第一章计算机发展史计算机系统的组成

从基础学起第一章：计算机概述1.1计算机的产生和发展1946年2月，世界上第一台计算机在美国宾夕法尼亚大学诞生，名字叫埃尼阿克（ENIAC）。这台计算机的主要元件是电子管，它由1.88万个电子管组成，体积庞大，占地约为170平方米，重达30吨，它能在一秒钟内完成5000次运算，耗电总量超过174千瓦/小时。图1-1第一台计算机ENIAC电子计算机的产生与发展发展阶段特性第一代（1946-1958）第二代（1959-1964）第三代（1965-1970）第四代（1971-至今）逻辑元件电子管晶体管中、小规模集成电路大规模、超大规模集成电路主存储器磁芯、磁鼓磁芯、磁鼓半导体存储器半导体存储器辅助存储器磁带、磁鼓磁带、磁鼓、磁盘磁带、磁鼓、磁盘磁带、磁盘、光盘处理方式机器语言、汇编语言作业连续处理、编译语言实时、分时处理多道程序实时、分时处理网络结构运算速度（次/秒）5千—4万几十万—百万百万—几百万几百万—几百亿主要特点体积大，功耗大，可靠性差，价格昂贵体积较小、重量轻，功耗小，可靠较高小型化，功耗少，可靠性高微型化，功耗极少，可靠性很高计算机的产生与发展时代年份器件软件应用一46—59电子管机器语言汇编语言科学计算二59—65晶体管高级语言数据处理工业控制三65—70集成电路操作系统文字处理图形处理四71年迄今大规模集成电路数据库、网络等社会的各个领域•冯.诺依曼结构计算机存储程序的计算机方案包含的三个要点•1.采用二进制数的形式表示数据和指令•2.将指令和数据安执行顺序都存放在存储器中•3.由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成计算机。•其工作核心是存储程序和程序控制计算机之父------冯•诺依曼冯•诺依曼（VonNeumann）（1903~1957），美籍匈牙利科学家，是计算机科学的创始人之一。他不仅在计算机方面，而且在教学、逻辑、物理等领域都做出了巨大的贡献，他的杰出成就成为科学上的巨人，被誉为“计算机之父”。计算机的特点和分类1.计算机的主要特点（1）运算速度快。现在的电子计算机可以达到每秒上亿次，甚至更高。（2）计算精度高。电子计算机的计算精度是其他计算工具无法相比的。（3）具有记忆和逻辑判断能力。（4）程序进行自动化。计算机与以前的所有计算工具本质区别在于它能摆脱人的干预，自动、连续地进行各种操作。2.计算机的分类计算机的种类很多，通常根据计算机系统规模的大小和功能强弱不同，将计算机分为：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机等，如下图所示：图1-2巨型机图1-3大型机微型机(台式机)便携机(笔记本电脑)掌上电脑1.3计算机的应用领域（1）计算机的传统应用领域：科学计算、数据处理、过程控制、计算机辅助系统、人工智能、计算机通信、计算机网络、办公自动化。计算机最早应用于科学计算，20世纪五六十年代，计算机应用范围扩大到数据信息处理，并成为最大的应用领域。由于计算机不仅能够高速运算，而且具有逻辑判断能力，所以从20世纪60年代起，计算机广泛应用于工业生产过程的实时监测和控制；20世纪70年代起，过程控制技术又逐步应用于军事和家电。A.计算机辅助系统：CAD、CAM、CAE、CIMS、CAT、CSa.计算机辅助设计CAD（Computer-AidedDesign）:是指通过计算机帮助各类设计人员进行设计。b.计算机辅助制造CAM（Computer-AidedManufaturing）:是指用计算机进行生产设备的管理、控制的操作的技术。c.计算机辅助教育CAE（Computer-AidedEducation）:包括计算机辅助教学CAI，计算机管理教学CMI。d.计算机集成制造系统CIMS（ComputerIntergratedManufacturingSystem）:是集设计、制造和管理3大功能于一体的现代化工厂生产系统。e.计算机辅助测试CAT（Computer-AidedTest）:是利用计算机处理大批量数据，完成各种复杂的测试工作和系统。