第二章微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)

第二章微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)1本章重點(diǎn)：知道微電子技術(shù)及其發(fā)展理解計(jì)算機(jī)基本工作原理掌握微型計(jì)算機(jī)硬件與軟件知識(shí)了解計(jì)算機(jī)的分類和發(fā)展22.1微電子技術(shù)

晶體管的發(fā)明，并被廣泛應(yīng)用到電子技術(shù)領(lǐng)域替代電子管，開創(chuàng)了微電子技術(shù)。微電子技術(shù)經(jīng)歷了晶體管、集成電路、超大規(guī)模集成電路的發(fā)展過(guò)程。1947年發(fā)明晶體管32.1.1電子管-晶體管-集成電路1電子管“陰極”：加電后會(huì)發(fā)射電子；“屏極”：吸收電子；“柵極”：位于陰極和屏極之間，控制電子流變化，使屏極起到電流放大作用。電子管特點(diǎn)：工作狀態(tài)穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)，但體積大、耗電多，玻璃管易碎。

在玻璃管內(nèi)放置電極，管內(nèi)抽成真空，有利于電子運(yùn)動(dòng)。其內(nèi)有三個(gè)電極：1904年發(fā)明電子管42晶體管

晶體管主要有晶體二極管和晶體三極管兩種。由半導(dǎo)體材料組成，在半導(dǎo)體材料中摻入少量其他元素，引起晶格中原子排列發(fā)生變化，若釋放多余電子，稱“n型半導(dǎo)體”，若缺少電子構(gòu)成空穴，稱“p型半導(dǎo)體”。自由電子和空穴都能導(dǎo)電，自由電子帶負(fù)電荷，空穴帶正電荷。5晶體二極管由一個(gè)p型半導(dǎo)體和一個(gè)n型半導(dǎo)體緊密合成，形成p-n結(jié)，具有內(nèi)部電場(chǎng)，沒(méi)有電壓時(shí)處于電平衡狀態(tài)；外加電場(chǎng)后，使電流隨外加電壓而變化。

6晶體三極管由兩個(gè)p-n結(jié)組成，形成三個(gè)電極：集電極相當(dāng)于電子管的屏極；基極相當(dāng)于電子管的柵極；發(fā)射極相當(dāng)于電子管的陰極，通過(guò)控制基極端的電流，實(shí)現(xiàn)集電極端電流的放大。

73集成電路（IC）將若干晶體管、電阻、電容等器件集中制造在一小塊半導(dǎo)體芯片上，用金屬線連接引腳，再燒結(jié)封裝。早期的集成電路內(nèi)含幾百到幾千個(gè)晶體管。

1958年發(fā)明集成電路8超大規(guī)模集成電路（VLSI）1975年摩爾提出關(guān)于集成電路集成度發(fā)展的“摩爾定律”，即：集成度每18個(gè)月翻一番，而價(jià)格保持不變甚至下降。

從Intel386芯片開始，每塊芯片包含了幾十萬(wàn)個(gè)晶體管，現(xiàn)在的“P4”芯片已集成了4200萬(wàn)個(gè)晶體管，制作工藝已達(dá)到0.09微米級(jí)的光刻精度，這只是300個(gè)原子的寬度。目前正在挑戰(zhàn)0.05微米級(jí)的光刻精度。92.1.2集成電路的設(shè)計(jì)與制作設(shè)計(jì)與制造過(guò)程-繪制線路圖-數(shù)字化，變成矩形圖案（“掩膜”圖紙）-鍍膜-光刻-燒結(jié)-酸洗1傳統(tǒng)的制造過(guò)程：2硬件描述語(yǔ)言(HDL)102.1.4微電子技術(shù)的發(fā)展前景

