播放-常州機電職業(yè)技術學院信息中心

1、計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社第第1章章 計算機系統(tǒng)概述計算機系統(tǒng)概述計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社【學習目標學習目標】1. 認識計算機和微型計算機。2. 知識點： 計算機、微型計算機劃分依據(jù)及各代計算機特點 ENIAC、馮諾依曼計算機 目前計算機的主要應用領域 計算機的體系結(jié)構(gòu)和工作過程 計算機語言：機器語言、匯編語言、高級語言、編譯程序、解釋程序 主要性能指標：字長、運算速度、存儲容量計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育

2、出版社高等教育出版社【重點、難點重點、難點】1計算機的基本結(jié)構(gòu)及各部分的基本功能；2微型計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；3存儲容量與地址線位數(shù)的關系；4機器語言、匯編語言及高級語言及其關系。計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社【內(nèi)容框架】計算機系統(tǒng)概述計算機系統(tǒng)概述計算機發(fā)展及應用計算機發(fā)展及應用計算機的結(jié)構(gòu)及工作過程計算機的結(jié)構(gòu)及工作過程計算機主要性能指標計算機主要性能指標計算機的發(fā)展歷程計算機的發(fā)展歷程微型計算機的發(fā)展微型計算機的發(fā)展計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)計算機的層次結(jié)構(gòu)計算機的層次結(jié)構(gòu)計算機的應用計算機的應用計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎

3、李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社1.1.1 計算機的發(fā)展歷程計算機的發(fā)展歷程1.1.第一臺電子計算機第一臺電子計算機19461946年年,ENIAC,18000,ENIAC,18000多個電子多個電子管管,1500,1500多個繼電器多個繼電器, ,占地占地150150平方米平方米, ,重重3030噸噸, ,功耗功耗140140千千瓦瓦, ,速度速度:5000:5000次次/ /分加法運算分加法運算; ; 計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社2. 馮馮諾依曼計算機諾依曼計算機 計算機由運算器、控制器、存儲器

4、、輸入設備、輸出設備五大部分構(gòu)成； 采用存儲程序的方式，將程序和數(shù)據(jù)存放在同一存儲器中參加運算； 采用二進制碼表示數(shù)據(jù)和指令； 指令由操作碼和地址碼組成； 以運算器為中心，輸入輸出設備與存儲器間的數(shù)據(jù)傳送都通過運算器。 計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社3. 計算機的發(fā)展年代計算機的發(fā)展年代（以器件劃分）（以器件劃分）第一代：19461958，電子管結(jié)構(gòu)，磁鼓、磁芯存儲，外存為磁帶，機器指令或匯編語言，主要用于科學計算。第二代：19581964，晶體管結(jié)構(gòu)，磁芯存儲，外存為磁盤，高級語言編程，科學計算、數(shù)據(jù)處理、過程控制。第三代：1

5、9641971，中小規(guī)模集成電路，功耗、體積下降，磁芯存儲，操作系統(tǒng)。第四代：1972至今，大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路，半導體存儲器存儲，軟、硬件結(jié)合。計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社1.1.2 微型計算機的發(fā)展微型計算機的發(fā)展以微處理器的發(fā)展劃分為五代：第一代：1971年1972年。4位微處理器和低檔8位微處理器。 Intel 4004和Intel 8008。特點：PMOS工藝，速度低，指令系統(tǒng)簡單，運算功能差。Intel 4004芯片芯片PMOS ： 一種半導體集成工藝，由一種半導體集成工藝，由P溝道溝道MOS管管構(gòu)成，工藝簡單

6、，速度低。構(gòu)成，工藝簡單，速度低。計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社第二代：1973年1977年。代表的微處理器是Intel 8080、8085，Zilog的Z80，Motorola的M6800，都是高性能的8位微處理器。第二代微處理器采用NMOS工藝，性能明顯改進。NMOS工藝：由N溝道MOS管構(gòu)成的半導體集成電路，速度比PMOS高。計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社第三代：1978年1984年。代表產(chǎn)品有Intel 8086、80286，Zilog 的Z8000，Mo

7、torola 的M68000。第三代微處理器的特點是：16位微處理器，采用HMOS高密度集成半導體工藝技術，豐富的指令系統(tǒng)，多級中斷系統(tǒng)，多尋址方式。HMOS：高密度短溝道MOS工藝，速度快、功耗低。計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社第四代：1985年2003年。1985年10月，32位微處理器Intel 80386。1989年，高檔的32位處理器Intel 80486。流水線控制，面向高級語言的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流水線控制，面向高級語言的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社

