計(jì)算機(jī)組成 2教材

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生（現(xiàn)代史）1945年,美國(guó)數(shù)學(xué)家馮.諾依曼博士發(fā)表《電子計(jì)算工具邏輯設(shè)計(jì)》論文，提出二進(jìn)制表達(dá)方式和存儲(chǔ)程序控制計(jì)算機(jī)構(gòu)想。1946年,美國(guó)賓西法尼亞大學(xué)研制成功電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC。重28噸，耗電150kW，占地170平米，用電子管18800個(gè)，每秒5000次加法。ENIAC(1946)掌上電腦(2000)1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史第一代電子管時(shí)代(1946-1958)耗電高，體積大，定點(diǎn)計(jì)算，機(jī)器語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言第二代晶體管時(shí)代(1959-1963)

變集中處理為分級(jí)處理，浮點(diǎn)運(yùn)算、高級(jí)語(yǔ)言第三代中小規(guī)模集成電路時(shí)代(1964-1979)存儲(chǔ)容量大，運(yùn)算速度快，幾十至幾百萬(wàn)次/秒第四代大規(guī)模集成電路時(shí)代(1979至今)向大型機(jī)和微型機(jī)兩個(gè)方向發(fā)展現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展方向巨型化，微型化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，多媒體化根據(jù)摩爾定律集成電路大體上每18個(gè)月翻一番，今后可再用10年。2

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)的六大分類（1）巨型機(jī)世界幾家公司生產(chǎn)，最快1.4萬(wàn)億次，9千個(gè)CPU組成。Cray-1,Cray-2,Cray-3,國(guó)產(chǎn)銀河I,銀河II,銀河III。小巨型機(jī)功能同巨型機(jī)相近，價(jià)格相對(duì)便宜，發(fā)展十分迅速。美國(guó)Convex公司的C系列機(jī)為其代表產(chǎn)品。大型機(jī)大中型企事業(yè)單位作為計(jì)算中心的主機(jī)使用，統(tǒng)一調(diào)度主機(jī)資源。代表產(chǎn)品有IBM360，370，4300等。3

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)的六大分類（2）小型機(jī)可以滿足部門性的需求，供小型企事業(yè)單位使用，典型產(chǎn)品有IBM-AS/400，DEC-VAX系列工作站用于特殊的專業(yè)領(lǐng)域，例如圖象處理和輔助設(shè)計(jì)等。典型產(chǎn)品有HP-APOLLO，SUN工作站等。微型機(jī)個(gè)人或家庭使用，PC機(jī)/個(gè)人計(jì)算機(jī)，價(jià)格低廉4

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)研究計(jì)算密碼破譯，天氣預(yù)報(bào)，地質(zhì)勘探，衛(wèi)星軌道計(jì)算過(guò)程控制機(jī)器人以及各種自動(dòng)化裝備，溫度調(diào)節(jié)，閥門控制輔助設(shè)計(jì)/分析/制造/教學(xué)機(jī)械CAD，建筑CAD，CAE，CAM，CAI數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)庫(kù)管理，企業(yè)信息管理，統(tǒng)計(jì)匯總、辦公自動(dòng)化智能模擬人工智能、專家系統(tǒng)、自學(xué)習(xí)5

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)馮.諾依曼機(jī)具有如下基本特點(diǎn)計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分組成。采用存儲(chǔ)程序的方式，程序和數(shù)據(jù)放在同一存儲(chǔ)器中，由指令組成的程序可以修改。數(shù)據(jù)以二進(jìn)制碼表示。指令由操作碼和地址碼組成。指令在存儲(chǔ)器中按執(zhí)行順序存放，由指令計(jì)數(shù)器指明要執(zhí)行的指令所在的單元地址，一般按順序替增。機(jī)器以運(yùn)算器為中心，數(shù)據(jù)傳送都經(jīng)過(guò)運(yùn)算器6

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)馮.諾依曼計(jì)算機(jī)的工作原理可概述為：“存儲(chǔ)程序”+“程序控制”要點(diǎn)：1．以二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令(程序)2.先將程序存入存儲(chǔ)器中，再由控制器自動(dòng)讀取并執(zhí)行輸入設(shè)備控制器輸出設(shè)備

