计算机基础(计算机概述)

1、一一. . 计算机、微机发展简史计算机、微机发展简史 、世界上第一台计算机、世界上第一台计算机ENIAC（第一代第一代 ） 1946年年2月，美国研制成功月，美国研制成功 ENIAC (Electronic Numberical Intergrator And Caculator 爱尼克爱尼克)。它由。它由18000多个电子管、多个电子管、1500多个继多个继电器等组成，重电器等组成，重30吨，耗电吨，耗电150千瓦，占地千瓦，占地170平方米，运算速度为每秒平方米，运算速度为每秒5000次。这是以次。这是以电子电子管管为为逻辑元件逻辑元件的计算机，称为第一代计算机。的计算机，称为第一代计算机

2、。 从计算能力来看，不如现在的小计算器。从计算能力来看，不如现在的小计算器。 ENIAC的照片的照片:（见下图）（见下图）电子计算机之父电子计算机之父 以美籍匈牙利数学家以美籍匈牙利数学家约翰约翰冯冯诺依曼诺依曼（1903-1957 ，电，电子计算机之父子计算机之父）为首的研制小组提出了为首的研制小组提出了“存储程序控制存储程序控制”的的计算机结构计算机结构( (即诺依曼机），奠定了现代计算机的体系结构。即诺依曼机），奠定了现代计算机的体系结构。冯冯诺依曼模型的主要思想诺依曼模型的主要思想 计算机（指硬件）由五大基本部件组成计算机（指硬件）由五大基本部件组成运算器、控制器、运算器、控制器、存储

3、器、输入设备和输出设备；存储器、输入设备和输出设备； 计算机内部采用二进制来表示指令和数据；计算机内部采用二进制来表示指令和数据； 将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再执行程将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再执行程序。序。计算机的基本结构冯诺依曼模型2 2、第二代计算机、第二代计算机 是以是以晶体管晶体管为为逻辑元件逻辑元件的计算机，其特点是体积的计算机，其特点是体积小，重量轻，耗电少，工作可靠，运算速度达每秒几小，重量轻，耗电少，工作可靠，运算速度达每秒几万至几十万次。万至几十万次。3 3、第三代计算机、第三代计算机 是以是以集成电路集成电路为为逻辑元件逻辑元件的计算机

4、，其特点是体的计算机，其特点是体积大为缩小，耗电极少，可靠性与速度明显提高。积大为缩小，耗电极少，可靠性与速度明显提高。4 4、第四代计算机、第四代计算机 是以是以大规模集成电路大规模集成电路为为逻辑元件逻辑元件的的计算机计算机，其，其各方面性能进一步提高。各方面性能进一步提高。集成电路图示集成电路图示集成电路图示集成电路图示 集成电路是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着

5、微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。 特点：集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。 二、微机发展简史二、微机发展简史 微机的核心是中央处理器微机的核心是中央处理器CPUCPU，CPUCPU的发的发展代表了微机的发展，下面以最具代表性的展代表了微机的发展，下面以最具代表性的IntelIntel系列系列CPUCPU为例说明。为例说明。 、第一代、第一代CPUCPU（位）（位） 19711971年年IntelIntel公司推出了世界上第一个公司推出了世界上第一个CPUCPU：Intel4004Intel4004，是用于计算器

6、的，是用于计算器的4 4位微处位微处理器，主频理器，主频740KHz740KHz，12001200个晶体管。个晶体管。 、第二代第二代CPUCPU（位）（位）从从19721972年到年到19771977年，先后推出年，先后推出Intel8008Intel8008、80808080、8085A8085A等，主频等，主频800KHz800KHz至至6MHz6MHz，含晶体管，含晶体管20002000至至90009000个。个。 3 3、第三代、第三代CPUCPU（1616位）位）19781978年、年、19791979年、年、19821982年，分别推出年，分别推出80868086、8088808

7、8、8028680286，主频为，主频为4.77MHz4.77MHz至至12.5MHz12.5MHz，含晶，含晶体管体管2.92.9万至万至13.413.4万个。特别是万个。特别是19811981年年80888088芯片芯片首次用于首次用于IBM PCIBM PC机，从此开创了全新的机，从此开创了全新的PCPC时代。时代。二、微机发展简史二、微机发展简史4 4、第四代、第四代CPUCPU（3232位）位）19851985年的年的8038680386，主频，主频33MHz,33MHz,含含27.527.5万个晶体万个晶体管；管；19891989年的年的8048680486，是将，是将803868

8、0386和和8038780387（数学协（数学协处理器，支持浮点运算）及处理器，支持浮点运算）及8KB8KB高速缓存器高速缓存器CacheCache集成在一个芯片内，并首次采用了集成在一个芯片内，并首次采用了RISCRISC技术，其技术，其性能较性能较80386DX/8038780386DX/80387的组合提高的组合提高4 4倍，其主频逐倍，其主频逐步提高到步提高到100MHz100MHz，单片集成了，单片集成了120120万个晶体管。万个晶体管。二、微机发展简史二、微机发展简史、第五代、第五代CPUCPU（6464位）位）19931993年推出年推出PentiumPentium（奔腾）处理

9、器，即（奔腾）处理器，即8058680586，集成晶体管，集成晶体管320320万个，主频逐步提高万个，主频逐步提高到到166MHz 166MHz ，实现了超标量体系结构，性能明，实现了超标量体系结构，性能明显提高；显提高；19951995年年Pentium ProPentium Pro（多能奔腾）（多能奔腾）处处理器面世，俗称理器面世，俗称P6P6，集成，集成550550万个晶体管，主万个晶体管，主频高达频高达200MHz200MHz。二、微机发展简史二、微机发展简史计算机系统包括硬件和软件计算机系统包括硬件和软件计算机硬件包括主机和外部设备计算机硬件包括主机和外部设备计算机主机包括计算机主