8、1989年2003年間：32位處理器在體系結(jié)構(gòu)和執(zhí)行速度上做出了很大的改進。 1993年Pentium（80586）處理器，初始主頻6066MHz； 1995年Pentium Pro（高能奔騰），主頻可達200MHz； 1997年Intel Pentium MMX（多能奔騰），增強了游戲和多媒體功能； 1997年Pentium ，增加了更多的指令和更多Cache。 1999年Pentim ，3D、流式音頻、視頻和語音識別功能提升。 2000年推出的Pentium ，初始主頻為1.5GHz 計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社計算機硬件

9、技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社第五代：2003年至今。2003年9月AMD推出了第一片64位微處理器Athlon 64；2005年3月，Intel 推出了EM64T指令集、兼容32位/64位運算的Xeon（至強）處理器。 Windows XP Professional x64版操作系統(tǒng)版操作系統(tǒng)計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社1.1.3 計算機的應用計算機的應用一、科學計算一、科學計算人造衛(wèi)星軌道、火箭的推力及發(fā)射角、彈道軌跡等的計算。二、數(shù)據(jù)處理二、數(shù)據(jù)處理辦公自動化，銀行

10、管理系統(tǒng)，民航、鐵路售票系統(tǒng)，圖書管理系統(tǒng)等。三、過程控制三、過程控制對生產(chǎn)過程中的某些參數(shù)進行實時的自動控制稱過程控制。如熱電廠鍋爐溫度的控制，化工廠配料控制等。四、計算機輔助設計四、計算機輔助設計/計算機輔助制造（計算機輔助制造（CAD/CAM）應用計算機進行飛機、船舶、超大規(guī)模集成電路等的設計、制造。計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社五、人工智能五、人工智能人工智能就是讓計算機對人進行智能模擬。將人腦進行演繹推理的過程、規(guī)則和所采用的策略、技巧等編成程序，讓計算機按推理規(guī)則自動地做出判斷和決策，如與人對奕，智能機器人等。六、信

11、息通信六、信息通信如網(wǎng)絡信息查詢、情報檢索、電子商務、電子郵件等。計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社1.2.1 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分 一、計算機的硬件系統(tǒng)一、計算機的硬件系統(tǒng)計算機硬件計算機硬件：構(gòu)成計算機的所有物理部件的總稱。由控制器控制器、運算器運算器、存儲器存儲器、輸入設備輸入設備和輸出設備輸出設備五部分構(gòu)成。 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線：部件之間相互連接、傳輸信息的公共線路。數(shù)據(jù)總線（DB）地址總線（AB）控制總線（CB）計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高

12、等教育出版社二、計算機的軟件系統(tǒng)二、計算機的軟件系統(tǒng)計算機軟件計算機軟件：各類程序和文檔資料的總稱，包括系統(tǒng)軟件和應用軟件兩類。 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件：管理、調(diào)度、監(jiān)控、維護計算機的軟件。包括操作系統(tǒng)、語言處理程序、監(jiān)控程序、調(diào)試程序、診斷程序等。操作系統(tǒng)：系統(tǒng)軟件的核心，功能是管理計算機系統(tǒng)的硬件和軟件資源，組織協(xié)調(diào)計算機的自動運行，提供人機接口，為用戶使用計算機提供方便。 應用軟件應用軟件：為解決某些具體問題而編制的程序。包括通用軟件和實用軟件兩在類，通用軟件如文字處理軟件Word、WPS，圖形處理軟件Photoshop，各種程序設計環(huán)境等；實用軟件有殺毒軟件、解壓縮軟件等。另一類是用戶為解決

13、各種實際問題而開發(fā)的程序，即用戶程序。計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社1.2.2 計算機的層次結(jié)構(gòu)計算機的層次結(jié)構(gòu)一、計算機語言機器語言：計算機能夠識別并能直接執(zhí)行的指令語言稱機器語言。機器語言是用二進制代碼編寫的，是面向機器的的語言。匯編語言：用助記符表示機器指令編寫的程序稱為匯編語言。也是面向機器的語言。機器不能識別匯編語言。由匯編語言編寫的程序，稱匯編源程序，需通過匯編程序轉(zhuǎn)換為機器語言的目標程序，并經(jīng)相應的鏈接后，機器才能執(zhí)行。

