计算机发展简史.ppt

计算机组成技术 哈工大计算机学院陈惠鹏 课程安排 计算机发展历史及现在计算机形态的变迁计算机的应用及发展方向计算机基础二进制原理计算机组成原理 计算机发展的历史 1946年ENIAC的诞生标志着人类进入了一个新的时代 EditByCHPSchoolofComputer 1 先驱的探索 机械式计算机 第一台真正的计算机是著名科学家帕斯卡 B Pascal 发明的机械计算机 帕斯卡1623年出生在法国一位数学家家庭 他三岁丧母 由担任着税务官的父亲拉扯他长大成人 从小 他就显示出对科学研究浓厚的兴趣 少年帕斯卡对他的父亲一往情深 他每天都看着年迈的父亲费力地计算税率税款 很想帮助做点事 可又怕父亲不放心 于是 未来的科学家想到了为父亲制做一台可以计算税款的机器 19岁那年 他发明了人类有史以来第一台机械计算机 帕斯卡加法器 EditByCHPSchoolofComputer 1 先驱的探索 机械式计算机 1673年 德国数学家莱布尼兹发明乘法机 这是第一台可以运行完整的四则运算的计算机 莱布尼兹同时还提出了 可以用机械代替人进行繁琐重复的计算工作 的伟大思想 这一思想至今鼓舞着人们探求新的计算机 莱布尼兹乘法器 EditByCHPSchoolofComputer 1 先驱的探索 机械式计算机 1822年巴贝奇花了近10年时间 构想 研制成功了第一台差分机 它能根据设计者的安排 自动完成高次多项式的整个运算过程 它的存储器是由齿轮组构成 差分机 是程序设计思想萌芽阶段的产物 研制第二台差分机转眼又是10年 在研制过程中 他一味追求尽善尽美 对于多种部件的要求精益求精 可是这种近乎苛刻的想法与要求 超越了当时的技术水平 但却为英国机床工业的发展培训了不少工程师 巴贝奇花费了政府资助他的17000英镑和他本人的13000英镑仍然没有制成 这台差分机研制中途夭折 被送进了伦敦博物馆 巴贝奇知音难觅 但当时英国著名诗人拜仑的女儿爱达 拉夫拉夫斯基伯爵夫人却能理解巴贝奇的工作 由于她杰出的数学天赋在英国剑桥大学就拜巴贝奇为师 不仅深深理解巴贝奇的思想并全力协助研制 分析机 而且在经济上也作了最大支持 可惜爱达早逝 但她在程序设计上的突出贡献 被誉为世界第一位程序员 她的名字也与现代计算机程序设计语言Ada紧紧地联系在一起 巴贝奇的差分机与分析机 EditByCHPSchoolofComputer 2 从机械到电的飞跃 美国人赫尔曼 霍勒瑞斯 HermanHollerith February29 1860 November17 1929 根据提花织布机的原理发明了穿孔片计算机 amechanicaltabulatorbasedonpunchedcards 就是395 781 395 782 395 783号专利 穿孔卡片制表系统 并带入商业领域建立公司 赫尔曼 霍勒瑞斯公司名称为 计算 制表 记录公司 Computing Tabulating Recording C T R 即原 数据处理 公司 DataProcessing 这就是IBM的前身 托马斯 沃森于1914年被计算 制表 记录公司聘用 成为了公司的总裁 赫尔曼 霍勒斯制表机 ThomasWatson接手CTR公司 并将其改造为IBM EditByCHPSchoolofComputer 2 从机械到电的飞跃 1904年 英国人弗莱明发明真空电子二极管 电子管的诞生 是人类电子文明的起点 弗莱明真空二极管的发明得益于爱迪生发现的 爱迪生效应 1906年 美国人德弗雷斯特发明电子三极管 并在研究中发现 三极管可以通过级联使放大倍数大增 这使得三极管的实用价值大大提高 从而促成了无线电通信技术的迅速发展 德弗雷斯特因发明三极管而被称为 无线电之父 二极管 三极管的发明 EditByCHPSchoolofComputer 3 技术的飞跃 早在1847和1854年 英国数学家布尔发表了两部重要著作 逻辑的数学分析 和 思维规律的研究 创立了逻辑代数 逻辑代数系统采用二进制 是现代电子计算机的数学和逻辑基础 1939年 阿塔纳索夫提出计算机三原则 采用二进制进行运算 采用电子技术来实现控制和运算 采用把计算功能和存储功能相分离的结构 