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第1章计算机系统概述【学习目标】1.认识计算机和微型计算机。2.知识点：☞

计算机、微型计算机划分依据及各代计算机特点☞

ENIAC、冯·诺依曼计算机☞

目前计算机的主要应用领域☞

计算机的体系结构和工作过程☞

计算机语言：机器语言、汇编语言、高级语言、编译程序、解释程序☞

主要性能指标：字长、运算速度、存储容量【重点、难点】1．计算机的基本结构及各部分的基本功能；2．微型计算机的系统结构；3．存储容量与地址线位数的关系；4．机器语言、汇编语言及高级语言及其关系。【内容框架】计算机系统概述计算机发展及应用计算机的结构及工作过程计算机主要性能指标计算机的发展历程微型计算机的发展计算机系统计算机的层次结构计算机的应用1.1.1计算机的发展历程1.第一台电子计算机1946年,ENIAC,18000多个电子管,1500多个继电器,占地150平方米,重30吨,功耗140千瓦,速度:5000次/分加法运算;

2.冯·诺依曼计算机①计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分构成；②采用存储程序的方式，将程序和数据存放在同一存储器中参加运算；③采用二进制码表示数据和指令；④指令由操作码和地址码组成；⑤以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送都通过运算器。3.计算机的发展年代（以器件划分）第一代：1946—1958，电子管结构，磁鼓、磁芯存储，外存为磁带，机器指令或汇编语言，主要用于科学计算。第二代：1958—1964，晶体管结构，磁芯存储，外存为磁盘，高级语言编程，科学计算、数据处理、过程控制。第三代：1964—1971，中小规模集成电路，功耗、体积下降，磁芯存储，操作系统。第四代：1972至今，大规模或超大规模集成电路，半导体存储器存储，软、硬件结合。1.1.2微型计算机的发展以微处理器的发展划分为五代：第一代：1971年—1972年。4位微处理器和低档8位微处理器。Intel4004和Intel8008。特点：PMOS工艺，速度低，指令系统简单，运算功能差。Intel4004芯片PMOS：一种半导体集成工艺，由P沟道MOS管构成，工艺简单，速度低。第二代：1973年—1977年。代表的微处理器是Intel8080、8085，Zilog的Z80，Motorola的M6800，都是高性能的8位微处理器。第二代微处理器采用NMOS工艺，性能明显改进。NMOS工艺：由N沟道MOS管构成的半导体集成电路，速度比PMOS高。第三代：1978年—1984年。代表产品有Intel8086、80286，Zilog的Z8000，Motorola的M68000。第三代微处理器的特点是：16位微处理器，采用HMOS高密度集成半导体工艺技术，丰富的指令系统，多级中断系统，多寻址方式。HMOS：高密度短沟道MOS工艺，速度快、功耗低。第四代：：1985年——2003年。。1985年10月，32位微微处理器器Intel80386。。1989年，高高档的32位处处理器Intel80486。流水线控控制，面面向高级级语言的的系统结结构1989年—2003年间：：32位处处理器在在体系结结构和执执行速度度上做出出了很大大的改进进。☞1993年Pentium（（80586））处理器器，初始始主频60~66MHz；☞1995年PentiumPro（高能能奔腾）），主频频可达200MHz；；☞1997年IntelPentiumMMX（多能能奔腾）），增强强了游戏戏和多媒媒体功能能；☞1997年PentiumⅡⅡ，增增加了更更多的指指令和更更多Cache。☞1999年PentimⅢⅢ，3D、流式式音频、、视频和和语音识识别功能能提升。。☞2000年推出出的PentiumⅣⅣ，初初始主频频为1.5GHz第五代：：2003年至至今。☞2003年9月月AMD推出了了第一片片64位位微处理理器Athlon64；☞2005年3月月，Intel推出出了EM64T指令集集、兼容容32位位/64位运算算的Xeon（（至强））处理器器。WindowsXPProfessionalx64版版操作系系统计计算机的的应用一、科学学计算人造卫星星轨道、、火箭的的推力及及发射角角、弹道道轨迹等等的计算算。二、数据据处理办公自动动化，银银行管理理系统，，民航、、铁路售售票系统统，图书书管理系系统等。。三、过程程控制对生产过过程中的的某些参参数进行行实时的的自动控控制称过过程控制制。如热热电厂锅锅炉温度度的控制制，化工工厂配料料控制等等。四、计算算机辅助助设计/计算机机辅助制制造（CAD/CAM）应用计算算机进行行飞机、、船舶、、超大规规模集成成电路等等的设计计、制造造。五、人工智能能人工智能就是是让计算机对对人进行智能能模拟。将人人脑进行演绎绎推理的过程程、规则和所所采用的策略略、技巧等编编成程序，让让计算机按推推理规则自动动地做出判断断和决策，如如与人对奕，，智能机器人人等。六、信息通信信如网络信息查查询、情报检检索、电子商商务、电子邮邮件等。