計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)-質(zhì)量工程課件

計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)紹興文理學(xué)院上虞分院計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)教學(xué)組2012.09計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)紹興文理學(xué)院上虞分院計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)教學(xué)組第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)本章要點(diǎn)：計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)的基本組成和基本原理微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)本章要點(diǎn)：現(xiàn)代計(jì)算機(jī)是一種能幫助人們收集、存儲(chǔ)、加工、傳遞各種信息的數(shù)字化電子設(shè)備。計(jì)算機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用已滲透到科學(xué)技術(shù)、國民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)生活等各個(gè)領(lǐng)域，改變了人們傳統(tǒng)的工作、學(xué)習(xí)和生活方式，現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展使得各行各業(yè)的人們都已經(jīng)離不開計(jì)算機(jī)這個(gè)強(qiáng)大的信息處理工具。本章主要介紹計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)是一種能幫助人們收集、存儲(chǔ)、加工、傳1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，極大地改變了人們的生活和工作。在信息化社會(huì)中，掌握計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)及操作技能是工作、學(xué)習(xí)、生活所必須具有的基本素質(zhì)。本節(jié)將講述計(jì)算機(jī)的誕生，計(jì)算機(jī)發(fā)展及趨勢(shì)，計(jì)算機(jī)特點(diǎn)、分類和計(jì)算機(jī)在信息社會(huì)中的應(yīng)用。1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)1.1.1計(jì)算機(jī)的誕生與發(fā)展

一、計(jì)算機(jī)誕生的“史前”時(shí)代計(jì)算機(jī)是一種機(jī)器，是人類發(fā)明的一種工具。真正意義上的計(jì)算機(jī)歷史至少可以追溯到公元前至1200年前，在Sumer一些有文化的居民用陶土碑和代表我國古代人民智慧的結(jié)晶——算盤記錄他們的商業(yè)事務(wù)。1642年法國物理學(xué)家帕斯卡發(fā)明了機(jī)械的齒輪式加減法器，1673年德國數(shù)學(xué)家萊布尼茲發(fā)明了乘除器，誕生了能進(jìn)行四則運(yùn)算的機(jī)械式計(jì)算器，商品的機(jī)械計(jì)算機(jī)在1820真正出現(xiàn)了。在十九世紀(jì)三四十年代英國發(fā)明家查里斯·巴貝齊設(shè)計(jì)了差分機(jī)和分析機(jī)。他設(shè)計(jì)的分析機(jī)雖有了今天計(jì)算機(jī)的基本框架，但由于技術(shù)限制，用機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)如此復(fù)雜的過程幾乎是不可能的，巴貝齊的計(jì)算機(jī)器都沒有完成。1.1.1計(jì)算機(jī)的誕生與發(fā)展

一、計(jì)算機(jī)誕生的“史前”時(shí)代在計(jì)算機(jī)的奠基方面，其中最重要的代表人物是英國數(shù)學(xué)家阿蘭·圖靈（AlanM.Turing）和美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼（JohnVonNeumann，如圖1.1所示）。圖靈在二十世紀(jì)四十年代提出了一種自動(dòng)計(jì)算機(jī)器的模型，這種模型后來被人們稱為“圖靈機(jī)”。他指出了一個(gè)原理：圖靈機(jī)是一種非常強(qiáng)有力的計(jì)算“工具”，一切可能的機(jī)械式計(jì)算過程都可以由圖靈機(jī)實(shí)現(xiàn)。圖靈又進(jìn)一步指出：存在著一個(gè)“通用”圖靈機(jī)，它可以實(shí)現(xiàn)所有圖靈機(jī)的功能。這個(gè)結(jié)論告訴人們，完全沒有必要再去一個(gè)個(gè)地制造加法機(jī)器、乘法機(jī)器、最大公約數(shù)機(jī)器等等，只要能制造出一種具有與“通用圖靈機(jī)”功能等價(jià)的機(jī)器，所有計(jì)算問題的運(yùn)行基礎(chǔ)就能一下子迎刃而解了。圖靈的工作對(duì)于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展是如此重要，以致在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中最重要的獎(jiǎng)項(xiàng)用他的名字命名，這就是著名的“圖靈獎(jiǎng)”在計(jì)算機(jī)的奠基方面，其中最重要的代圖靈對(duì)計(jì)算機(jī)的貢獻(xiàn)主要有兩個(gè)：①建立了圖靈機(jī)的理論模型，發(fā)展了可計(jì)算性理論，對(duì)數(shù)字計(jì)算機(jī)的一般結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)性和局限性都產(chǎn)生了意義深遠(yuǎn)的影響。②提出了定義機(jī)器智能的圖靈測(cè)試，奠定了人工智能的基礎(chǔ)。美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼在1944年參加由莫奇利和?？颂仡I(lǐng)導(dǎo)的ENIAC計(jì)算機(jī)的研究，他提出了存儲(chǔ)程序式通用電子計(jì)算機(jī)方案，他認(rèn)為計(jì)算機(jī)應(yīng)具備計(jì)算器，邏輯控制裝置，存儲(chǔ)器，輸入設(shè)備，輸出設(shè)備五個(gè)部分，成功設(shè)計(jì)了世界上第一臺(tái)具有存儲(chǔ)程序功能的計(jì)算機(jī)EDVAC，并將這五個(gè)部分的功能應(yīng)用于EDVAC。圖1.1圖靈圖靈對(duì)計(jì)算機(jī)的貢獻(xiàn)主要有兩個(gè)：圖1.1圖靈馮·諾依曼理論的要點(diǎn)主要有二個(gè)：①數(shù)字計(jì)算機(jī)的數(shù)制采用二進(jìn)制。②計(jì)算機(jī)應(yīng)該按照程序順序執(zhí)行。馮·諾依曼理論確立了計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，直到今天，通用計(jì)算機(jī)仍采用馮·諾依曼理論的存儲(chǔ)程序和程序控制的設(shè)計(jì)思想，被稱為馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)。圖1.2馮·諾依曼馮·諾依曼理論的要點(diǎn)主要有二個(gè)：圖1.2馮二、第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的誕生第二次世界大戰(zhàn)期間，美國軍方為了解決計(jì)算大量軍用數(shù)據(jù)的難題，成立了由賓夕法尼亞大學(xué)莫奇利和埃克特領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，開始研制世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。經(jīng)過三年緊張的工作，圖1.3第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)1946年2月1４日，世界上第一臺(tái)通用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）宣告研制成功。如圖1.3所示。ENIAC的研制成功，是人類信息技術(shù)發(fā)展史上的一座里程碑，是在發(fā)展計(jì)算技術(shù)的歷程中達(dá)到的一個(gè)新的高度，同時(shí)也是一個(gè)新的起點(diǎn)。圖1.3第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)二、第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的誕生圖1.3第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC計(jì)算機(jī)的最初設(shè)計(jì)方案，是由36歲的美國工程師莫奇利于1943年提出的?？偣こ處熡赡陜H24歲的?？颂?fù)?dān)任。ENIAC共使用了18000個(gè)電子管，1500個(gè)繼電器以及其他器件，安裝在面積為9×15米2的室內(nèi)。ENIAC的存儲(chǔ)量很小，只能存放20個(gè)10位的十進(jìn)制數(shù)，運(yùn)算速度為5000次/秒加法運(yùn)算。雖然ENIAC的能力根本無法與現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)相比，但它開啟了人類用計(jì)算機(jī)處理信息的嶄新一頁。ENIAC的存儲(chǔ)容量很小，程序是用線路連接的方式實(shí)現(xiàn)的，不便于使用；為了進(jìn)行幾分鐘或幾小時(shí)的數(shù)字計(jì)算，要花費(fèi)幾小時(shí)甚至１～２天的時(shí)間做準(zhǔn)備。ENIAC用了６０００多個(gè)開關(guān)和配線盤。每當(dāng)進(jìn)行不同的計(jì)算時(shí)，科學(xué)家們就要切換開關(guān)和改變配線，這使當(dāng)時(shí)從事計(jì)算的科學(xué)家看上去更像在干體力活。由于耗電大，電子管的壽命又短，工作時(shí)常常會(huì)因燒壞電子管而被迫停機(jī)檢修。美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼提出了解決此問題之道，這就是“程序存儲(chǔ)方式”。通俗地講就是把原來通過切換開關(guān)和改變配線來控制的運(yùn)算步驟，以程序方式預(yù)先存放在計(jì)算機(jī)中，然后讓其自動(dòng)計(jì)算。在以后的時(shí)期中，計(jì)算機(jī)的發(fā)展正是沿著“程序存儲(chǔ)方式”這一道路前進(jìn)的。ENIAC計(jì)算機(jī)的最初設(shè)計(jì)方案，是三、計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)算機(jī)從最初用電子管作為元器件，發(fā)展到今天用超大規(guī)模集成電路作為元器件，已走過了60多年的歷程。習(xí)慣上，人們根據(jù)計(jì)算機(jī)所用的邏輯元器件的種類不同對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行了分類，大致上分成4個(gè)發(fā)展階段。1、采用電子管的第一代計(jì)算機(jī)(1946～1957年)第一代計(jì)算機(jī)的邏輯元件采用電子管（如圖1.4所示），通常稱為電子管計(jì)算機(jī)。主要用于數(shù)值計(jì)算。主要特點(diǎn)是：(1)采用電子管作為基本邏輯部件，體積大，耗電量大，壽命短，可靠性大，成本高。(2)容量很小，后來外存儲(chǔ)器使用了磁鼓存儲(chǔ)信息，擴(kuò)充了容量。(3)輸入輸出裝置落后，主要使用穿孔卡片，速度慢，使用十分不便。(4)沒有系統(tǒng)軟件，只能用機(jī)器語言和匯編語言編程三、計(jì)算機(jī)的發(fā)展圖1.4電子管圖1.5晶體管圖1.6集成電路圖1.4電子管圖1.5晶體2、采用晶體管的第二代計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)(1958～1964年)第二代計(jì)算機(jī)的邏輯元件采用晶體管（如圖1.5所示），即晶體管計(jì)算機(jī)。應(yīng)用范圍由數(shù)值計(jì)算擴(kuò)大到數(shù)據(jù)處理和工業(yè)控制。主要特點(diǎn)是：(1)采用晶體管制作基本邏輯部件，體積減小，重量減輕，能耗降低，成本下降，計(jì)算機(jī)的可靠性和運(yùn)算速度均得到提高。(2)普遍采用磁芯作為貯存器，采用磁盤/磁鼓作為外存儲(chǔ)器。(3)開始有了系統(tǒng)軟件(監(jiān)控程序)，提出了操作系統(tǒng)概念，出現(xiàn)了高級(jí)語言。2、采用晶體管的第二代計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)(13、采用集成電路的第三代計(jì)算機(jī)（1965~1970年）第三代計(jì)算機(jī)采用集成電路（如圖1.6所示）制作邏輯開關(guān)部件。主要特點(diǎn)是：(1)采用中，小規(guī)模集成電路制作各種邏輯部件，體積小，重量更輕，耗電更省，壽命更長，成本更低，運(yùn)算速度有了更大的提高。(2)采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器作為主存，取代了原來的磁芯存儲(chǔ)器，使存儲(chǔ)器容量和存取速度有了大幅度的提高，增加了系統(tǒng)的處理能力。(3)系統(tǒng)軟件有了很大發(fā)展，出現(xiàn)了分時(shí)操作系統(tǒng)，多用戶可以共享計(jì)算機(jī)軟硬件資源。(4)在程序設(shè)計(jì)方面上采用了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，為研制更加復(fù)雜的軟件提供了技術(shù)上的保證。3、采用集成電路的第三代計(jì)算機(jī)（1965~1970年）4、使用超大規(guī)模集成電路的第四代計(jì)算機(jī)（1971年至今）第四代計(jì)算機(jī)的邏輯元件采用大規(guī)模集成電路(LSI)。計(jì)算機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為特征的時(shí)代。目前使用的計(jì)算機(jī)都屬于第四代計(jì)算機(jī)。主要特點(diǎn)是：(1)基本邏輯部件采用大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路，使計(jì)算機(jī)體積，重量，成本均大幅度降低，出現(xiàn)了微型機(jī)。(2)作為主存的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其集成度越來越高，容量越來越大；外存儲(chǔ)器除廣泛使用軟，硬磁盤外，還引進(jìn)了光盤、大容量的移動(dòng)存儲(chǔ)器。(3)各種使用方便的輸入輸出設(shè)備相繼出現(xiàn)。(4)軟件產(chǎn)業(yè)高度發(fā)達(dá)，各種實(shí)用軟件層出不窮，極大地方便了用戶。(5)計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)把世界緊密地聯(lián)系在一起。4、使用超大規(guī)模集成電路的第四代計(jì)算機(jī)（1971年至今）(6)多媒體技術(shù)崛起，計(jì)算機(jī)集圖像，圖形，聲音，文字，處理于一體，在信息處理領(lǐng)域掀起了一場革命，與之對(duì)應(yīng)的信息高速公路正在緊鑼密鼓地籌劃實(shí)施當(dāng)中。

