計算機組成與結(jié)構(gòu)講義

1、1計算機組成與結(jié)構(gòu)1王曉榮2013.32前言：前言：計算機組成與結(jié)構(gòu)計算機組成與結(jié)構(gòu)是計算機及其相關(guān)專業(yè)的專業(yè)是計算機及其相關(guān)專業(yè)的專業(yè)必修課，在專業(yè)教學(xué)中起著承上啟下的作用。計算機組成必修課，在專業(yè)教學(xué)中起著承上啟下的作用。計算機組成是指計算機硬件的具體實現(xiàn)；計算機結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)程序員所是指計算機硬件的具體實現(xiàn)；計算機結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)程序員所能見到的計算機的硬件特性。能見到的計算機的硬件特性。 課程內(nèi)容包括十章：課程內(nèi)容包括十章：1. 計算機系統(tǒng)概述計算機系統(tǒng)概述 2. 計算機的邏輯部件計算機的邏輯部件3.數(shù)據(jù)表示方法和運算部件數(shù)據(jù)表示方法和運算部件 4. 主存儲器主存儲器 5. 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) 6

2、. 中央處理部件中央處理部件 7. 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng) 8. 輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng) 9. 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 10. 計算機的硬件設(shè)計和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的新發(fā)展計算機的硬件設(shè)計和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的新發(fā)展 3學(xué)習(xí)中要注重基本概念、基本思想和基本方法學(xué)習(xí)中要注重基本概念、基本思想和基本方法的學(xué)習(xí)，理解計算機系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計方法，的學(xué)習(xí)，理解計算機系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計方法，掌握分析和設(shè)計計算機系統(tǒng)的知識，提高學(xué)習(xí)和應(yīng)掌握分析和設(shè)計計算機系統(tǒng)的知識，提高學(xué)習(xí)和應(yīng)用計算機的能力。用計算機的能力。 課程包括課程包括理論教學(xué)和實驗理論教學(xué)和實驗兩大部分。兩大部分。 其中講課其中講課52學(xué)時，實驗學(xué)時，實驗1

3、2學(xué)時。學(xué)時。 要求要求: 聽課做筆記，聽課做筆記，實驗必須參加實驗必須參加，聽課和作業(yè)，聽課和作業(yè)不得少于不得少于1/3。 考試占總成績的考試占總成績的70%，平時聽課，平時聽課出勤、實驗出勤、實驗和作業(yè)占和作業(yè)占30%。4第第1 1章章 計算機系統(tǒng)概述計算機系統(tǒng)概述1.1 計算機的硬件和軟件1.2 計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和性能指標1.3 計算機的發(fā)展和應(yīng)用5第1章 計算機系統(tǒng)概述1.1 1.1 計算機的硬件和軟件計算機的硬件和軟件一、一、用計算機解決實際問題的過程用計算機解決實際問題的過程n人類相互交流信息所用的語言稱為自然語言。人類相互交流信息所用的語言稱為自然語言。n 人們希望找到一種和

4、自然語言接近，并能為計人們希望找到一種和自然語言接近，并能為計算機接受的語言，這種語言被稱為計算機的算機接受的語言，這種語言被稱為計算機的高級高級語言語言。n 最初在計算機中使用的不是高級語言。最初在計算機中使用的不是高級語言。6n常用于科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理的高級語言有：常用于科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理的高級語言有：C,BASIC，F(xiàn)ORTRAN，ALGOL，PASCAL，COBOL和和Ada等。等。n 常用于人工智能的語言有常用于人工智能的語言有LISP和和PROLOG等。等。用這些語言編寫的程序是由英文字母、數(shù)字、運用這些語言編寫的程序是由英文字母、數(shù)字、運算符號等按照一定的語法規(guī)則組成的。算符號等

5、按照一定的語法規(guī)則組成的。7目前的通用計算機不會直接執(zhí)行用高級語言編目前的通用計算機不會直接執(zhí)行用高級語言編寫的程序，而是先將其翻譯成機器能執(zhí)行的語言，寫的程序，而是先將其翻譯成機器能執(zhí)行的語言，稱為稱為機器語言機器語言(由二進制代碼表示的指令組成由二進制代碼表示的指令組成)，再在機器上運行，因此解題的過程可歸結(jié)為：再在機器上運行，因此解題的過程可歸結(jié)為：(1) 程序員用高級語言編寫程序；程序員用高級語言編寫程序；(2) 將程序與數(shù)據(jù)輸入計算機，并由計算機將程序?qū)⒊绦蚺c數(shù)據(jù)輸入計算機，并由計算機將程序翻譯成機器語言程序，保存在計算機的存儲器翻譯成機器語言程序，保存在計算機的存儲器中；中；(3)

6、 運行程序，輸出結(jié)果。運行程序，輸出結(jié)果。8在計算機中能執(zhí)行的程序是由在計算機中能執(zhí)行的程序是由組成的，組成的，因此計算機執(zhí)行程序的過程，實際上就是按照給因此計算機執(zhí)行程序的過程，實際上就是按照給定次序執(zhí)行一組指令的過程。定次序執(zhí)行一組指令的過程。一條指令通常分成兩部分：一條指令通常分成兩部分：(1) 操作碼：操作碼：規(guī)定該指令執(zhí)行什么樣的運算規(guī)定該指令執(zhí)行什么樣的運算( (或操或操作作) )，因此被命名為操作碼。，因此被命名為操作碼。(2) 地址碼：地址碼：規(guī)定對哪些數(shù)據(jù)進行運算，通常表規(guī)定對哪些數(shù)據(jù)進行運算，通常表示的是數(shù)據(jù)地址，因此被稱為地址碼。示的是數(shù)據(jù)地址，因此被稱為地址碼。ADD

7、A,BSUB A,BMOV A,BADD A,BSUB MOV A,B A,B INC A DEC A HALT9由于二進制碼不易辨認，因此往往用符號來表示一條指令 。用機器語言編寫程序，比用高級語言麻煩得多，用機器語言編寫程序，比用高級語言麻煩得多，因為一條機器指令的功能比一條高級語言的語句因為一條機器指令的功能比一條高級語言的語句功能弱很多。功能弱很多。10二、計算機的硬件結(jié)構(gòu) John Von Neumann（馮（馮.諾依曼）諾依曼） 美籍匈牙利美籍匈牙利數(shù)學(xué)家，數(shù)學(xué)家，1946年年關(guān)于電子計算儀器邏輯設(shè)計的關(guān)于電子計算儀器邏輯設(shè)計的初步探討初步探討報告提出報告提出“存儲程序控制存儲程序

8、控制”的概念。的概念。組成計算機的基本部件有中央處理器組成計算機的基本部件有中央處理器CPU(運運算器和控制器算器和控制器)、存儲器和輸入輸出設(shè)備。、存儲器和輸入輸出設(shè)備。11輸入器運算器存儲器控制器輸出器原始數(shù)據(jù)計算步驟計算結(jié)果CPU12輸入設(shè)備輸入設(shè)備用來輸入原始數(shù)據(jù)和處理這些數(shù)據(jù)的程序。用來輸入原始數(shù)據(jù)和處理這些數(shù)據(jù)的程序。輸入的信息有數(shù)字符、字母和控制符等。輸入的信息有數(shù)字符、字母和控制符等。輸出設(shè)備輸出設(shè)備用來輸出計算機的處理結(jié)果。最常用的輸用來輸出計算機的處理結(jié)果。最常用的輸入輸出設(shè)備是顯示終端和打印機，終端設(shè)備采用鍵盤作為入輸出設(shè)備是顯示終端和打印機，終端設(shè)備采用鍵盤作為輸入工具