CPU

存儲(chǔ)器運(yùn)算器ALU7總線結(jié)構(gòu)的馮.諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)總線：包括地址總線（AB）、數(shù)據(jù)總線（DB）、控制總線（CB）8二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（五大部件）1、存儲(chǔ)器（內(nèi)存）功能：存放指令和數(shù)據(jù)。操作：存儲(chǔ)器讀操作：從存儲(chǔ)器取出數(shù)據(jù)，又稱為讀出。存儲(chǔ)器寫操作：向存儲(chǔ)器存放數(shù)據(jù)，又稱為寫入；概念：存儲(chǔ)單元：存儲(chǔ)二進(jìn)制信息的部件，每個(gè)單元可以存放一個(gè)字或字節(jié)的信息，存儲(chǔ)器就是存儲(chǔ)單元的集合。單元地址：存儲(chǔ)單元的編號(hào)，是區(qū)分存儲(chǔ)器中不同存儲(chǔ)單元的唯一標(biāo)志?！N類：RAM和ROM—輔助存儲(chǔ)器：9計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2、運(yùn)算器功能：在控制器控制下，進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。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)性能。3、控制器功能：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)生并發(fā)送各部件所需要的控制信號(hào)，從而使整個(gè)計(jì)算機(jī)自動(dòng)、協(xié)調(diào)地工作?？刂破魇怯?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。10計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)4、輸入設(shè)備功能：將外界的信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的二進(jìn)制代碼。輸入設(shè)備是給計(jì)算機(jī)輸入信息的設(shè)備。5、輸出設(shè)備功能：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。11計(jì)算機(jī)程序計(jì)算機(jī)程序的運(yùn)行

一個(gè)CPU能執(zhí)行什么操作，是工程人員設(shè)計(jì)和制造時(shí)安排好的,是固定的，用戶不能改變。程序是用戶在使用計(jì)算機(jī)時(shí)，為要解決的問(wèn)題，用一條條指令編寫的指令序列。構(gòu)成程序的指令在存儲(chǔ)器中一般都是順序存放，要破壞這種順序性，必須由轉(zhuǎn)移指令操作。12計(jì)算機(jī)程序計(jì)算機(jī)程序的運(yùn)行指令是CPU能執(zhí)行的一個(gè)基本操作。如：取數(shù)、加、減、乘、除、存數(shù)等計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行的各種不同類型指令的總和稱為該機(jī)的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)決定了計(jì)算機(jī)的功能。指令越多，計(jì)算機(jī)功能越強(qiáng)，線路也就越復(fù)雜。以下是幾類基本指令：數(shù)據(jù)傳送指令算術(shù)運(yùn)算指令 邏輯運(yùn)算指令程序控制指令輸入/輸出指令其他指令13計(jì)算機(jī)程序計(jì)算機(jī)指令的執(zhí)行一條指令的執(zhí)行分兩個(gè)階段：指令周期和執(zhí)行周期指令周期由從主存取指令和控制單元解釋指令組成。（1）從主存單元取指令，并暫時(shí)存入控制單元的寄存器（2）指令由控制單元的線路解釋，這包括用專門的譯碼線路對(duì)指令的操作碼和操作數(shù)進(jìn)行譯碼（3）控制單元在CPU內(nèi)準(zhǔn)備電子線路，以執(zhí)行所需要的操作。執(zhí)行周期執(zhí)行經(jīng)解釋后的指令指定的操作。（1）將要處理的數(shù)據(jù)從內(nèi)存單元中取到，并暫時(shí)存入算術(shù)-邏輯單元的存儲(chǔ)寄存器內(nèi)。（2）由指令指定的操作執(zhí)行（3）將指令執(zhí)行的結(jié)果存入主存儲(chǔ)器。14計(jì)算機(jī)程序計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)處理過(guò)程：機(jī)器指令和機(jī)器周期

機(jī)器指令：1、取機(jī)器指令2、指令翻譯3、把指令放到寄存器中4、把地址放到寄存器中5、把數(shù)據(jù)從內(nèi)存中取到寄存器中6、命令A(yù)LU執(zhí)行相應(yīng)的操作7、ALU執(zhí)行操作8、把結(jié)果送到累加器中指令周期執(zhí)行周期15計(jì)算機(jī)軟件軟件分為兩類：系統(tǒng)軟件：管理與支持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源及操作的程序，是計(jì)算機(jī)硬件和應(yīng)用程序之間重要的軟件接口。應(yīng)用軟件：綜合用戶信息處理需求的、直接處理特定應(yīng)用的程序。軟件發(fā)展趨勢(shì)：程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言向?qū)υ捠?、自然語(yǔ)言方向發(fā)展向更容易使用的多目標(biāo)應(yīng)用軟件包發(fā)展16

計(jì)算機(jī)軟件分類：系統(tǒng)管理程序：用于管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件、軟件和數(shù)據(jù)資源。包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序、通信管理程序。系統(tǒng)支持程序：通過(guò)提供各種支持服務(wù)，以支持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作和管理。包括系統(tǒng)實(shí)用程序、安全管理器等。系統(tǒng)開發(fā)程序：幫助用戶開發(fā)信息系統(tǒng)的應(yīng)用程序。包括各種語(yǔ)言編譯器、開發(fā)工具、輔助軟件工程包等。17計(jì)算機(jī)軟件操作系統(tǒng)是一臺(tái)計(jì)算機(jī)最基本、最重要的軟件包，它控制CPU的操作，控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入/輸出，資源的分配，為應(yīng)用程序提供各種服務(wù)與接口。五大功能：用戶界面資源管理任務(wù)管理文件管理實(shí)用程序與支持服務(wù)操作系統(tǒng)分類：批處理OS、分時(shí)OS、實(shí)時(shí)OS。18操作系統(tǒng)OperatingSystem用戶接口UserInterface資源管理支持服務(wù)文件管理任務(wù)管理ResourcesTaskDocumentSupportManagementManagementManagementservice計(jì)算機(jī)軟件19計(jì)算機(jī)軟件DOS曾經(jīng)是PC機(jī)上最常用的操作系統(tǒng)，以簡(jiǎn)單、可靠贏得了廣大用戶的青睞。但由于未能緊跟計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展，最終退出了歷史舞臺(tái)。Windows3X是PC機(jī)上最為成功的DOS擴(kuò)展器，它在DOS的基礎(chǔ)上改進(jìn)了用戶接口、內(nèi)存管理和設(shè)備管理，增加了對(duì)多媒體的支持，實(shí)現(xiàn)了圖形用戶界面，為PC機(jī)操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展打下了基礎(chǔ)。20

