第一章信息技术及计算机系统

1、概念：概念：现代信息技术是以微电子技术为基础，计算机技术为核心，现代信息技术是以微电子技术为基础，计算机技术为核心，通信技术为三大支柱，以信息应用技术为目标的科学技术群，具通信技术为三大支柱，以信息应用技术为目标的科学技术群，具体实现对信息的获取、通信、存储、处理和控制。体实现对信息的获取、通信、存储、处理和控制。现代信息技术的结构分类：现代信息技术的结构分类：基础技术：新材料和新能量等基础技术：新材料和新能量等支撑技术支撑技术:电子技术（尤其是微电子技术）新材料和新能电子技术（尤其是微电子技术）新材料和新能源、源、 激光技术和生物技术激光技术和生物技术主体技术：通信技术主体技术：通信技术(C

2、ommunication ) 、计算机技术、计算机技术(Computer)和控制技术和控制技术(Control)被称为信息技术的主体被称为信息技术的主体技术技术(3C技术技术)应用技术：信息技术在人类生产和生活中的应用应用技术：信息技术在人类生产和生活中的应用信息的获取感测技术信息的传输通信技术，如ISDN，ADSL信息的处理计算机技术信息的控制和存储（分直接存储、移动存储和网络存储）现代信息技术的内容现代信息技术的内容ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)，中文名字叫非对称数字用户线路，中文名字叫非对称数字用户线路，当在你身边的电话线两端分别放置当在你身边

3、的电话线两端分别放置ADSLMODEM时，在这段电话线上便产生了时，在这段电话线上便产生了三个信息通道：三个信息通道：一个速率为一个速率为1.5Mbps-9Mbps的高速下行通道，用于用户下载的高速下行通道，用于用户下载信息；信息；一个速率为一个速率为16Kbps-1Mbps的中的中速双工通道，用于用户上传输出信息；速双工通道，用于用户上传输出信息；一个普通的老式电话服务通道，用于普一个普通的老式电话服务通道，用于普通电话服务；通电话服务；最关键的是这三个通道可最关键的是这三个通道可以同时工作以同时工作。n电子管三个基本极电子管三个基本极阴极，屏极，栅极阴极，屏极，栅极 （一级）（一级）n晶体

4、三极管三个级晶体三极管三个级集电极（屏极），基极（栅极），集电极（屏极），基极（栅极），发射极（阴极）发射极（阴极） （一级）（一级）nn集成电路分为：小规模集成电路（集成度集成电路分为：小规模集成电路（集成度100个单元）；个单元）；中规模集成电路（集成度中规模集成电路（集成度1001000单元）单元）n 大规模集成电路（集成度大规模集成电路（集成度100010000单元）；超大规单元）；超大规模集成电路（集成度千万以上单元）模集成电路（集成度千万以上单元）n1975年美国人高登年美国人高登摩尔提出了关于摩尔提出了关于集成电路集成度集成电路集成度发展的发展的“摩尔定律摩尔定律”n 集成度（即

5、单片电路芯片中的电子器件数）每集成度（即单片电路芯片中的电子器件数）每18个月翻个月翻一番，而价格保持不变甚至下降。几十年的发展基本证实了这一番，而价格保持不变甚至下降。几十年的发展基本证实了这个定律。个定律。n 摩尔定律的极限摩尔定律的极限？ 晶体管的最小尺度约为晶体管的最小尺度约为15纳米时，晶纳米时，晶体管内部会出现隧道效应，而使工作不正常。体管内部会出现隧道效应，而使工作不正常。摩尔定理当前半导体器件的当前半导体器件的栅极栅极（由金属细丝组成的筛网状或螺（由金属细丝组成的筛网状或螺旋状电极旋状电极,插在电子管另外两个电极之间插在电子管另外两个电极之间,起控制板极电流起控制板极电流强度、