作為微電子技術(shù)的核心—集成電路，其集成度也越來(lái)越高，目前的集成度已達(dá)到4200萬(wàn)個(gè)晶體管以上，達(dá)到0.09微米以下的光刻精度；不久，集成上億個(gè)晶體管，光刻技術(shù)達(dá)到幾個(gè)原子的寬度的芯片也將面世。微電子技術(shù)的應(yīng)用已滲透到現(xiàn)代社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，成為衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的主要標(biāo)志，人類的一切社會(huì)活動(dòng)都離不開微電子技術(shù)。11計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由兩部分組成：硬件和軟件軟件：程序、文件、資料硬件：中央處理單元、輸入輸出設(shè)備、存儲(chǔ)器2.2計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和原理121“馮·諾依曼”計(jì)算機(jī)硬件的基本組成：

運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備

采用二進(jìn)制編碼進(jìn)行數(shù)據(jù)和程序的儲(chǔ)存(1)運(yùn)算器：完成各類運(yùn)算功能。(2)控制器：計(jì)算機(jī)的一切操作、所有部件之間的聯(lián)系都受控制器的控制。2.2.1計(jì)算機(jī)的工作原理微型機(jī)中，把運(yùn)算器和控制器制做在同一個(gè)芯片里，稱“中央處理器”，又叫“CPU”。

13(3)存儲(chǔ)器分主存和輔存輔存也叫外存，軟盤、硬盤和光盤是常用的外存。外存上的信息必須先將調(diào)人內(nèi)存后CPU方可使用，信息處理完畢，必須將內(nèi)存信息存放到外存，因?yàn)殛P(guān)機(jī)后，內(nèi)存中的信息會(huì)丟失。主存又稱內(nèi)存，基本存儲(chǔ)單元是字節(jié)(8位)。每個(gè)存儲(chǔ)單元有一個(gè)序號(hào)，稱為“地址”。存儲(chǔ)單元里的內(nèi)容是由0和1組成的二進(jìn)制數(shù)，被定義成程序或數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)輸人/輸出的數(shù)據(jù)都先經(jīng)過(guò)內(nèi)存，計(jì)算結(jié)果也先存放在內(nèi)存中。速度較快、失電后內(nèi)容消失、隨機(jī)存儲(chǔ)14(4)輸入設(shè)備常見輸入設(shè)備有：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀和攝像頭等。數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)和調(diào)制解調(diào)器等具有輸人輸出的雙重功能。(5)輸出設(shè)備常見輸出設(shè)備有：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀和音響等。15附：計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)說(shuō)明系統(tǒng)總線（BUS），包括控制總線（controlbus）地址總線（addressbus）數(shù)據(jù)總線（databus）CPU通過(guò)總線控制邏輯驅(qū)動(dòng)總線上的各項(xiàng)設(shè)備，傳送數(shù)據(jù)。內(nèi)存儲(chǔ)器在CPU的控制下，經(jīng)總線控制器跟CPU或跟I/O設(shè)備交換數(shù)據(jù)。內(nèi)存也可經(jīng)DMA（直接內(nèi)存存?。┛偩€而不必通過(guò)CPU，直接與高速的I/O設(shè)備交換數(shù)據(jù)。

CPU中的運(yùn)算器和控制器通過(guò)內(nèi)部總線傳送信息。16復(fù)習(xí)一微電子技術(shù)電子管晶體管集成電路大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)基本原理結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器集成電路的制作172數(shù)制及其編碼

數(shù)制轉(zhuǎn)換：四位二進(jìn)制數(shù)組成一位十六進(jìn)制數(shù)。三位二進(jìn)制數(shù)組成一位八進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)之間直接轉(zhuǎn)換。D10ir=100,1,…9逢十進(jìn)一十進(jìn)制HOB數(shù)制表示16i8i2i權(quán)r=16r=8r=2基數(shù)0,1,…9,A,B…F0,1,…70,1基本符號(hào)逢十六進(jìn)一逢八進(jìn)一逢二進(jìn)一規(guī)則十六進(jìn)制八進(jìn)制二進(jìn)制進(jìn)位制十進(jìn)制不能直接轉(zhuǎn)成二進(jìn)制數(shù)，須通過(guò)一定的換算。任一數(shù)制都有三個(gè)要素：數(shù)符（數(shù)碼）、基數(shù)和權(quán)值。18ASCII字符編碼

