计算机组成与维护第一章

1、万煦婷信息技术系Information Technology Department.Hunan womens University计算机基础THR FOUNDATION OF COMPUTER计算机组成与维护01020304计算机的诞生史The History of The Birth计算机的理论模型(图灵机)The Present of Theoretical Model（Turing machine）计算机的物理实现(冯诺依曼机)Phytical Design and Implementation （EDVAC）计算机系统结构The Framework of Computer System

2、CONTENT0201计算机的诞生史The History of The Birth of ComputerPART ONE1.计算机的诞生史04计算机组成与维护- 1计算机基础知识为什么会有计算机？1.计算机的诞生史05计算机组成与维护- 1计算机基础知识人类和猿最重要的区别就是发明、制造和使用工具人类和猿最重要的区别就是发明、制造和使用工具1.计算机的诞生史计算数据量越来越多计算速度要求越来越快计算精度要求越来越准如果不使用计算工具，人类几乎无法完成！06计算机组成与维护- 1计算机基础知识为什么会有计算机？1.计算机的诞生史-手动式计算工具07计算机组成与维护- 1计算机基础知识手指结绳

3、记事算筹算盘中国：纳皮尔算筹计算尺欧洲：1.计算机的诞生史机械式计算工具08计算机组成与维护- 1计算机基础知识手动机械式：需要手动上发条，通过齿轮运转，机械地实现计算手动机械式计算工具解放我们的大脑。1.计算机的诞生史机械式计算工具09计算机组成与维护- 1计算机基础知识自动机械式：蒸汽机驱动，通过齿轮运转，机械地实现计算查尔斯查尔斯. .巴贝奇巴贝奇 (英）英） 1812年差分机年差分机 1834年分析机年分析机 手动机械式计算工具解放我们的大脑和双手。1.计算机的诞生史机械式计算工具10计算机组成与维护- 1计算机基础知识奥古斯塔奥古斯塔艾达艾达拜伦拜伦Augusta Ada Byron

4、 (1815Augusta Ada Byron (1815-1 -1852)852)a. 英国著名诗人拜伦的独生女b. 世界上第一位程序员c. 为巴贝奇分析机编制了人类历史上第一批计算机程序。1.计算机的诞生史11计算机组成与维护- 1计算机基础知识手动式计算工具手动式计算工具20世纪世纪60年代年代计算工具的发展简史（时间表）机械式计算工具机械式计算工具1642年年1886年年机电式计算机机电式计算机20世纪世纪30年代年代电子计算机电子计算机元代元代1300年年算盘算盘远古远古1832年年分析机分析机1.计算机的诞生史电子计算机12计算机组成与维护- 1计算机基础知识时代时代年份年份器件器

5、件软件软件应用应用一一 46-58电子管电子管机器语言汇编语言机器语言汇编语言 科学计算科学计算二二58-64晶体管晶体管高级语言高级语言数据处理工业控制数据处理工业控制 三三64-70集成电路集成电路操作系统操作系统文字处理图形处理文字处理图形处理四四71年迄今年迄今大规模集成电路大规模集成电路数据库、网络等数据库、网络等社会的各个领域社会的各个领域电子管电子管晶体管晶体管集成电路集成电路大规模集成电路大规模集成电路1.计算机的诞生史摩尔定律13计算机组成与维护- 1计算机基础知识 摩尔定律（Moores Law,1965）Intel公司创始人之一公司创始人之一戈登戈登摩尔摩尔（Gordon

6、 Moore）芯片每18个月，集成度将翻一翻， 速度将提高一倍， 而其价格将降低一半a) 微芯片上集成的晶体管数目每12个月翻一番b) 微芯片的容量通常每1824个月翻一番 1.计算机的诞生史下一代计算机14计算机组成与维护- 1计算机基础知识02计算机的理论模型(图灵机)The Present of Theoretical Model（Turing machine）PART TWO2.计算机的理论模型(图灵机)n24岁，提出图灵机理论n31岁，二战破解德国通信密码n33岁，构思了仿真系统n35岁，提出自动程序设计n38岁，设计“图灵测试”n创造新学科非线性力学n16计算机组成与维护- 1计算