從20世紀(jì)80年代開始，發(fā)達(dá)國家開始研制第五代計(jì)算機(jī)，研究的目標(biāo)是能夠打破以往計(jì)算機(jī)固有的體系結(jié)構(gòu)，使計(jì)算機(jī)能夠具有像人一樣的思維、推理和判斷能力，向智能化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)接近人的思考方式圖1.7Intel迅馳CPU實(shí)物圖(6)多媒體技術(shù)崛起，計(jì)算機(jī)集圖像，圖形，聲音，文字，處理于起止年代主要元件主要元件圖例速度（次/秒）特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域第一代1946～1957年電子管5千～1萬次計(jì)算機(jī)發(fā)燕尾服的初級(jí)階段，體積巨大，運(yùn)算速度較低，耗電量大，存儲(chǔ)容量小，主要用來進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。第二代1958～1964年晶體管幾萬～幾十萬次體積減小，耗電較少，運(yùn)算速度較高，價(jià)格下降，不僅用于科學(xué)計(jì)算，還用于數(shù)據(jù)處理和事務(wù)管理，并逐漸用于工業(yè)控制。第三代1965～1970年中、小規(guī)模集成電路幾十萬～幾百萬次體積、功耗進(jìn)一步減小，可靠性及速度進(jìn)一步提高，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓展到文字處理、企業(yè)管理、自動(dòng)控制、城市交通管理等方面。第四代1971年至今大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路幾千萬～千萬億次性能大幅度提高，價(jià)格大幅度下降，廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，進(jìn)入辦公室和家庭，在辦公自動(dòng)化、電子編輯排版、數(shù)據(jù)庫管理、圖像識(shí)別、語音識(shí)別、專家系統(tǒng)等領(lǐng)域中大顯身手。起止年代主要元件主要元件圖例速度（次/秒）特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域第一四、新一代計(jì)算機(jī)的構(gòu)想新一代計(jì)算機(jī)，即第五代電子計(jì)算機(jī)也被稱為“智能計(jì)算機(jī)”。從20世紀(jì)80年代開始，日本、美國、歐洲等發(fā)達(dá)國家都宣布開始新一代計(jì)算機(jī)的研究。普遍認(rèn)為新一代計(jì)算機(jī)應(yīng)該是智能型的，它能模擬人的智能行為，理解人類自然語言，并繼續(xù)向著微型化，網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。第五代計(jì)算機(jī)的目標(biāo)是成為有人工智能的計(jì)算機(jī)，它具備了常識(shí)、推論、閃出智能火花、判斷……功能。智能計(jì)算機(jī)突破了傳統(tǒng)的馮·諾依曼式機(jī)器的概念，舍棄了二進(jìn)制結(jié)構(gòu)，把許多處理機(jī)并聯(lián)起來，并行處理信息，速度大大提高。它的智能化人機(jī)接口使人們不必編寫程序，只需發(fā)出命令或提出要求，電腦就會(huì)完成推理和判斷，并且給出解釋。日本公布的第五代計(jì)算機(jī)稱為知識(shí)信息處理系統(tǒng)（KIPS）。它不像前四代計(jì)算機(jī)那樣按事先的程序來解決問題，而是根據(jù)用戶提出的問題自動(dòng)選擇內(nèi)置在知識(shí)庫中的規(guī)則，通過推理來解答問題。因此，這種智能計(jì)算機(jī)必須包括支持邏輯推理的推理機(jī)，支持知識(shí)庫及其查詢的知識(shí)庫機(jī)，以及多媒體人－機(jī)界面等。雖然KIPS至今沒有實(shí)現(xiàn)，但隨著各國對(duì)智能計(jì)算機(jī)研制的深入，采用非馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的各種并行結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)（如向量計(jì)算機(jī)、陣列計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)等）不斷涌現(xiàn)，為研制并行推理機(jī)、知識(shí)庫查詢機(jī)，以及與它們配套的核心創(chuàng)造了條件。目前的主流計(jì)算機(jī)仍以馮·諾依曼結(jié)構(gòu)為主體?？茖W(xué)家預(yù)言，未來將出現(xiàn)光計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)和模糊計(jì)算機(jī)等。四、新一代計(jì)算機(jī)的構(gòu)想1、光計(jì)算機(jī)是一種由光信號(hào)進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算、邏輯操作、信息存儲(chǔ)和處理的新型計(jì)算機(jī)。光計(jì)算機(jī)的基本組成部件是集成光路。運(yùn)用集成光路技術(shù)，可以把光開關(guān)或光存儲(chǔ)等器件集成在一塊芯片上，制成單一功能的集成光路；也可以將光源、光波導(dǎo)（用以構(gòu)成集成光路中的連接元件）、光開關(guān)、光存儲(chǔ)等器件集成在一塊芯片上，以組成一個(gè)完整的光系統(tǒng)。要得到一臺(tái)光計(jì)算機(jī)，可以選用集成光路進(jìn)行組裝，而光導(dǎo)纖維則能用作光計(jì)算機(jī)之間的直接通信線。光計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于①運(yùn)算速度快。與當(dāng)前運(yùn)算速度最高的巨型計(jì)算機(jī)相比要快數(shù)百倍。②存儲(chǔ)容量大。它的存儲(chǔ)容量可達(dá)100億億二進(jìn)制信息位，將是現(xiàn)有電子計(jì)算機(jī)的幾萬億倍。③可以同時(shí)處理幾路信息。④不受磁場影響。光計(jì)算機(jī)是利用光傳輸信息，不會(huì)受磁場影響。世界上許多國家正在努力發(fā)展光計(jì)算機(jī)。據(jù)1983年英國皇家學(xué)會(huì)宣布，英、法、前聯(lián)邦德國、意大利等西歐國家的科學(xué)家集中在英國共同研制世界上第一臺(tái)光計(jì)算機(jī)。1984年6月美國宣布已經(jīng)制造了第一臺(tái)光計(jì)算機(jī)的設(shè)備，不過它只能在接近絕對(duì)零度條件下工作。日本對(duì)光計(jì)算機(jī)研究甚為重視，從1979年開始推行“光電子技術(shù)開發(fā)計(jì)劃”。目前光計(jì)算機(jī)的研究工作仍處于實(shí)驗(yàn)室階段。今后，光計(jì)算機(jī)將開始取代電子計(jì)算機(jī)。1、光計(jì)算機(jī)2、生物計(jì)算機(jī)利用有機(jī)分子作為基本部件制成的計(jì)算機(jī)。因?yàn)橛袡C(jī)分子存在于生物體內(nèi)，所以這種計(jì)算機(jī)又稱“生物計(jì)算機(jī)”。目前，生物計(jì)算機(jī)研制工作正沿著兩種截然不同的方向進(jìn)行。第一種是用有機(jī)分子取代當(dāng)代的半導(dǎo)體，研制一種能完成數(shù)字計(jì)算機(jī)邏輯元件和存儲(chǔ)元件功能的分子電子器。因此，生物計(jì)算機(jī)通常也稱分子計(jì)算機(jī)。另一種是模擬活生物體。因?yàn)闄C(jī)體的免疫系統(tǒng)內(nèi)，當(dāng)大量病菌侵入血液，白血球能識(shí)別進(jìn)入血液的病原菌表面分子結(jié)構(gòu)后，在白細(xì)胞內(nèi)外引起一連串防御性的化學(xué)反應(yīng)?？茖W(xué)家希望類似的反應(yīng)能在由彼此相互作用的蛋白質(zhì)和其他復(fù)雜分子構(gòu)成的生物計(jì)算機(jī)中出現(xiàn)。事實(shí)上，生物計(jì)算機(jī)的運(yùn)算過程就是蛋白質(zhì)分子與周圍物理化學(xué)介質(zhì)的相互作用過程。計(jì)算機(jī)的轉(zhuǎn)換開關(guān)由酶來充當(dāng)，程序則在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中表示出來。由于有機(jī)分子構(gòu)成的生物化學(xué)元件的特殊性，生物計(jì)算機(jī)就具有顯著的優(yōu)點(diǎn)：①體積小、功效高。以分子水平的線路為目標(biāo)的生物化學(xué)元件線度可達(dá)幾百埃（10-8cm），一平方毫米的面積上可容數(shù)億個(gè)電路，比目前的電子計(jì)算機(jī)提高了幾百倍。②可靠性高。因?yàn)樯锉旧砭哂凶晕倚迯?fù)的機(jī)能，所以即使計(jì)算機(jī)芯片出了故障也能自我修復(fù)。③耗能少。有機(jī)分子構(gòu)成的生物化學(xué)元件是利用化學(xué)反應(yīng)工作的，需要能量少，不存在發(fā)熱問題。目前，生物計(jì)算機(jī)正在崛起，上世紀(jì)80年代初，美國首先燃起了生物計(jì)算機(jī)的興趣之火，1983年11月召開了近40名不同學(xué)科的科學(xué)家對(duì)制造生物計(jì)算機(jī)的可能性問題進(jìn)行討論。1987年英國撥款3000萬英鎊用于研制生物計(jì)算機(jī)。目前，生物計(jì)算機(jī)的研制還在繼續(xù)。2、生物計(jì)算機(jī)3、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)用超導(dǎo)器件作為元件的計(jì)算機(jī)。1911年荷蘭物理學(xué)家昂尼斯發(fā)現(xiàn)水銀冷卻到4.2K時(shí)，電流可無阻地流過，這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)電現(xiàn)象。具有超導(dǎo)電性質(zhì)的物質(zhì)，叫超導(dǎo)體。1962年正在英國劍橋大學(xué)攻讀物理博士學(xué)位的約瑟夫森制成了超導(dǎo)開關(guān)器件和超導(dǎo)存儲(chǔ)器這兩種計(jì)算機(jī)中最基本的器件。這兩種器件又稱約瑟夫森器件。這種器件具有如下特點(diǎn)：①開關(guān)速度快。目前已達(dá)幾微微秒，比高速硅集成電路快幾百倍。②功耗非常小。僅為硅集成電路的幾百分之一。有人預(yù)測(cè)，過去需要10千瓦功率的大中型計(jì)算機(jī)，如用約瑟夫森器件制成的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)，則只需1節(jié)干電池。③功耗小，散發(fā)熱量少，集成度高。④器件結(jié)構(gòu)基本上和現(xiàn)行大規(guī)模集成電路相同。因此，超導(dǎo)計(jì)算機(jī)的性能是目前計(jì)算機(jī)所無法比擬的。事實(shí)上，近十幾年來，人們一直為實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)計(jì)算機(jī)而努力奮斗，制造了具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的各種器件。