1939年 阿塔纳索夫还设计并试制数字电子计算机的样机 ABC机 但未能完工 1936年 24岁的英国数学家图林发表著名论文 论可计算数及其在密码问题的应用 提出了 理想计算机 后人称之为 图林机 图林通过数学证明得出理论上存在 通用图林机 这为可计算性的概念提供了严格的数学定义 图林机成为现代通用数字计算机的数学模型 它证明通用数字计算机是可以制造出来的 图林发表于1940年的另一篇著名论文 计算机能思考吗 对计算机的人工智能进行了探索 并设计了著名的 图林测验 1940年 美国科学家维纳阐述了自己对现代计算机的五点设计原则 数字式而不是模拟式 以电子元件构成并尽量减少机械装置 采用二进制而不是十进制 内部存放计算表 内部存储数据 1944 1945年间 美籍匈牙利科学家冯 诺伊曼在第一台现代计算机ENIAC尚未问世时注意到其弱点 并提出一个新机型EDVAC的设计方案 其中提到了两个设想 采用二进制和 存储程序 这两个设想对于现代计算机至关重要 也使冯 诺伊曼成为 现代电子计算机之父 冯 诺伊曼机体系延续至今 1938年 信息论的创始人 美国科学家仙农发表论文 继电器和开关电路的符号分析 首次阐述了如何将布尔代数运用于逻辑电路 奠定了现代电子计算机开关电路的理论基础 EditByCHPSchoolofComputer 计算机的数学模型 图灵机 图灵机 英语 TuringMachine 又称确定型图灵机 是英国数学家阿兰 图灵于1936年提出的一种抽象计算模型 其更抽象的意义为一种数学逻辑机 可以看作等价于任何有限逻辑数学过程的终极强大逻辑机器 EditByCHPSchoolofComputer 图灵机的艺术表示 EditByCHPSchoolofComputer 图灵的基本思想 是用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算的过程 他把这样的过程看作下列两种简单的动作 在纸上写上或擦除某个符号 把注意力从纸的一个位置移动到另一个位置 而在每个阶段 人要决定下一步的动作 依赖于 a 此人当前所关注的纸上某个位置的符号和 b 此人当前思维的状态 EditByCHPSchoolofComputer 图灵的基本思想 计算是指遵循一定的规则用机械的动作所进行的过程 例如 数的加 减 乘 除以及乘方 开方 微积分等这些都是计算 我们还可以抽象的说 计算就是从一个符号行 得出另一个符号行 EditByCHPSchoolofComputer 图灵的基本思想 既然计算是遵循一定的规则用机械的动作所进行的过程 那末能不能设计一种理想的机器 即抽象机来实现这种计算呢 我们可以采用计算模型的办法来解决 图灵机就是具有一套特定的规则与动作的理想的计算模型 由此计算与可计算也可以这样说 图灵机所进行的工作就是计算 图灵机能够进行的就叫可计算 当然这些说法是无法证明的 同样也无法证明 图灵机的确是一个合适的模型 但是 可计算就是图灵机可计算 这命题是能够接受的 为了模拟人的这种运算过程 图灵构造出一台假想的机器 该机器由以下几个部分组成 一条无限长的纸带TAPE 纸带被划分为一个接一个的小格子 每个格子上包含一个来自有限字母表的符号 字母表中有一个特殊的符号表示空白 纸带上的格子从左到右依此被编号为0 1 2 纸带的右端可以无限伸展 一个读写头HEAD 该读写头可以在纸带上左右移动 它能读出当前所指的格子上的符号 并能改变当前格子上的符号 一套控制规则TABLE 它根据当前机器所处的状态以及当前读写头所指的格子上的符号来确定读写头下一步的动作 并改变状态寄存器的值 令机器进入一个新的状态 一个状态寄存器 它用来保存图灵机当前所处的状态 图灵机的所有可能状态的数目是有限的 并且有一个特殊的状态 称为停机状态 注意这个机器的每一部分都是有限的 但它有一个潜在的无限长的纸带 因此这种机器只是一个理想的设备 图灵认为这样的一台机器就能模拟人类所能进行的任何计算过程 在某些模型中 纸带移动 而未用到的纸带真正是 空白 的 要进行的指令 q4 展示在扫描到方格之上 由Kleene 1952 p 375绘制 在某些模型中 读写头沿着固定的纸带移动 要进行的指令 q1 