計(jì)算機(jī)的由來

計(jì)算機(jī)的由來第1頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程

一、電子計(jì)算機(jī)的誕生①每秒5000次加法運(yùn)算；②每秒50次乘法運(yùn)算；③平方和立方計(jì)算；④Sin和Cos函數(shù)數(shù)值運(yùn)算；⑤其它更復(fù)雜的計(jì)算?！舻谝慌_電子計(jì)算ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandComputer）于1946年在美國誕生。第2頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二第1臺數(shù)字電子計(jì)算機(jī)1946年ENIAC計(jì)算機(jī)公布

ENIAC（電子數(shù)字積分機(jī)與計(jì)算機(jī)）：研制單位：美國賓夕法尼亞大學(xué)用途：軍事計(jì)算運(yùn)算速度：5000次/秒體積價(jià)格：170平方米，30噸，140千瓦，40萬美元第3頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二其邏輯元件采用電子管，存儲器件為磁鼓，典型邏輯結(jié)構(gòu)為定點(diǎn)運(yùn)算；用低級語言編程，無操作系統(tǒng)。代表人物：英國科學(xué)家艾蘭·圖靈和美籍匈牙利科學(xué)家馮·諾依曼。馮·諾依曼計(jì)算機(jī)模型。2）存儲器以二進(jìn)制形式存儲指令和數(shù)據(jù)；3）存儲程序工作方式；4）五部件以運(yùn)算器為中心進(jìn)行組織。1）計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、存儲器、控制器和輸入/輸出五個(gè)部件組成；第4頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二馮·諾依曼計(jì)算機(jī)組成第5頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二二、第二代計(jì)算機(jī)（50年代中后期到60年代中）邏輯元件采用晶體管，其內(nèi)存儲器由磁芯構(gòu)成，磁鼓與磁帶成為外存儲器。邏輯結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了浮點(diǎn)運(yùn)算，并提出了變址、中斷、I/O處理等新概念。出現(xiàn)了多種高級語言及其編譯程序。晶體管(1948)第6頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二三、第三代計(jì)算機(jī)（60年代中到70年代中）邏輯元件與存儲器均由集成電路實(shí)現(xiàn)；硬件上，微程序控制、高速緩存、虛擬存儲器、流水線等先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)開始使用；另一大特點(diǎn)是大型/巨型機(jī)與小型機(jī)同時(shí)發(fā)展。出現(xiàn)操作系統(tǒng)，它具有資源調(diào)度、人/機(jī)通信和輸入輸出控制等功能；小規(guī)模集成電路中/小規(guī)模集成電路(1950’s)第7頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二四、第四代計(jì)算機(jī)（70年代中期開始—）◆大規(guī)模（LSI）和超大規(guī)模（VLSI）集成電路及微處理器為這一代計(jì)算機(jī)的典型特征。超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用。并行處理技術(shù)嵌入式系統(tǒng)超標(biāo)量技術(shù):超標(biāo)量是指在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)CPU可以執(zhí)行一條以上的指令

第8頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二五、新一代計(jì)算機(jī)◆新器件和非馮·諾依曼結(jié)構(gòu)已成為新一代計(jì)算機(jī)的公認(rèn)標(biāo)志。神經(jīng)元、生物芯片、分子電子器件、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)。日本第五代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研究計(jì)劃（1982-1992年），確立并行推理將是未來信息處理的核心。第9頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程:小結(jié)1946年研制成功第1臺數(shù)字電子計(jì)算機(jī)60多年來發(fā)展速度之快大大超出人們的預(yù)料：性能、體積、價(jià)格、···應(yīng)用領(lǐng)域和裝機(jī)數(shù)量軟件技術(shù)和軟件產(chǎn)品使用的元器件第1代：電子管＋磁鼓第2代：晶體管＋磁芯第3代：中、小規(guī)模集成電路第4代：大、超大規(guī)模集成電路第10頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二微機(jī)處理器的發(fā)展

