第1章计算机基础 【考点一】计算机的发展 自从1946年2月现代电子计算机的鼻祖 ENIAC( electronic numerical integrator and computer)在美国宾夕法尼亚大学问世以后,短短50年 里,计算机技术经历了巨大的变革 学术界经常使用器件(硬件)划分计算机的发展史,如第一代电子管计 算机(1947~1957),第二代晶体管计算机(1958~1964),第三代集成 电路计算机(1964~1972),第四代大规模集成电路计算机(1972~), 目前提出了所谓的第五代(或新一代)计算机 从1946年到50年代后期(1946~1957)为电子管计算机时期。计算机 的元器件主要由电子管 (vacuum tube)组成。其特点是:体积庞大、功 耗高、运算速度较低。如ENAC占地170m2,重达30t,功耗为140kW, 有18000多个电子管,每秒钟能进行5000次加法计算。这一阶段, 计算机主要用于军事、国防等尖端技术领域。除了 ENIAC以外,1945 年左右,冯·诺依曼等人在研制 EDVAC(electronic discrete variable computer时,提出了存储程序( stored-program概念,奠定了以后计算 机发展的基石。BBM公司1954年12月推出的IBM650是第一代计算 机的代表。 从20世纪50年代后期到60年代中期(1958-1964)为晶体管计算机 时期。自从1947年晶体管( transistor)在贝尔实验室诞生后,引发了一 场影响深远的电子革命。体积小、功耗低、价格便宜的晶体管取代了 电子管,不仅提高了计算机的性能,也使计算机在科研、商业等领域
第 1 章 计算机基础 【考点一】 计算机的发展 自从 1946 年 2 月现代电子计算机的鼻祖 ENIAC(electronic numerical integrator and computer)在美国宾夕法尼亚大学问世以后，短短 50 年 里，计算机技术经历了巨大的变革。 学术界经常使用器件(硬件)划分计算机的发展史，如第一代电子管计 算机(1947～1957)，第二代晶体管计算机(1958～1964)，第三代集成 电路计算机(1964～1972)，第四代大规模集成电路计算机(1972～)， 目前提出了所谓的第五代(或新一代)计算机。 从 1946 年到 50 年代后期(1946～1957)为电子管计算机时期。计算机 的元器件主要由电子管(vacuum tube)组成。其特点是：体积庞大、功 耗高、运算速度较低。如ENIAC 占地170m2，重达 30t，功耗为140kW， 有 18000 多个电子管，每秒钟能进行 5000 次加法计算。这一阶段， 计算机主要用于军事、国防等尖端技术领域。除了 ENIAC 以外，1945 年左右，冯·诺依曼等人在研制 EDVAC(electronic discrete variable computer)时，提出了存储程序(stored-program)概念，奠定了以后计算 机发展的基石。IBM 公司 1954 年 12 月推出的 IBM650 是第一代计算 机的代表。 从 20 世纪 50 年代后期到 60 年代中期(1958～1964)为晶体管计算机 时期。自从 1947 年晶体管(transistor)在贝尔实验室诞生后，引发了一 场影响深远的电子革命。体积小、功耗低、价格便宜的晶体管取代了 电子管，不仅提高了计算机的性能，也使计算机在科研、商业等领域
内广泛地被应用。第二代计算机不仅采用了晶体管器件,而且存储器 改用速度更快的磁芯存储器;与此同时高级编程语言和系统软件的出 现,也大大提高了计算机的性能和拓宽了其应用领域。这一时期计算 机的代表主要有DEC公司1957年推出的PDPⅠ,IBM公司于1962 年推出的7094以及CDC公司1964年研制成功的CDC6600。1969 年CDC公司硏制的DCD7600平均速度达到每秒千万次浮点运算。 从20世纪60年代中期到70年代初期(1965~1972)为集成电路计算 机时代。第一代和第二代计算机均采用分离器件( discrete component) 组成。集成电路( integrated circuit)的出现,宣告了第三代计算机的来 临。由于采用了集成电路,使得计算机的制造成本迅速下降;同时因 为逻辑和存储器件集成化的封装,大大提髙了运行速度,功耗也随之 下降;集成电路的使用,使得计算机内各部分的互联更加简单和可靠, 计算机的体积也进一步缩小。这一时期的代表为IBM的 system/360 和DEC的PDP8 从20世纪70年代初期到70年代后期(1972~1978)为大规模集成电 路(LS计算机时代。20世纪70年代初半导体存储器的出现,迅速取 代了磁芯存储器,计算机的存储器向大容量、高速度的方向飞速发展 存储器芯片从1kbit,4kbit,16kbit,64kbit,256kbit, I Mbit,4Mbit 发展到16Mb(1992年) 接着就进入了超大规模集成电路(VLS计算机时代。随着技术的日新 月异,软件和通信的重要性也逐步上升,成为和硬件一样举足轻重的 因素。同时系统结构的特点对计算机的性能也有巨大的影响(中断系