ASCⅡ（Americanstandardcodeforinformationinterchange）字符為美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼，1967年被定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。共有128個(gè)，其中94個(gè)字符，34個(gè)控制字符。每個(gè)ASCⅡ字符用一個(gè)字節(jié)的低7位編碼(0～7FH)，高位為０，稱為ASCⅡ代碼。19附：漢字及其編碼避免與ASCII碼沖突，第7位置1，用兩個(gè)字節(jié)表示一個(gè)漢字。14位可表示2的14次方(16384)個(gè)漢字。漢字的國(guó)標(biāo)碼我國(guó)最早最常用的漢字編碼是在ASCⅡ碼的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大編碼的數(shù)量而形成的國(guó)標(biāo)碼(BG2312-80)。包括6763個(gè)常用漢字和682個(gè)其他字符，漢字又分成二級(jí)，第一級(jí)為常用漢字3755個(gè)，以漢語(yǔ)拼音為序；第二級(jí)為較常用漢字3008個(gè)，以偏旁部首為序。203計(jì)算機(jī)指令(指令系統(tǒng))例1：JMPM1操作碼(跳轉(zhuǎn))操作數(shù)例2：ADDR1R2操作碼(加法)操作數(shù)1操作數(shù)2注：1每種CPU的指令系統(tǒng)(集)是固定的(幾十種到幾百種指令)。2每條指令的操作數(shù)可以是0，1，2，3個(gè)。3操作數(shù)是操作對(duì)象(數(shù)或地址)。計(jì)算機(jī)指令由“操作碼”與“操作數(shù)”組成，操作碼表示要執(zhí)行的動(dòng)作，操作數(shù)指示操作對(duì)象。214指令的執(zhí)行每執(zhí)行一條指令，一般經(jīng)歷四個(gè)驟步(一個(gè)指令周期)：

1取指2譯碼3執(zhí)行4存放結(jié)果注：1指令根據(jù)程序計(jì)數(shù)器取。2通常，每執(zhí)行一條指令，程序計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1。22復(fù)習(xí)二計(jì)算機(jī)的基本處理單位和字內(nèi)存地址數(shù)制ASCII碼及漢字指令系統(tǒng)指令的執(zhí)行232.2.2流水線和并行處理技術(shù)1流水線技術(shù)計(jì)算機(jī)執(zhí)行一條指令涉及取指、譯碼、執(zhí)行和存結(jié)果等幾個(gè)階段，在某階段只有一個(gè)部件工作，其余空閑。流水線技術(shù)，使每個(gè)部件都在執(zhí)行各自的任務(wù)，以至每個(gè)指令周期都有指令結(jié)果輸出，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度可得到極大的提高。24流水線的技術(shù)問(wèn)題1指令的多樣性2步驟不一樣3每個(gè)步驟執(zhí)行的時(shí)間不同4本次操作與上條指令結(jié)果有關(guān)5跳轉(zhuǎn)指令問(wèn)題解決方法：1設(shè)置多條流水線(指令分類)2按最多步驟設(shè)置（延時(shí)）3時(shí)間最長(zhǎng)的步驟分成小步驟問(wèn)題：4等待或兩指令不要靠得太近5重新取指令252并行處理技術(shù)并行處理系統(tǒng)有兩種：

①多處理器系統(tǒng)：處理器和存儲(chǔ)器并不一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)存儲(chǔ)模塊供各處理器共享，信息的交換通過(guò)整個(gè)處理器系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。②多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：每一對(duì)處理器和存儲(chǔ)器自成體系組成一個(gè)計(jì)算機(jī)，存儲(chǔ)模塊為各自的處理器所占用，信息交換通過(guò)計(jì)算機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。并行處理是將要解決的問(wèn)題分解成能同時(shí)處理的小題目，讓各部分協(xié)同工作。262.2.3存儲(chǔ)器及其管理1內(nèi)存歷史:可作為存儲(chǔ)器的條件：可表示兩種狀態(tài)、狀態(tài)穩(wěn)定、狀態(tài)可迅速轉(zhuǎn)換電子管存儲(chǔ)器(20世紀(jì)40年代)磁芯存儲(chǔ)器(20世紀(jì)50年代)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(20世紀(jì)60年代)即RAM和ROMDRAM：動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，適合內(nèi)存SRAM(靜態(tài)存儲(chǔ)器):速度快、價(jià)格高，適合緩沖器內(nèi)存包括：EDO(擴(kuò)充數(shù)據(jù)輸出,速度64M)SDRAM(同步DRAM,速度100M)