第一代微處理器（4位機(jī)和低檔8位機(jī)）Intel4004

1971年1月，Intel公司研制成功世界上第一片微處理器芯片Intel4004，微處理器和微機(jī)時(shí)代從此開始。

4004是個(gè)四位系統(tǒng)，只有2300個(gè)晶體管，時(shí)鐘頻率在108KHz，每秒執(zhí)行6萬條指令（0.06MIPs)。Intel80081972年4月，開發(fā)出第一個(gè)8位微處理器Intel8008第11頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二第二代微處理器（中、高檔8位機(jī)）Intel8080

1973年8月，研制出8位微處理器Intel8080，以N溝道MOS電路取代了P溝道，使用了基于6微米技術(shù)的6000個(gè)晶體管。

主頻2MHz的8080芯片運(yùn)算速度比8008快10倍，可存取64KB存儲器，處理速度為0.64MIPS。

第12頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二第二代微處理器（中、高檔8位機(jī)）1976年,Intel發(fā)布8085處理器當(dāng)時(shí)，Zilog、Motorola和Intel在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。

Zilog公司于1976年開發(fā)出Z80微處理器，廣泛用于微型計(jì)算機(jī)和工業(yè)自動控制設(shè)備。

Motorola開發(fā)出MC6800微處理器。第13頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二第三代微處理器（16位機(jī)）

Intel8086和80881978年，Intel推出4.77MHz的8086微處理器，集成了29000個(gè)3微米技術(shù)的晶體管，采用16位寄存器和16位數(shù)據(jù)總線，20位地址總線。

1年之后,Intel推出4.77MHz的準(zhǔn)16位微處理器8088，它是8086的廉價(jià)版本

。內(nèi)部以16位運(yùn)行，但支持8位數(shù)據(jù)總線。IBM公司1981年生產(chǎn)的第一臺電腦就是使用的這種芯片。

1979年，Motorola推出M6800016位微處理器，它因采用了68000個(gè)晶體管而得名。第14頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二第三代微處理器（16位機(jī)）1982年，Intel推出80286處理器，集成了大約13.4萬個(gè)晶體管,最大主頻為20MHz,采用16位數(shù)據(jù)總線和24位地址總線。兩種工作模式：實(shí)模式,保護(hù)模式。

第15頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二第四代微處理器（32位機(jī)）

1985年，Intel推出80386

微處理器(最高33MHz主頻)，集成275,000個(gè)晶體管。具有32位數(shù)據(jù)線、32位地址線（可以直接訪問4G字節(jié)的內(nèi)存）。工作模式：實(shí)模式、保護(hù)模式、虛擬86模式（可以同時(shí)模擬多個(gè)8086處理器來加強(qiáng)多任務(wù)處理能力）。具有比80286更多的指令集。第16頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二第四代微處理器（32位機(jī)）1989年4月，Intel推出80486微處理器。集成了120萬個(gè)晶體管,使用1微米的制造工藝。

486其實(shí)就是80386+80387協(xié)處理器+8KB一級緩存,是超級版本的386。

第17頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二第五代微處理器（64位機(jī)）1993年，英特爾公司的Pentium(奔騰)問世，采用0.6微米工藝，集成310萬只晶體管。64位數(shù)據(jù)線、32位地址線，16KB的cache，采用超標(biāo)量結(jié)構(gòu)。時(shí)鐘頻率從最初的60MHz、66MHz，一直上升到133MHz，處理速度比486快6~8倍。第18頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二第五代微處理器（64位機(jī)）

1995年，Intel推出了PentiumPro處理器，集成了5.5M個(gè)晶體管。PentiumPro的工作頻率有150/166/180和200MHz四種，都具有16KB的一級緩存和256KB的二級緩存。

PentiumPro采用了“PPGA”

封裝技術(shù)。即一個(gè)256KB的二級緩存芯片與PentiumPro芯片封裝在一起，這樣就使高速緩存能更容易地運(yùn)行在更高的頻率上。第19頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二第五代微處理器（64位機(jī)）1997年，Intel推出PentiumMMX

