计算机概述教学课件

计算机概述计算机是处理数据并将数据转换成有用信息的电子设备。任何计算机都由程序指令控制，程序指令规定计算机的目的，并管理计算机要做的工作内容。计算机被称为“智力工具”，因为计算机能增强人们执行智能任务的能力。计算机擅长于执行如快速计算、大型表格分类和在大型信息库中检索信息等工作。人类无法完成的工作计算机都可以很快、很精确地完成。使用计算机可以使我们更具创造力。本章学习要点：计算机简述 计算机系统的组成 计算机配置的一般原则 计算机常用术语2计算机组装与维护标准教程u计算机简述在人类历史上，计算工具的发明和创造走过了漫长的道路。在原始社会，人们曾使用绳结、垒石或者枝条作为计数和计算的工具。在 20世纪50年代之前，人工计算一直是主要的计算方法，算盘、对数计算尺、手摇或电动机械计算器一直是人们使用的主要计算工具。到了 20世纪40年代，方面由于近代科学技术的发展，对计算量、计算精度、计算速度的要求不断提高，原有的计算工具已经满足不了应用的需要；另一方面，计算理论、电子学以及自动控制技术的发展,也为现代电子计算机的出现提供帮助。1946年，由美国宾夕法尼亚大学研制的ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator,电子积分计算机）标志着第一代电子计算机的诞生。ENIAC由 1.8万个电子管组成，占 地 180m2,重达3 0 t,运算速度为5000次/秒，如 图 1-1所示。第一代电子计算机不同于以往任何计算工具，其主要特点如下所述。处理对象不再局限于数值信息，而是可以处理包括数字、图1-1 第一代电子计算机文字、符号、图形、图像乃至声音等一切可以用数字表示的信息。处理内容不仅可以做加、减、乘、除算术运算，也可以做是、非逻辑判断；不仅能做数值计算，也能对各种信息做非数值处理。例如，进行信息检索、图形处理。处理方式只要把处理的对象和处理问题的方法步骤以计算机可以识别和执行的“语言”事先存储到计算机中，计算机就可以完全自动地对这些数据进行处理。处理速度一般计算机的处理速度都可以达到每秒百万次的运算，巨型机可以达到每秒近千亿的次运算。存储数据一般微型计算机都可以存储几十万、几百万、几千万到上亿个数据。计算机存储的数据量越大，可以记住的信息量也就越大。网络互联多台计算机借助于通信网络互联起来，可以超越地理界限，互发电子邮件，进行网上通信，共享远程信息和资源。1.1.1计算机的发展ENIAC最初专门用于火炮弹道计算，后经多次改进才成为能进行各种科学计算的通第1章 计 算 机 概 述3用计算机，这就是人们常常提到的世界上第一台电子计算机。但是，这种计算机的程序仍然是外加式的，存储容量也太小，尚未完全具备现代计算机的主要特征。但由数学家冯诺依曼领导的设计小组提出的存储程序原理，在计算机发展上再一次取得重大突破。真正实现内存储程序式原理的第一台计算机EDSAC于1949年5月在英国制成。瞰%，存储程序原理，即程序由指令组成，并和数据一起存放到存储器中，机器一经开动，就能按照程序指令的逻辑顺序，把指令从存储器中读出来，计算机逐条执行指令，自动完成由程序所描述的处理工作.这是计算机发展史上的一个里程碑，也是计算机与其他计算工具的根本区别。计算机的发展像任何新生事物样，也经历了一个不断完善的过程。根据计算机所采用的物理器件的不同，般将电子计算机的发展划分为以下几个时代。第一代计算机采用电子管作为逻辑元件，用阴极射线管或汞延迟线作为主存储器，外存主要使用纸带、卡片等。程序设计主要使用机器指令或符号指令，其应用领域主要是科学计算。第二代计算机用晶体管代替了电子管，主存储器均采用磁芯存储器，磁鼓和磁盘开始用作主要的外存储器。程序设计使用了更接近于人类自然语言的高级程序设计语言，计算机的应用领域也从科学计算扩展到了事务处理、工程设计等多个方面。第三代计算机采用中小规模的集成电路块代替了晶体管等分立元件，半导体存储器逐步取代了磁芯存储器的主存储器地位，磁盘成了不可缺少的辅助存储器，计算机进入了产品标准化、模块化、系列化的发展时期。