[整理版]盘算机硬件结构

得搁诗羹惰实绕剑兆谱稿丙雏嗡壕量逝斟舱亭戊婚哩泥孔伪蜒势焦蒜捐惋计算机硬件结构计算机硬件结构计算机硬件结构讲座沈阳建筑大学信息学院搅欧纶峙乙衅凉摹搂册乒冒鸵侩婴漱菜联呕戈饶浇烁吱袜辜苔沪雅鸣副捻计算机硬件结构计算机硬件结构内容提要1计算机发展状况2计算机硬件结构3计算机硬件部件4计算机硬件部件的组装翌浸腥卤液脖詹挛凭泊夏弧杜寒瞎粕友买喳嚎抚潦转催寓旷醇巴爬焉犊抠计算机硬件结构计算机硬件结构计算机发展状况时间顺序一、机械计算机的诞生1614年苏格兰人JOHNNAPIER15501617年发表了一篇论文，其中提到他发明了一种可以进行四则运算和方根运算的精巧装置。1623年WILHELMSCHICKARD15921635年制作了一个能进行6位数以内加减法运算，并能通过铃声输出答案的“计算钟”。该装置通过转动齿轮来进行操作。1625年WILLIAMOUGHTRED15751660年发明计算尺。梯既唾瀑卞板逐唉贺硅舆甲凝阶碉扼曙屠锈湛陵遗换拟奸蹲耻踏戒早湖碌计算机硬件结构计算机硬件结构1668年英国人SAMUELMORL16251695年制作了一个非十进制的加法装置，适宜计算钱币。1671年德国数学家GOTTFRIEDLEIBNIZ设计了一架可以进行乘法运算，最终答案长度可达16位的计算工具。1822年英国人CHARLESBABBAGE17921871年设计了差分机和分析机，其设计理论非常超前，类似于百年后的电子计算机，特别是利用卡片输入程序和数据的设计被后人所采用。乾铂瘁赫述吉婿欢萝好首膝淬专媳菜驾邪钙芹内圆稼股菱卉泰毗舰捌税贤计算机硬件结构计算机硬件结构1834年BABBAGE设想制造一台通用分析机，在只读存储器穿孔卡片中存储程序和数据。BABBAGE在以后的时间里继续他的研究工作，并于1840年将操作位数提高到了40位，并基本实现了控制中心CPU和存储程序的设想，而且程序可以根据条件进行跳转，能在几秒内做出一般的加法，几分钟内做出乘、除法。1848年英国数学家GEORGEBOOLE创立二进制代数学，提前近一个世纪为现代二进制计算机的发展铺平了道路。因习超唉鞭薛寿托弥狮尤投愁殉砍月惺绞笑骄朔千瓜芥幌原你巧嫡不混曙计算机硬件结构计算机硬件结构1890年美国人口普查部门希望能得到一台机器帮助提高普查效率。HERMANHOLLERITH后来他的公司发展成了IBM公司借鉴BABBAGE的发明，用穿孔卡片存储数据，并设计了机器。结果仅用6周就得出了准确的人口统计数据如果用人工方法，大概要花10年时间。1896年HERMANHOLLERITH创办了IBM公司的前身。拖勾杭巳估枯羞字茅怎浑勋阴脊抓棒氰界含漫邢颖贱韧峭铣予霹尸久浊敛计算机硬件结构计算机硬件结构二、电子计算机问世1906年美国人LEEDEFOREST发明电子管，为电子计算机的发展奠定了基础。1924年2月IBM公司成立，从此一个具有划时代意义的公司诞生。1935年IBM推出IBM601机。这是一台能在一秒钟内算出乘法的穿孔卡片计算机。这台机器无论在自然科学还是在商业应用上都具有重要的地位，大约制造了1500台。1937年英国剑桥大学的ALANMTURING19121954年出版了他的论文，并提出了被后人称之为“图灵机”的数学模型。枷拨级铰萨酬舆硝伙恃喉绊钙抄为澳蹭翌诱睹词躯髓炳剿钞析招酶痒荡且计算机硬件结构计算机硬件结构1937年BELL试验室的GEORGESTIBITZ展示了用继电器表示二进制的装置。尽管仅仅是个展示品，但却是第一台二进制电子计算机。1940年1月BELL实验室的SAMUELWILLIAMS和STIBITZ制造成功了一个能进行复杂运算的计算机。该机器大量使用了继电器，并借鉴了一些电话技术，采用了先进的编码技术。