計算機組成與維護第一章

1、萬煦婷信息技術(shù)系Information Technology Department.Hunan womens University計算機基礎(chǔ)THR FOUNDATION OF COMPUTER計算機組成與維護01020304計算機的誕生史The History of The Birth計算機的理論模型(圖靈機)The Present of Theoretical Model（Turing machine）計算機的物理實現(xiàn)(馮諾依曼機)Phytical Design and Implementation （EDVAC）計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)The Framework of Computer System

2、CONTENT0201計算機的誕生史The History of The Birth of ComputerPART ONE1.計算機的誕生史04計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識為什么會有計算機？1.計算機的誕生史05計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識人類和猿最重要的區(qū)別就是發(fā)明、制造和使用工具人類和猿最重要的區(qū)別就是發(fā)明、制造和使用工具1.計算機的誕生史計算數(shù)據(jù)量越來越多計算速度要求越來越快計算精度要求越來越準(zhǔn)如果不使用計算工具，人類幾乎無法完成！06計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識為什么會有計算機？1.計算機的誕生史-手動式計算工具07計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識手指結(jié)繩

3、記事算籌算盤中國：納皮爾算籌計算尺歐洲：1.計算機的誕生史機械式計算工具08計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識手動機械式：需要手動上發(fā)條，通過齒輪運轉(zhuǎn)，機械地實現(xiàn)計算手動機械式計算工具解放我們的大腦。1.計算機的誕生史機械式計算工具09計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識自動機械式：蒸汽機驅(qū)動，通過齒輪運轉(zhuǎn)，機械地實現(xiàn)計算查爾斯查爾斯. .巴貝奇巴貝奇 (英）英） 1812年差分機年差分機 1834年分析機年分析機 手動機械式計算工具解放我們的大腦和雙手。1.計算機的誕生史機械式計算工具10計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識奧古斯塔奧古斯塔艾達艾達拜倫拜倫Augusta Ada Byron

4、 (1815Augusta Ada Byron (1815-1 -1852)852)a. 英國著名詩人拜倫的獨生女b. 世界上第一位程序員c. 為巴貝奇分析機編制了人類歷史上第一批計算機程序。1.計算機的誕生史11計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識手動式計算工具手動式計算工具20世紀(jì)世紀(jì)60年代年代計算工具的發(fā)展簡史（時間表）機械式計算工具機械式計算工具1642年年1886年年機電式計算機機電式計算機20世紀(jì)世紀(jì)30年代年代電子計算機電子計算機元代元代1300年年算盤算盤遠古遠古1832年年分析機分析機1.計算機的誕生史電子計算機12計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識時代時代年份年份器件器

5、件軟件軟件應(yīng)用應(yīng)用一一 46-58電子管電子管機器語言匯編語言機器語言匯編語言 科學(xué)計算科學(xué)計算二二58-64晶體管晶體管高級語言高級語言數(shù)據(jù)處理工業(yè)控制數(shù)據(jù)處理工業(yè)控制 三三64-70集成電路集成電路操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)文字處理圖形處理文字處理圖形處理四四71年迄今年迄今大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)等社會的各個領(lǐng)域社會的各個領(lǐng)域電子管電子管晶體管晶體管集成電路集成電路大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路1.計算機的誕生史摩爾定律13計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識 摩爾定律（Moores Law,1965）Intel公司創(chuàng)始人之一公司創(chuàng)始人之一戈登戈登摩爾摩爾（Gordon

6、 Moore）芯片每18個月，集成度將翻一翻， 速度將提高一倍， 而其價格將降低一半a) 微芯片上集成的晶體管數(shù)目每12個月翻一番b) 微芯片的容量通常每1824個月翻一番 1.計算機的誕生史下一代計算機14計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識02計算機的理論模型(圖靈機)The Present of Theoretical Model（Turing machine）PART TWO2.計算機的理論模型(圖靈機)n24歲，提出圖靈機理論n31歲，二戰(zhàn)破解德國通信密碼n33歲，構(gòu)思了仿真系統(tǒng)n35歲，提出自動程序設(shè)計n38歲，設(shè)計“圖靈測試”n創(chuàng)造新學(xué)科非線性力學(xué)n16計算機組成與維護- 1計算

7、機基礎(chǔ)知識阿蘭阿蘭. .圖靈圖靈計算機科學(xué)奠基人計算機科學(xué)奠基人英國數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家英國數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家1912-19541912-19542.計算機的理論模型(圖靈機)17計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識哪些問題可以用機器來進行計算求解？問題一如果可以用機器計算，如何計算？問題二圖靈機回答的兩個問題：2.計算機的理論模型(圖靈機)18計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識 圖靈基本思想圖靈基本思想： 用機器模擬人用紙筆進行數(shù)學(xué)運算的過程，把該用機器模擬人用紙筆進行數(shù)學(xué)運算的過程，把該過程看成下列兩種簡單動作：過程看成下列兩種簡單動作：1、在紙上寫或擦除某個符號；、在紙上寫或擦除某個符號；2