9、，處理結(jié)果顯示在屏幕上。輸入工具，處理結(jié)果顯示在屏幕上。存儲器存儲器用來存放程序和數(shù)據(jù)，是計算機各種信息的用來存放程序和數(shù)據(jù)，是計算機各種信息的存儲和交流中心。存儲器可與存儲和交流中心。存儲器可與CPU、輸入輸出設(shè)備交換信、輸入輸出設(shè)備交換信息，起存儲、緩沖、傳遞信息的作用。息，起存儲、緩沖、傳遞信息的作用。 存儲器又有主存儲器和輔助存儲器之分。當前在計算存儲器又有主存儲器和輔助存儲器之分。當前在計算機上運行的程序和數(shù)據(jù)是存放在主存儲器中的。機上運行的程序和數(shù)據(jù)是存放在主存儲器中的。13中央處理器又叫中央處理器又叫CPUCPU，在早期的計算，在早期的計算機中分成運算器和控制器兩部分機中分成運算

10、器和控制器兩部分，由于，由于電路集成度的提高，現(xiàn)在已把它們集成在一個芯電路集成度的提高，現(xiàn)在已把它們集成在一個芯片中。片中。運算器運算器是對信息或數(shù)據(jù)進行處理和運算的部是對信息或數(shù)據(jù)進行處理和運算的部件，經(jīng)常進行的是算術(shù)運算和邏輯運算，所以在件，經(jīng)常進行的是算術(shù)運算和邏輯運算，所以在其內(nèi)部有一個算術(shù)及邏輯運算部件其內(nèi)部有一個算術(shù)及邏輯運算部件(ALU)。在計算機中，一些復(fù)雜的運算往往被分解成一系列算術(shù)運算和邏輯運算。14控制器控制器主要用來實現(xiàn)計算機本身運行過程的主要用來實現(xiàn)計算機本身運行過程的自動化，即實現(xiàn)程序的自動執(zhí)行。在控制器控制自動化，即實現(xiàn)程序的自動執(zhí)行。在控制器控制之下，從輸入設(shè)備

11、輸入程序和數(shù)據(jù)，并存放在存之下，從輸入設(shè)備輸入程序和數(shù)據(jù)，并存放在存儲器中，然后由控制器指揮各部件協(xié)同工作以執(zhí)儲器中，然后由控制器指揮各部件協(xié)同工作以執(zhí)行程序，最后將結(jié)果輸出。作為控制用的計算機行程序，最后將結(jié)果輸出。作為控制用的計算機則直接控制對象。則直接控制對象。在計算機中，各部件間來往的信號可分成三種在計算機中，各部件間來往的信號可分成三種類型，即地址、數(shù)據(jù)和控制信號。通常這些信號類型，即地址、數(shù)據(jù)和控制信號。通常這些信號是通過總線傳送的，如圖是通過總線傳送的，如圖1.11.1所示。所示。 15圖1.1 以總線連接的計算機框圖16現(xiàn)代計算機三大部分結(jié)構(gòu)圖：現(xiàn)代計算機三大部分結(jié)構(gòu)圖：輸入設(shè)

12、備輸入通道輸出設(shè)備輸出通道I/O算術(shù)邏輯單元ALU控制器 CUCPU主存儲器M.MI/O總線存儲總線17計算機硬件的典型結(jié)構(gòu)：計算機硬件的典型結(jié)構(gòu)： 小型機的總線型結(jié)構(gòu)有：小型機的總線型結(jié)構(gòu)有：(1) CPU為中心為中心的雙總線結(jié)構(gòu)的雙總線結(jié)構(gòu)CPUM.MI/O接口I/O設(shè)備I/O接口I/O設(shè)備.輸入/輸出總線存儲總線18(2)(2)單總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu)CPUM.MI/O接口I/O設(shè)備I/O接口I/O設(shè)備.系統(tǒng)總線19CPUM.MI/O接口I/O設(shè)備I/O接口I/O設(shè)備.系統(tǒng)總線存儲總線(3) 以存儲器為中心的雙總線結(jié)構(gòu)以存儲器為中心的雙總線結(jié)構(gòu)20微型機的一般結(jié)構(gòu)：（仍屬于單總線結(jié)構(gòu)）微型機

13、的一般結(jié)構(gòu)：（仍屬于單總線結(jié)構(gòu)）微處理器ROMRAMI/O接口I/O設(shè)備.21大中型機的通道型結(jié)構(gòu)：大中型機的通道型結(jié)構(gòu)：M.MCPU通道I/O控制器I/O控制器外設(shè)外設(shè).外設(shè)外設(shè).通道I/O控制器I/O控制器外設(shè)外設(shè).外設(shè)外設(shè).總線22三、三、計算機的軟件系統(tǒng)計算機的軟件系統(tǒng)一臺計算機中全部程序的集合，統(tǒng)稱為一臺計算機中全部程序的集合，統(tǒng)稱為這臺計算機的軟件系統(tǒng)。這臺計算機的軟件系統(tǒng)。 軟件按功能分為軟件按功能分為應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件和和系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件兩兩大類。大類。23通常系統(tǒng)軟件分為六類：通常系統(tǒng)軟件分為六類： 1. 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 2. 語言處理程序語言處理程序(又分為解釋程序和編譯系

14、統(tǒng)又分為解釋程序和編譯系統(tǒng)) 3. 標準庫程序標準庫程序(如一元二次方程求根子程序如一元二次方程求根子程序,正弦函正弦函數(shù)子程序數(shù)子程序) 4. 服務(wù)性程序服務(wù)性程序(如裝入程序、連接程序、編輯程序、如裝入程序、連接程序、編輯程序、調(diào)試程序、調(diào)試程序、 故障診斷程序、糾錯程序、監(jiān)督程故障診斷程序、糾錯程序、監(jiān)督程序序 ) 5. 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 6. 計算機網(wǎng)絡(luò)軟件。計算機網(wǎng)絡(luò)軟件。241.2 計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和性能指標一、計算機的層次結(jié)構(gòu)：現(xiàn)代計算機解題的一般過程：用戶用高級語言現(xiàn)代計算機解題的一般過程：用戶用高級語言編寫程序，連同數(shù)據(jù)一起送入計算機編寫程序，連同數(shù)據(jù)一起送入

15、計算機(用戶程序一用戶程序一般稱為源程序般稱為源程序)，然后由計算機將其翻譯成機器語，然后由計算機將其翻譯成機器語言程序言程序(稱為目標程序稱為目標程序)，在計算機上運行后輸出結(jié)，在計算機上運行后輸出結(jié)果，其過程如圖果，其過程如圖1.2所示。所示。25圖圖1.2 計算機的解題過程計算機的解題過程 例如：例如：BASIC語言的語言的 LED d=b*b-4*a*c需要五條指令實現(xiàn)：設(shè)：需要五條指令實現(xiàn)：設(shè)：A a, B b,C c, D d, E 4程序：程序： MUL B B ; MUL A E ; MUL A C ; SUB B A ; MOV D B 26早期的計算機只有機器語言，用戶必須

