第一章計算機概述

1微機原理及應(yīng)用B主講人：薛宏全經(jīng)濟與管理學(xué)院管工系信管專業(yè)2014年02月2課程目標在整體上建立起計算機系統(tǒng)的整體概念；在整體上建立起微機系統(tǒng)的整體概念；掌握微型機硬件系統(tǒng)各部分的構(gòu)成及工作原理；掌握微型機的輸入輸出技術(shù)；了解部分基本指令系統(tǒng)；了解目前常用多媒體設(shè)備的工作原理。3考核方式平時20%期末考試80%

注：平時包括上課點名、課后作業(yè)、實驗4計算機基礎(chǔ)教學(xué)的三個層次5本課程在信管專業(yè)中的地位1、什么是信息系統(tǒng)？

信息系統(tǒng)是由計算機硬件、網(wǎng)絡(luò)和通訊設(shè)備、計算機軟件、信息資源、信息用戶和規(guī)章制度組成的以處理信息流為目的的人機一體化系統(tǒng)。

67本課程在信管專業(yè)中的地位2、什么是管理信息系統(tǒng)？管理信息系統(tǒng)是一個以人為主導(dǎo)，利用計算機硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備以及其他辦公設(shè)備，進行信息的收集、傳輸、加工、儲存、更新和維護，以企業(yè)戰(zhàn)略競優(yōu)、提高效益和效率為目的，支持企業(yè)的高層決策、中層控制、基層運作的集成化的人機系統(tǒng)。

89本課程在信管專業(yè)中的地位3、信息系統(tǒng)中涉及到的角色應(yīng)用程序開發(fā)人員；系統(tǒng)程序員；硬件人員；系統(tǒng)管理人員；10本課程在信管專業(yè)中的地位例：超市管理信息系統(tǒng)。調(diào)查零售店銷售點系統(tǒng)的分析員可能會詢問有關(guān)當前系統(tǒng)的情況，例如：處理一筆銷售業(yè)務(wù)需要多長時間？這個系統(tǒng)便于使用嗎？是否收集到足夠的信息（如有關(guān)銷售方面的信息）？硬件和網(wǎng)絡(luò)能夠處理高峰期的銷售量嗎（如節(jié)假日）？系統(tǒng)容量可以擴充嗎？其他操作系統(tǒng)支持這些硬件和應(yīng)用軟件嗎？有更便宜的硬件可供選擇嗎？11本課程在信管專業(yè)中的地位具體的系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)包括選擇：計算機硬件（處理、存儲、I/O和網(wǎng)絡(luò)組件）網(wǎng)絡(luò)硬件（傳輸線路、路由器、防火墻）系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、安全協(xié)議和軟件）應(yīng)用程序開發(fā)工具（編程語言、組件庫、集成開發(fā)環(huán)境）文件或數(shù)據(jù)庫設(shè)計（如將數(shù)據(jù)元素分成記錄和文件、編制索引和分類）應(yīng)用軟件設(shè)計用戶和外部系統(tǒng)接口設(shè)計（輸入屏幕格式、報告格式以及與外部服務(wù)和系統(tǒng)進行交互作用的協(xié)議）系統(tǒng)備份和恢復(fù)機制的設(shè)計具體設(shè)計過程：121314計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)應(yīng)用用戶應(yīng)用開發(fā)人員操作系統(tǒng)開發(fā)人員計算機硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)工具用戶應(yīng)用15第一章計算機概述計算機系統(tǒng)馮·諾依曼計算機結(jié)構(gòu)計算機發(fā)展史計算機的發(fā)展趨勢摩爾定律16§1.1計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)——硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的結(jié)合的整體。硬件：計算機的物質(zhì)存在的實體，軟件的實現(xiàn)平臺。軟件：計算機功能和數(shù)據(jù)的二進制表示信息。例：計算機通信判決電信號字節(jié)同步二進制位幀同步字節(jié)包交換信息幀信息包