8、、把注意力從紙的一個位置移到另一位置。、把注意力從紙的一個位置移到另一位置。每階段人要決定下一步動作依賴于每階段人要決定下一步動作依賴于 (a) 此人當(dāng)前前所關(guān)注的紙上某個位置的符號此人當(dāng)前前所關(guān)注的紙上某個位置的符號 (b) 此人當(dāng)前的思維狀態(tài)此人當(dāng)前的思維狀態(tài)為了模擬人的這種運算過程，圖靈構(gòu)造出一臺假想的機器，該為了模擬人的這種運算過程，圖靈構(gòu)造出一臺假想的機器，該機器由以下幾個部分組成：機器由以下幾個部分組成：1.一條無限長的紙帶一條無限長的紙帶 TAPE。信息：信息：0、1、空白、空白2.一個讀寫頭一個讀寫頭 HEAD。動作：左移、右移、讀、寫動作：左移、右移、讀、寫3.一套控制規(guī)則一

9、套控制規(guī)則 TABLE。由當(dāng)前狀態(tài)及紙帶信息控制讀寫頭由當(dāng)前狀態(tài)及紙帶信息控制讀寫頭4.一個狀態(tài)寄存器。一個狀態(tài)寄存器。記錄當(dāng)前狀態(tài)記錄當(dāng)前狀態(tài)2.計算機的理論模型(圖靈機)19計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識2.計算機的理論模型(圖靈機)20計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識例：計算 X+1 的控制規(guī)則：q1 0 1 L q2 q1 1 0 L q3 q1 b b N q4 q2 0 0 L q2 q2 1 1 L q2 q2 b b N q4 q3 0 1 L q2 q3 1 0 L q3 q3 b b N q4q1 0 1 L q2當(dāng)前狀態(tài)從紙帶讀入的信息下一步進入狀態(tài)寫入信息讀寫

10、頭運動方向狀態(tài)： q1 （初始） 、 q2、 q3、 q4 （終止） 運動方向：L（左），N（停止）讀寫信息：0，1，b（空白）Flash演示03計算機的物理實現(xiàn)(馮諾依曼機)Phytical Design and Implementation （EDVAC）PART THREE3.計算機的物理實現(xiàn)(馮諾依曼機)22計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識馮馮. .諾依曼諾依曼電子計算機之父：電子計算機之父：美籍匈牙利數(shù)學(xué)家美籍匈牙利數(shù)學(xué)家1903-19571903-1957 原子彈研究成功后與同事研制人類第二臺計算機EDVAC 提出“存儲程序”概念 馮諾依曼計算機 奠定了現(xiàn)代計算機體系結(jié)構(gòu)和工作

11、原理3.計算機的物理實現(xiàn)(馮諾依曼機)23計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識EDVAC 1945 為美國陸軍彈道研究實驗室研制(Electronic Discrete variable Automatic Computer)特點：a. 采用二進制數(shù)制；b. 按照程序順序執(zhí)行；c. 由控制器、運算器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部分組成。04計算機體系結(jié)構(gòu)The Framework of Computer SystemPART FOUR4.計算機體系結(jié)構(gòu)25計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)= =硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)+ +軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟軟 件件硬硬 件件4.計算機體系結(jié)

12、構(gòu)26計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識輸入設(shè)備：輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀 輸出設(shè)備：輸出設(shè)備：顯示器、打印機顯示器、打印機 外外 存：軟、硬盤、光盤、閃存存：軟、硬盤、光盤、閃存 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等 計計算算機機系系統(tǒng)統(tǒng)軟件軟件外部設(shè)備外部設(shè)備系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件硬件硬件運算器運算器寄存器寄存器控制器控制器主機主機內(nèi)存內(nèi)存CPU隨機存儲器隨機存儲器(RAM)只讀存儲器只讀存儲器(ROM)高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器 (Cache)操作系統(tǒng)：操作系統(tǒng)：WindowsWindows、UnixUnix、LinuxLinux語言處理程序：語言處理程序：C C、PascalPascal、VBVB等等 實用程序：診斷程序、排錯程序等實用程序：診斷程序、排錯程序等 辦公軟件包、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)辦公軟件包、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 4.計算機體系結(jié)構(gòu) （主機箱）27計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識4.計算機體系結(jié)構(gòu) （工作過程）28計算機組成與維護- 1計算機基礎(chǔ)知識CPUCPU存儲器存儲器數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流控制流控制流運算器運算器外存儲器外存儲器輸出設(shè)備內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器輸輸入入設(shè)設(shè)備備控制器控制