。PentiumMMX增加了片內(nèi)16KB數(shù)據(jù)緩存、16KB指令緩存和4路寫緩存，特別新增加了57條MMX多媒體指令（專門用來處理音頻、視頻等數(shù)據(jù)）。比普通CPU處理多媒體的能力提高了60％左右。其工作頻率有166MHz、200MHz、233MHz三種。

第20頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二第五代微處理器（64位機(jī)）

1997年4月,英特爾發(fā)布了PentiumII處理器。內(nèi)部集成了750萬個(gè)晶體管，并整合了MMX指令集技術(shù)。

PentiumII架構(gòu)已經(jīng)從Socket7轉(zhuǎn)成Slot1，并首次引入了S.E.C封裝(SingleEdgeContact)技術(shù)，將高速緩存與處理器整合在一塊PCB板上。Slot1的PentiumII晶體管數(shù)為900萬。其工作頻率可達(dá)333MHz

。第21頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二第五代微處理器（64位機(jī)）1999年1月，Intel推出奔騰III處理器，它采用0.25微米制造工藝，擁有32K一級緩存和512K二級緩存，包含MMX指令和Intel自己的“

3D”指令SSE。此外其身份代碼還可通過Internet讀取。1999年10月，Intel推出了基于0.18微米工藝制造的PentiumIII處理器，工作頻率高達(dá)733MHz。

第22頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二第五代微處理器（64位機(jī)）

2000年11月，Intel發(fā)布了Pentium4。Pentium4采用0.18微米鋁導(dǎo)線工藝。主頻可達(dá)1.7GHz和1.8GHzPentium4拋棄了Intel沿用了多年的P6結(jié)構(gòu)，采用了新的NetBurstCPU結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)：20段的超級流水線、高效的亂序執(zhí)行功能、2倍速的ALU、新型的片上緩存、SSE2指令擴(kuò)展集和400MHz的前端總線等。

Intel很快又開發(fā)出0.13微米工藝的Pentium4芯片，其主頻有了很大飛躍，31級流水線設(shè)計(jì)，配備16KB的一級數(shù)據(jù)緩存和多達(dá)1MB的二級緩存。第23頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二2004年Intel推出90nm工藝的Pentium4E處理器，集成了1億個(gè)晶體管。支持超線程技術(shù)，800MHz前端總線和1MB二級緩存。但工藝的提升，沒有使得功耗降低，主頻提升，因?yàn)樾酒芯w管數(shù)量的增加使得二氧化硅絕緣層變得更薄，進(jìn)而導(dǎo)致泄漏電流，增加了芯片的額外功耗。

第24頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二2005年，Intel迅速推出了65nm工藝的PentiumExtremeEdition955雙核處理器。無論在制造工藝還是架構(gòu)變革方面都有了非常大改進(jìn)，包括獨(dú)立的雙L2Cache設(shè)計(jì)。在漏電方面也有非常顯著的改進(jìn)。多核處理器第25頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二多核處理器2007年，Intel推出45nm多核處理器，包括雙核、四核共7款芯片。雙核版建

4.1億個(gè)晶體管，四核版則有8.2億個(gè)晶體管。微架構(gòu)經(jīng)強(qiáng)化后，在相同頻率下較上代Core產(chǎn)品擁有更高性能，同時(shí)L2Cache容量亦提升50%，明顯提高數(shù)據(jù)讀取執(zhí)行的命中率。此外，亦加入47條全新Intel

SSE4指令，提高多媒體性能和實(shí)現(xiàn)高性能運(yùn)算應(yīng)用。第26頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二總結(jié)微處理器的發(fā)展史雖然不過30余年，但在這30余年里微處理器的發(fā)展歷程卻是天翻地覆的變化。從Intel的4004開始，到Intel、AMD、Cyrix三足鼎立，到Intel一家獨(dú)大，再到現(xiàn)在Intel、AMD分庭抗衡。CPU將向速度更快、64位結(jié)構(gòu)、多核方向前進(jìn)。CPU的制作工藝更加精細(xì)，90納米、65納米、45納米、32納米……。第27頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二微型計(jì)算機(jī)的組成；微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成第28頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二顯示器鍵盤主機(jī)光驅(qū)軟驅(qū)音箱鼠標(biāo)本節(jié)首頁第29頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二顯示器鍵盤主機(jī)鼠標(biāo)筆記本光驅(qū)本節(jié)首頁第30頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成1、微機(jī)硬件系統(tǒng)2、微機(jī)軟件系統(tǒng)本節(jié)首頁第31頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二微機(jī)硬件系統(tǒng)主機(jī)輸入設(shè)備