展示在读写头内 在这种模型中 空白 的纸带是全部为0的 有阴影的方格 包括读写头扫描到的空白 标记了1 1 B的那些方格 和读写头符号 构成了系统状态 由Minsky 1967 p 121绘制 图灵机模型 图灵机的形式化定义 一台图灵机是一个七元组 Q q0 qaccept qreject 其中Q 都是有限集合 且满足Q是状态集合 是输入字母表 其中不包含特殊的空白符 是带字母表 其中且 是转移函数 其中L R表示读写头是向左移还是向右移 是起始状态 是接受状态 是拒绝状态 且 图灵机M Q q0 qaccept qreject 将以如下方式运作 开始的时候将输入符号串从左到右依此填在纸带的第号格子上 其他格子保持空白 即填以空白符 M的读写头指向第0号格子 M处于状态q0 机器开始运行后 按照转移函数 所描述的规则进行计算 例如 若当前机器的状态为q 读写头所指的格子中的符号为x 设 q x q x L 则机器进入新状态q 将读写头所指的格子中的符号改为x 然后将读写头向左移动一个格子 若在某一时刻 读写头所指的是第0号格子 但根据转移函数它下一步将继续向左移 这时它停在原地不动 换句话说 读写头始终不移出纸带的左边界 若在某个时刻M根据转移函数进入了状态qaccept 则它立刻停机并接受输入的字符串 若在某个时刻M根据转移函数进入了状态qreject 则它立刻停机并拒绝输入的字符串 注意 转移函数 是一个部分函数 换句话说对于某些q x q x 可能没有定义 如果在运行中遇到下一个操作没有定义的情况 机器将立刻停机 TuringMachine 图灵机解决了一个长期困扰我们的问题什么是计算 图灵机为实现自动计算提供了一个可以实施的数学模型 物理上如何实现该模型 冯 诺依曼为我们提供了另一个模型 第一台电子计算机的诞生 1943年在美国费城的穆尔工程学院 约翰 莫奇莱 普里斯泊 艾克特提出了建造ENIAC的计划 并邀请了很多的数学家参加其中包括著名的数学家约翰 冯纽曼 Von Neumann 第一台电子计算机的诞生 1946年初在Von Neumann等人的努力下ENIAC研制成功 ENIAC由20 000个开关元件 重30吨 耗电150千瓦 首次应用即参与了在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯进行的原子弹爆炸试验的计算 电子管计算机的问题 ENIAC的研制成功 奠定了一个新的时代 但是 电子管遇到了巨大的障碍 体积庞大 无法缩小 会发出很多的热量 管间间距需要很大 到了20世纪60年代 晶体管的问世造成了计算机革命性的进步 晶体管的发明人 约翰 巴丁 沃尔特 布拉顿和威廉 肖克利 WilliamShockley 三人因在晶体管技术上的革命性突破 被共同授予1965年的诺贝尔物理奖 右图是他们中的代表威廉 肖克利 以它的名字命名的肖克利半导体公司是当时最了不起的公司 硅谷 siliconvalley 肖克利半导体公司衍生出仙童半导体公司 而仙童半导体公司又衍生出许多公司 包括Motorola 德州仪器公司 RCA等公司 这些公司与很多半导体公司都位于圣克拉拉山谷的帕洛阿尔托方圆数英里范围内 而此时所有的半导体几乎都是用硅制造的 所以这个地区被人们称为 硅谷 siliconvalley 计算机经历的时代 从晶体管技术的出现到现在 计算机走过了四个时代 电子管时代晶体管时代中小规模集成电路 IntegrateCircus 时代超大规模集成电路 IntegrateCircus 时代 各时期计算机的比较 1 各时期计算机的比较 2 微型电子计算机的发展 第一代 1971 1972 4位的微处理器和微型电子计算机Intel40042300个晶体管 第二代 1972 1977 8位的微处理器和微型电子计算机Intel80083300个晶体管Intel80804900个晶体管M68006800个晶体管Z8010000个晶体管 第三代 1978 1983 16位的微处理器和微型电子计算机Intel808629000个晶体管M6800068000个晶体管Z800037500个晶体管 第四代 1984 32位的微处理器和微型电子计算机代表机型 