计算机的由来

计算机的由来第一页，共五十页，2022年，8月28日计算机的发展历程

一、电子计算机的诞生①每秒5000次加法运算；②每秒50次乘法运算；③平方和立方计算；④Sin和Cos函数数值运算；⑤其它更复杂的计算。◆第一台电子计算ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandComputer）于1946年在美国诞生。第二页，共五十页，2022年，8月28日第1台数字电子计算机1946年ENIAC计算机公布

ENIAC（电子数字积分机与计算机）：研制单位：美国宾夕法尼亚大学用途：军事计算运算速度：5000次/秒体积价格：170平方米，30吨，140千瓦，40万美元第三页，共五十页，2022年，8月28日其逻辑元件采用电子管，存储器件为磁鼓，典型逻辑结构为定点运算；用低级语言编程，无操作系统。代表人物：英国科学家艾兰·图灵和美籍匈牙利科学家冯·诺依曼。冯·诺依曼计算机模型。2）存储器以二进制形式存储指令和数据；3）存储程序工作方式；4）五部件以运算器为中心进行组织。1）计算机由运算器、存储器、控制器和输入/输出五个部件组成；第四页，共五十页，2022年，8月28日冯·诺依曼计算机组成第五页，共五十页，2022年，8月28日二、第二代计算机（50年代中后期到60年代中）逻辑元件采用晶体管，其内存储器由磁芯构成，磁鼓与磁带成为外存储器。逻辑结构实现了浮点运算，并提出了变址、中断、I/O处理等新概念。出现了多种高级语言及其编译程序。晶体管(1948)第六页，共五十页，2022年，8月28日三、第三代计算机（60年代中到70年代中）逻辑元件与存储器均由集成电路实现；硬件上，微程序控制、高速缓存、虚拟存储器、流水线等先进计算机技术开始使用；另一大特点是大型/巨型机与小型机同时发展。出现操作系统，它具有资源调度、人/机通信和输入输出控制等功能；小规模集成电路中/小规模集成电路(1950’s)第七页，共五十页，2022年，8月28日四、第四代计算机（70年代中期开始—）◆大规模（LSI）和超大规模（VLSI）集成电路及微处理器为这一代计算机的典型特征。超大规模集成电路计算机网络的发展与广泛应用。并行处理技术嵌入式系统超标量技术:超标量是指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令

第八页，共五十页，2022年，8月28日五、新一代计算机◆新器件和非冯·诺依曼结构已成为新一代计算机的公认标志。神经元、生物芯片、分子电子器件、超导计算机、量子计算机。日本第五代计算机系统研究计划（1982-1992年），确立并行推理将是未来信息处理的核心。第九页，共五十页，2022年，8月28日计算机的发展历程:小结1946年研制成功第1台数字电子计算机60多年来发展速度之快大大超出人们的预料：性能、体积、价格、···应用领域和装机数量软件技术和软件产品使用的元器件第1代：电子管＋磁鼓第2代：晶体管＋磁芯第3代：中、小规模集成电路第4代：大、超大规模集成电路第十页，共五十页，2022年，8月28日微机处理器的发展

第一代微处理器（4位机和低档8位机）Intel4004

1971年1月，Intel公司研制成功世界上第一片微处理器芯片Intel4004，微处理器和微机时代从此开始。

4004是个四位系统，只有2300个晶体管，时钟频率在108KHz，每秒执行6万条指令（0.06MIPs)。Intel80081972年4月，开发出第一个8位微处理器Intel8008第十一页，共五十页，2022年，8月28日第二代微处理器（中、高档8位机）Intel8080

1973年8月，研制出8位微处理器Intel8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，使用了基于6微米技术的6000个晶体管。

主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，处理速度为0.64MIPS。

第十二页，共五十页，2022年，8月28日第二代微处理器（中、高档8位机）1976年,Intel发布8085处理器当时，Zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。

Zilog公司于1976年开发出Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。

Motorola开发出MC6800微处理器。第十三页，共五十页，2022年，8月28日第三代微处理器（16位机）

Intel8086和80881978年，Intel推出4.77MHz的8086微处理器，集成了29000个3微米技术的晶体管，采用16位寄存器和16位数据总线，20位地址总线。