6、改变电子管性能的作用）长度已小于强度、改变电子管性能的作用）长度已小于50纳米，为纳米，为了维持摩尔定律，到了维持摩尔定律，到2010年半导体器件的栅极长度必须年半导体器件的栅极长度必须缩小至缩小至20纳米。在此种情况下，器件的绝缘层也相应地纳米。在此种情况下，器件的绝缘层也相应地按比例缩小。此时，绝缘层厚度约按比例缩小。此时，绝缘层厚度约0.7纳米，即纳米，即5个原子个原子的厚度。从理论上讲，不可能制作出比原子更薄的绝缘的厚度。从理论上讲，不可能制作出比原子更薄的绝缘层。此时，半导体器件的集成化将面临本质性的难题。层。此时，半导体器件的集成化将面临本质性的难题。实际上，在微细化程度达到接近实

7、际上，在微细化程度达到接近1个原子时，由于量子力个原子时，由于量子力学的隧道效应，几个原子厚度的绝缘层会发生学的隧道效应，几个原子厚度的绝缘层会发生“穿通穿通”现象，从而失去其绝缘性。到那一时刻，必须要有更新现象，从而失去其绝缘性。到那一时刻，必须要有更新的材料和史无前例的更先进的器件工艺，才能维持摩尔的材料和史无前例的更先进的器件工艺，才能维持摩尔定律的正确性。而这需要众多科学家的共同努力。定律的正确性。而这需要众多科学家的共同努力。IntelPENTIUM7171年年-现在现在主攻目标主攻目标让计算机具有人的听、让计算机具有人的听、说、读、写和思维推理能力说、读、写和思维推理能力神经网络计

8、算机神经网络计算机用数据单元模拟用数据单元模拟人脑的神经元，并利人脑的神经元，并利用神经元结点的分布用神经元结点的分布式存储和相互关联来式存储和相互关联来模拟人脑活动模拟人脑活动生物计算机生物计算机 使用蛋白分子为主使用蛋白分子为主要原料制成的生物芯要原料制成的生物芯片构成，存储能力巨片构成，存储能力巨大，而且以波的形式大，而且以波的形式来传播信息来传播信息8008晶晶体体管管数数目目4004奔腾奔腾PROPRO2,300750万万24年年每每1818个月芯片能力增长一倍个月芯片能力增长一倍晶晶体体管管数数10K100K1M10M100M197519801985199519902000500每

9、每秒秒百百万万条条指指令令数数0.11102580808088802868038680486400420002000年的年的微处理器微处理器PentiumGarden Moore改进微处理器改进微处理器 的两种方法：的两种方法：1. .提高工作速度提高工作速度2.同时处理同时处理更多的数据更多的数据Intel8088Intel80486Pentium4.7MHz100MHz500MHz8 8 位位32 32 位位64 64 位位Altair8800第第一一台台微微电电脑脑代次代次起止年份起止年份CPU数据位数数据位数主频（主频（MHZ）第一代第一代19711972Intel4004、80084

10、位、位、8位位1第二代第二代19731977Intel80808位位2第三代第三代19781980Intel808616位位5第四代第四代19811992Intel80386、8048632位位25第五代第五代19931998Pentium及及PentiumPro64位位60400第六代第六代1999今今Pentium64位位450800微型计算机的六个发展阶段微型计算机的六个发展阶段20、120、21、22、232-1、2-2、1101.11B = 12312202112012-112-2=13.7580、1、2、3、4、5、6、780、81、82、838-1、8-2、324.6O= 382

11、28148068-1=212.75160、1、2、9、A、B、C、D、E、F160、161、162、16316-1、16-2 、=212.75D4.CH = 1316141601216-1013613265310721521101011111010111B按权展开按权展开除基取余除基取余乘基取整乘基取整121+120+02-1+12-2=3.2500.68750.37500.75000.50000.00001.37500.75001.50001.00000.1011B1 F ADH001010101111B四位并一位四位并一位一位拆四位一位拆四位13.CH1101101110.110101(B