計(jì)算機(jī)軟件Windows98是一個(gè)全新的32位PC機(jī)操作系統(tǒng)，它充分利用了PC硬件技術(shù)發(fā)展的新成果，在支持原有16位應(yīng)用的基礎(chǔ)上，把PC操作系統(tǒng)技術(shù)向前推進(jìn)了一大步。UNIX系統(tǒng)經(jīng)過(guò)20多年的錘煉，以高可靠性、高效率和強(qiáng)大的TCP/IP支持、支持并行處理和多處理器和獨(dú)有的64位計(jì)算使其成為企業(yè)級(jí)應(yīng)用的首選。作為UNIX風(fēng)格的操作系統(tǒng)。21計(jì)算機(jī)軟件LINUX秉承了UNIX系統(tǒng)的優(yōu)秀特性，以可靠、高效和近乎為零的使用成本而成為一種重要的操作系統(tǒng)。MacOS麥金塔電腦專用之操作系統(tǒng)，支持網(wǎng)絡(luò)與多工操作，特長(zhǎng)為多媒體資料處理，支持Internet網(wǎng)絡(luò)的連接與在線出版。22計(jì)算機(jī)軟件WindowsNT（Windows2000）繼承了微軟公司W(wǎng)indows系列操作系統(tǒng)的優(yōu)良特性，是一種可移植性好，支持多種硬件平臺(tái)，功能強(qiáng)大，可靠性好、靈活性高的企業(yè)級(jí)操作系統(tǒng)。它采用了先進(jìn)的操作系統(tǒng)技術(shù)，如虛存管理、優(yōu)先權(quán)多任務(wù)、結(jié)構(gòu)化異常處理和操作系統(tǒng)對(duì)象等，支持對(duì)稱式多處理器，提供了Windows圖形用戶界面，兼容WIN32程序、16Windows程序、MS-DOS程序、POSIX程序和OS/2程序等。WindowsNT以其靈活、強(qiáng)大的功能和穩(wěn)定可靠的性能成為了目前最為重要的操作系統(tǒng)之一23

計(jì)算機(jī)軟件其他系統(tǒng)管理軟件數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）OracleSybaseMSSQLserver通信管理器系統(tǒng)支持程序24計(jì)算機(jī)軟件程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言:機(jī)器語(yǔ)言。特點(diǎn)：采用二進(jìn)制代碼指令隨機(jī)器而異效率高，執(zhí)行速度快編程繁瑣，工作量大，不直觀匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言。優(yōu)點(diǎn)：更接近自然語(yǔ)言，一般采用英語(yǔ)表達(dá)，便于理解、記憶、掌握。高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序短小，易于編寫、調(diào)試。可移植性強(qiáng)。25計(jì)算機(jī)軟件

高級(jí)語(yǔ)言不能被計(jì)算機(jī)直接識(shí)別和執(zhí)行，必須先翻譯成用機(jī)器指令表示的目標(biāo)程序。翻譯的方式有兩種：解釋執(zhí)行編譯執(zhí)行第四代語(yǔ)言（4GL）是一種十分接近英語(yǔ)和其他人類語(yǔ)言的自然語(yǔ)言面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言26軟件的發(fā)展趨勢(shì)硬件和軟件的發(fā)展是不對(duì)稱的。硬件是以等比的速度增長(zhǎng)（每1.5年增長(zhǎng)一倍）,而軟件是等差級(jí)數(shù)增長(zhǎng)（每年增長(zhǎng)4-7%）.計(jì)算機(jī)軟件27軟件危機(jī)“軟件危機(jī)”在六十年代已經(jīng)存在一些過(guò)來(lái)人把軟件人員形容為“陷入泥潭中的一群野獸”七十年代后期愈演愈烈:根據(jù)美國(guó)政府統(tǒng)計(jì)局1979年公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，幾個(gè)聯(lián)邦軟件計(jì)劃共投資6.8百萬(wàn)美元，47％(＄3.2M)交付但從來(lái)未使用，29％(＄2.0M)投資了但未交付，19％(＄1.3M)被費(fèi)棄或返工，3％(0.2M)經(jīng)過(guò)某種改變后被使用，僅2％(0.1M)交付后被使用。90年代，軟件危機(jī)尚未過(guò)去如Wid