计算机的管理、使用方式由手工操作完全改变为自动管理，使计算机的使用效率显著提高。第四代计算机采用大规模和超大规模集成电路。计算机使用的集成电路迅速从中小规模发展到大规模、超大规模的水平。大规模、超大规模集成电路应用的一个直接结果是微处理器和微型计算机的诞生。总之，电子计算机从诞生到现在的50多年里，经过了电子管、晶体管、集成电路（IC）和超大规模集成电路4个阶段的发展，计算机的体积越来越小，功能越来越强，价格越来越低，应用越来越广泛，目前正朝智能化（第五代）计算机方向发展。计算机的发展可参照表1-1所示。未来的计算机将以超大规模集成电路为基础，向巨型化、微型化、网络化与智能化的方向发展。巨型化巨型化指计算机的运算速度更高、存储容量更大、功能更强。目前正在研制的巨型计算机其运算速度可达每秒百亿次。微型化微型计算机已应用于仪器、仪表、家用电器等小型仪器设备中，同时也作为工业控制过程的心脏，使仪器设备实现“智能化”。随着微电子技术的进一步发展，笔记本型、掌上型等微型计算机必将以更优的性能价格比受到人们的欢迎。4.计算机组装与维护标准教程表1-1 一 计算机发展阶段示意表器 件（年代）第一代(19461957)第二代(19581964)第三代(19651969)第四代（1970至今）电子器件电子管晶体管中、小规模集成电路大规模和超大规模集成电路主存储器磁芯、磁鼓磁芯、磁鼓磁芯、磁鼓、半导体存储器半导体存储器外部辅助存储器磁带、磁鼓磁带、磁鼓磁带、磁鼓、磁盘磁带、磁盘、光盘处理方式机器语言监控程序多道程序实时、分时处理汇编语言连续处理作业高级语言编译实时处理网络操作系统运算速度（次/秒）5千3万几十万百万百万几百万几百万千亿网络化随着计算机应用的深入，特别是家用计算机的普及，一方面希望众多用户能共享信息资源，另一方面也希望各计算机之间能互相传递信息进行通信。计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物。计算机网络己在现代企业的管理中发挥着越来越重要的作用，如银行系统、商业系统、交通运输系统等。智能化计算机人工智能的研究是建立在现代科学基础之上的。智 能 化 是 计 算 机 发 展 的 个重要方向，新一代计算机将可以模拟人的感觉行为和思维过程的机理，进行“看”、“听”、“说”、“想”、“做”等行为，具有逻辑推理、学习与证明的能力。t-1.1.2计算机的分类-）目前计算机正向着微型化、网络化和多媒体化的方向发展。尤其是微型计算机，它已经渗透于我们的工作及生活环境中，为我们的工作及业余生活提供了许多便利。计算机主要包括以下几种类型，如 图1-2所示。1.按计算机处理数据的方式分类数字计算机数字计算机通过电信号的有无来表示数据，并利用算术和逻辑运算法则进行计算。它具有运算速度快、精度高、灵活性大和便于存储等优点，因此适合于科学计算、信息处理、实时控制和人工 智 能 等 应 用（般所用的计算机指的是数字计算机）。模拟计算机模拟计算机处理和显示的是连续的图1-2 计算机的分类第1章计算机概述5物理量，所有数据用连续变化的模拟信号来表示，其基本运算部件是由运算放大器构成的各类运算电路。模拟信号在时间上是连续的，通常称为模拟量，如电压、电流、温度都是模拟量。般来说，模拟计算机不如数字计算机精确，通用性不强，但解题速度快,主要用于过程控制和模拟仿真。数模混合计算机数模混合计算机兼有数字和模拟两种计算机的优点，既能接收、输出和处理模拟量,又能接收、输出和处理数字量。2.按计算机的使用用途分类专用计算机专用计算机是为解决一些专门的问题而设计制造的，具有功能单一、使用面窄甚至专机专用的特点。因此，它可以增强专用方面特定的功能，而忽略些次要功能，使得专用计算机能够高速度、高效率地解决特定的问题。一般情况下，模拟计算机通常都是专用计算机。如 图 1-3所示为曙光64位气象专用计算机。