例如，美國于1976年曾觀察到單一約瑟夫森器件的開關(guān)速度為29微微秒；1978年在第25屆國際固體電路會(huì)議上報(bào)告稱：一種實(shí)驗(yàn)性超導(dǎo)開關(guān)邏輯電路，開關(guān)速度為42微微秒；1983年11月日本卻獲得開關(guān)速度為5.6微微秒。盡管目前進(jìn)展很快，但與研制成超導(dǎo)計(jì)算機(jī)還有相當(dāng)距離。其主要原因是：各類約瑟夫森器件相連結(jié)是個(gè)難題；超導(dǎo)計(jì)算機(jī)要有超低溫環(huán)境，這就需要附加一整套超低溫設(shè)備；超導(dǎo)計(jì)算機(jī)如何與輸入、輸出等外部設(shè)備相接等問題都有待解決。所以，有人把超導(dǎo)計(jì)算機(jī)稱為“夢(mèng)幻式計(jì)算機(jī)”，可見制造超導(dǎo)計(jì)算機(jī)相當(dāng)困難。3、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)4、模糊計(jì)算機(jī)是一種專門用以處理模糊信息的計(jì)算機(jī)。眾所周知，迄今為止的電子計(jì)算機(jī)采用的數(shù)學(xué)語言都是由“0”和“1”兩個(gè)數(shù)碼構(gòu)成的。具有兩大優(yōu)點(diǎn)：一是信息十分精確，判別一個(gè)簡單的概念，往往需要進(jìn)行一大堆數(shù)學(xué)運(yùn)算，得出很高的精度。二是硬件容易實(shí)現(xiàn)（只需兩種狀態(tài)即可）。但有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是對(duì)自然現(xiàn)象和人類社會(huì)中大量的模糊信息就不能只用當(dāng)前計(jì)算機(jī)中的“1”（是）和“0”（非）這樣“一板一眼”兩值邏輯來處理，有的甚至使計(jì)算機(jī)無能為力。因事物具有相對(duì)性，它們中間沒有截然可分的界限，這些沒有確切界限的事物及其表達(dá)形式被稱為模糊概念。它是一種不規(guī)則的邏輯，由此構(gòu)成的信息是含義模糊的信息，即模糊信息。例如要表達(dá)一個(gè)人老態(tài)龍鐘，便可用白發(fā)蒼蒼、步履蹣跚、面容憔悴等一些形容詞來說明，這便是典型的模糊信息。人腦能非常敏捷地處理模糊信息，因此，科學(xué)家們?cè)O(shè)想制造模糊計(jì)算機(jī)，這種計(jì)算機(jī)除了具有一般計(jì)算機(jī)的功能外，還像人腦一樣具有學(xué)習(xí)、思考、判別和對(duì)話功能。日本于1984年首先提出研制模糊計(jì)算機(jī)，并以不規(guī)則、非邏輯為基本函數(shù)的理論為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)、試制成功模糊集成電路，使計(jì)算機(jī)的體積大幅度下降。但要真正能夠研制成盡可能具有人腦功能的模糊計(jì)算機(jī)，就必需要集中大量電子學(xué)、心理學(xué)、大腦生理學(xué)、語言學(xué)等專家一起來開發(fā)和研制。如果一旦研制成功具有人工智能水平的計(jì)算機(jī)，必將對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生極其深刻的影響。4、模糊計(jì)算機(jī)五、計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)是向巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化等多極方向發(fā)展。巨型化：天文、軍事、仿真等領(lǐng)域需要進(jìn)行大量的計(jì)算，要求計(jì)算機(jī)有更高的運(yùn)算速度、更大的存儲(chǔ)量，這就需要研制功能更強(qiáng)的巨型計(jì)算機(jī)。微型化：專用微型機(jī)已經(jīng)大量應(yīng)用于儀器、儀表和家用電器中。通用微型機(jī)已經(jīng)大量進(jìn)入辦公室和家庭，但人們需要體積更小、更輕便、易于攜帶的微型機(jī)，以便出門在外或在旅途中均可使用計(jì)算機(jī)。應(yīng)運(yùn)而生的便攜式微型機(jī)（筆記本型）和掌上型微型機(jī)正在不斷涌現(xiàn)，迅速普及。網(wǎng)絡(luò)化：將地理位置分散的計(jì)算機(jī)通過專用的電纜或通信線路互相連接，就組成了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)可以使分散的各種資源得到共享，使計(jì)算機(jī)的實(shí)際效用大大提高。計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)不再是可有可無的事，而是計(jì)算機(jī)應(yīng)用中一個(gè)很重要的部分。人們常說的因特網(wǎng)（INTERNET，也譯為國際互聯(lián)網(wǎng)）就是一個(gè)通過通信線路連接、覆蓋全球的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。通過因特網(wǎng)，人們足不出戶就可獲取大量的信息，與世界各地的親友快捷通信，還能進(jìn)行網(wǎng)上貿(mào)易等。智能化：目前的計(jì)算機(jī)已能夠部分地代替人的腦力勞動(dòng)，因此也常稱為“電腦”。但是人們希望計(jì)算機(jī)具有更多的類似人的智能，比如：能聽懂人類的語言，能識(shí)別圖形，能自行學(xué)習(xí)等，這就需要進(jìn)一步進(jìn)行研究。近年來，通過進(jìn)一步的深入研究，人們發(fā)現(xiàn)由于電子電路的局限性，理論上電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展也有一定的局限，因此人們正在研制不使用集成電路的計(jì)算機(jī)，例如生物計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)等。五、計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)六、計(jì)算機(jī)在我國的發(fā)展華羅庚教授是我國計(jì)算技術(shù)的奠基人和最主要的開拓者之一。1952年在全國大學(xué)院系調(diào)整時(shí)，他從清華大學(xué)電機(jī)系物色了閔乃大、夏培肅和王傳英三位科研人員在他任所長的中國科學(xué)院數(shù)學(xué)所內(nèi)建立了中國第一個(gè)電子計(jì)算機(jī)科研小組。我國從1957年開始研制通用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)，1958年8月1日該機(jī)可以表演短程序運(yùn)行，標(biāo)志著我國第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生。為紀(jì)念這個(gè)日子，該機(jī)定名為八一型數(shù)字電子計(jì)算機(jī)。改名為103型計(jì)算機(jī)(即DJS-1型)，從1958年起，我國在研制第一代電子管計(jì)算機(jī)的同時(shí)就開始醞釀研制晶體管計(jì)算機(jī)，1965年研制成功的我國第一臺(tái)大型晶體管計(jì)算機(jī)（109乙機(jī)），改進(jìn)后的109丙機(jī)在我國兩彈試驗(yàn)中發(fā)揮了重要作用，被用戶譽(yù)為“功勛機(jī)”。我國到1970年初期陸續(xù)推出大、中、小型采用集成電路的計(jì)算機(jī)。1973年，北京大學(xué)與北京有線電廠等單位合作研制成功運(yùn)算速度每秒100萬次的大型通用計(jì)算機(jī)。進(jìn)入上世紀(jì)80年代，我國高速計(jì)算機(jī)，特別是向量計(jì)算機(jī)有新的發(fā)展。1983年中國科學(xué)院計(jì)算所完成我國第一臺(tái)大型向量機(jī)－757機(jī)，計(jì)算速度達(dá)到每秒1000萬次。這一記錄同年就被國防科大研制的銀河-I億次巨型計(jì)算機(jī)打破。銀河-I巨型機(jī)是我國高速計(jì)算機(jī)研制的一個(gè)重要里程碑，它標(biāo)志著我國文革動(dòng)亂時(shí)期與國外拉大的距離又縮小到7年左右。六、計(jì)算機(jī)在我國的發(fā)展和國外一樣，我國第四代基于超大規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)研制也是從微機(jī)開始的。1983年原電子部六所研制成功與IBMPC機(jī)兼容的DJS-0520微機(jī)。1992年國防科大研究成功銀河-II通用并行巨型機(jī)，峰值速度達(dá)每秒4億次浮點(diǎn)運(yùn)算(相當(dāng)于每秒10億次基本運(yùn)算操作)，總體上達(dá)到上世紀(jì)80年代中后期國際先進(jìn)水平。從上世紀(jì)90年代初開始，國際上采用主流的微處理機(jī)芯片研制高性能并行計(jì)算機(jī)已成為一種發(fā)展趨勢(shì)。國家智能計(jì)算機(jī)研究開發(fā)中心于1993年研制成功曙光一號(hào)全對(duì)稱共享存儲(chǔ)多處理機(jī)。1995年，國家智能機(jī)中心又推出了國內(nèi)第一臺(tái)具有大規(guī)模并行處理機(jī)(MPP)結(jié)構(gòu)的并行機(jī)曙光1000(含36個(gè)處理機(jī))，峰值速度每秒25億次浮點(diǎn)運(yùn)算，實(shí)際運(yùn)算速度上了每秒10億次浮點(diǎn)運(yùn)算這一高性能臺(tái)階。1997年國防科大研制成功銀河-III百億次并行巨型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，采用可擴(kuò)展分布共享存儲(chǔ)并行處理體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)綜合技術(shù)達(dá)到上世紀(jì)90年代中期國際先進(jìn)水平。國家智能機(jī)中心與曙光公司于1997至2004年先后在市場上推出具有機(jī)群結(jié)構(gòu)的曙光1000A，曙光2000-I，曙光2000-II超級(jí)服務(wù)器，曙光3000超級(jí)服務(wù)器、曙光4000超級(jí)服務(wù)器。其中，面向網(wǎng)格的曙光4000A具有十萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算能力。曙光4000系列為中國在高性能計(jì)算機(jī)（HPC）技術(shù)和產(chǎn)業(yè)超過歐洲位居世界第三做出了重要貢獻(xiàn)，使中國商品化HPC的制造水平達(dá)到世界先進(jìn)水平。和國外一樣，我國第四代基于超大規(guī)模集成1.1.2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)與分類一、計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)現(xiàn)已成為當(dāng)今社會(huì)各行各業(yè)不可缺少的工具。計(jì)算機(jī)具有以下特點(diǎn)。１、運(yùn)算速度快計(jì)算機(jī)由子器件構(gòu)成，具有很高的處理速度。目前世界上最快的計(jì)算機(jī)每秒可運(yùn)算萬億次，普通PC機(jī)每秒也可處理上百萬條指令。這不僅極大地提高了工作效率，而且使時(shí)限性強(qiáng)的復(fù)雜處理可在限定的時(shí)間內(nèi)完成。