RDRAM(RAMBUS,速度2000M)DDRRAM(速度2000M)272存儲(chǔ)技術(shù)（1）直接連接存儲(chǔ)技術(shù)：

硬盤>40G、光盤VCD\DVD（2）移動(dòng)存儲(chǔ)技術(shù)：-閃存卡:數(shù)碼相機(jī)、MP3-磁光技術(shù)移動(dòng)存儲(chǔ)技術(shù):專業(yè)領(lǐng)域-閃盤(優(yōu)盤):替代軟盤-移動(dòng)硬盤:攜帶方便的硬盤（3）網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)：-網(wǎng)絡(luò)附加儲(chǔ)存(直接接到網(wǎng)上)-存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(通過(guò)光纖傳輸)283存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)CACHE是一種高速度、高成本的RAM，是CPU與內(nèi)存之間數(shù)據(jù)傳遞的機(jī)構(gòu)。并不占用內(nèi)存地址空間。高速緩沖技術(shù)用于解決高速的CPU

與相對(duì)低速的RAM

之間的速度不匹配的矛盾。在計(jì)算機(jī)中，存儲(chǔ)器的Cache-Memory-Disk層次結(jié)構(gòu)，稱為三級(jí)層次結(jié)構(gòu)。其中：Memory為主存，Disk為輔存，Cache高速緩沖存儲(chǔ)器。294Cache工作原理CACHE分類一級(jí)緩沖(L1)：與CPU電路直接設(shè)計(jì)在一起，有16～128Ｋ。二級(jí)緩沖(L2)：不與CPU封裝在一起，有256K～1M。5虛擬存儲(chǔ)技術(shù)將內(nèi)存與外存合理調(diào)度，它們之間不斷交換數(shù)據(jù)。302.2.4總線、外設(shè)與接口

例如，Pentium芯片，它的地址總線是32位，數(shù)據(jù)總線是64位，還有很多控制線。對(duì)于單總線結(jié)構(gòu)，它的總線是復(fù)用的，在某個(gè)時(shí)刻是地址線，另一時(shí)刻是數(shù)據(jù)線，通過(guò)控制電路進(jìn)行切換。1總線（BUS）總線是計(jì)算機(jī)內(nèi)的信息通道，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。計(jì)算機(jī)內(nèi)的總線通常分為三類：地址總線(AB) 數(shù)據(jù)總線(DB) 控制總線(CB)312主板上的總線

計(jì)算機(jī)還有連接其他外設(shè)的各類接口標(biāo)準(zhǔn)：IDE（EIDE）接口連接硬盤與光驅(qū)；ISA、PCI接口連接聲卡、網(wǎng)卡等；AGP接口連接顯示卡；串行口（COM）連接鼠標(biāo)器、Modem

；并行口（LPT）連接打印機(jī)；PCMCIA為連接筆記本電腦的總線接口；通用串行總線USB可接數(shù)碼相機(jī)、打印機(jī)、掃描儀、鼠標(biāo)、光驅(qū)等，并支持“熱插拔”。322.2.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類1按發(fā)展階段分類第一代電子管計(jì)算機(jī)第二代晶體管計(jì)算機(jī)第三代集成電路計(jì)算機(jī)第四代大規(guī)模、超大規(guī)模計(jì)算機(jī)332按用途規(guī)模分類科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)控制（采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，及時(shí)響應(yīng)外部事件的發(fā)生）工作站服務(wù)器家用計(jì)算機(jī)343按大小規(guī)模分類4按數(shù)據(jù)類型分類：定點(diǎn)機(jī)浮點(diǎn)機(jī)向量機(jī)巨型機(jī)大型機(jī)中型機(jī)小型機(jī)微型機(jī)355按處理機(jī)個(gè)數(shù)和種類分類單處理機(jī)多處理機(jī)并行處理機(jī)分布處理機(jī)關(guān)聯(lián)處理機(jī)超標(biāo)量處理機(jī)超流水線處理機(jī)366按指令的復(fù)雜程度分類簡(jiǎn)單指令集計(jì)算機(jī)（RISC）：IBM、Motorola和Apple公司的PowerPC601。