Intel80286Intel80386MC68020 我国电子计算机的发展 1973年 中国第一台百万次集成电路电子计算机研制成功1983年 银河I号巨型计算机研制成功 运算次数达到每秒1亿次1987年 第一台国产286微机 长城286正式推出1988年 第一台国产386微机 长城386正式推出 我国电子计算机的发展 1993年 中国第一台10亿次巨型银河计算机II型通过鉴定 并于次年在国家气象局投入正式运行1995年 曙光1000型大型机通过鉴定 其峰值可以达到每秒25亿次1997年 银河III并行巨型机研制成功1999年 银河四代巨型机研制成功2000年 自行研制成功 神威I 高性能计算机 计算机进入了新的时代 20世纪60年代 伴随着晶体管技术的成熟 计算机进入了新的时代 竞争越来越激烈 但竞争的已不再是技术本身 计算机全方位的竞争 企业经营者的理念技术本身公司的管理水平企业的经营思路企业的团队精神 代表计算机发展的公司 IBM InternalBusinessMachine Intel IntegrateElectronics MicrosoftCO IBM公司发展史 1 早期的IBM公司以生产打孔机 制图机 现金出纳机为主 20世纪20年代 该公司大概拥有1000人 公司的创始人是老Thomas Watson IBM公司发展史 2 ENIAC诞生不久 老Thomas Watson以商人的敏锐 感觉到计算机将在商业领域存在巨大的商机 如何将又大 又笨 又耗电的ENIAC应用到商业领域 这不仅是Thomas Watson所面临的问题 也是我们随时会遇到的技术难题 IBM公司发展史 3 老Thomas Watson的想法是 第一 减少功能 第二 减小体积 第三 只完成乘法功能 第四 尽快推出一款乘法器 第五 用于商场收款系统 1946年9月 IBM的第一台乘法器IBM604问世 并于当年卖出几千台 当头棒喝 如何将复杂的 大型的技术迅速地推向市场 获得市场认可 老Thomas Watson为我们树立了一个榜样 IBM公司发展史 4 1950年IBM推出的IBM701电子管计算机 50年代 70年代初期 IBM公司以大中型计算机为其主要产品 一直到个人计算机的出现 到1971年老ThomasWatson退休时 IBM公司的年营业额达75亿美元 IBM701 IBM公司发展史 5 1971年老Thomas Watson退休 他的儿子小Thomas Watson接任此时的IBM沉浸在其成功的成就中 在世界上 没有人能够挑战IBM的地位 当然是在中大型计算机领域 Intel公司的发展史 1 1957年从肖克利半导体公司分离出一个新的公司 仙童 公司 仙童 公司招募了八个年轻有为的半导体技术人员 号称 八人帮 但由于管理的不善及领导者的独裁 很快其中的三个精英 Moore 巴瑞特 Andrew Grove共同离开了仙童公司 成立了Intel公司 Intel来自 IntegratedElectronics集成电子 Intel的三位创业者 也是计算机界的三位领袖 Moore sLawinEconomic 1 Intel公司的第一任总裁Moore在研究了1957年 1964年的计算机的发展情况 与1965年提出了当时非常有预见 至今仍然有效的Moore sLaw 定律的内容如下 集成电路可容纳的零件数量 每隔一年半左右就会增长一倍 性能也提高一倍 Moore sLawinEconomic 2 GrowthoftransistorcountsforIntelprocessors dots andMoore sLaw upperline 18months lowerline 24months Intel公司发展史 2 Intel公司初期以生产磁蕊存储芯片为主 并很快取得了较大的经济效益 1969年初 Intel公司接受了日本计算器公司Busicom的一份委托书 要求为其设计生产计算器芯片 并于1971年设计生产出Intel公司的第一个微处理 Micro processingchip 芯片4004 1972年 Intel公司推出了8008 Intel公司发展史 3 1976年 Intel公司推出了8080 