7、机基础知识阿兰阿兰. .图灵图灵计算机科学奠基人计算机科学奠基人英国数学家、逻辑学家英国数学家、逻辑学家1912-19541912-19542.计算机的理论模型(图灵机)17计算机组成与维护- 1计算机基础知识哪些问题可以用机器来进行计算求解？问题一如果可以用机器计算，如何计算？问题二图灵机回答的两个问题：2.计算机的理论模型(图灵机)18计算机组成与维护- 1计算机基础知识 图灵基本思想图灵基本思想： 用机器模拟人用纸笔进行数学运算的过程，把该用机器模拟人用纸笔进行数学运算的过程，把该过程看成下列两种简单动作：过程看成下列两种简单动作：1、在纸上写或擦除某个符号；、在纸上写或擦除某个符号；2

8、、把注意力从纸的一个位置移到另一位置。、把注意力从纸的一个位置移到另一位置。每阶段人要决定下一步动作依赖于每阶段人要决定下一步动作依赖于 (a) 此人当前前所关注的纸上某个位置的符号此人当前前所关注的纸上某个位置的符号 (b) 此人当前的思维状态此人当前的思维状态为了模拟人的这种运算过程，图灵构造出一台假想的机器，该为了模拟人的这种运算过程，图灵构造出一台假想的机器，该机器由以下几个部分组成：机器由以下几个部分组成：1.一条无限长的纸带一条无限长的纸带 TAPE。信息：信息：0、1、空白、空白2.一个读写头一个读写头 HEAD。动作：左移、右移、读、写动作：左移、右移、读、写3.一套控制规则一

9、套控制规则 TABLE。由当前状态及纸带信息控制读写头由当前状态及纸带信息控制读写头4.一个状态寄存器。一个状态寄存器。记录当前状态记录当前状态2.计算机的理论模型(图灵机)19计算机组成与维护- 1计算机基础知识2.计算机的理论模型(图灵机)20计算机组成与维护- 1计算机基础知识例：计算 X+1 的控制规则：q1 0 1 L q2 q1 1 0 L q3 q1 b b N q4 q2 0 0 L q2 q2 1 1 L q2 q2 b b N q4 q3 0 1 L q2 q3 1 0 L q3 q3 b b N q4q1 0 1 L q2当前状态从纸带读入的信息下一步进入状态写入信息读写

10、头运动方向状态： q1 （初始） 、 q2、 q3、 q4 （终止） 运动方向：L（左），N（停止）读写信息：0，1，b（空白）Flash演示03计算机的物理实现(冯诺依曼机)Phytical Design and Implementation （EDVAC）PART THREE3.计算机的物理实现(冯诺依曼机)22计算机组成与维护- 1计算机基础知识冯冯. .诺依曼诺依曼电子计算机之父：电子计算机之父：美籍匈牙利数学家美籍匈牙利数学家1903-19571903-1957 原子弹研究成功后与同事研制人类第二台计算机EDVAC 提出“存储程序”概念 冯诺依曼计算机 奠定了现代计算机体系结构和工作

11、原理3.计算机的物理实现(冯诺依曼机)23计算机组成与维护- 1计算机基础知识EDVAC 1945 为美国陆军弹道研究实验室研制(Electronic Discrete variable Automatic Computer)特点：a. 采用二进制数制；b. 按照程序顺序执行；c. 由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。04计算机体系结构The Framework of Computer SystemPART FOUR4.计算机体系结构25计算机组成与维护- 1计算机基础知识计算机系统计算机系统= =硬件系统硬件系统+ +软件系统软件系统软软 件件硬硬 件件4.计算机体系结

12、构26计算机组成与维护- 1计算机基础知识输入设备：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 (Cache)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、数据库管理系统办公软件包、数据库管理系统 4.计算机体系结构 （主机箱）27计算机组成与维护- 1计算机基础知识4.计算机体系结构 （工作过程）28计算机组成与维护- 1计算机基础知识CPUCPU存储器存储器数据流数据流控制流控制流运算器运算器外存储器外存储器输出设备内存储器内存储器输输入入设设备备控制器控制