例如，計(jì)算機(jī)控制導(dǎo)航，要求“運(yùn)算速度比飛機(jī)飛的還快”；氣象預(yù)報(bào)要分析大量資料，如用手工計(jì)算需要十天半月，失去了預(yù)報(bào)的意義。而用計(jì)算機(jī)，幾分鐘就能算出一個(gè)地區(qū)內(nèi)數(shù)天的氣象預(yù)報(bào)。1.1.2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)與分類２、計(jì)算精度高

由于計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制數(shù)字進(jìn)行計(jì)算，因此可以用增加表示數(shù)字的設(shè)備和運(yùn)用計(jì)算技巧等手段，使數(shù)值計(jì)算的精度越來越高，可根據(jù)需要獲得千分之一到幾百萬分之一，設(shè)置更高的精度。歷史上有個(gè)著名數(shù)學(xué)家挈依列，曾經(jīng)為計(jì)算圓周率π，整整花了15年時(shí)間，才算到第707位?，F(xiàn)在將這件事交給計(jì)算機(jī)做，幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就可計(jì)算到10萬位。

３、“記憶”能力強(qiáng)大計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器類似于人的大腦，可以記憶大量的數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)程序，隨時(shí)提供信息查詢、處理等服務(wù)。早期的計(jì)算機(jī)，由于存儲(chǔ)容量小，存儲(chǔ)器常常成為限制計(jì)算機(jī)應(yīng)用的“瓶頸”。今天，一臺(tái)普通的PC機(jī)內(nèi)存可達(dá)16-64MB，能支持運(yùn)行大多數(shù)窗口應(yīng)用程序。當(dāng)然，有些數(shù)據(jù)量特別大的應(yīng)用，如大型情報(bào)檢索、衛(wèi)星圖像處理等，仍需要使用具有更大存儲(chǔ)容量的計(jì)算機(jī)，如主機(jī)或巨型機(jī)。２、計(jì)算精度高４、具有邏輯判斷能力邏輯判斷是計(jì)算機(jī)的又一重要特點(diǎn)，是計(jì)算機(jī)能實(shí)現(xiàn)信息處理自動(dòng)化的重要原因。馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)的基本思想，就是將程序預(yù)先存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。在程序執(zhí)行過程中，計(jì)算機(jī)根據(jù)上一步的處理結(jié)果，能運(yùn)用邏輯判斷能力自動(dòng)決定下一步應(yīng)該執(zhí)行哪一條指令。這樣，計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力、邏輯判斷能力和記憶能力三者的結(jié)合，使得計(jì)算機(jī)的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了任何一種工具而成為人類腦力延伸的有力助手。例如，數(shù)學(xué)中有個(gè)“四色問題”，說是不論多么復(fù)雜的地圖，使相鄰區(qū)域顏色不同，最多只需四種顏色就夠了。100多年來不少數(shù)學(xué)家一直想去證明它或者推翻它，卻一直沒有結(jié)果，成了數(shù)學(xué)中著名的難題。1976年兩位美國數(shù)學(xué)家終于使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行了非常復(fù)雜的邏輯推理驗(yàn)證了這個(gè)著名的猜想。４、具有邏輯判斷能力５、具有自動(dòng)控制能力計(jì)算機(jī)是由程序控制其操作過程的。只要根據(jù)應(yīng)用的需要，事先編制好程序并輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)就能自動(dòng)、連續(xù)的工作，完成預(yù)定的處理任務(wù)。計(jì)算機(jī)中可以存儲(chǔ)大量的程序和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)程序是計(jì)算機(jī)工作的一個(gè)重要原則，這是計(jì)算機(jī)能自動(dòng)處理的基礎(chǔ)。６、通用性強(qiáng)

計(jì)算機(jī)能夠在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，原因之一就是具有很強(qiáng)的通用性。計(jì)算機(jī)將任何復(fù)雜的信息處理任務(wù)編成各種不同的程序，存入存儲(chǔ)器中。計(jì)算機(jī)能自動(dòng)、快速地信息處理，并且十分靈活、方便、易于變更，這就使計(jì)算機(jī)具有極大的通用性。同一臺(tái)計(jì)算機(jī)，只要安裝不同的軟件或連接到不同的設(shè)備上，就可以完成不同的任務(wù)。７、人機(jī)交互輕松自如計(jì)算機(jī)具有多種輸入輸出設(shè)備，配上適當(dāng)?shù)能浖?，可支持用戶進(jìn)行方便的人機(jī)交互。如鼠標(biāo)器，當(dāng)用戶手握鼠標(biāo)，只需輕輕一點(diǎn)，計(jì)算機(jī)便隨之完成某種操作功能，真可謂“得心應(yīng)，心想事成”。當(dāng)這種交互性與聲像技術(shù)結(jié)合形成多媒體用戶界面時(shí)，更可使用戶的操作達(dá)到自然、方便、豐富多彩。５、具有自動(dòng)控制能力

二、計(jì)算機(jī)的分類

計(jì)算機(jī)的分類從不同的角度來考慮有多種不同的分類。１、從處理的信號(hào)類型來分，可分為數(shù)字電子計(jì)算機(jī)和模擬電子計(jì)算機(jī)。（１）數(shù)字電子計(jì)算機(jī)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)以數(shù)字量（也稱為不連續(xù)量）作為運(yùn)算對(duì)象并進(jìn)行運(yùn)算，其主要特點(diǎn)是：運(yùn)算速度快、精確度高、具有“記憶”（存儲(chǔ)）和邏輯判斷能力。計(jì)算機(jī)的內(nèi)部操作和運(yùn)算是在程序控制下自動(dòng)進(jìn)行的。一般不特別說明，計(jì)算機(jī)指的就是數(shù)字電子計(jì)算機(jī)。（２）模擬電子計(jì)算機(jī)模擬電子計(jì)算機(jī)時(shí)一種用連續(xù)變化的模擬量（如電壓、長度、角度來模仿實(shí)際所需要計(jì)算的對(duì)象）作為運(yùn)算對(duì)象的計(jì)算機(jī)，其主要特點(diǎn)是：參與運(yùn)算的數(shù)值由不間斷的連續(xù)量表示，其運(yùn)算過程是連續(xù)的，模擬計(jì)算機(jī)由于受元器件質(zhì)量影響，其計(jì)算精度較低，應(yīng)用范圍較窄，目前已很少生產(chǎn)。

二、計(jì)算機(jī)的分類

２、按用途來分，可分為通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)

（１）通用計(jì)算機(jī)：用于解決各類問題而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。通用計(jì)算機(jī)及可以進(jìn)行科學(xué)計(jì)算、工程計(jì)算，也可用于數(shù)據(jù)處理和工業(yè)控制等。它是一種用途廣泛、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)。

（２）)專用計(jì)算機(jī)：為某種特定目的而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。例如用于數(shù)控機(jī)床、軋鋼控制、銀行存款等的計(jì)算機(jī)。專用計(jì)算機(jī)針對(duì)性強(qiáng)、效率高、結(jié)構(gòu)比通用計(jì)算機(jī)簡單。

３、按性能、規(guī)模大小來分，可分為巨型計(jì)算機(jī)、大中型計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)等。

２、按用途來分，可分為通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)（１）巨型計(jì)算機(jī)：規(guī)模大、速度快的計(jì)算機(jī)。目前巨型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度已達(dá)萬億次/秒。巨型機(jī)一般用在國防和尖端科學(xué)領(lǐng)域。如戰(zhàn)略武器（如核武器和反導(dǎo)彈武器）的設(shè)計(jì)、空間技術(shù)、石油勘探、長期天氣預(yù)報(bào)以及社會(huì)模擬等領(lǐng)域。我國是世界上少數(shù)幾個(gè)能生產(chǎn)巨型機(jī)的國家之一，著名巨型機(jī)如：美國“走鵑”和“美洲豹”及歐洲最新的“Jugene”巨型計(jì)算機(jī)，我國自行研制的面向網(wǎng)格的曙光4000A（如圖1.8所示）具有十萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算圖1.8曙光4000A計(jì)算機(jī)能力。代表著我國計(jì)算機(jī)的最高水平。現(xiàn)在世界上運(yùn)行速度最快的巨型機(jī)已達(dá)到每秒千萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算。（２）大中型計(jì)算機(jī)：規(guī)模較大、速度較快的計(jì)算機(jī)。一般只有大中型企事業(yè)單位才有必要配置和管理它。以大型主機(jī)和其他外部設(shè)備為主，并且配備眾多的終端，組成一個(gè)計(jì)算機(jī)中心，才能充分發(fā)揮大型主機(jī)的作用。美國IBM公司生產(chǎn)的IBM360、IBM370、IBM9000系列，就是國際上有代表性的大型主機(jī)。主要用于一般科學(xué)計(jì)算、事務(wù)處理等。（１）巨型計(jì)算機(jī)：規(guī)模大、速度快的計(jì)算機(jī)。目前巨型計(jì)算機(jī)的運(yùn)（３）小型計(jì)算機(jī)：一般為中小型企事業(yè)單位或某一部門所用，例如高等院校的計(jì)算機(jī)中心都以一臺(tái)小型機(jī)機(jī)為主機(jī)，配以幾十臺(tái)甚至上百臺(tái)終端機(jī)，以滿足大量學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)課程的需要。當(dāng)然其運(yùn)算速度和存儲(chǔ)容量都比不上大型主機(jī)。美國DEC公司生產(chǎn)的VAX系列機(jī)、IBM公司生產(chǎn)的AS/400機(jī)，以及我國生產(chǎn)的太極系列機(jī)都是小型計(jì)算機(jī)的代表。（４）微型計(jì)算機(jī)：是以微處理器為核心，體積較小的計(jì)算機(jī)，如各種臺(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、掌上計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、3G手機(jī)等。它們的特點(diǎn)是輕、小、價(jià)廉、易用。它雖然問世較晚，卻發(fā)展迅猛，今天，微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已遍及到各個(gè)領(lǐng)域：從工廠的生產(chǎn)控制到政府的辦公自動(dòng)化，從商店的數(shù)據(jù)處理到個(gè)人的學(xué)習(xí)娛樂，幾乎無處不在，無所不用。同時(shí)，