16、用二進早期的計算機只有機器語言，用戶必須用二進制碼表示的機器語言編寫程序，工作量大，容易制碼表示的機器語言編寫程序，工作量大，容易出錯。而且對程序員的要求很高。出錯。而且對程序員的要求很高。 于是在于是在20世紀世紀50年代，出現(xiàn)了年代，出現(xiàn)了符號式程序設(shè)計語言，稱為，稱為匯編語言。對此，程序員可用。對此，程序員可用ADD，SUB，MUL，DIV等符號分別表示加法、減法、乘等符號分別表示加法、減法、乘法、除法的操作碼，并用符號來表示指令和數(shù)據(jù)法、除法的操作碼，并用符號來表示指令和數(shù)據(jù)的地址。的地址。匯編語言程序的大部分語句是和機器指令一一對應(yīng)的。 用戶用匯編語言編寫程序后，依靠計算機將它用戶用

17、匯編語言編寫程序后，依靠計算機將它翻譯成機器語言翻譯成機器語言(二進制代碼二進制代碼)，然后再在計算機上，然后再在計算機上運行。這個翻譯過程是由運行。這個翻譯過程是由匯編程序?qū)崿F(xiàn)的。實現(xiàn)的。27可以把一臺具有匯編程序的計算機看作是在實可以把一臺具有匯編程序的計算機看作是在實際機器級際機器級(硬件硬件)之上出現(xiàn)的一臺之上出現(xiàn)的一臺虛擬機器，該機，該機允許使用匯編語言編程。允許使用匯編語言編程。 稱它為虛擬機器的原因是因為它依靠了軟件稱它為虛擬機器的原因是因為它依靠了軟件(匯編程序匯編程序)才存在才存在。由于匯編語言的語法、語義結(jié)構(gòu)仍然和機器語由于匯編語言的語法、語義結(jié)構(gòu)仍然和機器語言基本一樣，而

18、與人的傳統(tǒng)解題方法相差甚遠，言基本一樣，而與人的傳統(tǒng)解題方法相差甚遠，因而又出現(xiàn)了面向題目的高級語言。隨同研制出因而又出現(xiàn)了面向題目的高級語言。隨同研制出來的是這些語言的翻譯程序，因此可以設(shè)想在匯來的是這些語言的翻譯程序，因此可以設(shè)想在匯編語言級之上又出現(xiàn)了高級語言級，它的實現(xiàn)是編語言級之上又出現(xiàn)了高級語言級，它的實現(xiàn)是先把先把高級語言程序翻譯成匯編語言程序或中間語言程序，然后再翻譯成機器語言程序，然后再翻譯成機器語言程序(圖圖1.3)。28圖1.3 高級語言虛擬機器的層次結(jié)構(gòu) 29翻譯程序有編譯程序和解釋程序兩種。翻譯程序有編譯程序和解釋程序兩種。編譯程序編譯程序是將編寫的源程序中全部語句翻

19、譯是將編寫的源程序中全部語句翻譯成機器語言程序后，再執(zhí)行機器語言程序。成機器語言程序后，再執(zhí)行機器語言程序。解釋程序解釋程序則是在將源程序的一條語句翻譯成則是在將源程序的一條語句翻譯成機器語言以后立即執(zhí)行它，然后再翻譯執(zhí)行下一機器語言以后立即執(zhí)行它，然后再翻譯執(zhí)行下一條語句，因而效率較低。條語句，因而效率較低。ALGOL，F(xiàn)ORTRAN，PASCAL等語言是用編譯程序進行翻譯的，等語言是用編譯程序進行翻譯的，BASIC語言有解釋和編譯兩種。語言有解釋和編譯兩種。30在在20世紀世紀80年代出現(xiàn)了年代出現(xiàn)了第4代語言(4GL)這一名這一名詞。到詞。到90年代，大量基于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的年代，大量基

20、于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的4GL商品化軟件已在計算機開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域中獲得廣泛商品化軟件已在計算機開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域中獲得廣泛應(yīng)用，它以數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所提供的功能為核心，應(yīng)用，它以數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所提供的功能為核心，進一步構(gòu)造了開發(fā)高層應(yīng)用軟件系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境。進一步構(gòu)造了開發(fā)高層應(yīng)用軟件系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境。例如，菜單生成、報表生成和多窗口表格設(shè)計系例如，菜單生成、報表生成和多窗口表格設(shè)計系統(tǒng)；圖形、圖像處理系統(tǒng)；決策支持系統(tǒng)等。統(tǒng)；圖形、圖像處理系統(tǒng)；決策支持系統(tǒng)等。一般我們把匯編語言稱為第一代語言一般我們把匯編語言稱為第一代語言1GL；2GL是高級程序設(shè)計語言，如是高級程序設(shè)計語言，如FORTRAN ALGOL，B

21、ASIC等；等；3GL是增強性的高級程序設(shè)計語言，是增強性的高級程序設(shè)計語言，如如PASCAL，ALGOL68，F(xiàn)ORTRAN77等。等。314GL具有簡單易學(xué)，用戶界面友好，面向問題，具有簡單易學(xué)，用戶界面友好，面向問題，只需告訴計算機只需告訴計算機“做什么做什么”，而不必告訴計算機，而不必告訴計算機“怎么做怎么做”，應(yīng)用軟件開發(fā)效率高等優(yōu)點。但也，應(yīng)用軟件開發(fā)效率高等優(yōu)點。但也存在嚴重的不足。目前存在嚴重的不足。目前4GL主要面向基于數(shù)據(jù)庫應(yīng)主要面向基于數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的領(lǐng)域，不適宜于科學(xué)計算、高速的實時系統(tǒng)用的領(lǐng)域，不適宜于科學(xué)計算、高速的實時系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件開發(fā)。和系統(tǒng)軟件開發(fā)。32在上述虛擬

22、機器在上述虛擬機器M2與實際機器與實際機器M1之間還存在之間還存在一種稱為一種稱為操作系統(tǒng)的軟件，的軟件，操作系統(tǒng)是從早期的操作系統(tǒng)是從早期的管理程序發(fā)展而來的，是專門用來管理和控制計管理程序發(fā)展而來的，是專門用來管理和控制計算機系統(tǒng)的軟件和硬件資源的。算機系統(tǒng)的軟件和硬件資源的。操作系統(tǒng)合理地組織計算機的工作流程，以提操作系統(tǒng)合理地組織計算機的工作流程，以提高計算機系統(tǒng)資源的利用率；并提供給用戶使用高計算機系統(tǒng)資源的利用率；并提供給用戶使用計算機的良好界面，使用戶不必了解硬件和軟件計算機的良好界面，使用戶不必了解硬件和軟件的細節(jié)就可方便地使用計算機。的細節(jié)就可方便地使用計算機。33操作系統(tǒng)本

