项目13 计算机原理(简单) SY

计算机原理补充：项目131问题1：计算机出现世界上第一台纯电子的计算机或许是Atanasoff-Berry(阿塔纳索夫-贝瑞

)机器，由约翰·安塔纳索夫（JohnAtanasoff）和他的助手克里夫德·柏利（CliffordBerry）于1937年～1941年在美国爱荷华州立大学建造。另外一台是称为Colossus（巨人）的机器由汤米·福劳尔斯（TommyFlowers）指导在英国建造，该机器在第二次世界大战中用来破译德国人的密码。实际上在此期间，全世界共有10余台这样的机器，由于高度保密长期不为人知。以致于人们一直把稍后（1946年2月14日）建造的（当然也更加通用和快速）计算机埃尼阿克（ENIAC,ElectronicNumericalIntegratorandCalculator,电子数字积分器和计算器）作为世界上第一台电子计算机。它是由约翰·莫奇利（JohnManchly）和他的学生J.普雷斯佩尔·艾克特（J.PresperEckert）在美国宾夕法尼亚大学摩尔电子工程学校建造的。21946年由美国宾夕法尼亚大学研制ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndcalculator），运算速度5000次/秒，功耗150kw，占地170m2

，造价100万美元。

3问题2：冯·诺依曼原理冯·诺依曼在参与ENIAC的建造过程中，认识到了当时计算机结构上的不足，对计算机的体系结构进行了研究，提出了今天我们称为冯·诺依曼原理的三条思想：

（1）计算机的结构应由存储器、算术逻辑单元、控制单元和输入／输出单元构成。存储器是计算机用来存储的部件；算术逻辑单元是进行计算和逻辑操作的地方；控制单元用来对存储器、算术逻辑单元、输入／输出设备等子系统的操作进行控制；输入子系统负责从计算机外部接受输入数据和计算程序，而输出子系统负责将计算机的处理结果输出到计算机的外部。4问题2：冯·诺依曼原理（2）计算机的计算程序必须存储在其存储器中。

（3）计算机中的指令是一条接着一条顺序执行的。也就是说，控制器一次从存储器取出一条指令，接着解释它、执行它。然后，依顺序或者程序要求（例如跳转）读取下一条指令。依照上述原理建造的计算机称为冯氏体系结构的计算机。从此以后，绝大部分计算机，包括我们今天使用的计算机，都是基于冯·诺依曼原理的。

5问题3：计算机分类（了解）6划分标准__电子器件微电子技术、磁记录技术、光电子技术、精密机械技术、高密度组装加工技术等是促进现代计算机发展的关键，而计算机发展又对这些技术提出更高要求7划分标准__规模巨型机大中型机超级小型计算机(superminicomputer)小巨型计算机(minisupercomputer)小型计算机(minicomputer)微型计算机(marcocomputer)8问题4：计算机组成我们考查使用算盘计算一个四则运算的过程。设有下面的算式：

162×156＋161÷23－120×15

我们需要有算盘作为运算的工具；其次要有笔和纸，用来记录算式、中间结果和最后的计算结果；运算过程需要有一个会打算盘的人来控制：人首先把要计算的问题和数据记录下来，然后第一步先算出162×156，把计算的中间结果记在纸上，再计算161÷23，把它和上一次的结果相加，再记录在纸上，然后计算120×15，再把它从上一次的结果中减去，就得到了最后的结果。9问题4：计算机组成如果用一台计算机完成上面的工作，显然该计算机也需要有相当于算盘用来进行计算的部件，我们称之为运算器；其次，该机器还要有起到纸和笔相同作用，能够记住算式、中间结果以及最终结果的部件，我们称之为存储器；再次，要有起到和打算盘的人相似作用的部件，它控制整个计算过程，我们称之为控制器。除了上面三个部分，该机器还要有可以输入算式或计算过程的装置，我们称之为输入设备；还要有将最终计算结果告诉我们的装置，我们称之为输出设备。

