D硬件講義計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)第三章 微機(jī)的總線與主板-2第一章 (2)課件

本章主要內(nèi)容：

微電子器件和計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展史、摩爾定律、計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中的重要里程碑和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及未來(lái)計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。最后簡(jiǎn)要介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成。要求掌握和了解：微電子器件和計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展史計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及分類計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成第一章計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)概述

計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)1.1.1從微電子器件的發(fā)展看電子計(jì)算機(jī)發(fā)展史

1.微電子器件的發(fā)展電子管（真空管）（20世紀(jì)初）

1904年英國(guó)電氣工程師弗萊明（J.Fleming）研制出世界上第一只電子管，也就是人們所說(shuō)的真空二極管。1906年，德·福雷斯特在弗萊明的玻璃管內(nèi)添加了柵欄式的金屬網(wǎng)，形成第三個(gè)極。發(fā)明真空三極管。特點(diǎn)：體積大、功耗高、壽命短、可靠性差。半導(dǎo)體晶體管（晶體管）（1948年）由貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家肖克利（W.Shockley）、布拉頓（W.Brattain）和巴?。↗.Bardeen）發(fā)明。特點(diǎn)：體積小、功耗低、可靠性高。集成電路（Integratedcircuits）芯片（IC）（1959年）

1959年由德克薩斯儀器公司（TI）的基爾比（J.kilby）和諾依斯為首的仙童（Fairchild）半導(dǎo)體公司同時(shí)發(fā)明?；鶢柋缺蛔u(yù)為“第一塊集成電路的發(fā)明家”，而諾依斯被譽(yù)為“提出了適合于工業(yè)生產(chǎn)的集成電路理論”的人。特點(diǎn)：速度快、功耗低、可靠性高等。計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)1.1.1從微電子器件的發(fā)展看電子計(jì)算機(jī)發(fā)展史分類：集成度SSI（小規(guī)模集成電路）晶體管數(shù)100個(gè)以下MSI（中規(guī)模集成電路）晶體管數(shù)100～3000個(gè)LSI（大規(guī)模集成電路） 晶體管數(shù)3000～30000個(gè)VLSI（超大規(guī)模集成電路）晶體管數(shù)100000～100000000個(gè)ULSI（甚大規(guī)模集成電路）晶體管數(shù)100000000以上計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)1.1.1從微電子器件的發(fā)展看電子計(jì)算機(jī)發(fā)展史

中、小規(guī)模集成電路集成電路計(jì)算機(jī)（從60年代中期到70年代前期）功耗、體積、價(jià)格等進(jìn)一步下降。速度及可靠性相應(yīng)的提高范圍進(jìn)一步擴(kuò)大大、超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（70年代初到至今）20世紀(jì)60年代后，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器取代了磁芯存儲(chǔ)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)了以包含CPU的單片IC（微處理器）為核心的電子計(jì)算機(jī)——微型計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)進(jìn)入了幾乎所有的行業(yè)。計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)1.1.2摩爾定律

摩爾定律

1965年，Intel公司的創(chuàng)辦人之一摩爾發(fā)現(xiàn)：“在相等面積(制作成本)上，CPU上的晶體管數(shù)量以每18個(gè)月倍增的趨勢(shì)增加，執(zhí)行性能的提升大體也符合這個(gè)趨勢(shì)?！蔽⑻幚砥鞯陌l(fā)展計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)1.1.3計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中的重要里程碑

1.第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)

1946年在美國(guó)誕生的ENIAC是舉世公認(rèn)的第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。設(shè)計(jì)的目的是為阿貝丁陸軍試炮場(chǎng)進(jìn)行彈道計(jì)算。主要研制者賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院的莫契利（J.Mauchiy）和?？耍≒.Eckert）。ENIAC共使用了18000個(gè)電子管，另加1500個(gè)繼電器以及其它器件，其總體積約90立方米，重達(dá)30噸，占地170平方米。這臺(tái)耗電量為140千瓦的計(jì)算機(jī)，運(yùn)算速度為每秒5000次加法，或者400次乘法，至多只能存20個(gè)10位的十進(jìn)制數(shù)，無(wú)程序存儲(chǔ)器。計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)1.1.3計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中的重要里程碑