隨著3G時(shí)代的到來，其功能會(huì)越來越強(qiáng)，也將獲得更大的發(fā)展。如圖1.9所示為微型計(jì)算機(jī)的兩種實(shí)例。（３）小型計(jì)算機(jī)：一般為中小型企事業(yè)單位或某一部門所用，例如圖1.9微型計(jì)算機(jī)圖1.9微型計(jì)算機(jī)1.1.3計(jì)算機(jī)在信息社會(huì)中的應(yīng)用一、科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算也稱數(shù)值計(jì)算，是計(jì)算機(jī)最早的應(yīng)用領(lǐng)域．科學(xué)計(jì)算是指利用計(jì)算機(jī)來完成科學(xué)研究和工程技術(shù)中提出的數(shù)學(xué)問題的計(jì)算。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)工作中，科學(xué)計(jì)算問題是大量的和復(fù)雜的。計(jì)算機(jī)不僅快,而且精度高。以天氣預(yù)報(bào)為例，如果用人工進(jìn)行計(jì)算，預(yù)報(bào)一天的天氣情況就需要計(jì)算幾個(gè)星期，這就失去了時(shí)效。若用高性能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，取得10天的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)只需要計(jì)算數(shù)分鐘，這就使中、長期天氣預(yù)報(bào)成為可能。今天，科學(xué)計(jì)算在計(jì)算機(jī)應(yīng)用中所占的比重雖然不斷下降，但在天文、地質(zhì)、生物、數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)研究，以及空間技術(shù)、新材料研制、原子能研究等高、新技術(shù)領(lǐng)域中，仍然占有重要的地位。在某些應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)計(jì)算機(jī)的速度和精度仍不時(shí)提出更高的要求。1.1.3計(jì)算機(jī)在信息社會(huì)中的應(yīng)用二、數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理是又稱信息加工，指對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、整理、分類、統(tǒng)計(jì)、加工、利用、傳播等一系列活動(dòng)的統(tǒng)稱。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80％以上的計(jì)算機(jī)主要用于數(shù)據(jù)處理，成為最大的計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。直到今天，數(shù)據(jù)處理在所有計(jì)算機(jī)應(yīng)用中仍穩(wěn)居第一位，耗費(fèi)的機(jī)時(shí)大約占到全部計(jì)算機(jī)應(yīng)用的2／3。數(shù)據(jù)處理是現(xiàn)代化管理的基礎(chǔ)，它不僅可應(yīng)用于處理日常的事務(wù)，還能支持科學(xué)的管理與決策。一個(gè)企業(yè)，從市場預(yù)測(cè)、情報(bào)檢索，到經(jīng)營決策、生產(chǎn)管理，無不與數(shù)據(jù)的處理有關(guān)。隨著數(shù)據(jù)處理應(yīng)用的擴(kuò)大，在硬件上刺激著大容量存儲(chǔ)器和高速度、高質(zhì)量輸入/輸出設(shè)備的發(fā)展,同時(shí)，也在軟件上推動(dòng)了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、表格處理軟件、繪圖軟件以及用于分析和預(yù)測(cè)應(yīng)用的軟件包的開發(fā)。二、數(shù)據(jù)處理三、過程控制過程控制是利用計(jì)算機(jī)及時(shí)采集檢測(cè)數(shù)據(jù)，按最優(yōu)值迅速地對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)或自動(dòng)控制。采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行過程控制，不僅可以大大提高控制的自動(dòng)化水平，而且可以提高控制的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，從而改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量及合格率。因此，計(jì)算機(jī)過程控制已在機(jī)械、冶金、石油、化工、紡織、水電、航天等部門得到廣泛的應(yīng)用。例如，在汽車工業(yè)方面，利用計(jì)算機(jī)控制機(jī)床、控制整個(gè)裝配流水線，不僅可以實(shí)現(xiàn)精度要求高、形狀復(fù)雜的零件加工自動(dòng)化，而且可以使整個(gè)車間或工廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。四、輔助技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)包括：計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（computeraidedinstruction，CAI）、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（computeraideddesign，CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（computeraidedmanufacturing，CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（computeraidedtesting，CAT）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（computerintegratedmanufacturingsystems，CIMS）等。三、過程控制１、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(computeraidedinstruction，簡稱CAI)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用課件來進(jìn)行教學(xué)。課件可以用著作工具或高級(jí)語言來開發(fā)制作，它能引導(dǎo)學(xué)生循環(huán)漸進(jìn)地學(xué)習(xí)，使學(xué)生輕松自如地從課件中學(xué)到所需要的知識(shí)。CAI的主要特色是交互教育、個(gè)別指導(dǎo)和因人施教。２、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(computeraideddesign，簡稱CAD)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行工程或產(chǎn)品設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)計(jì)效果的一種技術(shù)。它已廣泛地應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、機(jī)械、電子、建筑和輕工等領(lǐng)域。例如，在電子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，利用CAD技術(shù)進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)模擬、邏輯模擬、插件劃分、自動(dòng)布線等，從而大大提高了設(shè)計(jì)工作的自動(dòng)化程度。１、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(computeraidedinstr３、計(jì)算機(jī)輔助制造(computeraidedmanufacturing，簡稱CAM)計(jì)算機(jī)輔助制造是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備的管理、控制和操作的過程。例如，在產(chǎn)品的制造過程中，用計(jì)算機(jī)控制機(jī)器的運(yùn)行，處理生產(chǎn)過程中所需的數(shù)據(jù)，控制和處理材料的流動(dòng)以及對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)等。使用CAM技術(shù)可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)率和改善勞動(dòng)條件。４、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試(computeraidedtesting，簡稱CAT)計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試是利用計(jì)算機(jī)作為工具的測(cè)試過程被測(cè)試的對(duì)象往往具有規(guī)模大，或內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或測(cè)試工作量大，或精度要求高的特點(diǎn)，它們無法進(jìn)行人工測(cè)試，利用計(jì)算機(jī)３、計(jì)算機(jī)輔助制造(computeraidedmanuf輔助測(cè)試可以大大加快測(cè)試速度,提高測(cè)試精度，減少測(cè)試費(fèi)用，也可以縮短產(chǎn)品的研制周期，提高產(chǎn)品的可靠性．有些復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)，由于其規(guī)模大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜且無法直接接觸，測(cè)試工作量很大，單靠人工方法已不能完成，只有借助于計(jì)算機(jī)才能完成。例如大規(guī)模集成電路如果沒有計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試，幾乎不可能有工業(yè)化的批量生產(chǎn)。５、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（computerintegratedmanufacturingsystems，簡稱CIMS）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)它是集設(shè)計(jì)、制造、管理等三大功能于一體的現(xiàn)代化工廠生產(chǎn)系統(tǒng)。CIMS是從80年代初期迅速發(fā)展起來的一種新型的生產(chǎn)模式，具有生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)。是將CAD和CAM技術(shù)集成，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)自動(dòng)化，將真正做到無人化工廠(或車間)。輔助測(cè)試可以大大加快測(cè)試速度,提高測(cè)試精度，減少測(cè)五、人工智能人工智能(ArtificialIntelligence，簡稱AI)也稱為“智能模擬”，是計(jì)算機(jī)模擬人類的智能活動(dòng)，諸如感知、判斷、理解、學(xué)習(xí)、問題求解和圖像識(shí)別等。近20余年來，圍繞AI的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：１、機(jī)器人（Robots）：機(jī)器人誕生于美國，但發(fā)展最快的是日本。一類叫“工業(yè)機(jī)器人”，它由事先編制好的程序控制，通常用于完成重復(fù)性的規(guī)定操作：另一類是“智能機(jī)器人”，具有感知和識(shí)別能力，能說話和回答問題。２、專家系統(tǒng)（ExpertSystem）：專家系統(tǒng)是用于模擬專家智能的一類軟件。需要時(shí)只須由用戶輸人要查詢的問題和有關(guān)數(shù)據(jù)，專家系統(tǒng)通過推理判斷向用戶作出解答。該軟件既能保存專家的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，又能模仿專家的思想與行為，所以稱為專家系統(tǒng)。著名的“關(guān)幼波肝病診療程序”，就是根據(jù)我國著名中醫(yī)幼波的經(jīng)驗(yàn)制成的一個(gè)醫(yī)療專家系統(tǒng)。五、人工智能３、模式識(shí)別（PatternRecognition）：這是AI最早的應(yīng)用領(lǐng)域之一，重點(diǎn)是研究圖形（包括符號(hào)和圖像）識(shí)別和語言識(shí)別。它的實(shí)質(zhì)是抽取被識(shí)別對(duì)象的特征，即所謂模式，與事先存在于計(jì)算機(jī)中的已知對(duì)象的特征進(jìn)行比較與判別。例如，機(jī)器人的社視覺器官和聽覺器官、公安機(jī)關(guān)的指紋分辨，乃至能夠識(shí)別手寫郵政編碼的自動(dòng)分信機(jī)，都是模式識(shí)別的應(yīng)用實(shí)例。４、智能檢索（IntelligentSearch）：它除存儲(chǔ)經(jīng)典數(shù)據(jù)庫中代表已知“事實(shí)”外，智能數(shù)據(jù)庫和知識(shí)庫中還存儲(chǔ)供推理和聯(lián)想使用的“規(guī)則”，因而智能檢索具有一定的推理能力，能根據(jù)規(guī)則去推知比已知事實(shí)更多的內(nèi)容。例如機(jī)器人雖然有一個(gè)“大腦”，但它的數(shù)據(jù)庫容量有限，如果讓它具有智能檢索功能，必能使機(jī)器人更聰明。３、模式識(shí)別（PatternRecognition）：這是六、網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)通信計(jì)算機(jī)技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)的結(jié)合構(gòu)成了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的建立，不僅解決了一個(gè)單位、一個(gè)地區(qū)、一個(gè)國家中計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通訊，各種軟、硬件資源的共享，也大大促進(jìn)了國際間的文字、圖像、視頻和聲音等各類數(shù)據(jù)的傳輸與處理。先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，將會(huì)引發(fā)信息革命。六、網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)通信1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

1.2.1計(jì)算機(jī)的基本組成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，如圖1.10所示。硬件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是軟件系統(tǒng)的載體，也稱“硬設(shè)備”；軟件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈魂，軟件系統(tǒng)控制、指揮和協(xié)調(diào)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行，也稱為“軟設(shè)備”。我們平時(shí)講到“計(jì)算機(jī)”一詞，都是指含有硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

