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第一章 计算机系统概论 第一章 计算机系统概论 ?内容： 现代计算机的特点、产生、现状及发展趋势、应用范围、组成和层次结构。 从整体上介绍全局概念。 “先观森林，后察树木” 1 计算机的产生、应用 一、现代计算机的基本理论 冯·诺伊曼（Von Neumann）思想： 　　存储程序、自动运算 现代计算机的基本体系结构和理论基础，是与旧式计算机理论的根本区别。 英国数学家白贝治的前期工作。 二、第一台现代计算机的诞生 ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Calculator) 美国陆军投资、宾夕法尼亚大学毛彻莱设计，1946年2月投入使用。 参数： 价格：百万美元；18000个电子管； 1500个继电器； 耗电：140千瓦； 重量：30kg； 占地：170m2； 字长：12bit； MTBF：20分钟； 存储容量20字（10位/字）； 速度：加法5000次/s，乘法380次/s； 属性：专用机。 同期：1941～50年代初：英国EDVAC（通用机）诞生，冯·诺伊曼与莫尔小组合作的结果，是划时代的革命。 三、发展过程 1.分代 2、中国发展概况 3、器件技术对计算机发展的影响 ４.摩尔定律 摩尔定律——每18个月，集成电路的性能将提高1倍，而其价格将降低一半。 四、应用与现状 科学计算 信息处理（3S技术） 自动控制（3C技术） 辅助技术 家庭化 简言之：无所不及 五、发展趋势 高速巨型化 微型化 网络化 智能化 2 计算机的分类及特性 一、分类 1、专用机/通用机 2、数字/模拟机 全称：通用数字式电子计算机 （基于冯·诺伊曼结构） 二、计算机的特性 1、高速 2、通用 3、精确 4、逻辑 5、方便 6、直觉的局限性（“电脑”一词的不妥） 3 计算机系统组成 一、硬件系统 （五大部分组成部分、构成与工作原理，以冯·诺伊曼理论为依据） 1、存储器（Memory） 存储器分内存和外存 功能：存放信息——程序、数据 实现：具备两个稳定状态的组件 特点：地址的唯一性；内容取之不尽 几个相关概念：单元、地址、容量 2、运算器（ALU） 功能：信息加工——算术/逻辑运算 实现：逻辑电子线路 字长：运算器一次运算二进制的位数 累加/暂存器：存放原始数据及中间结果 3、控制器（CU） 功能：解释指令，发出操作控制命令 特点：指令流驱动下的信息流 不同的设计方法会产生不同类型的CU 4、输入设备（ID） 功能：将人所熟悉的信息形式转换成计算机所能识别的信息形式。 特点：种类繁多、复杂性强、价格高、技术面广。 二、软件系统 概念 指令：控制 计算机动作的代码。 程序：指令的集合。 软件系统：程序的集合。 分类 1、软件分类 汇编语言/机器指令 语言处理程序（编译/解释方式） 标准库程序（子程序） 服务程序 数据库管理系统 操作系统 网络软件 2、计算机软硬件的逻辑等效性 (固件等技术) 3、软件系统的特点 编写设计工作量大 人工成分及价格高 缺乏系统性 种类复杂 标准化程度低 “软件灾难”现象及软件工程的必要性 4 计算机系统层次结构 1、必要性 通过层次划分的方法，将一个复杂系统简单化，使之清晰、明了，便于分析、设计和应用。 * * 亿万次级 普及 分布式、网络、多媒体、软件工程、数据库 超大规模集成电路 1971～现在 第四代 百万次级 民用 丰富的设计语言完善的操作系统 集成电路、磁盘 1964～1971 第三代 十万次级 数据处理 高级语言、操作系统 晶体管磁芯 1958～1964 第二代 万次级 军工、科学计算 机器/汇编语言 电子管 1946～1958 第一代 速度 应用 语言 器件 时间 分代 50万次 DJS130 1974 第四代 10万次 TQ16 1971 第三代 109 1964 第二代 901/103 1958 第一代 速度 代表机型 时间 分代 3年 1990 光盘CD 1987 第四代 4年 1964 集成电路1960 第三代 10年 1957 晶体管1947 第二代 40年 1946 电子管1906 第一代 间隔 应用到计算机的时间 器件发明时间 分代 4200万 P-Ⅳ 2001 120万 80486DX 1989 950万~ 2810万 P-Ⅲ 1999 27.5万 80386DX 1985 750万 Celeron 1998 13万 80286 1982