10、机包括CPU和存储器和存储器三、计算机的基本结构三、计算机的基本结构四四. . 计算机分类、特点、用途计算机分类、特点、用途计算机的分类计算机的分类巨型机巨型机：运算速度达每秒上亿次。如我国研制的银：运算速度达每秒上亿次。如我国研制的银 河、曙光、神州等超级计算机。河、曙光、神州等超级计算机。大型机大型机：速度和性能比巨型机稍低，其特点是有自：速度和性能比巨型机稍低，其特点是有自 己的专用操作系统。己的专用操作系统。（以上两类主要用于国防、能源、气象、航天等领域以上两类主要用于国防、能源、气象、航天等领域) )小型机小型机：速度和性能再低一些，但其通用性强，应：速度和性能再低一些，但其通用性强

11、，应 用软件丰富，适用于政府、企业、学校等领域。用软件丰富，适用于政府、企业、学校等领域。PCPC机机：即：即Personal ComputerPersonal Computer，个人计算机，其通用，个人计算机，其通用 性更强，广泛应用于各个领域。性更强，广泛应用于各个领域。微型计算机的特点微型计算机的特点 体积桌面化体积桌面化掌上化掌上化 通用化，满足多种使用要求通用化，满足多种使用要求 操作简单化，用户平民化，维护简单化操作简单化，用户平民化，维护简单化 价格低廉化价格低廉化 多媒体化多媒体化 网络化网络化微型计算机微型计算机中大型计算机的特点中大型计算机的特点 结构：结构：为多个机柜，主

12、机系统、硬盘机、磁带机、打印机、为多个机柜，主机系统、硬盘机、磁带机、打印机、通信处理机等。通信处理机等。 性能：性能：一般具备高速处理能力，大容量内存和外存储系统。一般具备高速处理能力，大容量内存和外存储系统。大容量的存储系统可能要求磁盘阵列。大容量的存储系统可能要求磁盘阵列。 可靠性：可靠性：要求连续运行要求连续运行不能停机，在要求可靠性不能停机，在要求可靠性很高的场合要有（异地）很高的场合要有（异地）双（多）主机热备份。定双（多）主机热备份。定时数据备份。时数据备份。 联网：联网：一般要求具备快速一般要求具备快速的网络、通道处理能力。的网络、通道处理能力。中大型计算机中大型计算机 超高速

13、度，目前的水平是每秒上超高速度，目前的水平是每秒上10亿亿次浮点运算亿亿次浮点运算) 结构上为多处理器结构结构上为多处理器结构 主要应用领域是仿真（如气主要应用领域是仿真（如气象预测）、实时控制（如飞象预测）、实时控制（如飞行器控制）、模式识别、密行器控制）、模式识别、密码运算、基因工程等。码运算、基因工程等。我国我国“神威神威太湖之光太湖之光”超级计算超级计算机系统登顶榜单之首，成为世界上机系统登顶榜单之首，成为世界上首台运算速度超过十亿亿次的超级首台运算速度超过十亿亿次的超级计算机计算机。 巨型计算机巨型计算机计算机速度的度量单位一般是计算机速度的度量单位一般是MIPS（Million I

14、nstruction Per Second），但），但MIPS和指令复杂度没有关系，为了描述浮点和指令复杂度没有关系，为了描述浮点数的运算速度，另一个指标是数的运算速度，另一个指标是FLOPS (FLOPS：Floating point number Operations Per Second )影响计算机运算速度的主要因素影响计算机运算速度的主要因素 CPU时钟频率时钟频率 指令系统指令系统 CPU的构造技术，流水线、的构造技术，流水线、Cache、超标量、超线程等、超标量、超线程等 多多CPU并行技术并行技术 存储器速度存储器速度五五. .计算机的速度指标计算机的速度指标计算机的存储容量计

15、算机的存储容量以二进制位为最小存储单位（以二进制位为最小存储单位（bit）以字节为最小访问单位（以字节为最小访问单位（Byte），），8位构成一个字节位构成一个字节1KB = 1024B 1MB = 1024KB 1GB = 1024MB内存和外存内存和外存内部存储器内部存储器由半导体器件构成由半导体器件构成易失性存储器易失性存储器运行期间的临时存储器运行期间的临时存储器外部存储器外部存储器由磁性存储器和光存储器构成由磁性存储器和光存储器构成非易失性存储器非易失性存储器永久性存储器永久性存储器六、计算机的容量 微型化和巨型化微型化和巨型化微型化微型化满足更广泛的应用，更高的集成度和更低的功耗满

16、足更广泛的应用，更高的集成度和更低的功耗使得计算机进一步微型化。使得计算机进一步微型化。巨型化巨型化实现更高速度的运算能力实现更高速度的运算能力 智能化智能化使计算机具备学习、推理、判断的能力，实现自然语言能力使计算机具备学习、推理、判断的能力，实现自然语言能力和视觉能力，让计算机来模拟人的感觉、行为、思维过程的和视觉能力，让计算机来模拟人的感觉、行为、思维过程的机理机理 。 网络化网络化多种接入方式多种接入方式在目前计算机网络已经比较普及的情况下，在目前计算机网络已经比较普及的情况下，逐步普及无线接入方式（无线公网或无线局域网）逐步普及无线接入方式（无线公网或无线局域网）主干通信实现三网合一主干通信实现三网合一整合计算机网、电信网和广播电整合计算机网、电信网和广播电视网，实现数据包交换。视网，实现数据包交换。七、七、计算机的发展趋势计算机的发展趋