1.2.1計(jì)算機(jī)的基本組成圖1.10計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成圖1.10計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成一、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成計(jì)算機(jī)的所有實(shí)體部件的集合，通常這些部件由電路（電子元件）、機(jī)械等物理部件組成。由運(yùn)算器（Calculator，又稱算術(shù)邏輯單元ALU，ArithmeticLogicUnit）、控制器（Ｃontroller）、存儲(chǔ)器（Memory）、輸入設(shè)備（InputDevice）和輸出設(shè)備（OutputDevice）五大部件組成的計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)稱為馮·諾依曼結(jié)構(gòu)。其中的運(yùn)算器和控制器構(gòu)成了計(jì)算機(jī)的核心部件——中央處理器（CentralProcessingUnit，簡稱CPU）。計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，如圖1.11所示：一、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)圖1.11計(jì)算機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)圖1.11計(jì)算機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)１、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)存放指令和數(shù)據(jù)的部件。計(jì)算機(jī)可根據(jù)需要隨時(shí)向存儲(chǔ)器存取數(shù)據(jù)。向存儲(chǔ)器存放數(shù)據(jù)，稱為“寫入”；從存儲(chǔ)器取出數(shù)據(jù)，稱為“讀出”。存儲(chǔ)器中有許多存儲(chǔ)單元，每一個(gè)單元可以存放一個(gè)字或字節(jié)的信息。為了使計(jì)算機(jī)能識(shí)別這些單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元有一個(gè)編號(hào)，稱之為“地址”。這與旅館中的房間（存儲(chǔ)單元）和房號(hào)（存儲(chǔ)地址）相似。存儲(chǔ)器的工作方式就是按存儲(chǔ)單元的地址來實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)字或字節(jié)的存（寫入）和?。ㄗx出）的，通常稱為按地址訪問存儲(chǔ)器。地址是識(shí)別存儲(chǔ)器中不同存儲(chǔ)單元的唯一標(biāo)志。１、存儲(chǔ)器２、控制器控制器是計(jì)算機(jī)的控制指揮部件，也是整個(gè)計(jì)算機(jī)的控制中心，其重要功能是對(duì)當(dāng)前指令進(jìn)行譯碼分析其所需要完成的操作，產(chǎn)生各部件所需要的控制信號(hào)，通過向計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件發(fā)出控制信號(hào)，使整個(gè)計(jì)算機(jī)自動(dòng)、協(xié)調(diào)地工作。如控制存儲(chǔ)器和運(yùn)算器之間進(jìn)行信息交換，控制運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算，控制輸入輸出設(shè)備的正常工作。３、運(yùn)算器運(yùn)算器在控制器控制下，完成加減乘除運(yùn)算、邏輯運(yùn)算。在運(yùn)算過程中，運(yùn)算器不斷從存儲(chǔ)器獲取數(shù)據(jù)，并把所得的結(jié)果送回存儲(chǔ)器。運(yùn)算器的技術(shù)性能高低直接影響著計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和整機(jī)的性能。４、輸入設(shè)備輸入設(shè)備是給計(jì)算機(jī)輸入信息的設(shè)備。外界的信息通過輸入設(shè)備轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的二進(jìn)制代碼。５、輸出設(shè)備輸出設(shè)備是將計(jì)算機(jī)處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們或其他設(shè)備所能接收的形式。２、控制器一般地，等待運(yùn)行的程序和原始數(shù)據(jù)在等待被送入系統(tǒng)時(shí)，輸入設(shè)備向控制器發(fā)送一個(gè)輸入請(qǐng)求，控制器在接收到該請(qǐng)求后，就根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前資源情況，特別是其自身的忙／閑情況給輸入設(shè)備一個(gè)應(yīng)答。如果忙則應(yīng)答等待，如果空閑則應(yīng)答同意，程序和原始數(shù)據(jù)就由輸入設(shè)備通過數(shù)據(jù)總線被送入內(nèi)存儲(chǔ)器和運(yùn)算器，然后，在控制器的控制下，執(zhí)行程序和處理相關(guān)的原始數(shù)據(jù)；當(dāng)程序被執(zhí)行完畢后，控制器向輸出設(shè)備詢問輸出是否空閑，輸出設(shè)備接到控制器的指令后，根據(jù)自身狀態(tài)答復(fù)控制器的輸出請(qǐng)求，如果忙，則輸出暫不進(jìn)行而轉(zhuǎn)入等待狀態(tài)，否則，加工處理后的數(shù)據(jù)在控制器的控制之下經(jīng)輸出設(shè)備輸出。計(jì)算機(jī)中所有部件均在控制器的控制下有條不紊地進(jìn)行工作。一般地，等待運(yùn)行的程序和原始數(shù)據(jù)在等待二、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng).1、程序、軟件的定義計(jì)算機(jī)程序通常簡稱程序（Program），是指一組指揮計(jì)算機(jī)每一步動(dòng)作的指令，通常用某種程序設(shè)計(jì)語言編寫，運(yùn)行于某種目標(biāo)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)上。打個(gè)比方，一個(gè)程序就像一個(gè)用漢語（程序設(shè)計(jì)語言）寫下的紅燒肉菜譜（程序），用于指導(dǎo)懂漢語的人（計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)）來做這個(gè)菜。因此，程序就是用程序設(shè)計(jì)語言描述的、適合于計(jì)算機(jī)處理并完成既定任務(wù)的一組指令序列。程序設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是軟件。計(jì)算機(jī)軟件(ComputerSoftware，也稱軟件，軟體)是與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作有關(guān)的程序、規(guī)程、規(guī)則及任何與之有關(guān)文檔及數(shù)據(jù)。它由兩部分組成：一是機(jī)器可執(zhí)行的程序及有關(guān)數(shù)據(jù)；二是機(jī)器不可執(zhí)行的、與軟件開發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)、使用和培訓(xùn)相關(guān)的文檔。程序必須裝入機(jī)器內(nèi)部才能工作，文檔一般是給人看的，不一定裝入機(jī)器。軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。為了方便用戶，為了使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有較高的總體效用，在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，必須通盤考慮軟件與硬件的結(jié)合，以及用戶的需求和軟件的要求。二、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)２、軟件系統(tǒng)及其分類軟件系統(tǒng)(SoftwareSystems)是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中由軟件組成的部分。軟件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它是計(jì)算機(jī)的靈魂，也是用戶與硬件之間的接口界面。用戶主要是通過軟件與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流。沒有任何軟件支持的計(jì)算機(jī)稱為“裸機(jī)”，裸機(jī)幾乎是不能工作的。因此，計(jì)算機(jī)功能的強(qiáng)弱不僅取決于硬件系統(tǒng)的配置，同時(shí)，也取決于所配備軟件的情況。軟件系統(tǒng)一般由系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件組成。系統(tǒng)軟件更為通用，通常是獨(dú)立于應(yīng)用的，支持基本的計(jì)算機(jī)功能以及所有的應(yīng)用領(lǐng)域(而非特殊的應(yīng)用)，如操作系統(tǒng)。而應(yīng)用軟件主要用來完成面向用戶的某些特定應(yīng)用，諸如收帳和工資系統(tǒng)等。２、軟件系統(tǒng)及其分類1.2.2計(jì)算機(jī)的基本原理一、指令和指令系統(tǒng)指令就是使計(jì)算機(jī)完成一個(gè)操作所發(fā)出的命令，由于計(jì)算機(jī)只識(shí)別二進(jìn)制編碼，因此，指令總是以二進(jìn)制數(shù)碼來表示。指令通過輸入設(shè)備進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。雖然不同指令所能完成的動(dòng)作各不相同，但它們基本格式是一致的。指令由操作碼和操作數(shù)兩個(gè)部分組成，分別指明了指令所要完成的操作和參加操作的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)存放地址，如圖1.12所示。操作碼操作數(shù)圖1.12指令格式1.2.2計(jì)算機(jī)的基本原理操作碼操作數(shù)圖1.12指令如指令：ADDR2，R4其中ADD是這條指令中的操作碼，指出了指令的功能是加法運(yùn)算，R2和R4為操作數(shù)，表示將R2和R4兩寄存器中的內(nèi)容進(jìn)行相加的操作，并將相加的結(jié)果放于R2寄存器中。一臺(tái)計(jì)算機(jī)所擁有的指令集合叫做計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。不同的CPU的指令系統(tǒng)是不同的，為了增強(qiáng)CPU系統(tǒng)功能，新一代CPU產(chǎn)品中，在原有的基本功能基礎(chǔ)上，或多或少都要增加新指令。目前主流的CPU指令集有Intel的MMX、SSE、SSE2及AMD的3DNow擴(kuò)展指令集。如指令：ADDR2，R4其中AD二、計(jì)算機(jī)的基本工作原理計(jì)算機(jī)采取“存儲(chǔ)指令與指令控制”的工作方式，即事先把指令加載到計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，當(dāng)啟動(dòng)運(yùn)行后，計(jì)算機(jī)便會(huì)自動(dòng)按指令序列的要求進(jìn)行工作。盡管計(jì)算機(jī)可以完成人們所要求的各種復(fù)雜任務(wù)，但最終這些任務(wù)都是通過CPU一條一條地執(zhí)行機(jī)器指令來完成的。CPU每執(zhí)行一條指令一般要經(jīng)歷若干個(gè)步驟，每一步驟完成一個(gè)操作。整個(gè)指令執(zhí)行過程可以描述為：①取指令按照程序計(jì)數(shù)器PC中的地址，從內(nèi)存儲(chǔ)器中取出指令，并送往指令寄存器IR。②分析指令由譯碼器ID對(duì)存放在指令寄存器中的指令進(jìn)行分析，分析指令的操作性質(zhì)，對(duì)操作碼進(jìn)行譯碼，將操作碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制電位信號(hào)。