成为了CPU CentralProcessingUnit 产业标准 个人计算机 PersonalComputer 的出现 1975年以前的计算机仍然是庞大的 昂贵的 普通人无法拥有 甚至使用也需要非常专业的知识 1975年一家名为MITS的小公司经营出现了危机 其领导者埃德 罗伯茨在危急时刻提出了一个全新的想法 设计一台价格低廉 操作简单的机器 但这种机器可以干什么用 没人知道 个人计算机 PersonalComputer 的出现 很快埃德 罗伯茨说服了银行为他提供贷款 开始设计这样一台 计算机 但计算机应是什么形状 有那些功能 市场前景如何 埃德 罗伯茨并不知道 他只有一个想法 他的想法很快得到了 大众电子学 的主编的认可 并承诺只要埃德 罗伯茨设计出来 不论是什么 都会刊登在 大众电子学 的封面 个人计算机 PersonalComputer 的出现 1975年MITS公司设计生产出了他的设想 并为他起名为Altair 牛郎星 并刊登在 大众电子学 的首页上 成千的订单寄到了MITS MITS成为了当时的热点 杂志上的广告价为439美元 但4月份第一台机器出厂时 已降到不可思议的375美元 Altair8800 在金属制成的小盒内 罗伯茨装进两块集成电路 一块即8080微处理芯片 另一块是存储器芯片 它只有256BRAM的内存 储存能力可达4096B 既没有可输入数据的键盘 也没有显示计算结果的 面板 甚至没有软件 用户只能用复杂的Z80语言自己编制程序 插上电源后 使用者需要用手按下面板上的8个开关 拨动一次相当于输入一个字节 把二进制数 0 或 1 输进机器 计算完成后 面板上的几排小灯泡忽明忽灭 就像军舰用灯光发信号那样表示输出的结果 Altair8800 PC总线是微处理器与外围设备之间传送信息的一组信号线 也是微处理器与外部硬件接口的核心 正如世界上许多重大发明总是要强调其偶然性一样 PC总线的出现也有其偶然性 Altair这个全球第一台PC不幸在运输过程中丢失 正是罗伯茨利用了面向总线的技术 较快地回忆并重新制做出Altair 在其结构中 制成了全球第一条PC扩展总线 当Altair总线推向世界并被制造商接受后 便有了一个名字 S100 后来基于S100型总线得到了IEEE的认可 被命名为IEEE696总线标准 个人计算机 PersonalComputer 的出现 MITS设计生产出了第一代个人计算机 但当时的计算机没有输入设备 没有输出设备 没有软件 没有实际用处 但是很多有识之士认识到这是一个飞跃 这其中包括BillGates PaulAllen 两位Microsoft公司的创始人 很快投入到MITS公司 成为该公司的软件开发人员 MITS的消失 MITS公司1975年生产出第一台 PC 机后 不到一年的时间MITS的年销售额已经达到了1300万美元 在计算机界成为领头羊 但是拥有计算机界最出色的技术人员的MITS 包括比尔 盖茨 保罗 艾伦 在1997年生存了两年半的MITS公司却永远地销声匿迹了 为什么 MITS的消失的原因 主要问题出在领导者罗伯茨身上 主观性强 不肯听从别人的意见 无论是软件 硬件罗伯茨只要认为自己是对的 决不允许别人说不同意见 不肯交流 所有计算机的发展前景的问题只能自己一人参与 不肯与其他人分享自己的想法 不信任他人 所有公司内部的重要事件一人承担 APPLE公司的兴起 1976年可以作为一个分水岭 这一年 没有读完大学的天才史蒂夫 乔布斯 SteveJobs 在车库里整出了世界上第一台可以商业化的个人电脑Apple I APPLE公司的兴起 1977年史蒂夫 乔布斯 SteveJobs 和他的伙伴史蒂夫 加里 沃兹尼亚克共同创立了APPLE公司 生产出风行一时的APPLEII电脑 APPLE的主要特点 软盘驱动器的出现为APPLEII提供了一种好的输入方式 APPLE公司很快以APPLEII电脑发展起来 IBM公司的觉醒 APPLE公司pc机的销售引起了IBM公司的注意 1981年IBM公司成立了一个PersonalComputer小组CPU选择了Inter公司的8086操作系统选择了Microsoft公司的DOS IBM公司的觉醒 