1年之后,Intel推出4.77MHz的准16位微处理器8088，它是8086的廉价版本

。内部以16位运行，但支持8位数据总线。IBM公司1981年生产的第一台电脑就是使用的这种芯片。

1979年，Motorola推出M6800016位微处理器，它因采用了68000个晶体管而得名。第十四页，共五十页，2022年，8月28日第三代微处理器（16位机）1982年，Intel推出80286处理器，集成了大约13.4万个晶体管,最大主频为20MHz,采用16位数据总线和24位地址总线。两种工作模式：实模式,保护模式。

第十五页，共五十页，2022年，8月28日第四代微处理器（32位机）

1985年，Intel推出80386

微处理器(最高33MHz主频)，集成275,000个晶体管。具有32位数据线、32位地址线（可以直接访问4G字节的内存）。工作模式：实模式、保护模式、虚拟86模式（可以同时模拟多个8086处理器来加强多任务处理能力）。具有比80286更多的指令集。第十六页，共五十页，2022年，8月28日第四代微处理器（32位机）1989年4月，Intel推出80486微处理器。集成了120万个晶体管,使用1微米的制造工艺。

486其实就是80386+80387协处理器+8KB一级缓存,是超级版本的386。

第十七页，共五十页，2022年，8月28日第五代微处理器（64位机）1993年，英特尔公司的Pentium(奔腾)问世，采用0.6微米工艺，集成310万只晶体管。64位数据线、32位地址线，16KB的cache，采用超标量结构。时钟频率从最初的60MHz、66MHz，一直上升到133MHz，处理速度比486快6~8倍。第十八页，共五十页，2022年，8月28日第五代微处理器（64位机）

1995年，Intel推出了PentiumPro处理器，集成了5.5M个晶体管。PentiumPro的工作频率有150/166/180和200MHz四种，都具有16KB的一级缓存和256KB的二级缓存。

PentiumPro采用了“PPGA”

封装技术。即一个256KB的二级缓存芯片与PentiumPro芯片封装在一起，这样就使高速缓存能更容易地运行在更高的频率上。第十九页，共五十页，2022年，8月28日第五代微处理器（64位机）1997年，Intel推出PentiumMMX

。PentiumMMX增加了片内16KB数据缓存、16KB指令缓存和4路写缓存，特别新增加了57条MMX多媒体指令（专门用来处理音频、视频等数据）。比普通CPU处理多媒体的能力提高了60％左右。其工作频率有166MHz、200MHz、233MHz三种。

第二十页，共五十页，2022年，8月28日第五代微处理器（64位机）

1997年4月,英特尔发布了PentiumII处理器。内部集成了750万个晶体管，并整合了MMX指令集技术。

PentiumII架构已经从Socket7转成Slot1，并首次引入了封装(SingleEdgeContact)技术，将高速缓存与处理器整合在一块PCB板上。Slot1的PentiumII晶体管数为900万。其工作频率可达333MHz

。第二十一页，共五十页，2022年，8月28日第五代微处理器（64位机）1999年1月，Intel推出奔腾III处理器，它采用0.25微米制造工艺，拥有32K一级缓存和512K二级缓存，包含MMX指令和Intel自己的“

3D”指令SSE。此外其身份代码还可通过Internet读取。1999年10月，Intel推出了基于0.18微米工艺制造的PentiumIII处理器，工作频率高达733MHz。

第二十二页，共五十页，2022年，8月28日第五代微处理器（64位机）

2000年11月，Intel发布了Pentium4。Pentium4采用0.18微米铝导线工艺。主频可达1.7GHz和1.8GHzPentium4抛弃了Intel沿用了多年的P6结构，采用了新的NetBurstCPU结构。其优点：20段的超级流水线、高效的乱序执行功能、2倍速的ALU、新型的片上缓存、SSE2指令扩展集和400MHz的前端总线等。

Intel很快又开发出0.13微米工艺的Pentium4芯片，其主频有了很大飞跃，31级流水线设计，配备16KB的一级数据缓存和多达1MB的二级缓存。第二十三页，共五十页，2022年，8月28日2004年Intel推出90nm工艺的Pentium4E处理器，集成了1亿个晶体管。支持超线程技术，800MHz前端总线和1MB二级缓存。但工艺的提升，没有使得功耗降低，主频提升，因为芯片中晶体管数量的增加使得二氧化硅绝缘层变得更薄，进而导致泄漏电流，增加了芯片的额外功耗。

第二十四页，共五十页，2022年，8月28日2005年，Intel迅速推出了65nm工艺的PentiumExtremeEdition955双核处理器。无论在制造工艺还是架构变革方面都有了非常大改进，包括独立的双L2Cache设计。在漏电方面也有非常显著的改进。多核处理器第二十五页，共五十页，2022年，8月28日多核处理器2007年，Intel推出45nm多核处理器，包括双核、四核共7款芯片。双核版建