③執(zhí)行指令由操作控制線路發(fā)出完成該操作所需要的一系列控制信息，完成該指令操作碼所要求的操作。二、計(jì)算機(jī)的基本工作原理當(dāng)需要由存儲(chǔ)器向運(yùn)算器提供數(shù)據(jù)時(shí)，控制器根據(jù)指令的地址部分，形成數(shù)據(jù)所在的存儲(chǔ)單元地址，并送往存儲(chǔ)器地址寄存器AR，然后向存儲(chǔ)器發(fā)出讀命令，從存儲(chǔ)器中讀出的數(shù)據(jù)經(jīng)由存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)寄存器DR送往運(yùn)算器。當(dāng)需要由運(yùn)算器向存儲(chǔ)器寫入數(shù)據(jù)時(shí)，控制器根據(jù)指令的地址部分，形成數(shù)據(jù)所在的存儲(chǔ)單元地址，并送往存儲(chǔ)器地址寄存器AR，再將欲寫的數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器DR，最后向存儲(chǔ)器發(fā)出寫命令，DR中的數(shù)據(jù)即被寫入由AR指示地址的存儲(chǔ)單元中。④準(zhǔn)備取下一條指令一條指令執(zhí)行完成，程序計(jì)數(shù)器加1或?qū)⑥D(zhuǎn)移地址碼送入程序計(jì)數(shù)器，然后再回到①繼續(xù)進(jìn)行。例如，如圖1.13所示，假設(shè)待執(zhí)行指令序列已經(jīng)裝入內(nèi)存。其中第一條指令在內(nèi)存中的地址為0100H。假設(shè)該指令用以完成一次加法運(yùn)算，指令的執(zhí)行過程為：當(dāng)需要由存儲(chǔ)器向運(yùn)算器提供數(shù)據(jù)時(shí)，控制器圖1.13指令執(zhí)行過程圖1.13指令執(zhí)行過程第一步，根據(jù)程序計(jì)數(shù)器PC內(nèi)容，在內(nèi)存中找到地址0100Ｈ的存儲(chǔ)單元，從中取出指令070270H送入指令寄存器；第二步，對(duì)指令寄存器中存放的指令070270H進(jìn)行分析，由譯碼器對(duì)操作碼07Ｈ進(jìn)行譯碼，將指令的操作碼轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制電位信號(hào)；第三步，根據(jù)指令地址碼0270H確定操作數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)單元地址，在操作控制線路發(fā)出控制信號(hào)控制下，經(jīng)由地址寄存器AR和數(shù)據(jù)寄存器DR而取出0270H對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)單元中的“數(shù)據(jù)”，將數(shù)據(jù)送入運(yùn)算器執(zhí)行累加運(yùn)算；第四步，程序計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1成為0101Ｈ或?qū)⑥D(zhuǎn)移地址裝入程序計(jì)數(shù)器，準(zhǔn)備執(zhí)行下一條指令。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，往往指令的執(zhí)行并不完全按照上述步驟逐步進(jìn)行的，而是以更高的效率進(jìn)行。這是因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員常以不同措施來提高指令處理速度。比如當(dāng)對(duì)前一指令進(jìn)行譯碼的同時(shí)，已經(jīng)將后一指令預(yù)取入內(nèi)存，就像一條流水線一樣，讓多條指令同時(shí)處理取指令、譯碼和運(yùn)算的不同階段。甚至進(jìn)一步，可以采用多條流水線設(shè)計(jì)，讓指令執(zhí)行效率更高。第一步，根據(jù)程序計(jì)數(shù)器PC內(nèi)容，在內(nèi)1.2.3微型計(jì)算機(jī)概述與分類一、微型計(jì)算機(jī)概述微型計(jì)算機(jī)屬于第四代電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，即大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)，是電路技術(shù)不斷發(fā)展，芯片集成度不斷提高的產(chǎn)物。微型計(jì)算機(jī)以微處理器為核心，再配上存儲(chǔ)器、接口電路等而構(gòu)成，簡稱微機(jī)。微型計(jì)算機(jī)本質(zhì)上與其它計(jì)算機(jī)并無太多的區(qū)別，所不同的是由于廣泛采用了集成度相當(dāng)高的器件和部件，特別是把組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的兩大核心部件——運(yùn)算器和控制器集成在同一塊集成電路芯片內(nèi)，形成了微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的中央處理器CPU，又稱微處理器（MPU）．微處理器是微型計(jì)算機(jī)的核心部分，自20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)第一片微處理器芯片以來，微處理器的性能和集成度幾乎每兩年翻一番，其發(fā)展速度大大超過了前幾代計(jì)算機(jī)。1.2.3微型計(jì)算機(jī)概述與分類微型計(jì)算機(jī)系一般具有以下特點(diǎn)：體積小，重量輕價(jià)格低可靠性高，結(jié)構(gòu)靈活，維護(hù)方便應(yīng)用面廣功能強(qiáng)，性能優(yōu)越。微型計(jì)算機(jī)的性能是由計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、硬件組成、軟件配置等諸多方面的因素綜合決定的。影響策型計(jì)算機(jī)性能的指標(biāo)主要有：位（bit）：計(jì)算機(jī)中所表示的最基本、最小的數(shù)據(jù)單元字長：計(jì)算機(jī)在交換、加工和存放信息時(shí)的最基本的長度，由所包含的位數(shù)表示。字節(jié)（Byte）：計(jì)算機(jī)中通用的基本單元。由８個(gè)二進(jìn)制位組成。字：計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本單位。主頻：也稱時(shí)鐘頻率，指計(jì)算機(jī)中時(shí)鐘脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的頻率。一般主頻越高，那么計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度也相對(duì)越快。微型計(jì)算機(jī)系一般具有以下特點(diǎn)：訪存空間：指微處理器構(gòu)成系統(tǒng)中所能訪問的存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)。訪存空間主要是指內(nèi)存容量，它反映了主存儲(chǔ)器能夠容納的數(shù)據(jù)總量，通常以KB（千字節(jié)）或MB（兆字節(jié)）為單位。內(nèi)存容量越大，計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)可支配的空間越大，運(yùn)算的速度就越高。內(nèi)存容量還可以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)充，計(jì)算機(jī)的檔次越高，允許擴(kuò)充的容量越大。目前微機(jī)的內(nèi)存容量已達(dá)到512MB～1GB，甚至2GB以上。指令數(shù)：構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)的操作命令數(shù)?；局噶顖?zhí)行時(shí)間：計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令所花的最短時(shí)間。由基本指令執(zhí)行時(shí)間可算得計(jì)算機(jī)每秒鐘執(zhí)行的指令數(shù)，也即通常所說的計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度，單位為每秒百分條指令（MIPS）或每秒百萬條浮點(diǎn)指令（MFPOPS）I/O的速度：I/O即基本輸入/輸出的速度是指CPU與外部設(shè)備設(shè)備數(shù)據(jù)交換的速度。隨著CPU主頻速度的提升，存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)大，系統(tǒng)性能的瓶頸越來越多地體現(xiàn)在I/O的速度上。主機(jī)I/O的速度取決于I/O總線的設(shè)計(jì)。I/O速度的提高對(duì)于慢速設(shè)備（如鍵盤、打印機(jī)）關(guān)系不大，但對(duì)于調(diào)整設(shè)備如硬盤、顯卡等則效果十分明顯。可靠性：指計(jì)算機(jī)在指定時(shí)間和條件下正常工作不發(fā)生故障的概率。兼容性：指計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備可用于構(gòu)成其他多種系統(tǒng)的性能。性能價(jià)格比：是衡量計(jì)算機(jī)產(chǎn)品優(yōu)劣的綜合性能指標(biāo)訪存空間：指微處理器構(gòu)成系統(tǒng)中所能訪問的存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)。訪存空二、微型計(jì)算機(jī)分類根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，微型計(jì)算機(jī)的分類結(jié)果也往往會(huì)不同。下面是人們對(duì)微型計(jì)算機(jī)的通常分類。按照CPU字長來分有４位、８位、１６位、３２位和６４位等微型計(jì)算機(jī)。按照微處理器的器件工藝來分有MOD工藝、雙極型TTL工藝微型計(jì)算機(jī)。按照微型計(jì)算機(jī)的使用形態(tài)來分有單片機(jī)、單板機(jī)和個(gè)人計(jì)算機(jī)。多用戶系統(tǒng)等。二、微型計(jì)算機(jī)分類單片機(jī)是指把微處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口都集成在一塊集成電路芯片上，這樣的微型計(jì)算機(jī)叫做單片機(jī)。它的最大優(yōu)點(diǎn)是體積小，可放在儀表內(nèi)部，但存儲(chǔ)量小，輸入輸出接口簡單，功能較低。單板機(jī)是指將計(jì)算機(jī)的各個(gè)部分都組裝在一塊印制電路板上，包括微處理器/存儲(chǔ)器/輸入輸出接口，還有簡單的七段發(fā)光二極管顯示器、小鍵盤、插座等。功能比單片機(jī)強(qiáng)，適于進(jìn)行生產(chǎn)過程的控制?？梢灾苯釉趯?shí)驗(yàn)板上操作，適用于教學(xué)。個(gè)人計(jì)算機(jī)(personalcomputer，PC)又稱PC機(jī)或俗稱“電腦”，是指供單個(gè)用戶操作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)一般包括微型計(jì)算機(jī)、軟件、電源及外部設(shè)備等部分。常用的外部設(shè)備為鍵盤、顯示器、磁盤機(jī)、打印機(jī)等。多用戶系統(tǒng)是指一個(gè)主機(jī)連接著多個(gè)終端，多個(gè)用戶同時(shí)使用主機(jī)，共享計(jì)算機(jī)的硬件、軟件資源。硬件資源包括CPU、主存儲(chǔ)器、磁盤機(jī)、打印機(jī)等；軟件資源包括系統(tǒng)軟件、高級(jí)語言、常用程序、數(shù)據(jù)等。在一般的多用戶微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，每個(gè)用戶的終端含有一個(gè)鍵盤和一個(gè)顯示器，而不含CPU，他們共享計(jì)算機(jī)的CPU和軟件等進(jìn)行各自的工作。單片機(jī)是指把微處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出按微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)形態(tài)分有臺(tái)式個(gè)人微機(jī)（臥式、立式）、一體機(jī)、準(zhǔn)系統(tǒng)機(jī)、筆記本電腦、平板電腦（TabletPC），如圖1.14所示。臺(tái)式個(gè)人微機(jī)一體機(jī)準(zhǔn)系統(tǒng)機(jī)筆記本電腦平板電腦