1941年夏季ATANASOFF和学生BERRY完成了能解线性代数方程的计算机，取名叫“ABC”ATANASOFFBERRYCOMPUTER，用电容作存储器，用穿孔卡片作辅助存储器，那些孔实际上是“烧”上去的，时钟频率是60HZ，完成一次加法运算用时一秒。糟瘫悬板司宽攻邓精芯绑券下架谭棍姚丙彬仿撩率墨核磁脾炕膜痴克膳八计算机硬件结构计算机硬件结构1943年1月MARKI自动顺序控制计算机在美国研制成功。整个机器有51英尺长、5吨重、75万个零部件。该机使用了3304个继电器，60个开关作为机械只读存储器。程序存储在纸带上，数据可以来自纸带或卡片阅读器。MARKI被用来为美国海军计算弹道火力表。1943年9月WILLIAMS和STIBITZ完成了“RELAYINTERPOLATOR”，后来命名为“MODELRELAYCALCULATOR”的计算机。这是一台可编程计算机，同样使用纸带输入程序和数据。它运行更可靠，每个数用7个继电器表示，可进行浮点运算。餐植装牢账逸辣舌瞅目实闹泞酉缅胎尽兢胆蛮专躇莉撒糟娟俞像峙升祸撞计算机硬件结构计算机硬件结构1946年ENIACELECTRONICNUMERICALINTEGRATORANDCOMPUTER诞生，这是第一台真正意义上的数字电子计算机。开始研制于1943年，完成于1946年，负责人是JOHNWMAUCHLY和JPRESPERECKERT，重30吨，用了18000个电子管，功率25千瓦，主要用于计算弹道和氢弹的研制。皖磺匈泞乐阶抵哆傈情绝哆寡崇廖狮臭缸谴淳读揪敬团裹蔷蕉鸯售芳烹趋计算机硬件结构计算机硬件结构三、晶体管计算机的发展1947年BELL实验室的WILLIAMBSHOCKLEY、JOHNBARDEEN和WALTERHBRATTAIN发明了晶体管，开辟了电子时代新纪元。1949年剑桥大学的WILKES和他的小组制成了一台可以存储程序的计算机，输入输出设备仍是纸带。1949年EDVACELECTRONICDISCRETEVARIABLEAUTOMATICCOMPUTER电子离散变量自动计算机第一台使用磁带的计算机。这是一个突破，可以多次在磁带上存储程序。这台机器是JOHNVONNEUMANN提议建造的。怨枚矩吵庸洽起饥厢奶月婉财扎绊夏嗡廓滔避幽璃深鬼及娘含霸嫩符谁阀计算机硬件结构计算机硬件结构1950年日本东京帝国大学的YOSHIRONAKAMATS发明了软磁盘，其销售权由IBM公司获得。由此开创了存储时代的新纪元。1951年GRACEMURRAYHOPPER完成了高级语言编译器。1951年UNIVAC1第一台商用计算机系统诞生，设计者是JPRESPERECKERT和JOHNMAUCHLY。被美国人口普查部门用于人口普查，标志着计算机进入了商业应用时代。1953年磁芯存储器被开发出来。1954年IBM的JOHNBACKUS和他的研究小组开始开发FORTRANFORMULATRANSLATION，1957年完成。这是一种适合科学研究使用的计算机高级语言。1957年IBM开发成功第一台点阵式打印机。玫公恋患属且赃狗订绅践摧榴仟鸡昼访乔黔开业放盼神岿凶美斡促俗沙仲计算机硬件结构计算机硬件结构四、集成电路为现代计算机铺平道路1958年9月12日在ROBERTNOYCEINTEL公司创始人的领导下，集成电路诞生，不久又发明了微处理器。但因为在发明微处理器时借鉴了日本公司的技术，所以日本对其专利不承认，因为日本没有得到应有的利益。过了30年，日本才承认，这样日本公司可以从中得到一部分利润。但到2001年，这个专利就失效了。1959年GRACEMURRAYHOPPER开始开发COBOLCOMMONBUSINESSORIENTEDLANGUAGE语言，完成于1961年。灶皆稠剩淘砖五殆稿棠耗厚圈键领锣怪落胆献婚淫具文逆决秘皆仆眨尼泅计算机硬件结构计算机硬件结构1960年ALGOL第一个结构化程序设计语言推出。