23、身也是一組程序，它一般是由系統(tǒng)操作系統(tǒng)本身也是一組程序，它一般是由系統(tǒng)程序員用程序員用C語言或匯編語言編寫的，經(jīng)翻譯成機器語言或匯編語言編寫的，經(jīng)翻譯成機器語言后再存入計算機中。語言后再存入計算機中。操作系統(tǒng)的功能是通過操作系統(tǒng)的命令操作系統(tǒng)的功能是通過操作系統(tǒng)的命令(例如例如DOS磁盤操作系統(tǒng)磁盤操作系統(tǒng))或圖形人機界面或圖形人機界面(例如例如Windows窗口窗口)實現(xiàn)的。實現(xiàn)的。 因此操作系統(tǒng)可看作實際機器的擴充，在計算因此操作系統(tǒng)可看作實際機器的擴充，在計算機系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu)中應(yīng)占有一個席位，它的機系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu)中應(yīng)占有一個席位，它的位置應(yīng)在實際機器之上、匯編語言機器級之下。位置

24、應(yīng)在實際機器之上、匯編語言機器級之下。34圖1.4 計算機系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu)35計算機系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成的，計算機系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成的，硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)又包含許多子系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)十硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)又包含許多子系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。從功能上看，現(xiàn)代計算機系統(tǒng)可分為分復(fù)雜。從功能上看，現(xiàn)代計算機系統(tǒng)可分為5 5個個層次級別：層次級別：應(yīng)用程序語言處理程序及其他系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)機器指令系統(tǒng)微程序36二、計算機系統(tǒng)的性能指標1. 1. 主頻：主頻：2. 2. 字長：一般與運算器中的二進制位數(shù)相等字長：一般與運算器中的二進制位數(shù)相等3. 3. 運算速度：早期方法是每秒執(zhí)行加法指令的

25、次數(shù)；運算速度：早期方法是每秒執(zhí)行加法指令的次數(shù)；現(xiàn)在通常采用等效速度或平均速度。另外還有現(xiàn)在通常采用等效速度或平均速度。另外還有“標準程序標準程序”實測法。單位為實測法。單位為MIPS(Million of MIPS(Million of Instruction Per Second)Instruction Per Second)4. 4. 兼容性：兼容性：375. 5. 系統(tǒng)可靠性：可以用平均無故障工作時間系統(tǒng)可靠性：可以用平均無故障工作時間MTBF(Mean Time Between Failures) MTBF(Mean Time Between Failures) 來衡量來衡量 Ni

26、iNtMTBF1/N N為故障總次數(shù)，為故障總次數(shù)，titi為第為第i i次無故障間隔時間。次無故障間隔時間。386. 6. 系統(tǒng)可維護性：用平均修復(fù)時間系統(tǒng)可維護性：用平均修復(fù)時間MTTR(Mean Time MTTR(Mean Time To Restore)To Restore)來衡量來衡量MiiMTMTTR1/TiTi為第為第i i次故障投入運行所占時間，次故障投入運行所占時間，M M為修復(fù)總次為修復(fù)總次數(shù)。數(shù)。7. 7. 性能性能/ /價格比：價格比： 除上述指標外，還應(yīng)考慮計算機漢字處理能除上述指標外，還應(yīng)考慮計算機漢字處理能力、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)功能等。力、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)

27、功能等。391.3 計算機的發(fā)展和應(yīng)用一、電子計算機的發(fā)展簡史20世紀世紀40年代，無線電技術(shù)和無線電工業(yè)的發(fā)年代，無線電技術(shù)和無線電工業(yè)的發(fā)展為電子計算機的研制準備了物質(zhì)基礎(chǔ)，展為電子計算機的研制準備了物質(zhì)基礎(chǔ)，1943年年1946年美國賓夕法尼亞大學(xué)研制的電子數(shù)字年美國賓夕法尼亞大學(xué)研制的電子數(shù)字積分的計算機積分的計算機ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)是世界上第一臺電子是世界上第一臺電子計算機。一般認為它是現(xiàn)代計算機的始祖。計算機。一般認為它是現(xiàn)代計算機的始祖。40ENIAC計算機共用計算機共用18 000多個電子管，多

28、個電子管，1 500個繼電器，重達個繼電器，重達30噸，占地噸，占地170平方米，耗電平方米，耗電140kW，每秒鐘能計算，每秒鐘能計算5 000次加法，領(lǐng)導(dǎo)研制的次加法，領(lǐng)導(dǎo)研制的是?？颂厥前？颂?J.P.Eckert)和莫克利和莫克利(J.W.Mauchly)。ENIAC計算機存在兩個主要缺點，一是計算機存在兩個主要缺點，一是存儲容量太小，只能存存儲容量太小，只能存20個字長為個字長為10位的十進制位的十進制數(shù)，二是用線路連接的方法來編排程序，因此每數(shù)，二是用線路連接的方法來編排程序，因此每次解題都要依靠人工改接連線，準備時間大大超次解題都要依靠人工改接連線，準備時間大大超過實際計算時間。

29、過實際計算時間。41與與ENIAC計算機研制的同時，馮計算機研制的同時，馮諾依曼諾依曼(Von Neumann)與莫爾小組合作研制與莫爾小組合作研制EDVAC計算機，采用了存計算機，采用了存儲程序方案，其后開發(fā)的計算機都采用這種方式，稱為儲程序方案，其后開發(fā)的計算機都采用這種方式，稱為馮馮諾依曼計算機諾依曼計算機。一般認為馮一般認為馮諾依曼機具有如下基本特點：諾依曼機具有如下基本特點：(1) 計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分組成。輸出設(shè)備五部分組成。(2) 采用存儲程序的方式，程序和數(shù)據(jù)放在同一個存采用存儲程序的方式，程序和數(shù)據(jù)

30、放在同一個存儲器中，指令和數(shù)據(jù)一樣可以送到運算器運算，儲器中，指令和數(shù)據(jù)一樣可以送到運算器運算，即由指令組成的程序是可以修改的。即由指令組成的程序是可以修改的。42(3) 數(shù)據(jù)以二進制碼表示。數(shù)據(jù)以二進制碼表示。(4) 指令由操作碼和地址碼組成。指令由操作碼和地址碼組成。(5) 指令在存儲器中按執(zhí)行順序存放，由指令計數(shù)器指令在存儲器中按執(zhí)行順序存放，由指令計數(shù)器(即程序計數(shù)器即程序計數(shù)器PC)指明要執(zhí)行的指令所在的單元指明要執(zhí)行的指令所在的單元地址，一般按順序遞增，但可按運算結(jié)果或外界地址，一般按順序遞增，但可按運算結(jié)果或外界條件而改變。條件而改變。(6) 機器以運算器為中心，輸入輸出設(shè)備與存