计计算机系统统包括硬件系统统和软件系统统两大部分一、计算机的的硬件系统计算机硬件：构成计算机机的所有物理理部件的总称称。由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五部分构成。。系统总线：部件之间相相互连接、传传输信息的公公共线路。数据总线（DB）地址总线（AB）控制总线（CB）二、计算机的的软件系统计算机软件：各类程序和和文档资料的的总称，包括括系统软件和和应用软件两两类。①系统软件件：管理、调度度、监控、维维护计算机的的软件。包括括操作系统、、语言处理程程序、监控程程序、调试程程序、诊断程程序等。操作系统：系系统软件的核核心，功能是是管理计算机机系统的硬件件和软件资源源，组织协调调计算机的自自动运行，提提供人机接口口，为用户使使用计算机提提供方便。②应用软件件：为解决某些些具体问题而而编制的程序序。包括通用用软件和实用用软件两在类类，通用软件件如文字处理理软件Word、WPS，图形处理理软件Photoshop，各种程程序设计环境境等；实用软软件有杀毒软软件、解压缩缩软件等。另另一类是用户户为解决各种种实际问题而而开发的程序序，即用户程程序。计计算机的层层次结构一、计算机语语言①机器语言言：计算机能能够识别并能能直接执行的的指令语言称称机器语言。。机器语言是是用二进制代代码编写的，，是面向机器器的的语言。。②汇编语言言：用助记符符表示机器指指令编写的程程序称为汇编编语言。也是是面向机器的的语言。机器器不能识别汇汇编语言。由由汇编语言编编写的程序，，称汇编源程程序，需通过过汇编程序转转换为机器语语言的目标程程序，并经相相应的链接后后，机器才能能执行。③高级语言言：是面向问问题的语言，，用接近于人人类自然语言言的词和数学学公式描述和和编写程序。。由高级语言言编写的源程程序需经编译译程序和解释释程序转换成成机器语言后后计算机才能能执行。编译程序：将将源程序全部部转化成机器器语言程序后后，再执行机机器语言程序序。解释程序：将将源程序的一一条语句翻译译成机器语言言后，立即执执行它。机器语言目标标程序汇编语言源程程序高级语言源程程序汇编程序编译程序解释程序二、计算机系系统的层次结结构计算机系统可可以用一种层层次结构来描描述。从硬、、软件组织的的角度，可将将计算机分成成从下到上的的六层，从语语言功能角度度可将计算机机分成四层，，用户应用软件其它系统软件操作系统指令系统裸机高级语言虚拟机汇编语言虚拟机操作系统虚拟机实际机器三、计算机的的工作过程计算机的工作作过程就是执执行指令的过过程，可分为为：取指令、、分析指令和和执行指令三三个阶段。取指令分析指令执行指令指令和数据存存放在主存储储器中。CPU给出第一一条指令的地地址，通过地地址总线送到到存储器的地地址译码器中中。经译码后后，找到指令令存储单元，，发出读命令令，将指令读读出并经数据据线送CPU。CPU对对指令进行译译码后，按指指令功能发出出一系列的操操作控制信号号，控制指令令的操作。如如果执行的是是运算指令，，则需按指令令中指出的寻寻址方式，到到存储器中读读取操作数送送到运算器中中运算，并将将运算结果送送到指定的目目标空间。然然后，CPU再给出下一一条指令的地地址，继续上上述过程，直直到程序结束束。取指令CPU译码器存储器AB指令地址指令…DB指令数据RD分析指令令CPU对指令令译码，按指指令功能发出出操作信号，，控制指令的的操作。执行指令（运算）CPU译码器存储器AB操作地址指令…DB源操作数数据RD…目的操作数下一条指令ID…来自IR①基本字长：参与计算的的数据的二进进制位数。标标志着运算精精度。②存储容量：有主存容量量和辅存容量量两项指标，，是指存储器器中存储单元元的个数。两两种表示方法法：☞以字节（Byte）为单单位，一个字字节是8位二二进制数。如如表示为64KB，256MB等。。☞用“单元数（（字数）×位位数”表示。。如64K××16位。主存储器的容容量受地址线线位数的限制制。n位地址线可寻寻址的内存单单元为2n个。存储容量量的单位有B，KB，MB和GB。。其关系为：：1KB=210（1024））B1MB=210（1024））KB=220B1GB=210（1024））MB=220KB=230B③运算速度：用每秒执行行的指令的条条数来表示。。表示为MIPS，即：：每秒百万条条指令。现在在多用CPU的时钟频率率来表示。④性能/价格比比：简称性价比比。综合指标标，性价比越越大，表明计计算机的性能能越好，价格格越低。⑤外设配置：计算机从结结构上允许配配置的基本外外设和扩充外外设的种类和和数量。本章小结☞1946年，，第一台电子子计算机ENIAC诞诞生。☞按器件划分，，电子计算机机经历了电子子管、晶体管管、集成电路路、大规模和和超大规模集集成电路四个个发展阶段。。☞微型计算机是是采用微处理理器芯片的计计算机。按照照CPU的发发展，微型计计算机经历了了4位、8位位、16位、、32位和64位五个发发展阶段。☞计算机的应用用主要有科学学计算、数据据处理、过程程控制、CAD/CAM、人工智能能和信息通信信等。小结结☞计算机系系统由硬件系系统和软件系系统组成。▶硬件系统主主要有控制器器、运算器、、存储器、输输入设备和输输出