IBM在1981年生产的第一台计算机IBMPC XT Microsoft公司的介入 当IBM找到Microsoft公司时 Microsoft是一个小公司 操作系统软件尚无一条指令 BillGates精明的感到了机会的出现 决定介入IBM的操作系统 BillGates的精明 当时市场上流行的OS为CP I系统 价格为200美元 套 BillGates为IBM提供的优惠条件为 IBM每台计算机免费使用其OS其操作系统市场价为 50 套 当时的两位世界首富 小鬼当家 美国Microsoft公司的前总裁Bill Gates与APPLE公司的创始人乔布斯 IBM的重要决定 在计算机行业出现诸侯割据 各自争抢市场的时候 当时美国 欧洲 日本的计算机行业都已经发展的很快 都想成为计算机行业的大哥大 此时IBM做出了一个重大的决定 公布所有的IBMPC的软 硬件资源信息 IBM从此成为了行业标准 领导计算机界 其他公司的出现 CompaqDEC DigitalEquipmentCompany HPDELL DELL公司的经营战略 直销 打破传统的经销商的做法 电话 网络订货订单收到后 组织货源 进行生产优势是可以做到零库存价格比较传统的公司便宜 计算机发展史及发展方向 DELL公司创始人DELL 计算机的形态 计算机在今天已经是千差万别 显现或隐藏在我们周围的很多角落 不注意你根本不能发觉 其实你一时一刻都离不开计算机 计算机发展史及发展方向 计算机发展方向巨型化 用于军事 科学计算微型化 HPC多媒体 声 图 文 动画 音频 视频智能化 模拟人的功能 识别声音 文字 图像 各种语言互译 使计算机具有推力联想等功能 网络化 使世界成为一体 无种族 无货币 无国界 计算机发展史及发展方向 当今的个人计算机 计算机发展史及发展方向 的大小与人的指甲一样大小 CPU 计算机发展史及发展方向 多种多样的计算机产品 互连网络 Internet 又叫ARPA网 是美国国防部高级研究计划管理局为准军事目的而建立的 开始时只连接了4台主机 这便是只有四个网点的 网络之父 到了1972年公开展示时 由于学术研究机构及政府机构的加入 这个系统已经连接了50所大学和研究机构的主机 1982年ARPA网又实现了与其他多个网络的互联 从而形成了以ARPANET为主干网的互联网 互连网络 Internet 1983年 美国国家科学基金会NSF提供巨资 建造了全美五大超级计算中心 为使全国的科学家 工程师能共享超级计算机的设施 又建立了基于IP协议的计算机通信网络NFSNET 最初的NFS使用传输速率为56Kbps的电话线通信 但根本不能满足需要 于是NFS便在全国按地区划分的计算机广域网 并将他们与超级计算中心相连 最后又将各超级计算中心互连起来 通过连接各区域网的高速数据专线 而连接成为NSFNET的主干网 1986年 NFSNET建成后取代了ARPA网而成为互联网的主干网 早期以ARPANET为主干网的互联网只对少数的专家以及政府要员开放 而以NFSNET为主干网的互联网则向社会开放 互联网之父 蒂姆 伯纳斯 李 1989年 一个名叫蒂姆 伯纳斯 李 TimBerners Lee 提出了一个称之为 WorldWideWeb 的全球超文本项目计划 以便人们能够将各自的信息通过超文本网络共享 他以自己的 询问 软件为基础 从1990年10月开始工作 仅用了两个月时间 就完成了第一个超文本浏览程序的编写 1992年夏天 这个软件在互联网上公开使用 以后的两年里 蒂姆不断根据互联网用户的反馈修改程序设计 提出了URLs的规范 重新定义了HTTP和HTML 并使互联网技术得到了更大范围的推广 TimBerners Lee TimBerners Lee爵士 1955年6月8日出生于英国伦敦 是万维网的发明者 不列颠帝国勋章佩戴者 英国皇家学会会员 Netscape的成功 伯纳斯 李虽然发明了WWW技术 但并没有发财 而由网景公司前任首席执行官巴克斯代尔 JimBarksdale 发明了图文浏览器Navigator 很快风靡世界 计算机系统 何谓计算机 Computer 计算机是指由电子器件组合构造而成的 以数字方式对数据进行计算处理的机器 