14、高級語言：是面向問題的語言，用接近于人類自然語言的詞和數(shù)學公式描述和編寫程序。由高級語言編寫的源程序需經(jīng)編譯程序和解釋程序轉(zhuǎn)換成機器語言后計算機才能執(zhí)行。計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社編譯程序：將源程序全部轉(zhuǎn)化成機器語言程序后，再執(zhí)行機器語言程序。解釋程序：將源程序的一條語句翻譯成機器語言后，立即執(zhí)行它。機器語言目標程序機器語言目標程序匯編語言源程序匯編語言源程序高級語言源程序高級語言源程序匯編程序匯編程序編譯程序編譯程序解釋程序解釋程序計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出

15、版社二、計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)可以用一種層次結(jié)構(gòu)來描述。從硬、軟件組織的角度，可將計算機分成從下到上的六層，從語言功能角度可將計算機分成四層，用戶應用軟件其它系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)指令系統(tǒng)裸機高級語言虛擬機匯編語言虛擬機操作系統(tǒng)虛擬機實際機器計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社三、計算機的工作過程計算機的工作過程就是執(zhí)行指令的過程，可分為：取指令、分析指令和執(zhí)行指令三個階段。 取指令取指令分析指令分析指令執(zhí)行指令執(zhí)行指令指令和數(shù)據(jù)存放在主存儲器中。CPU給出第一條指令的地址，通過地址總線送到存儲器的地址譯碼器中。經(jīng)譯碼后，找到指令存

16、儲單元，發(fā)出讀命令，將指令讀出并經(jīng)數(shù)據(jù)線送CPU。CPU對指令進行譯碼后，按指令功能發(fā)出一系列的操作控制信號，控制指令的操作。如果執(zhí)行的是運算指令，則需按指令中指出的尋址方式，到存儲器中讀取操作數(shù)送到運算器中運算，并將運算結(jié)果送到指定的目標空間。然后，CPU再給出下一條指令的地址，繼續(xù)上述過程，直到程序結(jié)束。計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社取取 指指 令令CPU譯碼器譯碼器存儲器存儲器AB指令地址指令地址指令指令DB指令指令數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)RD分分 析析 指指 令令CPU對指令譯碼，按指令功能發(fā)出操作信號，控制指令的操作。執(zhí)執(zhí) 行行 指指

17、 令（運算）令（運算）CPU譯碼器譯碼器存儲器存儲器AB操作地址操作地址指令指令DB源操作數(shù)源操作數(shù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)RD目的操作數(shù)目的操作數(shù)下一條指令下一條指令ID來自來自IR計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社 基本字長基本字長：參與計算的數(shù)據(jù)的二進制位數(shù)。標志著運算精度。 存儲容量存儲容量：有主存容量和輔存容量兩項指標，是指存儲器中存儲單元的個數(shù)。兩種表示方法：以字節(jié)（Byte）為單位，一個字節(jié)是8位二進制數(shù)。如表示為64KB，256MB等。用“單元數(shù)（字數(shù)）位數(shù)”表示。如64K16位。 主存儲器的容量受地址線位數(shù)的限制。 n位地址線可尋

18、址的內(nèi)存單元為2 n個。存儲容量的單位有B，KB，MB和GB。其關系為： 1KB= 2 10 （1024）B 1MB= 2 10（1024）KB= 2 20 B1GB=2 10（1024）MB=2 20KB=2 30B計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社 運算速度運算速度：用每秒執(zhí)行的指令的條數(shù)來表示。表示為MIPS，即：每秒百萬條指令?，F(xiàn)在多用CPU的時鐘頻率來表示。 性能性能/價格比價格比：簡稱性價比。綜合指標，性價比越大，表明計算機的性能越好，價格越低。 外設配置外設配置：計算機從結(jié)構(gòu)上允許配置的基本外設和擴充外設的種類和數(shù)量。本章小結(jié)本章小結(jié)計算機硬件技術基礎計算機硬件技術基礎李桂秋李桂秋 宋維堂宋維堂 編編高等教育出版社高等教育出版社 1946年，第一臺電子計算機ENIAC 誕生。 按器件劃分，電子計算機經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路四個發(fā)展階段。 微型計算機是采用微處理器芯片的計算機。按照CPU的發(fā)展，微型計算機經(jīng)歷了4位、8位、16位、32位和64位五個發(fā)展階段。 計算機的應用主要有科學計算、數(shù)據(jù)處理、