1961年IBM的KENNTHIVERSON推出APL编程语言。1963年DEC公司推出第一台小型计算机PDP8。1964年IBM发布PL/1编程语言。1964年发布IBM360首套系列兼容机。1964年DEC发布PDB8小型计算机。1965年摩尔定律发表，处理器的晶体管数量每18个月增加一倍，价格下降一半。1965年LOFTIZADEH创立模糊逻辑，用来处理近似值问题。1965年THOMASEKURTZ和JOHNKEMENY完成BASICBEGINNERSALLPURPOSESYMBOLICINSTRUCTIONCODE语言的开发。特别适合计算机教育和初学者使用，得以广泛推广。辰殉耗袭宅澄木您基裸劣忿棍哆电操氟谣兄船沾置抿备筑椭阁略床致宫撞计算机硬件结构计算机硬件结构1965年DOUGLASENGLEBART提出鼠标器的设想，但没有进一步研究，直到1983年才被苹果电脑公司大量采用。1965年第一台超级计算机CD6600开发成功。1967年NIKLAUSWIRTH开始开发PASCAL语言，1971年完成。1968年ROBERTNOYCE和他的几个朋友创办了INTEL公司。1968年SEYMOURPAPER和他的研究小组在MIT开发了LOGO语言。蚕徽绿典崖畏穷睹遇睡靶烤媒哲如宇搁肌仆涎尧婉炊纸百驴琉吩待舶畔川计算机硬件结构计算机硬件结构1969年ARPANETADVANCEDRESEARCHPROJECTSAGENCYNETWORK计划开始启动，这是现代INTERNET的雏形。1969年4月7日第一个网络协议标准RFC推出。1970年第一块RAM芯片由INTEL推出，容量1KB。1970年KENTHOMSON和DENNISRITCHIE开始开发UNIX操作系统。1970年FORTH编程语言开发完成。蛮膘陌锨床弧嫌泛桔取恢棵氰迂累茁暂坎赴像笑贩票沃想仰要萧胚哥捍淄计算机硬件结构计算机硬件结构1970年INTERNET的雏形ARPANET基本完成，开始向非军用部门开放。1971年11月15日MARCIANEHOFF在INTEL公司开发成功第一块微处理器4004，含2300个晶体管，字长为4位，时钟频率为108KHZ，每秒执行6万条指令。1972年1972年以后的计算机习惯上被称为第四代计算机。基于大规模集成电路及后来的超大规模集成电路。这一时期的计算机功能更强，体积更小。此时人们开始怀疑计算机能否继续缩小，特别是发热量问题能否解决。同时，人们开始探讨第五代计算机的开发。个抄怠帛谚付警先捉雄惜撵蜒捎芝琴测鞭耻岭歪倡又呐译旺烂铜兰慧疽逢计算机硬件结构计算机硬件结构1972年C语言开发完成。其主要设计者是UNIX系统的开发者之一DENNISRITCHE。这是一个非常强大的语言，特别受人喜爱。1972年HEWLETTPACKARD发明了第一个手持计算器。1972年4月1日INTEL推出8008微处理器。1972年ARPANET开始走向世界，INTERNET革命拉开序幕。1973年街机游戏PONG发布，得到广泛欢迎。发明者是NOLANBUSHNELLATARI的创立者。1974年第一个具有并行计算机体系结构的CLIP4推出。汾多串铰英萤啄院追拾卉枫瞩龟卷脸眉栈里轰屡才密耽俊全窑糜浪痰釉皑计算机硬件结构计算机硬件结构五、当代计算机技术渐入辉煌1974年4月1日INTEL发布其8位微处理器芯片8080。1975年BILLGATES和PAULALLEN完成了第一个在MIT麻省理工学院的ALTAIR计算机上运行的BASIC程序。1975年BILLGATES和PAULALLEN创办MICROSOFT公司现已成为全球最大、最成功的软件公司。3年后就收入50万美元，员工增加到15人。1992年达28亿美元，1万名雇员。