項目13 計算機原理(簡單) SY

計算機原理補充：項目131問題1：計算機出現(xiàn)世界上第一臺純電子的計算機或許是Atanasoff-Berry(阿塔納索夫-貝瑞

)機器，由約翰·安塔納索夫（JohnAtanasoff）和他的助手克里夫德·柏利（CliffordBerry）于1937年～1941年在美國愛荷華州立大學建造。另外一臺是稱為Colossus（巨人）的機器由湯米·福勞爾斯（TommyFlowers）指導在英國建造，該機器在第二次世界大戰(zhàn)中用來破譯德國人的密碼。實際上在此期間，全世界共有10余臺這樣的機器，由于高度保密長期不為人知。以致于人們一直把稍后（1946年2月14日）建造的（當然也更加通用和快速）計算機埃尼阿克（ENIAC,ElectronicNumericalIntegratorandCalculator,電子數(shù)字積分器和計算器）作為世界上第一臺電子計算機。它是由約翰·莫奇利（JohnManchly）和他的學生J.普雷斯佩爾·艾克特（J.PresperEckert）在美國賓夕法尼亞大學摩爾電子工程學校建造的。21946年由美國賓夕法尼亞大學研制ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndcalculator），運算速度5000次/秒，功耗150kw，占地170m2

，造價100萬美元。

3問題2：馮·諾依曼原理馮·諾依曼在參與ENIAC的建造過程中，認識到了當時計算機結構上的不足，對計算機的體系結構進行了研究，提出了今天我們稱為馮·諾依曼原理的三條思想：

（1）計算機的結構應由存儲器、算術邏輯單元、控制單元和輸入／輸出單元構成。存儲器是計算機用來存儲的部件；算術邏輯單元是進行計算和邏輯操作的地方；控制單元用來對存儲器、算術邏輯單元、輸入／輸出設備等子系統(tǒng)的操作進行控制；輸入子系統(tǒng)負責從計算機外部接受輸入數(shù)據(jù)和計算程序，而輸出子系統(tǒng)負責將計算機的處理結果輸出到計算機的外部。4問題2：馮·諾依曼原理（2）計算機的計算程序必須存儲在其存儲器中。

（3）計算機中的指令是一條接著一條順序執(zhí)行的。也就是說，控制器一次從存儲器取出一條指令，接著解釋它、執(zhí)行它。然后，依順序或者程序要求（例如跳轉(zhuǎn)）讀取下一條指令。依照上述原理建造的計算機稱為馮氏體系結構的計算機。從此以后，絕大部分計算機，包括我們今天使用的計算機，都是基于馮·諾依曼原理的。

5問題3：計算機分類（了解）6劃分標準__電子器件微電子技術、磁記錄技術、光電子技術、精密機械技術、高密度組裝加工技術等是促進現(xiàn)代計算機發(fā)展的關鍵，而計算機發(fā)展又對這些技術提出更高要求7劃分標準__規(guī)模巨型機大中型機超級小型計算機(superminicomputer)小巨型計算機(minisupercomputer)小型計算機(minicomputer)微型計算機(marcocomputer)8問題4：計算機組成我們考查使用算盤計算一個四則運算的過程。設有下面的算式：

162×156＋161÷23－120×15

我們需要有算盤作為運算的工具；其次要有筆和紙，用來記錄算式、中間結果和最后的計算結果；運算過程需要有一個會打算盤的人來控制：人首先把要計算的問題和數(shù)據(jù)記錄下來，然后第一步先算出162×156，把計算的中間結果記在紙上，再計算161÷23，把它和上一次的結果相加，再記錄在紙上，然后計算120×15，再把它從上一次的結果中減去，就得到了最后的結果。9問題4：計算機組成如果用一臺計算機完成上面的工作，顯然該計算機也需要有相當于算盤用來進行計算的部件，我們稱之為運算器；其次，該機器還要有起到紙和筆相同作用，能夠記住算式、中間結果以及最終結果的部件，我們稱之為存儲器；再次，要有起到和打算盤的人相似作用的部件，它控制整個計算過程，我們稱之為控制器。除了上面三個部分，該機器還要有可以輸入算式或計算過程的裝置，我們稱之為輸入設備；還要有將最終計算結果告訴我們的裝置，我們稱之為輸出設備。

