D硬件讲义计算机硬件基础第三章 微机的总线与主板-2第一章 (2)课件

本章主要内容：

微电子器件和计算机硬件的发展史、摩尔定律、计算机发展过程中的重要里程碑和现代计算机的特点及未来计算机的发展趋势。最后简要介绍计算机系统的组成。要求掌握和了解：微电子器件和计算机硬件的发展史计算机的特点及分类计算机的发展趋势计算机硬件系统的组成第一章计算机硬件技术概述

计算机硬件技术基础1.1.1从微电子器件的发展看电子计算机发展史

1.微电子器件的发展电子管（真空管）（20世纪初）

1904年英国电气工程师弗莱明（J.Fleming）研制出世界上第一只电子管，也就是人们所说的真空二极管。1906年，德·福雷斯特在弗莱明的玻璃管内添加了栅栏式的金属网，形成第三个极。发明真空三极管。特点：体积大、功耗高、寿命短、可靠性差。半导体晶体管（晶体管）（1948年）由贝尔实验室的科学家肖克利（W.Shockley）、布拉顿（W.Brattain）和巴丁（J.Bardeen）发明。特点：体积小、功耗低、可靠性高。集成电路（Integratedcircuits）芯片（IC）（1959年）

1959年由德克萨斯仪器公司（TI）的基尔比（J.kilby）和诺依斯为首的仙童（Fairchild）半导体公司同时发明。基尔比被誉为“第一块集成电路的发明家”，而诺依斯被誉为“提出了适合于工业生产的集成电路理论”的人。特点：速度快、功耗低、可靠性高等。计算机硬件技术基础1.1.1从微电子器件的发展看电子计算机发展史分类：集成度SSI（小规模集成电路）晶体管数100个以下MSI（中规模集成电路）晶体管数100～3000个LSI（大规模集成电路） 晶体管数3000～30000个VLSI（超大规模集成电路）晶体管数100000～100000000个ULSI（甚大规模集成电路）晶体管数100000000以上计算机硬件技术基础1.1.1从微电子器件的发展看电子计算机发展史

中、小规模集成电路集成电路计算机（从60年代中期到70年代前期）功耗、体积、价格等进一步下降。速度及可靠性相应的提高范围进一步扩大大、超大规模集成电路计算机（70年代初到至今）20世纪60年代后，半导体存储器取代了磁芯存储器，并不断向大容量、高集成度、高速度发展。70年代初，出现了以包含CPU的单片IC（微处理器）为核心的电子计算机——微型计算机。计算机进入了几乎所有的行业。计算机硬件技术基础1.1.2摩尔定律

摩尔定律

1965年，Intel公司的创办人之一摩尔发现：“在相等面积(制作成本)上，CPU上的晶体管数量以每18个月倍增的趋势增加，执行性能的提升大体也符合这个趋势。”微处理器的发展计算机硬件技术基础1.1.3计算机发展过程中的重要里程碑

1.第一台电子数字计算机

1946年在美国诞生的ENIAC是举世公认的第一台电子计算机。设计的目的是为阿贝丁陆军试炮场进行弹道计算。主要研制者宾夕法尼亚大学莫尔学院的莫契利（J.Mauchiy）和埃克（P.Eckert）。ENIAC共使用了18000个电子管，另加1500个继电器以及其它器件，其总体积约90立方米，重达30吨，占地170平方米。这台耗电量为140千瓦的计算机，运算速度为每秒5000次加法，或者400次乘法，至多只能存20个10位的十进制数，无程序存储器。计算机硬件技术基础1.1.3计算机发展过程中的重要里程碑

3.第一台存储程序计算机

1949年5月，英国剑桥大学威尔克斯（M.Wilkes）教授主持制成了一台由3000只电子管为主要元件的存储结构的计算机EDSAC（电子储存程序计算机）。1952年1月，由冯·诺伊曼设计的IAS电子计算机问世。IAS计算机总共只采用了2300个电子管，但运算速度却比拥有18000个电子管的ENIAC“埃尼阿克”提高了10倍。4.晶体管计算机的诞生1954年，贝尔实验室研制成功第一台使用晶体管线路的计算机（TRADIC），装有800个晶体管。1958年，IBM公司制成了第一台全部使用晶体管的计算机RCA501型。计算速度从每秒几千次提高到几十万次，主存储器的存储量，从几千提高到10万以上。计算机硬件技术基础1.1.3计算机发展过程中的重要里程碑