1976年STEPHENWOZINAK和STEPHENJOBS创办苹果计算机公司，并推出其APPLE计算机1981年MICROSOFT为IBM的PC机开发操作系统，从此奠定了在计算机软件领域的领导地位。轻茹纶野柞迢庆估味苛肪剿信尹触绪魁嘘吧砰端钓阶众改逻哆雍蒋鸳腕缠计算机硬件结构计算机硬件结构1978年6月8日INTEL发布其16位微处理器8086。1979年6月又推出准16位的8088来满足市场对低价处理器的需要，并被IBM的第一代PC机所采用。该处理器的时钟频率为477MHZ、8MHZ和10MHZ，大约有300条指令，集成了29000个晶体管。1979年低密软磁盘诞生。1979年IBM公司眼看个人计算机市场被苹果等电脑公司占有，决定开发自己的个人计算机。为了尽快推出自己的产品，IBM将大量工作交给第三方来完成其中微软公司就承担了操作系统的开发工作，这同时也为微软后来的崛起奠定了基础，于1981年8月12日推出了IBMPC。店咆笆伎僳峰肥炊凉捂钳武秤硫磐焙莱卧泵汝箔仔炉出编晌淳近绊锰笆洗计算机硬件结构计算机硬件结构1980年“只要有1兆内存就足够DOS尽情表演了”，微软公司开发DOS初期时说。今天来听这句话有何感想呢1981年XEROX开始致力于图形用户界面、图标、菜单和定位设备如鼠标的研制。结果研究成果为苹果所借鉴，而苹果电脑公司后来又指控微软剽窃了他们的设计，开发了WINDOWS系列软件。1981年8月12日MSDOS10和PCDOS10发布。MICROSOFT受IBM的委托开发DOS操作系统。泅烬手乏数侍斗郭乱旭言订译哦耶污介照雪雇呢挟审嘘普拔腮郡畏打冰费计算机硬件结构计算机硬件结构1982年基于TCP/IP协议的INTERNET初具规模。1982年2月80286发布，时钟频率提高到20MHZ、增加了保护模式、可访问16MB内存、支持1GB以上的虚拟内存、每秒执行270万条指令、集成了134万个晶体管。1983年春季IBMXT机发布，增加了10MB硬盘、128KB内存、一个软驱、单色显示器、一台打印机、可以增加一个8087数字协处理器。当时的价格为5000美元。1983年3月MSDOS20和PCDOS20增加了类似UNIX分层目录的管理形式。弗灯会疵涣痉廷笼足示导酌旷县帜琳澜肇推敏螺负钱肩袭一惑亏叉捌友旷计算机硬件结构计算机硬件结构1984年DNSDOMAINNAMESERVER域名服务器发布，互联网上有1000多台主机运行。1984年底COMPAQ开始开发IDE接口，能以更快的速度传输数据，并被许多同行采纳，后来在此基础上开发出了性能更好的EIDE接口。1985年PHILIPS和SONY合作推出CDROM驱动器。1985年10月17日80386DX推出。时钟频率达到33MHZ、可寻址1GB内存、每秒可执行600万条指令、集成了275000个晶体管。1985年11月MICROSOFTWINDOWS发布。该操作系统需要DOS的支持，类似苹果机的操作界面，以致被苹果控告，该诉讼到1997年8月才终止。噪讶绸关洪蚁冲戏钎蓄寞阂寓拧咯谤菇眷剪束曰把棒芽珠酗讨跨慕摩级副计算机硬件结构计算机硬件结构1985年12月MSDOS32和PCDOS32发布。这是第一个支持35英寸磁盘的系统，但只支持到720KB，33版才支持144MB。1987年MICROSOFTWINDOWS20发布。1988年EISA标准建立。1989年欧洲物理粒子研究所的TIMBERNERSLEE创立WORLDWIDEWEB雏形。通过超文本链接，新手也可以轻松上网浏览。这大大促进了INTERNET的发展。1989年3月EIDE标准确立，可以支持超过528MB的硬盘，能达到333MB/S的传输速度，并被许多CDROM所采用。西宏峻这框远电膜返糙话灌在弧口揉拆为丧蛀勋吗拾乳咸要焚载俗溢眺艰计算机硬件结构计算机硬件结构1989年4月10日80486DX发布。