3计算机工作过程 内存储器 外存储器 操
11、作系统 Word软件 计算机的工作过程就是执行程序的过程 1 3 5指令的执行过程 从内存某地址取出要执行的指令 把取出的指令送指令译码器 译出对应操作 向相关部件发送控制命令 完成操作 地址总线 数据总线 000020 000020 000021 CLA CLA 000000 地址总线 数据总线 000021 000022 000021 000000 ADD30 ADD30 地址总线 数据总线 000021 000022 ADD30 ADD30 000000 000030 000006 000006 000006 000006 本节总结 计算机的发展 本节总结 冯 诺依曼系统结构 特点 15
12、大功能部件2提出程序存储概念3使用二进制 简化电路 控制器 指挥中心 指挥各部件协调的工作 运算器 负责运算 算术运算和逻辑运算 本节总结 存储器 本节总结 硬件 cpu内存硬盘光驱 软驱键盘 鼠标显示器 显卡主板电源机箱 主频 字长 总线宽度 cpu可直接访问的存储器 存储正在运行的程序和数据 中间结果 结果 存储介质为半导体 快 小 轻 RAM ROM 静态RAM 动态RAM 外部存储器 磁介质存储 机械转动读写数据 容量大价格低硬盘容量 柱面数 磁道扇区数 每扇区字节数 磁头数 本节总结 计算机软件系统 软件 程序 文档 数据 操作系统 硬件 应用软件 软件 系统软件 应用软件 指令系统 不同类型的计算机所识别的指令和指令系统是不一样的 面向机器 通用性差 指令 指令 操作码 操作数 机器语言 计算机能唯一识别并可直接执行的语言 由二进制数 0或1 排列组合而成 高级语言执行过程 计算机语言发展阶段 程序 指令的执行过程