復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（CISC）：IntelX88系列、如80486、Pentium系列。377按并行度分類單指令流單數(shù)據(jù)流（SISD）：早期的AppleⅡ計(jì)算機(jī)、IBMPC機(jī)。單指令流多數(shù)據(jù)流（SIMD）：HitachiS3600、IntelPentiumⅡ、Ⅲ、Ⅳ。多指令流單數(shù)據(jù)流（MISD）：如脈動(dòng)陣列計(jì)算機(jī)。多指令流多數(shù)據(jù)流（MIMD）：NECSX－5、SGI/CrayT3E。38復(fù)習(xí)三流水線技術(shù)并行處理技術(shù)存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)緩沖器(Cache)原理總線與接口計(jì)算機(jī)分類392.3計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由兩大部分組成——計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件。只有硬件的計(jì)算機(jī)稱為裸機(jī)，無(wú)法工作，必須配備軟件才能使計(jì)算機(jī)運(yùn)行起來(lái)。計(jì)算機(jī)軟件是各種程序和相應(yīng)文檔資料的總稱。計(jì)算機(jī)軟件分兩大類：系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。40一系統(tǒng)軟件為運(yùn)行計(jì)算機(jī)而必需配備的最基本的軟件稱為系統(tǒng)軟件，它實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)各種資源的控制、管理和調(diào)度，基本的人機(jī)交互，高級(jí)語(yǔ)言的解釋、編譯以及基本的系統(tǒng)維護(hù)調(diào)試等工作。系統(tǒng)軟件主要包括操作系統(tǒng)語(yǔ)言：解釋、編譯程序，調(diào)試、查錯(cuò)程序工具軟件411操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件中最基本的部分，功能有：(1)資源管理處理器管理：對(duì)處理器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行管理調(diào)度。存儲(chǔ)器管理：管理進(jìn)程、調(diào)度主存空間和虛擬存儲(chǔ)器的使用，保護(hù)多道程序運(yùn)行。I/O設(shè)備管理：管理、調(diào)度I/O設(shè)備。信息管理：文件管理，信息保密，用戶權(quán)限等。(2)人機(jī)接口界面管理命令方式：DOS、Unix、Netware系統(tǒng)等。圖形界面方式：Windows、WindowsNT系統(tǒng)等。42操作系統(tǒng)的類型：按使用人數(shù)分類：?jiǎn)斡脩艉投嘤脩舭磮?zhí)行任務(wù)數(shù)分類：?jiǎn)稳蝿?wù)和多任務(wù)按使用和技術(shù)相結(jié)合分類：批處理操作系統(tǒng)：DOS

分時(shí)操作系統(tǒng)：UNIX、DEC公司的VMS

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：RTOS

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)：UNIX、WindowsNT、NetWare、Windows95、Windows2000：多任務(wù)、單用戶432計(jì)算機(jī)語(yǔ)言低級(jí)語(yǔ)言：與硬件最靠近，計(jì)算機(jī)直接可運(yùn)行的機(jī)器語(yǔ)言；或匯編語(yǔ)言，是接近計(jì)算機(jī)指令的語(yǔ)言，采用“助記符”描述指令的運(yùn)作，匯編語(yǔ)言控制硬件的能力強(qiáng)，但難以理解和交流，編程難度大，編制的源程序須編譯生成計(jì)算機(jī)指令代碼方可運(yùn)行。高級(jí)語(yǔ)言：比較符合人們描述社會(huì)活動(dòng)的語(yǔ)言，源程序也須編譯或解釋后才能運(yùn)行。例：機(jī)器語(yǔ)言(二進(jìn)制語(yǔ)言)：01001010匯編語(yǔ)言：ADDR1R2例：BASIC語(yǔ)言：a=16+35*abs(b)