具體功能可以由硬件實現(xiàn)，可以由軟件實現(xiàn)，也可以由硬件和軟件實現(xiàn)。硬件完成：增加設(shè)計制造成本、速度快、穩(wěn)定、靈活性差。軟件完成：成本低、修改升級簡單、速度受限制。17§1.1計算機系統(tǒng)硬件軟件化軟件硬件化硬件軟件化：原來由硬件實現(xiàn)的功能可以改為由軟件模擬來實現(xiàn)，這種做法稱為硬件軟化，它可以增強系統(tǒng)的功能和適應(yīng)性。軟件硬件化：

原來由軟件實現(xiàn)的功能也可以改為由硬件來實現(xiàn)，稱為軟件硬化，它可以顯著降低軟件在時間上的開銷。18不同對象觀察到的計算機硬件系統(tǒng)1.一般用戶觀察到的計算機硬件系統(tǒng)物理模塊構(gòu)成功能和性能指標操作界面一般用戶觀察到的只是計算機的用戶界面。19不同對象觀察到的計算機硬件系統(tǒng)2.專業(yè)用戶觀察到的計算機硬件系統(tǒng)專業(yè)用戶更多地關(guān)注計算機機箱內(nèi)的結(jié)構(gòu)和組成。原理功能模塊構(gòu)成標準和連接關(guān)系20不同對象觀察到的計算機硬件系統(tǒng)3.計算機設(shè)計者觀察到的計算機硬件系統(tǒng)計算機的設(shè)計者更多地關(guān)心計算機的組成原理和實現(xiàn)方法。計算機控制器運算器存儲器I/O寄存器1寄存器2寄存器3寄存器N門1門2門3門N晶體管1晶體管2晶體管3晶體管N

系統(tǒng)級寄存器級門電路級晶體管級21§1.2馮·諾依曼計算機結(jié)構(gòu)

以美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼為首的研制小組與參與研制ENIAC主要人員聯(lián)名發(fā)表了一篇長達101頁紙的報告，即計算機史上著名的“101頁報告”，提出了“存儲程序控制”的計算機結(jié)構(gòu)(即諾依曼機），奠定了現(xiàn)代計算機的體系結(jié)構(gòu)。（1945.6）⑴計算機（指硬件）由五大基本部件組成；⑵計算機內(nèi)部采用二進制來表示指令和數(shù)據(jù)；⑶將編好的程序和原始數(shù)據(jù)事先存入存儲器中，然后再執(zhí)行程序。22§1.2馮·諾依曼計算機結(jié)構(gòu)運算器輸出設(shè)備控制器輸入設(shè)備存儲器指令流控制命令數(shù)據(jù)流以運算器為核心、以存儲程序原理為基礎(chǔ)23§1.2馮·諾依曼計算機結(jié)構(gòu)

計算機的工作過程就是執(zhí)行程序的過程，我們要求機器自動地執(zhí)行這些程序，就必須事先把程序放到存儲器中，這就是程序存儲。程序中的每條指令通常是按順序一條一條地存放的，計算機工作時，控制器按照預(yù)先規(guī)定好的順序，從存儲器中一條一條地取出指令，分析指令，根據(jù)不同的指令向各個部件發(fā)出完成該指令所規(guī)定操作的控制信號，這就是程序控制。程序存儲和程序控制的概念是馮.諾依曼提出的，因此又稱為馮依概念.24§1.3計算機發(fā)展史1.微電子器件的發(fā)展電子管特點：體積大、功耗高、壽命短、速度慢、可靠性差。半導(dǎo)體晶體管

特點：體積小、功耗低、可靠性高。包括雙極型晶體管和場效應(yīng)晶體管。集成電路芯片

(IC:IntegratedCircuits)