10問題4：計算機組成這里的運算器，實際上進行的是算術和邏輯運算，因此也可以稱為算術邏輯單元。于是，我們得到了與馮·諾依曼原理第一條相同的計算機組成模型。如圖1-2所示。11問題5:計算機硬件系統(tǒng)組成基于馮諾依曼原理的計算機，從硬件方面看是由運算器、控制器、存儲器以及輸入?輸出設備組成的。運算器是用于加工、處理數(shù)據(jù)的部件，主要完成對數(shù)據(jù)的算術和邏輯運算。控制器是計算機的控制部件，它控制其他部件協(xié)調(diào)統(tǒng)一工作，并且還能完成對指令的分析和執(zhí)行。存儲器是計算機的記憶裝置，它的主要功能是存放程序和數(shù)據(jù)。輸入設備從計算機外部獲取數(shù)據(jù)，而輸出設備將計算機處理的結果輸出到外部。上述五大部分之間是相互配合關聯(lián)的?？刂破饕蚱渌考l(fā)送控制信號，以協(xié)調(diào)它們的工作；運算器要從輸入設備獲得數(shù)據(jù)，與存儲器雙向交換數(shù)據(jù)，將計算結果傳給輸出設備；而控制器要從存儲器中獲得指令代碼數(shù)據(jù)。中央處理單元、主存儲器、高速緩沖存儲器、輔存儲器以及其他輸入/輸出設備等，是構成計算機系統(tǒng)的主要物理器件，也可看成是構成計算機系統(tǒng)的子系統(tǒng)。下面我們對它們逐一簡介。12問題6：計算機存儲器存儲器在現(xiàn)代計算機中，被分成多種層次。其中最主要的是內(nèi)存，也稱為主存，是計算機進行計算和數(shù)據(jù)處理的工作場所。程序在執(zhí)行時，程序代碼和相關數(shù)據(jù)都是存放在主存中的。而在CPU內(nèi)部，有一些暫時存放數(shù)據(jù)的存儲單元，稱為寄存器，它與運算部件之間有緊密的聯(lián)系，有助于提高計算的速度。在CPU與主存之間，還有一種用來提高CPU對主存的讀寫速度的存儲器，稱為高速緩沖存儲器（Cache）。為了獲得高的性能，現(xiàn)在很多計算機將高速緩沖存儲也分為幾級。高速緩存現(xiàn)在一般直接集成在CPU上。在主存之外，還有用來在計算機斷電后持久保存程序和數(shù)據(jù)的大容量存儲設備，如磁盤、光盤等，稱為外存，或者輔存。輔存所起的作用與主存不同，它可讓計算機從外部獲取數(shù)據(jù)，也可將結果輸出給外部，所以既是輸入設備，也是輸出設備。上述存儲器從寄存器、高速緩存、主存到輔存，存儲容量是越來越大，而讀寫速度卻是越來越低。如圖3－2所示。13問題6：計算機存儲器14寄存器是CPU用來臨時存放數(shù)據(jù)的獨立的高速存儲單元。在計算機中，通常有兩種類型的主存儲器。一種是隨機讀寫存儲器（RandomAccessMemory,RAM），一種是只讀存儲器（ReadOnlyMemory,ROM）。隨機存取存儲器（RAM）是計算機主存的主要組成部分。RAM和ROM的主要區(qū)別在于，用戶可以讀寫RAM，即用戶可以在RAM中寫信息，之后可以方便地通過覆蓋來擦除原有信息。RAM的另一個特點是易失性。當計算機斷電或者關掉計算機，RAM中的數(shù)據(jù)將不復存在。RAM從技術上可以分為靜態(tài)隨機讀寫存儲器（SRAM）和動態(tài)隨機讀寫存儲器（DRAM）。只讀存儲器（ROM）的內(nèi)容是由制造商寫進去的。用戶只能讀不能寫。它的特點是非易失性，即切斷電源后，數(shù)據(jù)也不會丟失。通常ROM用來存儲那些關機后也不能丟失的程序或數(shù)據(jù)。例如，用ROM來存儲開機時運行的引導程序。高速緩沖存儲器（Cache）的存取速度要比主存快，但比CPU和CPU中的寄存器慢。高速緩存通常容量較小，且常被置于CPU和主存之間。輔存儲器是可以大量存儲數(shù)據(jù)的裝置，它存儲的信息在計算機斷電后也不會丟失。15問題7：中央處理單元中央處理單元（CPU）是計算機的心臟。它有三個組成部分：算術邏輯單元（ALU）、控制器、寄存器組。16問題8：人機交互設備(輸入輸出設備)每一臺計算機都需要一些可以和操作者進行交流的設備。這些設備必須能夠接受人的輸入數(shù)據(jù)，并將人所需要的結果表現(xiàn)出來，供人閱讀參考。這些人機交互設備和輔存儲器一樣，也屬于輸入/輸出設備。最常見的人機交互設備有鍵盤、鼠標、顯示器和打印機。