31、儲器間機器以運算器為中心，輸入輸出設(shè)備與存儲器間的數(shù)據(jù)傳送都通過運算器。的數(shù)據(jù)傳送都通過運算器。43n 50多年來，隨著技術(shù)的發(fā)展和新應(yīng)用領(lǐng)域多年來，隨著技術(shù)的發(fā)展和新應(yīng)用領(lǐng)域的開拓，對馮的開拓，對馮諾依曼機作了很多改革，使計算機諾依曼機作了很多改革，使計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有了很大新發(fā)展，如某些機器程序與數(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有了很大新發(fā)展，如某些機器程序與數(shù)據(jù)分開存放在不同的存儲器中，程序不允許修改，據(jù)分開存放在不同的存儲器中，程序不允許修改，機器不再以運算器為中心，而是以存儲器為中心機器不再以運算器為中心，而是以存儲器為中心等等等等.n 雖然有以上這些突破，但原則變化不大，習(xí)雖然有以上這些突破，但原則變化不

32、大，習(xí)慣上仍稱之為慣上仍稱之為馮馮諾依曼機諾依曼機。4450年來，根據(jù)電子計算機所采用的物理器件的年來，根據(jù)電子計算機所采用的物理器件的發(fā)展，一般把電子計算機的發(fā)展分成四個階段，發(fā)展，一般把電子計算機的發(fā)展分成四個階段，習(xí)慣上稱為四代習(xí)慣上稱為四代。相鄰兩代計算機之間時間上有。相鄰兩代計算機之間時間上有重疊。重疊。第一代第一代：電子管計算機時代：電子管計算機時代(從從1946年第一臺年第一臺計算機研制成功到計算機研制成功到50年代后期年代后期)，其主要特點是采，其主要特點是采用電子管作為基本器件。主要為軍事與國防尖端用電子管作為基本器件。主要為軍事與國防尖端技術(shù)的需要，并進行有關(guān)的研究工作，為

33、計算機技術(shù)的需要，并進行有關(guān)的研究工作，為計算機的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，其研究成果擴展到民用，又的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，其研究成果擴展到民用，又轉(zhuǎn)為工業(yè)產(chǎn)品，形成了計算機工業(yè)。轉(zhuǎn)為工業(yè)產(chǎn)品，形成了計算機工業(yè)。 50年代中期，年代中期，美國美國IBM公司在計算機行業(yè)中崛起，公司在計算機行業(yè)中崛起，1954年年12月月推出的推出的IBM650(小型機小型機) 銷售量超過銷售量超過1000臺。臺。1958年年11月問世的月問世的IBM709(大型機大型機)是是IBM公司性能最公司性能最高的最后一臺電子管計算機產(chǎn)品。高的最后一臺電子管計算機產(chǎn)品。45第二代第二代：晶體管計算機時代：晶體管計算機時代(從從50年代中

34、期到年代中期到60年代后期年代后期)，這時期計算機的主要器件改為晶體，這時期計算機的主要器件改為晶體管，縮小體積，降低功耗，提高速度和可靠性，管，縮小體積，降低功耗，提高速度和可靠性，價格下降。后來又采用了磁心存儲器，使速度進價格下降。后來又采用了磁心存儲器，使速度進一步提高。應(yīng)用范圍擴大，在氣象、工程設(shè)計、一步提高。應(yīng)用范圍擴大，在氣象、工程設(shè)計、數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域應(yīng)用。開始重視繼承性，這是系數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域應(yīng)用。開始重視繼承性，這是系列化思想的萌芽。從而縮短研制周期，降低成本，列化思想的萌芽。從而縮短研制周期，降低成本，實現(xiàn)程序兼容，方便新機器的使用。實現(xiàn)程序兼容，方便新機器的使用。 1960年

35、控制年控制數(shù)據(jù)公司數(shù)據(jù)公司(CDC)研制高速大型計算機系統(tǒng)研制高速大型計算機系統(tǒng)CDC6600，于，于1964年完成，取得巨大成功。年完成，取得巨大成功。1969年年1月，超大型機月，超大型機CDC7600研制成功，平均速度達研制成功，平均速度達到每秒千萬次浮點運算。到每秒千萬次浮點運算。46第三代第三代：集成電路計算機時代：集成電路計算機時代(從從20世紀世紀60年年代中期到代中期到20世紀世紀70年代前期年代前期)，采用集成電路作為，采用集成電路作為基本器件，因此功耗、體積、價格等進一步下降，基本器件，因此功耗、體積、價格等進一步下降，而速度及可靠性相應(yīng)地提高，這就促使了計算機而速度及可靠

36、性相應(yīng)地提高，這就促使了計算機的應(yīng)用范圍進一步擴大。正是由于集成電路成本的應(yīng)用范圍進一步擴大。正是由于集成電路成本的迅速下降，產(chǎn)生了成本低而功能不是太強的小的迅速下降，產(chǎn)生了成本低而功能不是太強的小型計算機供應(yīng)市場。占領(lǐng)了許多數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用型計算機供應(yīng)市場。占領(lǐng)了許多數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用領(lǐng)域。領(lǐng)域。IBM360系統(tǒng)是最早采用集成電路的通用計算系統(tǒng)是最早采用集成電路的通用計算機，也是影響最大的第三代計算機。在機，也是影響最大的第三代計算機。在1964年宣年宣布布IBM360系統(tǒng)時就有大、中、小型等系統(tǒng)時就有大、中、小型等6個計算機個計算機型號，平均運算速度從每秒幾千次到一百萬次，型號，平均運算速度從每

37、秒幾千次到一百萬次，它的主要特點是通用化、系列化、標準化。它的主要特點是通用化、系列化、標準化。47第四代第四代：大規(guī)模集成電路計算機時代：大規(guī)模集成電路計算機時代， 20世紀世紀70年代初，半導(dǎo)體存儲器問世，迅速取代了磁芯存年代初，半導(dǎo)體存儲器問世，迅速取代了磁芯存儲器，并不斷向大容量、高速度發(fā)展，此后，存儲儲器，并不斷向大容量、高速度發(fā)展，此后，存儲器芯片集成度大體上器芯片集成度大體上每三年翻兩番每三年翻兩番(1971年每片年每片1K位，到位，到1984年達到每片年達到每片256K位，位，1992年年16M位動位動態(tài)隨機存儲器芯片上市態(tài)隨機存儲器芯片上市)，這就是著名的，這就是著名的摩爾定

38、律摩爾定律，從從1971年內(nèi)含年內(nèi)含2 300個晶體管的個晶體管的Intel 4004芯片問芯片問世，到世，到1999年包含了年包含了750萬個晶體管的萬個晶體管的Pentium 處理器，都證實了摩爾定律的正確性。后來轉(zhuǎn)述為處理器，都證實了摩爾定律的正確性。后來轉(zhuǎn)述為微處理器的工作速度，在一定成本下，大體上也是微處理器的工作速度，在一定成本下，大體上也是每每18個月翻一番。個月翻一番。 專家預(yù)計，芯片性能呈指數(shù)增長將在今后幾年專家預(yù)計，芯片性能呈指數(shù)增長將在今后幾年放緩，一般看法是，摩爾定律能再適用放緩，一般看法是，摩爾定律能再適用10年左右。年左右。48隨著大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，計算隨著