printa44計(jì)算機(jī)語(yǔ)言分類面向過(guò)程——FORTRAN（科學(xué)計(jì)算）、COBOL（商業(yè)）、C、Pascal（系統(tǒng)開發(fā)）SQL（數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)）等。面向?qū)ο蟆猇isualBasic（專業(yè)項(xiàng)目編程）、Java（網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)）、C++（系統(tǒng)開發(fā)）等。機(jī)器語(yǔ)言：二進(jìn)制指令代碼。低級(jí)語(yǔ)言：匯編語(yǔ)言。高級(jí)語(yǔ)言：可劃分為面向過(guò)程、面向?qū)ο蟆?53工具軟件開發(fā)工具：開發(fā)程序，如編譯工具、數(shù)據(jù)庫(kù)工具、系統(tǒng)仿真等。系統(tǒng)工具：系統(tǒng)管理、開發(fā)，如中文平臺(tái)、系統(tǒng)補(bǔ)丁、內(nèi)存管理、磁盤工具、系統(tǒng)測(cè)試、加密/解密、壓縮/解壓縮等。網(wǎng)絡(luò)工具：網(wǎng)絡(luò)管理，如瀏覽器、電子郵件收發(fā)、FTP工具、下載工具、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)通訊等。驅(qū)動(dòng)程序：用于連接和優(yōu)化設(shè)備，如BIOS升級(jí)、主板驅(qū)動(dòng)、顯卡驅(qū)動(dòng)、Modem驅(qū)動(dòng)、聲卡驅(qū)動(dòng)等。工具軟件使用戶能有效地控制、管理和安全使用計(jì)算機(jī)的各項(xiàng)資源，主要有：46二應(yīng)用軟件信息管理軟件文字、表格處理軟件教育軟件翻譯軟件殺毒軟件多媒體軟件圖形圖像軟件游戲軟件其他軟件為了完成某種具體的應(yīng)用性任務(wù)而編制的軟件稱為應(yīng)用軟件。大體可分成如下幾類：472.4計(jì)算機(jī)的發(fā)展現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，使人們感到傳統(tǒng)的“馮·諾依曼機(jī)”已很難勝任，導(dǎo)致人們致力于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯和多值邏輯等新型邏輯關(guān)系的計(jì)算機(jī)開發(fā)。481光計(jì)算機(jī)光器件帶寬非常大，傳輸和處理的信息量大。信息傳輸失真小，信息運(yùn)算速度遠(yuǎn)快于電子器件。光傳輸和轉(zhuǎn)換時(shí)能耗低。光器件的部分產(chǎn)品已進(jìn)入實(shí)用階段，如光纖、光盤等。光學(xué)數(shù)字處理，光存儲(chǔ)芯片已研制成功。492化學(xué)和生物計(jì)算機(jī)3量子計(jì)算機(jī)量子位有疊加效應(yīng)，量子位可以是0、1或者0與1的混合。n個(gè)量子位可同時(shí)存儲(chǔ)2n個(gè)數(shù)據(jù)。量子信息的傳輸可以不需要時(shí)間。量子信息處理所需的能量可接近于零。已研制出量子效應(yīng)芯片。

利用微觀碳分子取代硅半導(dǎo)體。利用DNA或蛋白質(zhì)分子構(gòu)成生物芯片。50復(fù)習(xí)四系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件計(jì)算機(jī)的發(fā)展復(fù)習(xí)四51電子管52晶體二極管特性53三極管原理集電極基極發(fā)射極54集成電路55大規(guī)模集成電路56微電子技術(shù)的應(yīng)用宇宙航空57微米工藝人的頭發(fā)直徑100微米芯片標(biāo)準(zhǔn)速度Intel803861.20微米工藝33MHzIntel804860.80微米工藝100MHzIntelPentium0.60微米工藝200MHzIntelPⅡ0.35微米工藝500MHzIntelPⅢ0.25微米工藝800MHzIntelP40.09微米2GHz-3.4GHz研制目標(biāo)0.05微米工藝58附：信息的基本單位：10101110第7位第0位最左是第7位（最高位），最右是第0位（最低位）