17鍵盤從原理上看，計算機鍵盤有兩種。一種稱為編碼鍵盤，每按一個鍵，就通過鍵盤上的數(shù)字電路產(chǎn)生該鍵對應的一個編碼；另一種稱為非編碼鍵盤。在鍵盤上安裝了一個單片計算機，將鍵排列成行和列，單片機按照一定的規(guī)律不斷掃描這些按鍵。當發(fā)現(xiàn)有鍵被按下，則確定其位置。然后根據(jù)位置用程序成生一個鍵盤編碼，稱為掃描碼。這兩種鍵盤的目的都是要根據(jù)操作者所按鍵產(chǎn)生一個鍵盤編碼。編碼鍵盤的優(yōu)點是響應速度快，不需要單片機作為控制器件。但當鍵數(shù)增加時，編碼鍵盤的設計很復雜。還有一個弱點是，編碼鍵盤不便于擴展鍵盤功能。非編碼鍵盤的優(yōu)點是可以用程序擴展鍵盤功能，定義新的按鍵?，F(xiàn)在我們所見的鍵盤都是非編碼鍵盤。18鼠標鼠標可以分為機械鼠標、光機鼠標和光電鼠標。機械鼠標用純機械的方法將位移信號轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，精度低，可靠性差，容易磨損，現(xiàn)在已經(jīng)被淘汰。光機鼠標是在機械式鼠標中采用光柵信號傳感器產(chǎn)生位移脈沖信號，提高了靈敏度。我們今天所見的“機械鼠標”都是光機式的。光電鼠標則完全采用光電元件實現(xiàn)位移信號的轉(zhuǎn)換，精度高，使用壽命長。

19顯示器顯示器是計算機的標準輸出設備。它從計算機的顯示控制卡——或者叫圖形卡、圖形適配器等——獲得圖像信號，然后還原成圖像供操作員觀看。

將顯示控制卡輸出的圖像信號還原成圖像有不同的方式。歷史上最先采用并沿用至今的是陰極射線管（CRT）顯示器。現(xiàn)在更加流行的是液晶顯示器（LCD）和等離子體顯示器。后二種顯示器是平板式的，比陰極射線管體積小很多，正在逐步取代CRT顯示器。

20問題9：軟件的種類一般將計算機的軟件從性質(zhì)上分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類。系統(tǒng)軟件是計算機中最基本的程序及相關數(shù)據(jù)結構與文檔。其作用是在底層支撐計算機的硬件工作，使計算機便于用戶使用和維護。系統(tǒng)軟件包括計算機的各種監(jiān)控程序、操作系統(tǒng)、設備驅(qū)動程序、服務程序以及計算機語言處理程序等。作為一種基本的應用系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)也常被認為是系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件一般由硬件廠商隨計算機一起提供。應用軟件是為具體的應用目的而設計的軟件，一般為了解決具體的應用問題。這種軟件包括商品化的套裝軟件（軟件包），如我們常用的辦公軟件、企業(yè)資源計劃系統(tǒng)等，也包括我們?yōu)樘囟ǖ膯栴}自己動手設計的軟件。應用軟件按照使用范疇，可以分為辦公自動化、企業(yè)資源計劃、輔助設計與制造、實時控制、決策支持、信息傳輸與共享（協(xié)作）、多媒體互動及娛樂、系統(tǒng)仿真等。當然，這里所列舉的軟件范疇是隨著計算機應用的發(fā)展而發(fā)展的，我們很難窮舉。21根據(jù)任務需要編制成的各種程序用來管理整