39、大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，計算機進入大發(fā)展時期，各種類型的計算機都得機進入大發(fā)展時期，各種類型的計算機都得到了迅速發(fā)展，下面對各類計算機的情況作到了迅速發(fā)展，下面對各類計算機的情況作一簡單介紹。一簡單介紹。 491. 大型機大型機大型機是反映各個時期先進計算技術(shù)的大型通用計算機，其中以IBM公司的大型機系列影響最大。從20世紀60年代80年代，信息處理主要是以主機系統(tǒng)加終端為代表(即大型機)的集中式數(shù)據(jù)處理集中式數(shù)據(jù)處理， 20世紀60年代的IBM360系統(tǒng)， 20世紀70年代和80年代的IBM370系統(tǒng)曾占領(lǐng)大型機的霸主地位。IBM公司為開發(fā)360系統(tǒng)的軟件耗費了巨大的人力和財力。如此豐富的

40、軟件不能拋棄，只能繼承，這已成為用戶與計算機廠家的共識，但也成了計算機發(fā)展的制約。因此IBM370系統(tǒng)是在保持與360系統(tǒng)兼容的前提下進行了改進與提高。50進入20世紀80年代以后，隨著微機性能的極大提高和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，客戶機客戶機/服務(wù)器服務(wù)器(client/server)技術(shù)得以飛速發(fā)展并普及，曾一度使大型機的作用受到懷疑。進入20世紀90年代后，隨著企業(yè)規(guī)模的擴大與信息技術(shù)的發(fā)展，很多采用客戶機/服務(wù)器的分散式運算模式的用戶發(fā)現(xiàn)，這種系統(tǒng)的管理極為復(fù)雜，運算營運成本高，安全可靠性難以保證。于是大型大型機獲得東山再起的機會，企業(yè)需要一個開放的、機獲得東山再起的機會，企業(yè)需要一個開放的、安

41、全的大型服務(wù)器作為計算平臺安全的大型服務(wù)器作為計算平臺，因為只有大型機才具有高可靠性、安全性、高吞吐能力、高可擴展性、防病毒以及防黑客的能力。51與此同時，大型機的性能在不斷提高，成本不斷下降， 20世紀90年代IBM推出的大型機系列為IBMS/390系列，并不斷推出新產(chǎn)品，ES/9000即是S/390系列中的知名產(chǎn)品之一，1997年的主流產(chǎn)品是9672系列。到1997年6月推出的S/390第4代產(chǎn)品采用CMOS工藝(過去的大型機為尋求高速度而采用雙極型晶體管工藝)，從而減少了功耗，并提高了芯片的集成度；1998年5月S/390第5代產(chǎn)品問世，主機速度達到每秒10億次。近年來S/390的銷售量

42、已連續(xù)三年以兩位數(shù)字增長，取得顯著成績。52IBMS/390不僅仍保持與IBM360，370兼容，還包含了許多新特點，如良好的開放性、并行計算環(huán)境等。被廣泛用作企業(yè)服務(wù)器。其他計算機廠家在發(fā)展新機種時也遵循兼容的原則。某些計算機廠家走上與IBM計算機兼容的道路，稱之為PCM：Plug Compatible Mainframe(插接兼容主機硬件完全兼容)或Program Compatible Mainframe(程序兼容主機軟件兼容)，制造與IBM兼容的計算機，它們按IBM系列機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)制造主機，并直接引用IBM計算機的軟件，因而使產(chǎn)品的性能價格比優(yōu)于IBM原裝機，以爭奪市場。532. 2.

43、巨型機巨型機現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，尤其是國防技術(shù)的發(fā)展，需要有很高運算速度、很大存儲容量的計算機。集成電路的進展，為制造巨型機提供了條件。從20世紀60年代到20世紀70年代相繼完成了一些巨型機，其中取得最高成績的要推Cray-1計算機。針對天氣預(yù)報、飛行器的設(shè)計和核物理研究中存在大量向量運算的特點，Cray-1計算機的向量運算速度達每秒8 000萬次，并兼顧了一般的標量運算。1983年研制成功的Cray X-MP機向量運算速度達每秒4億次。與此同時，CDC公司的CYBER203和205先后完成，CYBER205每秒可進行4億次浮點運算。這些是20世紀80年代初期的水平最高的巨型機。 54但是這些成就

44、還不能滿足一些復(fù)雜問題的需要，所以不少單位開展了性能更高的巨型機的研究工作。后來微處理機的發(fā)展為陣列結(jié)構(gòu)的巨型機發(fā)展帶來了希望。例如，古德伊爾公司為美國宇航局(NASA)研制了一臺處理衛(wèi)星圖像的計算機系統(tǒng)MPP，該機由16 384個微處理器組成128128方陣。這種采用并行處理技術(shù)的多處理器系統(tǒng)并行處理技術(shù)的多處理器系統(tǒng)是巨型機發(fā)展的一個重要方面，稱為小巨型機小巨型機。日本、英國、蘇聯(lián)、法國也先后開始研制巨型機。553. 小型機小型機小型機規(guī)模小、結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計試制周期短，便于采用先進工藝，生產(chǎn)量大，硬件成本低；同時由于軟件比大型機簡單，軟件成本低。容易操作、容易維護和可靠性高等特點，因而得以

45、迅速推廣。DEC公司的PDP11系列是16位小型機的代表，到70年代中期32位高檔小型機開始興起，DEC公司的VAX11/780于1978年開始生產(chǎn)，應(yīng)用極為廣泛。VAX11系列與PDP11系列是兼容的。80年代以后，精簡指令系統(tǒng)計算機(RISC)問世，導(dǎo)致小型機性能大幅度提高。56小型機的出現(xiàn)打開了在控制領(lǐng)域應(yīng)用計算機的局面，許多大型分析儀器、測量儀器、醫(yī)療儀器使用小型機進行數(shù)據(jù)采集、整理、分析、計算等。應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)上的計算機除了進行上述工作外還可進行自動控制。小型機還廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計、科學(xué)計算、信號處理、圖像處理、企業(yè)管理以及在客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)中用作服務(wù)器等。 574. 微型機微型機微

46、型機的出現(xiàn)與發(fā)展，掀起計算機大普及的浪潮，利用4位微處理器Intel4004組成的MCS-4是世界上第一臺微型機，它于1971年問世。Intel8086是最早開發(fā)成功的16位微處理器(1978年)。1981年32位微處理器Intel80386問世，與原來的產(chǎn)品相比較，除了提高主頻速度外，還將原屬片外的有關(guān)電路集成到片內(nèi)。32位微處理機采用過去大中型計算機中所采用的技術(shù)，因此用它構(gòu)成的微型機系統(tǒng)的性能可以達到70年代大中型計算機的水平。5870年代后期，興起個人計算機熱潮，最早出現(xiàn)的是Apple公司的Apple型微機(1977年) 。1981年IBM公司推出了IBM PC機，該機采用Intel

47、8086(當時為8086)微處理器和Microsoft公司的MS-DOS操作系統(tǒng)，IBM公司還公布了IBM PC的總線結(jié)構(gòu)，為微型計算機的大規(guī)模生產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。后來又推出擴充了性能的IBM PC/XT，IMB PC/AT以及386，486和Pentium等多種機型。微型機向小型化發(fā)展出現(xiàn)了便攜機(膝上型、筆記本型和掌上型)，在90年代獲得迅速發(fā)展。與此同時，個人計算機走向家庭，并向多媒體方向發(fā)展，這就是家用電腦和多媒體電腦。595. 工程工作站工程工作站工程工作站是20世紀80年代興起的面向廣大工程技術(shù)人員的計算機系統(tǒng)，一般具有高分辨率顯示器、交互式的用戶界面和功能齊全的圖形軟件。開始集中應(yīng)用