將8個(gè)0或1組成的二進(jìn)制數(shù)作為信息處理的基本單位稱字節(jié)（byte），每一位（bit）的內(nèi)容非0即1，如圖所示。計(jì)算機(jī)的處理單位是字節(jié)59附：字(Word)和雙字(DWord)0011000011001111第15位第0位一個(gè)字含有16個(gè)位，最左是第15位（最高位），最右是第0位（最低位）為提高處理速度，把2個(gè)字節(jié)組合成一個(gè)字(word)，形成16位的數(shù)據(jù)寬度，即16位機(jī)；若4字節(jié)(雙字)組合，形成32位的數(shù)據(jù)寬度，就是32位機(jī)。一個(gè)字節(jié)(8位)16位(word)的組成60附：計(jì)算機(jī)的內(nèi)存地址空間內(nèi)存內(nèi)容0100110011000100001011001000111011100100……地址1地址2地址3地址4地址5地址n地址總線61附：內(nèi)存地址空間的說(shuō)明內(nèi)存地址的編址

一根地址線有0和1兩種狀態(tài)，兩根地址線共有四種狀態(tài)，n根地址線可尋址達(dá)2n個(gè)存儲(chǔ)單元，組成一維的線性地址空間，地址碼從0～2n-1。在計(jì)算機(jī)內(nèi)，編號(hào)一般都從0開始，如第0字節(jié)，第0磁道等，第0位，0地址等。三線狀態(tài)000001010011100101110111表示地址0123456762附：CPU的尋址能力CPU型號(hào)地址線編址范圍尋址空間8086/808820位0-FFFFFH1M8028624位0-FFFFFFH16M386、486、奔騰32位0-FFFFFFFFH4096M（4G）內(nèi)存地址由專用電子線路組成，不同CPU的地址范圍不同。注：計(jì)算機(jī)內(nèi)存的實(shí)際容量取決于實(shí)際安裝的儲(chǔ)存器數(shù)量。當(dāng)內(nèi)存不夠的情況下，往往用外存儲(chǔ)器（硬盤）作為模擬內(nèi)存（虛擬內(nèi)存）。數(shù)量單位表示：1K(字節(jié))=1024字節(jié)1M(字節(jié))=1024K字節(jié)1G(字節(jié))=1024M字節(jié)63計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)64RAM和ROMRAM——隨機(jī)存儲(chǔ)器，占內(nèi)存的大多數(shù)，可隨機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)和用戶的程序和數(shù)據(jù)，其內(nèi)容在斷電或計(jì)算機(jī)復(fù)位重新啟動(dòng)時(shí)便丟失。

ROM——只讀存儲(chǔ)器，內(nèi)存中只有少量，主要存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)的BIOS（基本輸入輸出系統(tǒng)）程序，用戶只能讀不能改寫其內(nèi)容，掉電后其中信息不會(huì)丟失。65ASCII碼表H\H0123456700000101001110010111011100000NULDC0SP0@P`

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oDEL66流水線技術(shù)示意圖67并行處理68磁芯存貯器69半導(dǎo)體存儲(chǔ)器70內(nèi)存條71RAMBUS72CACHE芯片73硬盤和光盤74閃盤75閃存卡76移動(dòng)硬盤77存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)78數(shù)制轉(zhuǎn)換10101110八進(jìn)制(三位)：256十六進(jìn)制(四位)：AE十進(jìn)制：128+32+8+4+2=1740011000011001111十進(jìn)制：8192+4096+128+64+8+4+2+1=12495八進(jìn)制：30317十六進(jìn)制：30CF1283284279常見的若干數(shù)制2進(jìn)制8進(jìn)制10進(jìn)制16進(jìn)制2進(jìn)制8進(jìn)制10進(jìn)制16進(jìn)制000000010111311B000111111001412C001022211011513D001133311101614E010044411111715F0101555100002016100110666100012117110111777100102218121000108810011231913100111991010024201410101210A1010125211580總線81主板總線82EIDE接口(硬盤接口)83串行接口、USB接口、并行接