f.计算机模拟CS（ComputerSimulation）:是利用计算机模拟进行工程、产品、决策的试验，模拟军事演习以及模拟训练。B.办公自动化（OA）a.事务型OA系统，又称电子数据处理(EDP)系统或业务信息系统，主要供秘书和业务人员处理日常事务。b.管理型OA系统，又称管理信息系统，它是一个以计算机为基础，对企、事业单位或政府机关实行全面管理的信息系统。c.决策型OA系统，是在上述事务处理和信息管理的基础上，增加了决策辅助功能而构成。C.娱乐休闲计算机游戏、计算机多媒体、网上冲浪等。数的编码计算机中的数据单位数据泛指一切可以被计算机接受并处理的符号，包括数值、文字、图形、图像、声音、视频等各种信息。计算机中数据的常用单位有位、字节和字。1.位（Bit）位又称比特，是计算机表示信息的数据编码中的最小单位。1位二进制的数码用0或1来表示。2.字节（Byte）字节是计算机存储信息的最基本单位，因此也是信息数据的基本单位。一个字节用8位进制数表示。通常计算机以字节为单位来计算内存容量。*计算机中字节与容量的换算：lB=8bitlKB=210B=l024BlMB=220B=l024KBlGB=230B=l024MB3.字（Word）计算机一次存储、传输或操作时的一组二进制数称为字。一个字由若干个字节组成，用于表示数据或信息的长度。2．ASCII码（美国标准信息交换码）在将用汇编语言或各种高级语言编写的程序输入到计算机中时，人与计算机通信所用的语言，已不再是一种纯数学语言了，而多为符号式语言。因此，需要对各种符号进行编码，以使计算机能识别、存储、传送和处理。最常见的符号信息是文字符号，所以字母、数字和各种符号都必须按约定的规则用二进制编码才能在机器中表示。ASCII码有7位版本和8位版本两种。国际上通用的是7位版本。7位版本的ASCII码有128个元素，其中通用控制字符34个，阿拉伯数字10个，大、小写英文字母52个，各种标点符号和运算符号32个。7位版本ASCII码只需用7个二进制位(27=128)。8位ASCII码需用8位二进制数进行编码。当最高位为0时，称为基本ASCII码（编码与7位ASCII码相同），当最高位为1时，形成扩充的ASCII码，它表示数的范围为128～255，可表示128种字符。通常各个国家都把扩充的ASCII码作为自己国家语言文字的代码。2.4汉字编码我国用户在使用计算机进行信息处理时，一般都要用到汉字，因此，必须解决汉字的输入、输出以及汉字处理等一系列问题。当然，关键问题是要解决汉字编码的问题。由于汉字是象形文字，数目很多，常用汉字就有3000～5000个，加上汉字的形状和笔画多少差异极大，因此，不可能用少数几个确定的符号将汉字完全表示出来，或像英文那样将汉字拼写出来。每个汉字必须有它自己独特的编码。1）《信息交换用汉字编码字符集·基本集》《信息交换用汉字编码字符集· 基本集》是我国于1980年制定的国家标准GB2312—80，代号为国标码，是国家规定用于汉字信息交换使用的代码依据。2）汉字的输入码（外码）汉字输入码是为了将汉字通过键盘输入计算机而设计的代码。汉字输入编码方案很多，其表示形式大多用字母、数字或符号。3）汉字的机内码汉字的机内码是供计算机系统内部进行存储、加工处理、传输统一使用的代码，又称为汉字内部码或汉字内码。4）汉字的字形码汉字字形码是汉字字库中存储的汉字字形的数字化信息，用于汉字的显示和打印。计算机系统组成系统软件应用软件计算级系统分为：硬件+软件硬件软件计算机系统的硬件组成冯·诺依曼思想：•二进制•程序与数据一样存放在内存•五大模块存储器数据流控制流运算器外存储器输出设备内存储器输入设备控制器处理器存放程序和数据处理器控制器运算器控制整个计算机所有部件的工作执行算术运算和逻辑运算存储器大容量存储器I/O设备I/O子系统计算机系统的硬件组成存储器输入/输出设备常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。