48、于各種工程方面的計算機輔助設(shè)計，如集成電路設(shè)計、機械設(shè)計、土木建筑設(shè)計等。1980年成立的Apollo公司和1982年成立的Sun微系統(tǒng)公司主要從事工作站的研制與生產(chǎn)工作。開始都采用Motorola的微處理器芯片，后來改用RISC(精簡指令系統(tǒng)計算機)微處理器。601987年以后，工作站普遍采用32位/64位RISC微處理器，不僅處理速度快，而且具有強大的圖形處理功能和友好的窗口界面，后來又向多處理器系統(tǒng)和分布式處理系統(tǒng)發(fā)展。典型的產(chǎn)品有Sun公司的SPARC系列、DEC公司的Alpha系列以及SGI公司和HP公司的工作站系列。由于工程工作站出現(xiàn)得比較晚，一般都帶有網(wǎng)絡(luò)接口，并采用開放式系統(tǒng)結(jié)

49、構(gòu)，即將機器的軟、硬件接口公開，以鼓勵其他廠商、用戶圍繞工作站開發(fā)軟、硬件產(chǎn)品。同時盡量遵守國際工業(yè)界流行的標準。616. 聯(lián)機系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)由于計算機技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，為適應(yīng)高度社會化生產(chǎn)和科技發(fā)展的需要，出現(xiàn)了由單個計算中心通過通信線路和若干個遠程終端連接起來的聯(lián)機系統(tǒng)(或稱為面向終端的網(wǎng)絡(luò))。例如，庫存管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、銀行業(yè)務(wù)系統(tǒng)、飛機訂票系統(tǒng)、情報檢索系統(tǒng)、氣象觀測系統(tǒng)等，使分散在各處的信息通過終端能很快集中于計算機中，同時各處的工作人員可通過終端進行查詢、獲取資料。62在70年代，能實現(xiàn)計算機之間的通信、并共享資源的計算機網(wǎng)迅速發(fā)展。美國ARPA

50、網(wǎng)誕生于60年代末，到1975年已連接60個以上的結(jié)點，一百多臺主計算機。地理范圍遍布全美并擴展到歐洲。與此同時其他網(wǎng)相繼建成。由于這些網(wǎng)絡(luò)跨越的地理范圍比較寬闊，因而稱為廣域計算機網(wǎng)廣域計算機網(wǎng)。1983年在APRA網(wǎng)上開發(fā)了安裝在UNIX操作系統(tǒng)上的TCP/IP協(xié)議。ARPA網(wǎng)也由過去的單一網(wǎng)絡(luò)發(fā)展成可連接多種不同網(wǎng)絡(luò)的世界上最大的互聯(lián)網(wǎng)因因特網(wǎng)特網(wǎng)(Internet)。同時一些主要計算機廠家為解決本公司生產(chǎn)的各種計算機之間和計算機與終端設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)問題，向用戶提供相應(yīng)的硬件(如通信接口板)和網(wǎng)絡(luò)軟件。63隨著計算機的廣泛應(yīng)用，特別是小型機和微型機的普及，一個單位在一幢大樓或一個建筑群內(nèi)安裝

51、多臺計算機的情況日益普遍，將這些計算機聯(lián)接在一起的網(wǎng)絡(luò)稱為局部網(wǎng)局部網(wǎng)。計算機網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，加速了社會信息化的進計算機網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，加速了社會信息化的進程。程。64上面講到，根據(jù)所用器件的不同，電子計算機經(jīng)歷了四代的變革，但其基本思想一直遵循馮諾依曼計算機結(jié)構(gòu)的原理。計算機的發(fā)展促進了人工智能的發(fā)展，突破了馮諾依曼結(jié)構(gòu)原理。人工智能是研究解釋和模擬人類智能行為及其是研究解釋和模擬人類智能行為及其規(guī)律的一門學(xué)科。其主要任務(wù)是建立智能信息處規(guī)律的一門學(xué)科。其主要任務(wù)是建立智能信息處理理論，進而設(shè)計可以展現(xiàn)某些近似于人類智能理理論，進而設(shè)計可以展現(xiàn)某些近似于人類智能行為的計算系統(tǒng)。行為的計算系統(tǒng)。6

52、5在人工智能的萌芽時期，有兩種研究途徑：一兩種研究途徑：一是根據(jù)神經(jīng)心理學(xué)的研究是根據(jù)神經(jīng)心理學(xué)的研究，通過為神經(jīng)活動建立數(shù)學(xué)模型來表現(xiàn)智能行為，這是微觀研究觀點。二是二是從智能行為的角度來研究智能從智能行為的角度來研究智能，而不介意這種行為的產(chǎn)生原因，這是行為研究觀點。后來的研究表明行為主義的智能觀(或稱符號機制)較易在計算機上實現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上進行了基于知識的應(yīng)用系統(tǒng)研究，提出了專家系統(tǒng)和知識工程專家系統(tǒng)和知識工程，并總結(jié)出建造專家系統(tǒng)及開發(fā)環(huán)境的一系列原則。20世紀80年代出現(xiàn)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究熱潮，與行為主義的智能觀的結(jié)合并互為補充，推動了人工智能研究的進展。66隨同計算機硬件發(fā)展的還有

53、軟件隨同計算機硬件發(fā)展的還有軟件，應(yīng)該，應(yīng)該指出，發(fā)揮計算機的作用，推廣計算機的應(yīng)指出，發(fā)揮計算機的作用，推廣計算機的應(yīng)用，改進計算機的設(shè)計以及簡化計算機的操用，改進計算機的設(shè)計以及簡化計算機的操作，使它從只供專家使用轉(zhuǎn)為面向大眾，軟作，使它從只供專家使用轉(zhuǎn)為面向大眾，軟件工作者起了決定性的作用。件工作者起了決定性的作用。高級程序設(shè)計語言在第二代計算機時期趨向成熟并迅速普及，操作系統(tǒng)自動地管理計算機系統(tǒng)中各個設(shè)備以及多個程序的高效運行，是第三代計算機時期的重大成就，以上這些軟件屬于系統(tǒng)軟件。67廣泛應(yīng)用計算機的結(jié)果，在科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理、商業(yè)經(jīng)營、經(jīng)濟管理、工業(yè)控制、工程設(shè)計等領(lǐng)域中開發(fā)出各自