是一种能够按照人们预先设计的程序自动进行高速计算和信息处理的工具 是人脑的一种延伸 计算机系统由两部分组成 硬件 软件 计算机系统结构 个人计算机系统结构大致分为以下三种 ENIAC结构VON NEUMANN 冯 诺伊曼 结构HARVARD结构这里主要介绍一下冯 诺伊曼结构 必须有一个存储器 程序和数据都以二进制代码形式存于存储器中 从形式上看 指令与数据没有区别 必须有一个控制器 在它的控制下 指令依次从存储器中取出 然后对指令进行解释和执行 每条指令均由操作数 操作数地址和运算结果地址组成 必须有一个运算器 用于完成算术 逻辑运算 必须有输入 输出设备 用来完成人 机通信 计算机系统结构 到目前为止 大多数计算机都依此结构来设计制造 Von Neumamm结构确定了计算机的五个组成部分 并提出了 存储程序 这一概念 形成了传统的计算机系统结构 冯 诺伊曼结构模型 控制器 运算器 存储器 输入设备 输出设备 CPU 个人计算机 pc 组成 主机 显示器 键盘 鼠标 打印机 标准输入设备 标准输出设备 stdin stdout 计算机主机组成 Cpu 软盘驱动器 光盘驱动器 硬盘 内存 地址总线 数据总线 计算机分内存 外存两部分 内存为内部存储单元 图中的内存 外存包括 硬盘 软盘 光盘等 一个城市的结构 城市中心街道 市政府 楼宇2 楼宇1 商业中心 小区A 小区B 广场 城市公路 信息载体 四 计算机硬件的基本组成 主机 运算器ALU ArithmeticLogicUnit 完成算术和逻辑运算 控制器CU ControlUnit 是电子计算机的指挥机构 主存储器 存放大量的二进制代码 这些代码可以是指令和数据 外部设备 输入设备 包括键盘 鼠标等 输出设备 包括显示器 打印机等 辅助存储器 也称为外部存储器 计算机的四级存储结构 五 计算机系统的层次结构 六 计算机的性能分类 按实现方式分 模拟计算机 数字计算机 按性能分 微型计算机 小型计算机 中型计算机 大型计算机 按用途分 个人计算机 工业控制计算机 军用计算机 嵌入式计算机 按设计目的分 专用计算机 通用计算机 按网络用途分 客户端计算机 服务器 内存巡址原理 2000 2001 2002 2003 2004 地址 内容 房间号 学生 CPU a 取地址为2000单元的内容 a 七 计算机的性能评价 常用名词位 BIT 1位 字节 BYTE 8位 字 WORD 16位 双字 DWORD 32位 常用名词K 210 M 220 G 230 T 240 性能评价指标 基本字长 计算机在同一时间内处理的一组二进制数称为一个计算机的 字 而这组二进制数的位数就是 字长 在其他指标相同时 字长越大计算机处理数据的速度就越快 早期的微型计算机的字长一般是8位和16位 目前586 Pentium PentiumPro Pentium Pentium Pentium4 大多是32位 现在的大多数人都装64位的了 主存容量 存取周期 内部存储周期 几十到几百ns 外部存储周期 零点几到几十个微秒 运算速度 一般用每秒钟能够执行几百万条指令来衡量 称为MIPS MillionInstructionsPerSecond 主频 即CPU内核工作的时钟频率 CPUClockSpeed 通常所说的某某CPU是多少兆赫的 而这个多少兆赫就是 CPU的主频 很多人认为CPU的主频就是其运行速度 其实不然 CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度 与CPU实际的运算能力并没有直接关系 由于主频并不直接代表运算速度 所以在一定情况下 很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象 外部存储器容量 外存储器容量通常是指硬盘容量 包括内置硬盘和移动硬盘 外存储器容量越大 可存储的信息就越多 可安装的应用软件就越丰富 目前 硬盘容量一般为10G至60G 有的甚至已达到120G 七 计算机的性能评价 关于存储的几个概念 位 bit 计算机内部所有计算完全由二进制表示 二进制与十进制相对应 十进制 567 10 5x102 6x101 7x10