通用计算机通用计算机是指使用比较普遍的计算机，具有功能多、配置全、用途广、通用性强等特点。一般我们所使用的个人计算机都是通用计算机，如 图 1-4所示。专用计算机图1-3.气象图上4 一 个 人 计算机3.按计算机的规模和处理能力分类在通用计算机中，又可按照计算机的运算速度、字长、存储容量、软件配置等多方面的综合性能指标将计算机分为巨型机、大型机、小型机、工作站、微型机等几类。巨型机巨型计算机是指运算速度快、存储容量大，每秒可达1 亿次以上浮点运算速度，主存容量高达几百M B甚至几百万M B,字长可达32位64位的机器。巨型机是现代科学技术，尤其是国防尖端技术发展的需要。很多国家竟相投入巨资开发速度更快、性能更强的超级计算机。这类机器的价格相当昂贵，主要用于复杂的、尖端的科学研究领域，特别是军事科学计算。由国防科技大学研制的“银河”和国家智能中心研制的“曙光”都属于这类机器。如 图 1-5所示为银河-H 十亿次巨型计算机。巨型机从技术上有两个发展方向。一方面是开发高性能器件，缩短时钟周期，提高单机性能。目前巨型机的时钟周期大约在2ns7ns。另一方面是采用多处理器结构，提高整机性能，如 CRAY-4就采用了 64个处理器。大型机“大型机”是对一类计算机的习惯称呼，本身并无十分准确的技术定义。其特点表现图卜5 银河-n巨型计算机6计算机组装与维护标准教程为通用性强、综合处理能力强、性能覆盖面广等，主要应用在公司、银行、政府部门、社会管理机构和制造厂家等，通常称大型机为“企业级”计算机。图1-6和 图1-7分别为国家图书馆大型计算机和中国银行大型计算机的数据处理系统。大型计算机是指通用性能好、外部设备负载能力强、处理速度快的一类机器。其运算速度达100万次至几千万次/秒，字长为32位64位，主存容量达几十M B至几百MB。小型机小型机可靠性高，对运行环境要求低，易于操作且便于维护；并且小型机规模小、结构简单，便于及时采用先进工艺。因此小型机对广大用户具有吸引力，加速了计算机的推广和普及。般小型机应用在工业自动控制、大型分析仪器、测量仪器、医疗设备中的数据采集、分析计算等,也用作大型、巨型计算机系统的辅助机，并广泛运用于企业管理以及大学和研究所的科学计算等。微 型 机（个人计算机）微型计算机（简称微机）是以运算器和控制器为核心，加上由大规模集成电路制作的存储器、输入/输出接口和系统总线构成的体积小、结构紧凑、价格低，但乂具有定功能的计算机，如 图1-8所示。如果把这种计算机制作在一块印刷线路板上，就称为单板机。如果在一块芯片中包含运算器、控制器、存储器和输入/输出接口，就称为单片机。以计算机为核心，再配以相应的外部设备（如键盘、显示器、鼠标器、打印机等）、电源、辅助电路和控制计算机工作的软件，就构成了一个完整的微型计算机系统，如 图1-9所示。工作站工作站是一种高档的微机系统。它具有较高的运算速度，既具有大、中、小型机的多任务、多用户能力，又兼具微型机的操作便利和良好的人机界面。它的独到之处是有大容量主存、大屏幕显示器，特别适合于计算机辅助工程。其最突出的特点是图形性能优越，具有很强的图形交互处理能力，因此在工程领域，特别是在计算机辅助设计（CAD）领域得到了广泛运用。服务器L图1一6.国家图书馆大型计算机图卜7 中国银行大型计算机图18 微型计算机服务器是在网络环境下为多用户提供服务的共享设备，一般分为文件服务器、打印第1章 计 算 机 概 述7服务器、计算服务器和通信服务器等。该设备连接在网络上，网络用户在通信软件的支持下远程登录服务器，共享各种服务。图1-10为华硕的一款塔式机箱服务器，采用单P 4的架构。bT 1.1.3计算机的应用领域、，计算机的应用已深入到工业、农业、财政金融、交通运输、文化教育、国防安全等各行各、业，并为家庭娱乐增添了许多色彩。概括起来，如 图1-H所示，计算机的应用技术领域可分为以下几个方面。1.科学计算科学计算是计算机最早的应用领域。同人工计算相比，计算机不仅运算速度快，而且精度高。例如，在预