第0章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

1、劉瑞新 主編第0章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)“十二五”職業(yè)教育國(guó)家規(guī)劃教材 北京市精品教材獲全國(guó)優(yōu)秀暢銷(xiāo)書(shū)獎(jiǎng)-國(guó)內(nèi)銷(xiāo)量最多的組裝與維修類(lèi)書(shū)顛覆已有計(jì)算機(jī)誕生知識(shí)，值得給學(xué)生講講顛覆已有計(jì)算機(jī)誕生知識(shí)，值得給學(xué)生講講第0章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程( (第第6 6版版) )計(jì)算機(jī)（計(jì)算機(jī)（ComputerComputer）是電子計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是一種按照事先）是電子計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是一種按照事先儲(chǔ)存的程序，自動(dòng)、高速、精確地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、處理、輸出儲(chǔ)存的程序，自動(dòng)、高速、精確地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、處理、輸出和存儲(chǔ)的電子設(shè)備。和存儲(chǔ)的電子設(shè)備。1.1.1 電子計(jì)算機(jī)的初期

2、發(fā)展史電子計(jì)算機(jī)的初期發(fā)展史 本節(jié)簡(jiǎn)單介紹19361946年期間，電子計(jì)算機(jī)發(fā)展初期的歷史。 1圖靈機(jī)圖靈機(jī) 英國(guó)數(shù)學(xué)家艾蘭圖靈（Alan Turing）1937年發(fā)表著名的論應(yīng)用于解決問(wèn)題的可計(jì)算數(shù)字論文。1.1 計(jì)算機(jī)的初期發(fā)展史和時(shí)代劃分第0章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程( (第第6 6版版) )阿蘭麥席森圖靈 英國(guó)曼徹斯特市的圖靈坐在公園長(zhǎng)椅上，手里拿著他每晚臨睡前慣常吃的蘋(píng)果/wiki/%E8%89%BE%E4%BC%A6%C2%B7%E5%9B%BE%E7%81%B5http:/ 第0章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

3、計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程( (第第6 6版版) )圖靈獎(jiǎng) /wiki/%E5%9B%BE%E7%81%B5%E5%A5%96第0章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程( (第第6 6版版) )2世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)Atanasoff-Berry Computer，簡(jiǎn)稱(chēng)ABC在維基百科（）上要輸入“John Vincent Atanasoff”或“AtanasoffBerry Computer”就可以找到“約翰文森特阿塔納索夫”教授的生平和“阿塔納索夫-貝瑞計(jì)算機(jī)（Atan

4、asoff-Berry Computer）”的發(fā)明過(guò)程。第0章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程( (第第6 6版版) )/wiki/%E9%98%BF%E5%A1%94%E7%BA%B3%E7%B4%A2%E5%A4%AB-%E8%B4%9D%E7%91%9E%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA/wiki/Atanasoff_Berry_Computer在美國(guó)愛(ài)荷華州立大學(xué)的網(wǎng)站上有更詳細(xì)的介紹（/）1973年

5、，經(jīng)歷了美國(guó)聯(lián)邦法庭最長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)查之后，撤銷(xiāo)了莫西利的專(zhuān)利，判決說(shuō)“現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本想法是來(lái)自約翰文森特阿坦那索夫?！薄癆BC”在時(shí)間上要早于其它任何我們現(xiàn)在所知道的有關(guān)電子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方案。事實(shí)上，除去ENIAC之外，應(yīng)該說(shuō)都是獨(dú)立發(fā)明的。世界上的第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)應(yīng)為“ABC”，但是ABC不是通用的，而是僅僅用于求解線性方程組。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的專(zhuān)著、教材、科普資料中，仍然宣傳ENIAC是世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，是不符合事實(shí)的。第0章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程( (第第6 6版版) )3英國(guó)的英國(guó)的Collossus計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) 英國(guó)布萊切利園目前展有巨人計(jì)算機(jī)

6、的重建機(jī)/wiki/Colossus_computerhttp:/ 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程( (第第6 6版版) )圖1-3 當(dāng)年運(yùn)行中的ENIAC4世界上第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)世界上第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)ENIACENIAC是世界上第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)，它是圖靈完全的電子計(jì)算機(jī)，能夠重新編程，解決各種計(jì)算問(wèn)題。ENIAC是按照十進(jìn)制，而不是按照是按照十進(jìn)制，而不是按照二進(jìn)制來(lái)計(jì)算。二進(jìn)制來(lái)計(jì)算。如圖1-3所示。ENIAC不是馮諾依曼結(jié)構(gòu)的。/wiki/ENIAC第0章

7、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程( (第第6 6版版) )5世界上第一臺(tái)馮諾依曼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)EDVAC與它的前任ENIAC不同，EDVACEDVAC采用二進(jìn)制，是一臺(tái)馮采用二進(jìn)制，是一臺(tái)馮諾依曼諾依曼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)。結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)。/wiki/EDVAC第0章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程( (第第6 6版版) )6馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)（Von Neumann Architecture）馮諾伊曼理論的要點(diǎn)是：數(shù)字計(jì)算機(jī)的數(shù)制采用二進(jìn)制；計(jì)算機(jī)應(yīng)該按照順序執(zhí)行程序。如圖1-4所示，馮諾伊曼定義了計(jì)

8、算機(jī)的三大組成部件：l I/O設(shè)備：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)和程序的輸入、輸出。l 存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。l 處理器：分成運(yùn)算器和控制器，運(yùn)算器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的加工處理，控制器控制程序的邏輯。圖1-4 馮諾伊曼體系結(jié)構(gòu)http:/ 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程( (第第6 6版版) ) 1.1.2 電子計(jì)算機(jī)的時(shí)代劃分電子計(jì)算機(jī)的時(shí)代劃分現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，主要是根據(jù)其所采用的電子器件的發(fā)展而劃分，在60多年的發(fā)展過(guò)程中，一般分成四個(gè)階段，通常稱(chēng)為四代。每代之間不是截然分開(kāi)的，在時(shí)間上有重疊。1第一代第一代電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代（電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代（19461957年）年）如圖1-5所