特點：速度快、體積更小、功耗更低、可靠性更高等。25§1.3計算機發(fā)展史IC集成度分類：

SSI（小規(guī)模集成電路）

晶體管數(shù)100個以下

MSI（中規(guī)模集成電路）

晶體管數(shù)100～3000個

LSI（大規(guī)模集成電路）

晶體管數(shù)3000～105個

VLSI（超大規(guī)模集成電路）

晶體管數(shù)105～108個

ULSI（甚大規(guī)模集成電路）

目前的P4集成度超過10826§1.3計算機發(fā)展史2.計算機的發(fā)展史電子管計算機（1946年到50年代后期）存儲器：延遲線、磁芯無高級語言，甚至沒有匯編器科學(xué)計算、為軍事與國防尖端科技服務(wù)沒有商業(yè)化晶體管計算機（50年代中期到60年代后期）磁芯存儲器，存儲量從幾千提高到10萬單元以上運算速度從每秒幾千次提高到幾十萬次軍事與尖端技術(shù)、氣象、工程設(shè)計、數(shù)據(jù)處理以及其他科學(xué)研究等領(lǐng)域27§1.3計算機發(fā)展史中、小規(guī)模集成電路集成電路計算機（從60年代中期到70年代前期）功耗、體積、價格等進一步下降。速度及可靠性相應(yīng)的提高范圍進一步擴大大、超大規(guī)模集成電路計算機（70年代初到至今）20世紀60年代后，半導(dǎo)體存儲器取代了磁芯存儲器，并不斷向大容量、高集成度、高速度發(fā)展。70年代初，出現(xiàn)微型計算機（PC）——以微處理器（MPU，單片IC的CPU）為核心的電子計算機。計算機進入了幾乎所有的行業(yè)。28§1.3計算機發(fā)展史3.計算機發(fā)展過程中的重要里程碑(1)第一臺電子數(shù)字計算機

1946年，ENIAC，美國賓夕法尼亞大學(xué)18800個電子管、1500個繼電器，重達30噸，占地170平方米。耗電150千瓦。運算速度為每秒5000次十進制加法運算或者400次乘法運算至多只能存20個10位的十進制數(shù)，無程序存儲器。29§1.3計算機發(fā)展史(2)第一臺存儲程序計算機

1949年在英國劍橋大學(xué)問世的EDSAC，由3000只電子管為主要元件的存儲結(jié)構(gòu)的計算機。1951年馮·諾依曼的EDSAC問世，總共只采用了2300個電子管，但運算速度卻比擁有18000個電子管的ENIAC提高了10倍。30§1.3計算機發(fā)展史(3)晶體管計算機的誕生1954年，貝爾實驗室研制成功第一臺使用晶體管線路的計算機（TRADIC），裝有800個晶體管。1958年，IBM公司制成了第一臺全部使用晶體管的計算機RCA501型。計算速度從每秒幾千次提高到幾十萬次，主存儲器的存儲量，從幾千提高到10萬以上。1959年，IBM公司又生產(chǎn)出全部晶體管化的電子計算機IBM7090。31§1.3計算機發(fā)展史(4)第三代計算機的的著名代表1964年，第一個采用集成電路的通用計算機系列IBM360系統(tǒng)研制成功，該系列有大、中、小型，共6個型號。32§1.3計算機發(fā)展史(5)使用超大規(guī)模集成電路的第四代計算機

在1967年和1977年，分別出現(xiàn)了大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路。美國的ILLIAC-IV計算機，是第一臺全面使用大規(guī)模集成電路作為邏輯元件和存儲器的計算機。33§1.3計算機發(fā)展史(6)微型計算機的出現(xiàn)Intel系列CPU的發(fā)展，特別是1978年推出的808616位CPU，為微機的出現(xiàn)奠定了硬件基礎(chǔ)。1980年，IBM實行“開放”政策；采用Intel8088MPU、委托獨立軟件公司為它配置各種軟件。1981年8月12日，IBM在紐約宣布IBMPC個人電腦出世。34§1.4計算機的發(fā)展趨勢目前計算機的發(fā)展是向“兩極”(多級)分化微型化、網(wǎng)絡(luò)化、高性能、通用化。巨型化、超高速、并行處理、智能化方向發(fā)展。關(guān)于計算機的大小——速度、容量。未來計算機的發(fā)展趨勢計算能力進一步提高——預(yù)計21世紀初期，將出現(xiàn)每秒100萬億次的超級計算機。計算機將進入人工智能時代——具備學(xué)習(xí)、判斷、推理及自然語言能力。將出現(xiàn)新型材料計算機——超導(dǎo)計算機、量子計算機、光子計算機、生物計算機、納米計算機。35§1.4計算機的發(fā)展趨勢中國第一臺計算機——103型通用數(shù)字電子計算機于1958年6月由中科院計算所研制成功