5.第三代计算机的的标志性产品IBM360系列计算机

1964年，由IBM公司主设计师吉恩·阿姆达尔（G.Amdahl），主持设计的第一个采用集成电路的通用计算机系列IBM360系统研制成功，该系列有大、中、小型，共6个型号。阿姆达尔提出了一种全新的思路：IBM360必须是一种“兼容性”的产品，意味着大中小型360系统电脑，都能用相同方式处理相同的指令，享用相同的软件，配置相同的外部设备，而且能够相互连接在一起工作。“兼容性”是一个伟大的观念变革，它给现代电脑发展带来的技术进步，至今还在发挥巨大作用。360系列取得了难以置信的成功，成为第三代电脑的标志性产品。计算机硬件技术基础1.1.3计算机发展过程中的重要里程碑

6.使用超大规模集成电路的第四代计算机美国ILLIAC-IV计算机，是第一台全面使用大规模集成电路作为逻辑元件和存储器的计算机，它标志着计算机的发展已到了第四代。IBM公司的370系列、43XX、30XX、ES-9000系列、克雷公司的Cray系列巨型机、日本富士通公司生产出M系列，是比较有代表性的第四代计算机。计算机硬件技术基础计算机发展过程

起迄年份代别主要逻辑元件软件电子管机器语言、汇编语言晶体管高级语言、监控程序、简单操作系统集成电路功能较强的操作系统、会话式语言大规模或超大规模集成电路软件工程的研究与应用、数据库、语言编译系统和网络软件1946-19571958-19641965-19701970至今一二三四计算机硬件技术基础1.1.4现代计算机的特点及其类型

计算机按用途可分为专用计算机和通用计算机专用计算机是最有效、最经济、最快速的计算机，但是它的功能单一，适应性很差。通用计算机功能齐全，适应性很强，但是牺牲了效率、速度和经济性。专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。现在一般意义上讲的计算机都是指通用计算机。计算机硬件技术基础1.1.4现代计算机的特点及其类型

计算机分类计算机的性能和作用进行分类。传统上将计算机分为巨型计算机、小巨型机、主机、小型计算机、工作站、个人计算机。1989年11月IEEE提出一个分类报告，它根据计算机在信息处理系统中的地位与作用，考虑到计算机分类的演变过程和近期可能的发展趋势，把计算机分成6大类。巨型计算机、小巨型机、主机、小型计算机、工作站和个人计算机。目前国际上比较流行的分类是：巨型计算机主机小型计算机个人计算机计算机硬件技术基础1.1.4现代计算机的特点及其类型

2.主机（Mainframecomputers）

它包括我们通常所说的大、中型计算机。大型主机经历了批处理阶段、分时处理阶段，进入了分散处理与集中管理的阶段。IBM公司一直在大型主机市场处于霸主地位，DEC、富士通、日立、NEC也生产大型主机。不过随着微机与网络的迅速发展，大型主机正在走下坡路。现在主要朝着超级服务器方向发展。计算机硬件技术基础1.1.4现代计算机的特点及其类型

3.小型计算机（Minicomputers）小型机的机器规模小、结构简单、设计试制周期短，便于及时采用先进工艺技术，软件开发成本低，易于操作维护。它们己广泛应用于工业自动控制、大型分析仪器、测量设备、企业管理、大学和科研机构等，也可以作为大型与巨型计算机系统的辅助计算机。近年来，小型机的发展也引人注目。特别是RISC（ReducedInstructionSetComputer缩减指令系统计算机）体系结构的广泛使用，大大提高了小型机的性能。计算机硬件技术基础1.1.4现代计算机的特点及其类型

5.微型机（Microcomputers）

微型机主要包括个人计算机PC、笔记本计算机、掌上电脑等。微型机技术在近10年内发展速度迅猛，平均每2～3个月就有新产品出现，1～2年产品就更新换代一次。平均每两年芯片的集成度可提高一倍，性能提高一倍，价格降低一半。目前还有加快的趋势。微型机已经应用于办公自动化、数据库管理、图像识别、语音识别、专家系统，多媒体技术等领域，并且开始成为城镇家庭的一种常规电器。微型机比小型机体积更小、价格更低廉，并且通用性强、灵活性好、可靠性高、使用方便。计算机硬件技术基础1.2.1计算机中的硬件与软件1.硬件和软件的关系

一个完整的计算机系统包含硬件系统和软件系统两大部分。

计算机系统=硬件+软件硬件是计算机系统的物质基础，正是在硬件高度发展的基础上，才有软件赖以生存的空间和活动场所，没有硬件对软件的支持，软件的功能就无从谈起；

同样，软件是计算机系统的灵魂，没有软件的硬件“裸机”将不能提供给用