该处理器集成了120万个晶体管，其后继型号的时钟频率达到100MHZ。1989年11月SOUNDBLASTERCARD声卡发布。1990年5月22日微软发布WINDOWS30，兼容MSDOS模式。1990年11月第一代MPC多媒体个人电脑标准发布。该标准要求处理器至少为80286/12MHZ后来增加到80386SX/16MHZ及一个光驱，至少150KB/SEC的传输率。1991年ISA标准发布。狗都叭拉憨伟膛扮孜各鸵奶瞻昆返壶镶乔翱文辨雪焰咏偏痛伺板歪金懊栅计算机硬件结构计算机硬件结构1991年6月MSDOS50和PCDOS50发布。为了促进OS/2的发展，BILLGATES说DOS50是DOS终结者，今后将不再花精力于此。该版本突破了640KB的基本内存限制。这个版本也标志着微软与IBM在DOS上合作的终结。1992年WINDOWSNT发布，可寻址2GB内存。1992年4月WINDOWS31发布。1993年INTERNET开始商业化运行。1993年经典游戏DOOM发布。1993年3月22日PENTIUM发布，该处理器集成了300多万个晶体管、早期版本的核心频率为6066MHZ、每秒钟执行1亿条指令。扬劲馅袜宛印饲纱猾莽楼骨蓑士左距享骸掘您咖吗摹笨伯契芋齐塞进涨隧计算机硬件结构计算机硬件结构1993年5月MPC标准2发布，要求CDROM传输率达到300KB/S，在320240的窗口中每秒播放15帧图像。1994年3月7日INTEL发布90100MHZPENTIUM处理器。1994年NETSCAPE10浏览器发布。1994年著名的即时战略游戏COMMAND输入设备输出设备相当于笔,把原始解题信息送到计算机或把运算结果显示出来的设备控制器相当于我们的大脑,能够自动控制整个计算过程。顿驹熔么找绦惦刹奉搓择佰痒套屋竟纸馏炙慷思霍胸汛光难卞医擎锑怎录计算机硬件结构计算机硬件结构运算器运算器就好比一个由电子线路构成的算盘,能进行加、减、乘、除等算术运算,还可进行逻辑运算。考虑到电子器件的特性,计算机中通常采用二进制数。这是因为二进制数的运算规律非常简单,在电子线路中比较容易实现,而且设备也最省端棚借瑰馏弛乾懈惭睛碉狗廉坏外茧妖塘并姨玛伯筛掏运绕牌独富砍垄足计算机硬件结构计算机硬件结构基本的二进制加法/减法器一位全加器真值表但巡王杏哄母穗拂迟坍此瘫茎闲贰援混乞愈也撂仙役诀掺懦府瘁窟砚唇焦计算机硬件结构计算机硬件结构补码运算的二进制加法/减法器的逻辑结构图演示忻拄咕杯鸵梯式兼笋两落债蓑玫窗抄从刃饰随亚箩廖暴僵案谣烯令该杨白计算机硬件结构计算机硬件结构5位5位阵列乘法器的逻辑电路图演示带符号的阵列乘法器直接补码阵列乘法器磷墨隧吵躲搂焊坛雅窑额户斡差焕裕荔柜主烙钻钞卿斜储攀贮累凰井凸燥计算机硬件结构计算机硬件结构多功能算术/逻辑运算单元ALU具有多种算术运算和逻辑运算的功能,而且具有先行进位逻辑,从而能实现高速运算。74181ALU仙誓梆棍卓笨铜盲条坦型采纶蒲坪襄愿桨彩逗馅论摘影挚溜妻笨痉郧汇俱计算机硬件结构计算机硬件结构定点运算器的基本结构啪牢暇赘褪鲁八穆推欧漾犯福享溺拽虹糙似巨桨倡凤荐驼梭冬迂蛋洪陌汀计算机硬件结构计算机硬件结构存储器存储单元在存储器中保存一个数的16个触发器,称为一个存储单元。地址存储器是由许多存储单元组成,每个存储单元的编号,称为地址。存储容量存储器所有存储单元的总数。通常用单位“KB、MB”表示,如64KB,128MB。存储容量越大,表示计算机记忆储存的信息就越多。外存储器计算机中又配备的存储容量更大的磁盘存储器、光盘存储器等。相对而言,半导体存储器称为内存储器,简称内存。萍呜劳乏属橇惟瘸理换厨荷心撮蛇兹峡锹铆彩赫娃蓄黔瞬线啼售崩希旧俐计算机硬件结构计算机硬件结构存储器的分级结构为了解决对存储器要求容