12、)=1556.65(O)1556651101101110.110101(B)=36F.D4(H)36FD4144(O)=001100100(B)14464(H)=01100100(B)64二进制与十六（八）进制关系整数部分：除以整数部分：除以r取余数，直到商为取余数，直到商为0，余数从右到左排列。，余数从右到左排列。小数部分小数部分：乘以：乘以r取整数，整数从左到右排列取整数，整数从左到右排列。100.345(D)=1100100.01011(B)1.3800.34520.690220.76021.5202100250225212262321000100111.04100(D)=144(O)=

13、64(H)八进制八进制100812818044110016604616十六进制十六进制(即即ASCII编码编码)ASCII编码的特点编码的特点:占据占据1个字节个字节,最高位总是最高位总是0128个个ASCII字符的分布字符的分布:常用常用ASCII码表码表l34个控制符个控制符(00H20H、7FH，20H为空格符）为空格符）l94个可显字符个可显字符09（30H39H）(4857)AZ（41H5AH）(6590)az(61H7AH)(97122)lEBCDICEBCDIC码（码（Extended Binary-Coded Decimal Extended Binary-Coded Deci

14、mal Interchange CodeInterchange Code）：）： 256256个字符个字符 数字数字0 0255255544856 50HD6 D0H0001100000011000111111111001100111111111000110000001100000011000地址码23A07.314.99.22.84.00 1 0 044.00 0 1 132.81 0 0 199.21 1 1 11514.90 1 1 177.3计算机系统组成计算机的基本工作原理计算机硬件计算机软件输入设备：输入设备：键盘、鼠标、扫描仪键盘、鼠标、扫描仪输出设备：输出设备：显示器、打印机显

15、示器、打印机外外存：软、硬盘、光盘、闪存存：软、硬盘、光盘、闪存网络设备：网卡、调制解调器等网络设备：网卡、调制解调器等计计算算机机系系统统软件软件外部设备外部设备系统软件系统软件应用软件应用软件硬件硬件运算器运算器寄存器寄存器控制器控制器主机主机内存内存CPU随机存储器随机存储器(RAM)只读存储器只读存储器(ROM)高速缓冲存储器高速缓冲存储器操作系统：操作系统：WindowsWindows、UnixUnix、LinuxLinux语言处理程序：语言处理程序：C C、PascalPascal、VBVB等等 实用程序：诊断程序、排错程序等实用程序：诊断程序、排错程序等办公软件包、数据库管理系统

16、办公软件包、数据库管理系统硬件系统级机器语言级操作系统级系统应用程序用户CPU内存硬盘主板指令码指令码目标操作数目标操作数源操作数源操作数说明指令说明指令的功能的功能说明指令操说明指令操作的对象作的对象取指令1执行指令1分析指令1取指令2假设将指令执行分为三个步骤：假设将指令执行分为三个步骤：分析分析指令指令3取指令取指令3分析分析指令指令2取指令取指令1执行执行指令指令1取指令取指令2执行执行指令指令2分析分析指令指令1执行执行指令指令3指令2指令2指令2指令2指令3指令3指令3指令3指令4指令4指令4指令4指令5指令5指令5指令5数据1二次和1数据2数据2数据4数据63数据64和1和2和3

17、2二次和16总和6步思考：要完成100个数相乘用并行处理，最少用几步可以完成计算？中央处理器控制器主存储器运算器输入输出数据指令输入设备输出设备辅助存储器数据数据与指令流向控制信息流向微处理机CPUROM RAM I/O Device 接口 ABDBCBPCI插槽插槽内存以及插槽内存以及插槽CPU并行并行接口并行并行接口IDE硬盘接口硬盘接口BIOS芯片芯片USB接口接口鼠标、鼠标、键盘接口键盘接口主板电源主板电源AGP接口接口软驱接口软驱接口供电电路供电电路Socket7 Slot 1后援存储器（磁带库、光盘库、网络存储）辅助存储器（软盘、硬盘、光盘）主存储器（DRAM）Cache存储器CPU中的寄存器容量和存取时间递增价格递增 最底两层属于外部设备的范畴容量单位容量单位 1B