54、的程序，稱為應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件。計算機廠家向用戶提供軟件(系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件)時與硬件分別計價，并產(chǎn)生了專門從事軟件研制、生產(chǎn)、銷售工作的軟件公司(例如美國的Microsoft公司)。但是軟件的發(fā)展跟不上需要，軟件費用急劇增長，這是因為硬件是工業(yè)化生產(chǎn)，價格不斷下降，而硬件是工業(yè)化生產(chǎn)，價格不斷下降，而軟件為人工勞動，生產(chǎn)率低軟件為人工勞動，生產(chǎn)率低。一些科學(xué)家提出了一些科學(xué)家提出了軟件工程的概念，對軟件開發(fā)實行工程化管理，軟件工程的概念，對軟件開發(fā)實行工程化管理，以期得到廉價、可靠、有效的軟件。以期得到廉價、可靠、有效的軟件。68軟件還具有容易復(fù)制的特點軟件還具有容易復(fù)制的特點，軟件成果容易被

55、別人占有，因此影響了軟件開發(fā)者進行軟件開發(fā)及將軟件投入市場的積極性。為了保護軟件不被剽竊，可以采取加密碼等技術(shù)措施以及低價銷售、隨硬件提供等經(jīng)營措施，發(fā)揮一定的保護作用，但不能徹底解決問題，因此由國家來制訂、實施對軟件的保護法律是至關(guān)重要的。但是一個國家的法律只適用于國內(nèi)，而軟件很容易在國家之間傳播，因此國與國之間相互承擔保護對方公民(和法人)軟件的義務(wù)已成為各國之間經(jīng)濟合作關(guān)系的一個重要組成部分。69二、計算機的應(yīng)用：1. 科學(xué)計算科學(xué)計算一直是電子計算機的重要應(yīng)用領(lǐng)域之科學(xué)計算一直是電子計算機的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。例如，在天文學(xué)、量子化學(xué)、空氣動力學(xué)、一。例如，在天文學(xué)、量子化學(xué)、空氣動力學(xué)

56、、核物理學(xué)等領(lǐng)域中，都需要依靠計算機進行復(fù)雜核物理學(xué)等領(lǐng)域中，都需要依靠計算機進行復(fù)雜的運算。在軍事上，導(dǎo)彈的發(fā)射及飛行軌道的計的運算。在軍事上，導(dǎo)彈的發(fā)射及飛行軌道的計算控制、先進防空系統(tǒng)等現(xiàn)代化軍事設(shè)施通常都算控制、先進防空系統(tǒng)等現(xiàn)代化軍事設(shè)施通常都是由計算機控制的大系統(tǒng)，其中包括雷達、地面是由計算機控制的大系統(tǒng)，其中包括雷達、地面設(shè)施、海上裝備等?，F(xiàn)代的航空、航天技術(shù)發(fā)展，設(shè)施、海上裝備等?，F(xiàn)代的航空、航天技術(shù)發(fā)展，例如超音速飛行器的設(shè)計，人造衛(wèi)星與運載火箭例如超音速飛行器的設(shè)計，人造衛(wèi)星與運載火箭軌道計算更是離不開計算機。軌道計算更是離不開計算機。70除了國防及尖端科學(xué)技術(shù)以外，計算機

57、在其他學(xué)科和工程設(shè)計方面，諸如數(shù)學(xué)、力學(xué)、晶體結(jié)構(gòu)分析、石油勘探、橋梁設(shè)計、建筑、土木工程設(shè)計等領(lǐng)域內(nèi)也得到廣泛的應(yīng)用，促進了各門科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。有些系統(tǒng)，要求計算機處理所得的結(jié)果立即反過來作用或影響正在被處理的事物本身。例如，在控制導(dǎo)彈飛行的系統(tǒng)中，不斷測量導(dǎo)彈飛行的參數(shù)(包括飛行環(huán)境)，并及時作出反應(yīng)，修正導(dǎo)彈飛行的軌跡，這樣的系統(tǒng)稱為實時處理系統(tǒng)?？茖W(xué)計算的特點是計算量大和數(shù)值變化范圍大。 712. 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理當前大部分計算機都用于數(shù)據(jù)處理。例如，在當前大部分計算機都用于數(shù)據(jù)處理。例如，在銀行系統(tǒng)中，用計算機處理儲戶的存款、取款、銀行系統(tǒng)中，用計算機處理儲戶的存款、取款、發(fā)放工資，

58、或為信用卡系統(tǒng)、銷售點系統(tǒng)提供服發(fā)放工資，或為信用卡系統(tǒng)、銷售點系統(tǒng)提供服務(wù)等。務(wù)等。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具有輸入輸出數(shù)據(jù)量大而計算卻數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具有輸入輸出數(shù)據(jù)量大而計算卻很簡單的特點。為了實現(xiàn)各儲蓄所之間的通存通很簡單的特點。為了實現(xiàn)各儲蓄所之間的通存通兌以及在商店、酒樓中使用信用卡，計算機需聯(lián)兌以及在商店、酒樓中使用信用卡，計算機需聯(lián)網(wǎng)使用。網(wǎng)使用。72在企業(yè)數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域中，計算機廣泛應(yīng)用于財在企業(yè)數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域中，計算機廣泛應(yīng)用于財會統(tǒng)計與經(jīng)營管理中，如編制生產(chǎn)計劃、統(tǒng)計報會統(tǒng)計與經(jīng)營管理中，如編制生產(chǎn)計劃、統(tǒng)計報表、成本核算、銷售分析、市場預(yù)測、利潤預(yù)估、表、成本核算、銷售分析、市場預(yù)測、利潤

59、預(yù)估、采購訂貨、庫存管理、工資管理等。為了適應(yīng)計采購訂貨、庫存管理、工資管理等。為了適應(yīng)計算機管理，在報表格式的修改，名詞統(tǒng)一編碼等算機管理，在報表格式的修改，名詞統(tǒng)一編碼等多方面要進行大量工作。多方面要進行大量工作。73以提供信息服務(wù)為主要目的的數(shù)據(jù)密集型計算以提供信息服務(wù)為主要目的的數(shù)據(jù)密集型計算機應(yīng)用系統(tǒng)稱之為信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)除具有數(shù)據(jù)機應(yīng)用系統(tǒng)稱之為信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)除具有數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲和管理等基本功能外，還可向采集、傳輸、存儲和管理等基本功能外，還可向用戶提供信息檢索、統(tǒng)計報表、事務(wù)處理、規(guī)劃、用戶提供信息檢索、統(tǒng)計報表、事務(wù)處理、規(guī)劃、設(shè)計、指揮、控制、決策、報警和提示等信息服

60、設(shè)計、指揮、控制、決策、報警和提示等信息服務(wù)。其特點是數(shù)據(jù)量大，并需要長期保存在系統(tǒng)務(wù)。其特點是數(shù)據(jù)量大，并需要長期保存在系統(tǒng)中，一般采用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，一般采用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)。屬于這個。屬于這個范疇的應(yīng)用系統(tǒng)有：管理信息系統(tǒng)、地理信息系范疇的應(yīng)用系統(tǒng)有：管理信息系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、指揮信息系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、辦公信息系統(tǒng)、指揮信息系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、辦公信息系統(tǒng)、情報檢索系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)、銀行信息系統(tǒng)、情報檢索系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)、銀行信息系統(tǒng)和民航訂票系統(tǒng)等。一般包括各種應(yīng)用程序，統(tǒng)和民航訂票系統(tǒng)等。一般包括各種應(yīng)用程序，例如分析、統(tǒng)計、報表、規(guī)劃、決策等程序。信例如分析、統(tǒng)