10问题4：计算机组成这里的运算器，实际上进行的是算术和逻辑运算，因此也可以称为算术逻辑单元。于是，我们得到了与冯·诺依曼原理第一条相同的计算机组成模型。如图1-2所示。11问题5:计算机硬件系统组成基于冯诺依曼原理的计算机，从硬件方面看是由运算器、控制器、存储器以及输入⁄输出设备组成的。运算器是用于加工、处理数据的部件，主要完成对数据的算术和逻辑运算。控制器是计算机的控制部件，它控制其他部件协调统一工作，并且还能完成对指令的分析和执行。存储器是计算机的记忆装置，它的主要功能是存放程序和数据。输入设备从计算机外部获取数据，而输出设备将计算机处理的结果输出到外部。上述五大部分之间是相互配合关联的。控制器要向其他部件发送控制信号，以协调它们的工作；运算器要从输入设备获得数据，与存储器双向交换数据，将计算结果传给输出设备；而控制器要从存储器中获得指令代码数据。中央处理单元、主存储器、高速缓冲存储器、辅存储器以及其他输入/输出设备等，是构成计算机系统的主要物理器件，也可看成是构成计算机系统的子系统。下面我们对它们逐一简介。12问题6：计算机存储器存储器在现代计算机中，被分成多种层次。其中最主要的是内存，也称为主存，是计算机进行计算和数据处理的工作场所。程序在执行时，程序代码和相关数据都是存放在主存中的。而在CPU内部，有一些暂时存放数据的存储单元，称为寄存器，它与运算部件之间有紧密的联系，有助于提高计算的速度。在CPU与主存之间，还有一种用来提高CPU对主存的读写速度的存储器，称为高速缓冲存储器（Cache）。为了获得高的性能，现在很多计算机将高速缓冲存储也分为几级。高速缓存现在一般直接集成在CPU上。在主存之外，还有用来在计算机断电后持久保存程序和数据的大容量存储设备，如磁盘、光盘等，称为外存，或者辅存。辅存所起的作用与主存不同，它可让计算机从外部获取数据，也可将结果输出给外部，所以既是输入设备，也是输出设备。上述存储器从寄存器、高速缓存、主存到辅存，存储容量是越来越大，而读写速度却是越来越低。如图3－2所示。13问题6：计算机存储器14寄存器是CPU用来临时存放数据的独立的高速存储单元。在计算机中，通常有两种类型的主存储器。一种是随机读写存储器（RandomAccessMemory,RAM），一种是只读存储器（ReadOnlyMemory,ROM）。随机存取存储器（RAM）是计算机主存的主要组成部分。RAM和ROM的主要区别在于，用户可以读写RAM，即用户可以在RAM中写信息，之后可以方便地通过覆盖来擦除原有信息。RAM的另一个特点是易失性。当计算机断电或者关掉计算机，RAM中的数据将不复存在。RAM从技术上可以分为静态随机读写存储器（SRAM）和动态随机读写存储器（DRAM）。只读存储器（ROM）的内容是由制造商写进去的。用户只能读不能写。它的特点是非易失性，即切断电源后，数据也不会丢失。通常ROM用来存储那些关机后也不能丢失的程序或数据。例如，用ROM来存储开机时运行的引导程序。高速缓冲存储器（Cache）的存取速度要比主存快，但比CPU和CPU中的寄存器慢。高速缓存通常容量较小，且常被置于CPU和主存之间。辅存储器是可以大量存储数据的装置，它存储的信息在计算机断电后也不会丢失。15问题7：中央处理单元中央处理单元（CPU）是计算机的心脏。它有三个组成部分：算术逻辑单元（ALU）、控制器、寄存器组。16问题8：人机交互设备(输入输出设备)每一台计算机都需要一些可以和操作者进行交流的设备。这些设备必须能够接受人的输入数据，并将人所需要的结果表现出来，供人阅读参考。这些人机交互设备和辅存储器一样，也属于输入/输出设备。最常见的人机交互设备有键盘、鼠标、显示器和打印机。

17键盘从原理上看，计算机键盘有两种。一种称为编码键盘，每按一个键，就通过键盘上的数字电路产生该键对应的一个编码；另一种称为非编码键盘。在键盘上安装了一个单片计算机，将键排列成行和列，单片机按照一定的规律不断扫描这些按键。当发现有键被按下，则确定其位置。然后根据位置用程序成生一个键盘编码，称为扫描码。这两种键盘的目的都是要根据操作者所按键产生一个键盘编码。编码键盘的优点是响应速度快，不需要单片机作为控制器件。但当键数增加时，编码键盘的设计很复杂。还有一个弱点是，编码键盘不便于扩展键盘功能。非编码键盘的优点是可以用程序扩展键盘功能，定义新的按键。现在我们所见的键盘都是非编码键盘。18鼠标鼠标可以分为机械鼠标、光机鼠标和光电鼠标。机械鼠标用纯机械的方法将位移信号转换成电脉冲信号，精度低，可靠性差，容易磨损，现在已经被淘汰。光机鼠标是在机械式鼠标中采用光栅信号传感器产生位移脉冲信号，提高了灵敏度。我们今天所见的“机械鼠标”都是光机式的。光电鼠标则完全采用光电元件实现位移信号的转换，精度高，使用寿命长。

19显示器显示器是计算机的标准输出设备。它从计算机的显示控制卡——或者叫图形卡、图形适配器等——获得图像信号，然后还原成图像供操作员观看。

将显示控制卡输出的图像信号还原成图像有不同的方式。历史上最先采用并沿用至今的是阴极射线管（CRT）显示器。现在更加流行的是液晶显示器（LCD）和等离子体显示器。后二种显示器是平板式的，比阴极射线管体积小很多，正在逐步取代CRT显示器。

20问题9：软件的种类一般将计算机的软件从性质上分为系统软件和应用软件两大类。系统软件是计算机中最基本的程序及相关数据结构与文档。其作用是在底层支撑计算机的硬件工作，使计算机便于用户使用和维护。系统软件包括计算机的各种监控程序、操作系统、设备驱动程序、服务程序以及计算机语言处理程序等。作为一种基本的应用系统，数据库管理系统也常被认为是系统软件。系统软件一般由硬件厂商随计算机一起提供。应用软件是为具体的应用目的而设计的软件，一般为了解决具体的应用问题。这种软件包括商品化的套装软件（软件包），如我们常用的办公软件、企业资源计划系统等，也包括我们为特定的问题自己动手设计的软件。应用软件按照使用范畴，可以分为办公自动化、企业资源计划、辅助设计与制造、实时控制、决策支持、信息传输与共享（协作）、多媒体互动及娱乐、系统仿真等。当然，这里所列举的软件范畴是随着计算机应用的发展而发展的，我们很难穷举。21根据任务需要编制成的各种程序用来管理整