计算机系统的硬件组成微型计算机的基本组成（1）计算机硬件系统•计算机硬件系统由五部分构成•运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。•1、输入设备：输入设备是用来向计算机主机输入程序和数据的设备。•2、运算器（ALU）：是计算机中进行算术运算和逻辑运算的部件。•3、控制器：是统一控制和指挥计算机各个部件协调工作的部件。•运算器和控制器合称为中央处理器（CPU）是计算机的核心部件。•4、存储器：是用来存储程序和数据的部件把数据从存储器中取出的过程称为读，把数据存入存储器的过程称为写存储容量用B、KB、MB、GB等单位表示通常将存储器分为内存储器和外存储器。•内存储器又称为主存储器优点是存取速度快，但存储容量小，主要来存放系统正在处理的数据。•内存储器•只读存储器在工作过程中只能读出其中的数据，不能写入新的数据，即使电源中断，ROM中的数据也不会消失。•随机存储器在工作过程中既可读出其中数据，也可修改其中数据或写入新的数据，一旦电源中断，RAM中存放的数据全部丢失。只读存储器随机存储器•存储器又称辅助存储器，外存读取速度慢，但存储容量大，主要用来存放暂时不用但又需要长期保存的程序或数据。5、输出设备：是将计算机处理的数据、计算结果等内部信息按人们要求的形式输出。中央处理器和内存储器合称为主机，各种输入设备、输出设备、外存储器称为外围设备。存储器存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合每个记忆单元由8位二进制位组成。可读写其中的数据。1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB字节Byte76543210位（Bit）主存储器（内存）微型机的程序和数据都是以二进制代码存放在存储器中的，在执行程序和使用数据时必须先存放在内存的随机存储器中，微型机中现在使用的内存条主要有SDRAM、RDRAM等动态随机存储器。常见的内存外存储器外存储器用于存储暂时不用的程序和数据，外存储器有磁存储器、光存储器、和U盘存储器等。它们存储容量大，访问时间相对内存也要慢得多。硬盘光驱U盘外存储器外存储器用于存储暂时不用的程序和数据，外存储器有磁存储器、光存储器、和U盘存储器等。它们存储容量大，访问时间相对内存也要慢得多。硬盘光驱U盘3.2.5外围设备外围设备中显示器、键盘和鼠标是必须选择的部件。除了这些还有其他的一些设备如下图：图3-27显示器图3-28键盘图3-29鼠标图3-30打印机图3-31音箱图3-32摄像头图3-33声卡图3-34显卡图3-35网卡（2）计算机软件系统•概念计算机软件系统：是指在计算机硬件上运行的各种程序及有关文档资料的总称。它的作用在于对计算机硬件资源的有效控制与管理，提高计算机资源的使用效率，协调计算机各组成部分的工作，并在硬件提供的基本功能的基础上，扩大计算机的功能，提高计算机实现和运行各类应用任务的能力：同时向用户提供尽可能方便、灵活的计算机操作使用的界面和诊断等所需要的工具等。•计算机软件系统包括系统软件和应用软件•1.系统软件系统软件是指管理、监控和维护计算机资源的软件，它主要包括操作系统、各种语言处理程序以及各种工具软件等。操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地组织计算机工作流程并方便用户充分有效的使用计算机资源的程序集合、操作系统是系统软件的核心，是用户与计算机之间的接口，也是其他系统软件和应用软件能够在计算机上运行的基础。软件系统操作系统语言处理系统数据库管理系统常用服务程序系统软件应用软件•程序设计语言及处理程序程序设计语言就是用来编写程序的语言，它是人与计算机交换信息的工具。分类：机器语言、汇编语言和高级语言。1、机器语言机器语言是以二进制0、1代码表示的能被计算机直接识别和执行的指令系统。特点：不需要翻译，但用计算机语言编写程序，工作量大，难于记忆、阅读和书写，调试修改麻烦，同时每秒钟计算机的指令系统不同，所编的机器语言程序只适合相应的计算机使用，不能通用，因此说它是面向机器的语言。•汇编语言