輸出設(shè)備

返回第32頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二微機(jī)軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件返回第33頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二主機(jī)包括：-電腦主板-CPU（中央處理器，包括運(yùn)算器和控制器）-存儲器：內(nèi)存（RAM和ROM）和外存（硬盤、光盤等）-輸入輸出接口主機(jī)返回第34頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二輸入設(shè)備有:鍵盤、鼠標(biāo)、話筒、掃描儀、寫字板、數(shù)碼像機(jī)、光筆、麥克風(fēng)、光電閱讀儀器、條碼閱讀儀器等。

輸出設(shè)備有:顯示器、音箱、打印機(jī)、繪圖儀、投影儀等.返回第35頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二輸入設(shè)備掃描儀數(shù)碼相機(jī)話筒手寫板返回第36頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二輸出設(shè)備打印機(jī)音箱系統(tǒng)組成第37頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二返回微機(jī)系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件有：操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、通信處理程序等。應(yīng)用軟件有： 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、CAI、CAT、Word、Excel、系統(tǒng)仿真、人工智能、管理信息系統(tǒng)等。 第38頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二本節(jié)首頁第39頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二

微型計(jì)算機(jī)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。硬件指的是所能夠看得見的組成計(jì)算機(jī)的物理設(shè)備.例如：顯示器、主機(jī)等，是構(gòu)成計(jì)算機(jī)的實(shí)體。 軟件是用來指揮計(jì)算機(jī)完成具體工作的程序和數(shù)據(jù)，是整個(gè)計(jì)算機(jī)的靈魂。例如:操作系統(tǒng)、辦公室自動化軟件、各行業(yè)的信息管理系統(tǒng)等。小結(jié)本節(jié)首頁第40頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二微型計(jì)算機(jī)的工作過程就是執(zhí)行程序的過程，而程序由指令序列組成，因此，執(zhí)行程序的過程，就是執(zhí)行指令序列的過程，即逐條地從存儲器中取出指令并完成指令所指定的操作。由于執(zhí)行每一條指令，都包括取指、譯碼和執(zhí)行三個(gè)基本步驟，所以，微型計(jì)算機(jī)的工作過程，也就是不斷地取指令、譯碼和執(zhí)行的過程，直到遇到停機(jī)指令時(shí)才結(jié)束機(jī)器的運(yùn)行。微型計(jì)算機(jī)的工作過程第41頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)1．字長2．存儲器容量3．運(yùn)算速度4．?dāng)U展能力5．軟件配置情況第42頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二1．字長字長指計(jì)算機(jī)內(nèi)部一次可以處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。字長越長，計(jì)算機(jī)所能表示的數(shù)據(jù)精度越高，在完成同樣精度的運(yùn)算時(shí)數(shù)據(jù)的處理速度越高。但字長越長，機(jī)器中的通用寄存器、存儲器、ALU的位數(shù)和數(shù)據(jù)總線的位數(shù)都要增加，硬件代價(jià)增大，因此應(yīng)考慮精度、速度和成本兼顧的原則來決定微型計(jì)算機(jī)的字長。PC/XT微機(jī)的字長為16位；386、486微機(jī)的字長為32位；586微機(jī)的字長為32位或64位。第43頁，共50頁，2023年，2月20日，星期二2．存儲器容量存儲器容量是衡量計(jì)算機(jī)存儲二進(jìn)制信息量大小的一個(gè)重要指標(biāo)。微型計(jì)算機(jī)中通常以字節(jié)為單位表示存儲容量，如B(byte),KB(kilobyt