圖1.14各種結(jié)構(gòu)形態(tài)的微型計(jì)算機(jī)按微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)形態(tài)分臺(tái)式個(gè)人微機(jī)1.2.4微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)一、微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)在微型計(jì)算機(jī)技術(shù)中，通過系統(tǒng)總線把CPU、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備連接起來，實(shí)現(xiàn)信息交換，如圖1.15所示。通過總線連接計(jì)算機(jī)各部件使微型機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔、靈活、規(guī)范，可擴(kuò)充性好。RAMROMCPU輔助存儲(chǔ)器接口輸入設(shè)備接口輸出設(shè)備接口輔助存儲(chǔ)器接口輸入設(shè)備接口輸出設(shè)備接口總線RAM圖1.15微型計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)1.2.4微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)RAMROM輔助存儲(chǔ)器接口二、微型計(jì)算機(jī)的硬件及功能一臺(tái)典型的微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)通常包括主機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器等個(gè)部分。人們習(xí)慣將除主機(jī)外的這些設(shè)備又統(tǒng)稱為外部設(shè)備，簡稱外設(shè)。如圖1.16所示，是一個(gè)從外部看到的典型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)例。圖1.16從外部看到的典型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二、微型計(jì)算機(jī)的硬件及功能圖1.16從外部看到的典型微型計(jì)下面，我們將按主機(jī)、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備等的順序?qū)ξ⑿陀?jì)算機(jī)的硬件作詳細(xì)介紹。１、主機(jī)主機(jī)是安裝在主機(jī)箱內(nèi)的所有部件的一個(gè)統(tǒng)一體。主機(jī)系統(tǒng)是微機(jī)的主要組成部件，一般包括中央處理器、主板、內(nèi)存、硬盤、軟驅(qū)、光驅(qū)等。打開主機(jī)箱外殼后看到的主機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1.17所示。圖1.17主機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖下面，我們將按主機(jī)、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸２、主板、總線和接口（１）主板主板又稱母板（MotherBoard）或系統(tǒng)底板（SystemBoard），是固定在主機(jī)箱體上的一塊矩形的電路板，主板上有大量的有源電子元件，如圖1.18所示。主板在計(jì)算機(jī)當(dāng)中起到十分關(guān)鍵的作用，它是承載并溝通CPU、內(nèi)存和各種板卡的載體，是數(shù)據(jù)流通的通道。２、主板、總線和接口圖1.18主板圖1.18主板①芯片組：是整塊主板的心臟，起著決定主板性能的關(guān)鍵作用。芯片組通常包括由超大規(guī)模集成電路制成的南橋、北橋兩塊芯片。北橋芯片負(fù)責(zé)CPU與外界的數(shù)據(jù)交換和對(duì)內(nèi)存、AGP設(shè)備的管理。南橋芯片負(fù)責(zé)和外部輸入輸出設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，管理著ISA、IDE、USB、鍵盤、鼠標(biāo)等接口。②CPU插座：是專門用于安置CPU的引腳接口。隨著集成化程度和制造工藝的不斷提高，CPU中集成了越來越多的功能，CPU的管腳也越來越多，插座也越來越大。主要有Socket和Slot兩大工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的安裝形式。③.內(nèi)存插槽：用來安裝內(nèi)存條，用插槽兩端的卡子將內(nèi)存條固定，在插槽中插入內(nèi)存條，就可方便地?cái)U(kuò)充系統(tǒng)所需容量的內(nèi)存。系統(tǒng)內(nèi)存的擴(kuò)展能力及擴(kuò)展方式與內(nèi)存插槽的數(shù)量和類型有關(guān)，插槽的線數(shù)通常有30線、72線、168線和184線等。目前大多采用184線插槽。④PCI插槽：用于安裝PCI接口類型的設(shè)備。如聲卡、網(wǎng)卡等。⑤AGP插槽：是專門用于連接顯卡的插槽。AGP即加速圖形端口,它是一種為緩解視頻帶寬緊張而制定的總線結(jié)構(gòu)。AGP插槽將顯示卡與主板的芯片組直接相連，進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，但只能和AGP顯卡相連，故不具通用和擴(kuò)展性。⑥系統(tǒng)BIOS：“BIOS”是BasicInput-OutputSystem(基本輸入輸出系統(tǒng))的縮寫，實(shí)際上是一組被固化在只讀存儲(chǔ)器EEPROM中的軟件，是PC中不可或缺的組成部分，它負(fù)責(zé)開機(jī)時(shí)對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)硬件進(jìn)行初始化設(shè)置、測(cè)試和管理計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸。BIOS包含了系統(tǒng)加電自檢（POST）程序模塊、系統(tǒng)啟動(dòng)自檢程序模塊，這些程序模塊主要負(fù)責(zé)主板與其它計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備間的通訊。①芯片組：是整塊主板的心臟，起著決定主板性能的關(guān)鍵作用。芯（２）總線結(jié)構(gòu)前面已經(jīng)講過，總線是一組進(jìn)行互連和傳輸信息（指令、數(shù)據(jù)和地址）的信號(hào)線。是多個(gè)部件間的公共連線，用于各個(gè)部件之間傳輸信息。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,總線被視為一個(gè)獨(dú)立部件看待。（２）總線結(jié)構(gòu)按總線連接對(duì)象劃分，總線類型可分為：處理器級(jí)總線，也叫前端總線FSB（frontsidebus），是將CPU連接到北橋芯片的總線。包括地址總線（addressbus，AB）、數(shù)據(jù)總線（databus，DB）和控制總線（controlbus，CB）。系統(tǒng)級(jí)總線，也稱為I/O通道總線。用于CPU與接口卡的連接，同樣包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。系統(tǒng)總線有自己統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而與CPU型號(hào)無關(guān)，在各種系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)“即插即用”。常見的總線標(biāo)準(zhǔn)有ISA總線、PCI總線和AGP總線等。外設(shè)總線，實(shí)際上是一種外設(shè)的接口標(biāo)準(zhǔn)，是指計(jì)算機(jī)主機(jī)與外部設(shè)備接口的總線。當(dāng)前在微型計(jì)算機(jī)上常用的接口標(biāo)準(zhǔn)有：IDE（IntegratedDriveElectronics，集成驅(qū)動(dòng)器電子標(biāo)準(zhǔn)）、EIDE(EnhancedIntegratedDriveElectronics，增強(qiáng)型集成驅(qū)動(dòng)器電子標(biāo)準(zhǔn))、SCSI(SmallComputerSystemInterface，小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口)、USB（UniversalSerialBus，通用串行總線）和IEEE1394五種。前三種主要用于硬盤、光驅(qū)等IDE設(shè)備接口，后面兩種新型外部總線可以用來連接多種外部設(shè)備，如Ｕ盤、USB打印機(jī)及數(shù)碼攝像機(jī)等。按總線連接對(duì)象劃分，總線類型可分為：按總線傳輸對(duì)象劃分，總線類型可分為：地址總線：也稱為AB，是一條單向傳輸CPU發(fā)出的地址信號(hào)的總線。即給出CPU所讀取或發(fā)送數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元地址或Ｉ/Ｏ設(shè)備地址。不同的微處理器，其地址總線的位數(shù)（或稱總線的寬度）是不一樣。現(xiàn)代微機(jī)CPU的地址總線寬度一般為36位。數(shù)據(jù)總線：也稱DB，是一條用來雙向置辦數(shù)據(jù)信息的總線。CPU既可通過DB從存儲(chǔ)器或輸入設(shè)備讀入數(shù)據(jù)，又可通過DB將內(nèi)部數(shù)據(jù)送到存儲(chǔ)器或輸出設(shè)備。目前常用的“奔騰4”CPU的數(shù)據(jù)總線寬度為64位，即一次可同時(shí)傳送64位二進(jìn)制碼?？刂瓶偩€：也稱CB，是一條用來傳送控制信號(hào)、時(shí)序信號(hào)各狀態(tài)等信息的總線。其中有的是CPU向內(nèi)存和外設(shè)發(fā)出的控制信號(hào)，有的則是內(nèi)存或外設(shè)向CPU傳遞的狀態(tài)信息?？刂瓶偩€通過各種信號(hào)傳送使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)部件有條不紊、協(xié)調(diào)工作。按總線的通信方式劃分，總線類型可分為：并行總線：在同一時(shí)刻可以傳輸多位數(shù)據(jù)。它的特點(diǎn)是通信速度快、實(shí)時(shí)性好。串行總線：它在同一時(shí)刻只能傳輸一位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)必須一位接一位傳輸。它的特點(diǎn)是簡易、方便、靈活。按總線傳輸對(duì)象劃分，總線類型可分為：（３）接口接口的種類很多。從傳送信息的方式上分，可分為并行接口和串行接口。并行接口按并行方式傳送數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)總線有多少位，可同時(shí)傳送的數(shù)據(jù)就有多少位，通常用于連接近距離的外設(shè)，如打印機(jī)等；而串行接口則按串行方式傳送數(shù)據(jù)，一次只能傳送一位二進(jìn)制碼，常用于遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸。串行口目前應(yīng)用得非常廣，如最常見的異步串行接口、USB接口、紅外線接口等。接口還可分為輸入接口（連接輸入設(shè)備，將數(shù)據(jù)傳入主機(jī)）和輸出接口（將數(shù)據(jù)輸出到輸出設(shè)備），數(shù)字接口（傳送數(shù)字量即二進(jìn)制數(shù)）與模擬接口（實(shí)現(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，連接產(chǎn)生連續(xù)變化的模擬信號(hào)的設(shè)備）。外設(shè)必須通過I/O（輸入輸出）接口才能與CPU或內(nèi)存之間進(jìn)行信息交換。如圖1.19所示：（３）接口CPUI/O接口外設(shè)圖1.19外設(shè)與CPU的信息交換如圖1.20所示，是從主板側(cè)面所看到的各種外設(shè)接口實(shí)例。圖1.20主板側(cè)面的各種外設(shè)接口CPUI/O接口外設(shè)圖1.19外設(shè)與CPU的信息交換如３、中央處理器（CPU）CPU是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)算、控制中心。它的任務(wù)是不斷地取出指令、分析指令和執(zhí)行指令。從第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生至今，CPU經(jīng)歷了幾代產(chǎn)品的發(fā)展，尤其是微型計(jì)算機(jī)的微處理器（CPU）已從最初的4004、8008到386、486，發(fā)展到現(xiàn)在的迅馳雙核CPU等，但CPU的基本結(jié)構(gòu)和基本的工作原理還是類似的。３、中央處理器（CPU）（１）CPU的結(jié)構(gòu)一般地，CPU是由運(yùn)算器、控制器和寄存器組（RegisterArray）3部分組成。此外，隨著高密度集成電路技術(shù)的發(fā)展，為了匹配高速CPU與相對(duì)低速的內(nèi)存儲(chǔ)器的工作速度，CPU中往往同時(shí)集成了高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache），其容量也是影響CPU性能的一個(gè)因素。CPU各部分通過CPU內(nèi)部總線連接在一起，由集成電路技術(shù)集成在一片硅片上。如圖1.21為Intel迅馳CPU正面與反面。圖1.21Intel迅馳CPU正反面實(shí)物圖（１）CPU的結(jié)構(gòu)圖1.21Intel迅馳CPU正反運(yùn)算器運(yùn)算器用來進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)算以及位移循環(huán)等操作。運(yùn)算器ALU（ArithmeticLogicUnit）是一種以全加器為核心的具有多種運(yùn)算功能的組合邏輯電路。通常，參加運(yùn)算的兩個(gè)操作數(shù)，一個(gè)來自累加器ACC(Accumulator)，另一個(gè)來自內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，可以是數(shù)據(jù)寄存器DR（DataRegister）中的內(nèi)容，也可以是寄存器組RA（RegisterArray）中某個(gè)寄存器的內(nèi)容。運(yùn)算結(jié)果往往也送回累加器ACC暫存。為了反映數(shù)據(jù)經(jīng)ALU處理之后的結(jié)果特征，運(yùn)算器設(shè)有一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志寄存器F（Flag）?？刂破骺刂破魇钦麄€(gè)計(jì)算機(jī)的控制、指揮中心。它根據(jù)人們預(yù)先編寫好的程序，依次從存儲(chǔ)器中取出各條指令，放在指令寄存器中，通過指令譯碼器進(jìn)行譯碼（分析），確定應(yīng)該進(jìn)行什么操作，然后通過控制邏輯在確定的時(shí)間向確定的部件發(fā)出確定的控制信號(hào)，使運(yùn)算器和存儲(chǔ)器等各部件自動(dòng)而協(xié)調(diào)的完成該指令所規(guī)定的操作。當(dāng)一條指令完成以后，再順序地從存儲(chǔ)器中取出下一條指令，并照此同樣地分析與執(zhí)行該指令。如此重復(fù)，直到完成所有的指令為止。因此，控制器的主要功能有兩項(xiàng)：一是按照程序邏輯指示，控制程序中指令的執(zhí)行順序；二是根