4.1亿个晶体管，四核版则有8.2亿个晶体管。微架构经强化后，在相同频率下较上代Core产品拥有更高性能，同时L2Cache容量亦提升50%，明显提高数据读取执行的命中率。此外，亦加入47条全新Intel

SSE4指令，提高多媒体性能和实现高性能运算应用。第二十六页，共五十页，2022年，8月28日总结微处理器的发展史虽然不过30余年，但在这30余年里微处理器的发展历程却是天翻地覆的变化。从Intel的4004开始，到Intel、AMD、Cyrix三足鼎立，到Intel一家独大，再到现在Intel、AMD分庭抗衡。CPU将向速度更快、64位结构、多核方向前进。CPU的制作工艺更加精细，90纳米、65纳米、45纳米、32纳米……。第二十七页，共五十页，2022年，8月28日微型计算机的组成；微型计算机系统的组成第二十八页，共五十页，2022年，8月28日显示器键盘主机光驱软驱音箱鼠标本节首页第二十九页，共五十页，2022年，8月28日显示器键盘主机鼠标笔记本光驱本节首页第三十页，共五十页，2022年，8月28日

微型计算机系统的组成1、微机硬件系统2、微机软件系统本节首页第三十一页，共五十页，2022年，8月28日微机硬件系统主机输入设备

输出设备

返回第三十二页，共五十页，2022年，8月28日微机软件系统系统软件应用软件返回第三十三页，共五十页，2022年，8月28日主机包括：-电脑主板-CPU（中央处理器，包括运算器和控制器）-存储器：内存（RAM和ROM）和外存（硬盘、光盘等）-输入输出接口主机返回第三十四页，共五十页，2022年，8月28日输入设备有:键盘、鼠标、话筒、扫描仪、写字板、数码像机、光笔、麦克风、光电阅读仪器、条码阅读仪器等。

输出设备有:显示器、音箱、打印机、绘图仪、投影仪等.返回第三十五页，共五十页，2022年，8月28日输入设备扫描仪数码相机话筒手写板返回第三十六页，共五十页，2022年，8月28日输出设备打印机音箱系统组成第三十七页，共五十页，2022年，8月28日返回微机系统软件与应用软件系统软件有：操作系统、设备驱动程序、数据库管理系统、通信处理程序等。应用软件有： 计算机辅助设计（CAD）、CAI、CAT、Word、Excel、系统仿真、人工智能、管理信息系统等。 第三十八页，共五十页，2022年，8月28日本节首页第三十九页，共五十页，2022年，8月28日

微型计算机由硬件系统和软件系统组成。硬件指的是所能够看得见的组成计算机的物理设备.例如：显示器、主机等，是构成计算机的实体。 软件是用来指挥计算机完成具体工作的程序和数据，是整个计算机的灵魂。例如:操作系统、办公室自动化软件、各行业的信息管理系统等。小结本节首页第四十页，共五十页，2022年，8月28日微型计算机的工作过程就是执行程序的过程，而程序由指令序列组成，因此，执行程序的过程，就是执行指令序列的过程，即逐条地从存储器中取出指令并完成指令所指定的操作。由于执行每一条指令，都包括取指、译码和执行三个基本步骤，所以，微型计算机的工作过程，也就是不断地取指令、译码和执行的过程，直到遇到停机指令时才结束机器的运行。微型计算机的工作过程第四十一页，共五十页，2022年，8月28日微型计算机系统的性能指标1．字长2．存储器容量3．运算速度4．扩展能力5．软件配置情况第四十二页，共五十页，2022年，8月28日1．字长字长指计算机内部一次可以处理的二进制数的位数。字长越长，计算机所能表示的数据精度越高，在完成同样精度的运算时数据的处理速度越高。但字长越长，机器中的通用寄存器、存储器、ALU的位数和数据总线的位数都要增加，硬件代价增大，因此应考虑精度、速度和成本兼顾的原则来决定微型计算机的字长。PC/XT微机的字长为16位；386、486微机的字长为32位；586微机的字长为32位或64位。第四十三页，共五十页，2022年，8月28日2．存储器容量存储器容量是衡量计算机存储二进制信息量大小的一个重要指标。微型计算机中通常以字节为单位表示存储容量，如B(byte),KB(kil