9、示是IBM在1954年推出的產(chǎn)品IBM704型電子計(jì)算機(jī)。圖1-5 IBM704型電子計(jì)算機(jī)第0章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程( (第第6 6版版) ) 2 2第二代第二代晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代（晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代（1958195819701970年）年）1959年，IBM公司生產(chǎn)出全部晶體管化的電子計(jì)算機(jī)IBM7090，如圖1-6所示。IBM7000系列計(jì)算機(jī)是這一代計(jì)算機(jī)的主流產(chǎn)品。圖1-6 IBM7090型電子計(jì)算機(jī)第0章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程( (第第6 6版版) ) 3第三代第三代中、小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代（中、

10、小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代（19631970年）年）1965年4月問(wèn)世的IBM360系列是最早采用集成電路的通用計(jì)算機(jī)，也是影響最大的第三代計(jì)算機(jī)，是這一代的代表產(chǎn)品，如圖1-7所示。圖1-7 IBM360型電子計(jì)算機(jī)第0章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程( (第第6 6版版) ) 4第四代第四代大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代（1971現(xiàn)在）現(xiàn)在）第四代計(jì)算機(jī)的基本元件是大規(guī)模集成電路或超大規(guī)模集成電路，集成度很高的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器替代了磁芯存儲(chǔ)器。20世紀(jì)70年代，微型計(jì)算機(jī)問(wèn)世，電子計(jì)算機(jī)開(kāi)始進(jìn)入普通人的生活。微型計(jì)算機(jī)是第四

11、代計(jì)算機(jī)的產(chǎn)物。 第0章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程( (第第6 6版版) ) 1.1.3 計(jì)算機(jī)的分類(lèi)計(jì)算機(jī)的分類(lèi)1計(jì)算機(jī)的分類(lèi)方法計(jì)算機(jī)的分類(lèi)方法（1）按計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的類(lèi)型分類(lèi)l 數(shù)字計(jì)算機(jī)l 模擬計(jì)算機(jī)l 數(shù)字模擬混合計(jì)算機(jī)。（2）按計(jì)算機(jī)的用途分類(lèi)l 專(zhuān)用計(jì)算機(jī)l 通用計(jì)算機(jī)第0章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程( (第第6 6版版) )2通用數(shù)字計(jì)算機(jī)的分類(lèi)通用數(shù)字計(jì)算機(jī)的分類(lèi)（1）巨型機(jī) 巨型機(jī)也稱(chēng)超級(jí)計(jì)算機(jī)（Super Computer），是計(jì)算機(jī)家族中運(yùn)行速度最快、存儲(chǔ)容量最大、功能最強(qiáng)、體積最大的一類(lèi)，主要

12、應(yīng)用于主要用于核武器、空間技術(shù)、大范圍天氣預(yù)報(bào)、石油勘探等領(lǐng)域。 2012年10月，Titan超級(jí)計(jì)算機(jī)的外觀，如圖1-8所示。Titan超級(jí)計(jì)算機(jī)是一個(gè)擁有200個(gè)機(jī)柜，18688個(gè)節(jié)點(diǎn)的Cray XK7系統(tǒng)。每一個(gè)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)由一個(gè)16核心AMD Opteron 6274處理器和一個(gè)英偉達(dá) Tesla K20 GPU加速器組成，并配備700 TB內(nèi)存。另外，Titan的299008個(gè)CPU將被用于引導(dǎo)模擬，同時(shí)GPU用來(lái)做強(qiáng)力數(shù)據(jù)處理。第0章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程( (第第6 6版版) )2010年10月，中國(guó)研制的第一臺(tái)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河一號(hào)

13、”的外觀，如圖1-9所示。 全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜榜單2013年11月21日http:/ 天河二號(hào)拔得頭籌http:/ Xeon X5670 2.93GHz六核心處理器(32nm Westmere-EP)，2048 顆我國(guó)自主研發(fā)的飛騰FT-1000八核心處理器，以及7168塊NVIDIA Tesla M2050高性能計(jì)算卡，總計(jì)186368個(gè)核心，224TB內(nèi)存。第0章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程( (第第6 6版版) )2015年8月17日，中國(guó)天津，天津港爆炸事故中被迫關(guān)閉的國(guó)家超算天津中心“天河一號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)，于8月15日晚22時(shí)10分重新開(kāi)機(jī)，經(jīng)過(guò)設(shè)備調(diào)試和檢修，到17日14時(shí)全部重啟恢復(fù)正常工作，目前建在“天河一號(hào)”上的天津?yàn)I海新區(qū)電子政務(wù)云平臺(tái)也全部恢復(fù)。第0章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)基礎(chǔ)教程( (第第6 6版版) ) （2）大型主機(jī)（Mainframe） 包括過(guò)去所說(shuō)的大型機(jī)和中型機(jī)，具有大型、通用、內(nèi)外存儲(chǔ)容量大、多類(lèi)型I/O通道、支持批處理和分時(shí)處理等多種工作方式，近年來(lái)新型機(jī)采用了多處理、并行處理等技術(shù)，具有很強(qiáng)的管理和處理數(shù)據(jù)的能力。（3）微型機(jī)(Microcomputer) 微型機(jī)又稱(chēng)個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer），簡(jiǎn)稱(chēng)PC機(jī)，主要指辦公和家庭的臺(tái)式微型計(jì)