3.第一臺(tái)存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)

1949年5月，英國(guó)劍橋大學(xué)威爾克斯（M.Wilkes）教授主持制成了一臺(tái)由3000只電子管為主要元件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)EDSAC（電子儲(chǔ)存程序計(jì)算機(jī)）。1952年1月，由馮·諾伊曼設(shè)計(jì)的IAS電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世。IAS計(jì)算機(jī)總共只采用了2300個(gè)電子管，但運(yùn)算速度卻比擁有18000個(gè)電子管的ENIAC“埃尼阿克”提高了10倍。4.晶體管計(jì)算機(jī)的誕生1954年，貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功第一臺(tái)使用晶體管線路的計(jì)算機(jī)（TRADIC），裝有800個(gè)晶體管。1958年，IBM公司制成了第一臺(tái)全部使用晶體管的計(jì)算機(jī)RCA501型。計(jì)算速度從每秒幾千次提高到幾十萬(wàn)次，主存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)量，從幾千提高到10萬(wàn)以上。計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)1.1.3計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中的重要里程碑

5.第三代計(jì)算機(jī)的的標(biāo)志性產(chǎn)品IBM360系列計(jì)算機(jī)

1964年，由IBM公司主設(shè)計(jì)師吉恩·阿姆達(dá)爾（G.Amdahl），主持設(shè)計(jì)的第一個(gè)采用集成電路的通用計(jì)算機(jī)系列IBM360系統(tǒng)研制成功，該系列有大、中、小型，共6個(gè)型號(hào)。阿姆達(dá)爾提出了一種全新的思路：IBM360必須是一種“兼容性”的產(chǎn)品，意味著大中小型360系統(tǒng)電腦，都能用相同方式處理相同的指令，享用相同的軟件，配置相同的外部設(shè)備，而且能夠相互連接在一起工作。“兼容性”是一個(gè)偉大的觀念變革，它給現(xiàn)代電腦發(fā)展帶來(lái)的技術(shù)進(jìn)步，至今還在發(fā)揮巨大作用。360系列取得了難以置信的成功，成為第三代電腦的標(biāo)志性產(chǎn)品。計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)1.1.3計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中的重要里程碑

6.使用超大規(guī)模集成電路的第四代計(jì)算機(jī)美國(guó)ILLIAC-IV計(jì)算機(jī)，是第一臺(tái)全面使用大規(guī)模集成電路作為邏輯元件和存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)，它標(biāo)志著計(jì)算機(jī)的發(fā)展已到了第四代。IBM公司的370系列、43XX、30XX、ES-9000系列、克雷公司的Cray系列巨型機(jī)、日本富士通公司生產(chǎn)出M系列，是比較有代表性的第四代計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程

起迄年份代別主要邏輯元件軟件電子管機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言晶體管高級(jí)語(yǔ)言、監(jiān)控程序、簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)集成電路功能較強(qiáng)的操作系統(tǒng)、會(huì)話式語(yǔ)言大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路軟件工程的研究與應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫(kù)、語(yǔ)言編譯系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)軟件1946-19571958-19641965-19701970至今一二三四計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)1.1.4現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及其類型

計(jì)算機(jī)按用途可分為專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)專用計(jì)算機(jī)是最有效、最經(jīng)濟(jì)、最快速的計(jì)算機(jī)，但是它的功能單一，適應(yīng)性很差。通用計(jì)算機(jī)功能齊全，適應(yīng)性很強(qiáng)，但是犧牲了效率、速度和經(jīng)濟(jì)性。專用和通用是根據(jù)計(jì)算機(jī)的效率、速度、價(jià)格、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性來(lái)劃分的。現(xiàn)在一般意義上講的計(jì)算機(jī)都是指通用計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)1.1.4現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及其類型

計(jì)算機(jī)分類計(jì)算機(jī)的性能和作用進(jìn)行分類。傳統(tǒng)上將計(jì)算機(jī)分為巨型計(jì)算機(jī)、小巨型機(jī)、主機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、工作站、個(gè)人計(jì)算機(jī)。1989年11月IEEE提出一個(gè)分類報(bào)告，它根據(jù)計(jì)算機(jī)在信息處理系統(tǒng)中的地位與作用，考慮到計(jì)算機(jī)分類的演變過(guò)程和近期可能的發(fā)展趨勢(shì)，把計(jì)算機(jī)分成6大類。巨型計(jì)算機(jī)、小巨型機(jī)、主機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、工作站和個(gè)人計(jì)算機(jī)。目前國(guó)際上比較流行的分類是：巨型計(jì)算機(jī)主機(jī)小型計(jì)算機(jī)個(gè)人計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)1.1.4現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及其類型

2.主機(jī)（Mainframecomputers）

它包括我們通常所說(shuō)的大、中型計(jì)算機(jī)。大型主機(jī)經(jīng)歷了批處理階段、分時(shí)處理階段，進(jìn)入了分散處理與集中管理的階段。IBM公司一直在大型主機(jī)市場(chǎng)處于霸主地位，DEC、富士通、日立、NEC也生產(chǎn)大型主機(jī)。不過(guò)隨著微機(jī)與網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，大型主機(jī)正在走下坡路。現(xiàn)在主要朝著超級(jí)服務(wù)器方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)1.1.4現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及其類型

3.小型計(jì)算機(jī)（Minicomputers）小型機(jī)的機(jī)器規(guī)模小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)試制周期短，便于及時(shí)采用先進(jìn)工藝技術(shù)，軟件開(kāi)發(fā)成本低，易于操作維護(hù)。它們己廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制、大型分析儀器、測(cè)量設(shè)備、企業(yè)管理、大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)等，也可以作為大型與巨型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輔助計(jì)算機(jī)。近年來(lái)，小型機(jī)的發(fā)展也引人注目。特別是RISC（ReducedInstructionSetComputer縮減指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)）體系結(jié)構(gòu)的廣泛使用，大大提高了小型機(jī)的性能。計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)1.1.4現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及其類型

5.微型機(jī)（Microcomputers）

微型機(jī)主要包括個(gè)人計(jì)算機(jī)PC、筆記本計(jì)算機(jī)、掌上電腦等。微型機(jī)技術(shù)在近10年內(nèi)發(fā)展速度迅猛，平均每2～3個(gè)月就有新產(chǎn)品出現(xiàn)，1～2年產(chǎn)品就更新?lián)Q代一次。平均每?jī)赡晷酒募啥瓤商岣咭槐?，性能提高一倍，價(jià)格降低一半。目前還有加快的趨勢(shì)。微型機(jī)已經(jīng)應(yīng)用于辦公自動(dòng)化、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、專家系統(tǒng)，多媒體技術(shù)等領(lǐng)域，并且開(kāi)始成為城鎮(zhèn)家庭的一種常規(guī)電器。微型機(jī)比小型機(jī)體積更小、價(jià)格更低廉，并且通用性強(qiáng)、靈活性好、可靠性高、使用方便。計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)1.2.1計(jì)算機(jī)中的硬件與軟件1.硬件和軟件的關(guān)系

一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包含硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)=硬件+軟件硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，正是在硬件高度發(fā)展的基礎(chǔ)上，才有軟件賴以生存的空間和活動(dòng)場(chǎng)所，沒(méi)有硬件對(duì)軟件的支持，軟件的功能就無(wú)從談起；

同樣，軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈魂，沒(méi)有軟件的硬件“裸機(jī)”將不能提供給用