内广泛地被应用。第二代计算机不仅采用了晶体管器件，而且存储器 改用速度更快的磁芯存储器；与此同时高级编程语言和系统软件的出 现，也大大提高了计算机的性能和拓宽了其应用领域。这一时期计算 机的代表主要有 DEC 公司 1957 年推出的 PDP-I，IBM 公司于 1962 年推出的 7094 以及 CDC 公司 1964 年研制成功的 CDC6600。1969 年 CDC 公司研制的 DCD7600 平均速度达到每秒千万次浮点运算。 从 20 世纪 60 年代中期到 70 年代初期(1965～1972)为集成电路计算 机时代。第一代和第二代计算机均采用分离器件(discrete component) 组成。集成电路(integrated circuit)的出现，宣告了第三代计算机的来 临。由于采用了集成电路，使得计算机的制造成本迅速下降；同时因 为逻辑和存储器件集成化的封装，大大提高了运行速度，功耗也随之 下降；集成电路的使用，使得计算机内各部分的互联更加简单和可靠， 计算机的体积也进一步缩小。这一时期的代表为 IBM 的 system/360 和 DEC 的 PDP-8。 从 20 世纪 70 年代初期到 70 年代后期(1972～1978)为大规模集成电 路(LSI)计算机时代。20 世纪 70 年代初半导体存储器的出现，迅速取 代了磁芯存储器，计算机的存储器向大容量、高速度的方向飞速发展。 存储器芯片从 1kbit，4kbit，16kbit，64kbit，256kbit，1Mbit，4Mbit 发展到 16Mbit(1992 年)。 接着就进入了超大规模集成电路(VLSI)计算机时代。随着技术的日新 月异，软件和通信的重要性也逐步上升，成为和硬件一样举足轻重的 因素。同时系统结构的特点对计算机的性能也有巨大的影响(中断系
统、 Cache存储器、流水线技术等等)。实际上在第三代计算机以后, 就很难找到一个统一的标准进行划分 也可以从应用的观点来划分计算机的发展史。最早的应用是军事上的 需要,如炮弹弹道计算,核武器的设计等;其次是广泛地用于科学计 算,工程设计计算;第三阶段是大量用于管理,现在计算机的80% 以上用于管理;再接着是计算机辅助设计(CAD)和辅助制造(CAM); 进入90年代,计算机的应用已趋向于综合化和智能化,例如在一个 企业里,计算杋不仅用于科学计算、辅助设计和辅助制造,还用于辅 助管理和辅助决策(MIS与DSS),以及办公自动化(OA)等等,使设计 生产自动化和管理自动化融为一体,形成所谓计算机集成制造系统 (CIMS- Computer Integrated Manufacturing System),再发展下去就是工 厂自动化( Factory Automation)或称无人工厂。 DSS(ecision Support System)ES( Expert System)利用人工智能(AI- Artifcation Intelligence) 技术,让计算机代替人判断、推理,寻找最优方案,以辅助决策者决 策 目前更流行的是认为计算机的发展经过了三次浪潮(wave 计算机的发展第一个浪潮是单个主机 Mainframe)的时期,以IBM360、 370为代表的大型机的出现,其特点是以批处理为主,主要用于大规 模科学计算。 第二次浪潮为客户机/服务器( Client/server)的时期,这时期出现了小 型机、微型机和局域网。其特点是多用户分时处理。 第三个浪潮是70~80年代的微型计算机PC( Personal Computer)的出
统、Cache 存储器、流水线技术等等)。实际上在第三代计算机以后， 就很难找到一个统一的标准进行划分。 也可以从应用的观点来划分计算机的发展史。最早的应用是军事上的 需要，如炮弹弹道计算，核武器的设计等；其次是广泛地用于科学计 算，工程设计计算；第三阶段是大量用于管理，现在计算机的 80% 以上用于管理；再接着是计算机辅助设计(CAD)和辅助制造(CAM)； 进入 90 年代，计算机的应用已趋向于综合化和智能化，例如在一个 企业里，计算机不仅用于科学计算、辅助设计和辅助制造，还用于辅 助管理和辅助决策(MIS 与 DSS)，以及办公自动化(OA)等等，使设计、 生产自动化和管理自动化融为一体，形成所谓计算机集成制造系统 (CIMS-Computer Integrated Manufacturing System)，再发展下去就是工 厂自动化(Factory Automation)或称无人工厂。DSS(Decision Support System)/ES(Expert System)利用人工智能(AI--Artifcation Intelligence) 技术，让计算机代替人判断、推理，寻找最优方案，以辅助决策者决 策。 目前更流行的是认为计算机的发展经过了三次浪潮(wave)。 计算机的发展第一个浪潮是单个主机(Mainframe)的时期，以IBM360、 370 为代表的大型机的出现，其特点是以批处理为主，主要用于大规 模科学计算。 第二次浪潮为客户机/服务器(Client/Server)的时期，这时期出现了小 型机、微型机和局域网。其特点是多用户分时处理。 第三个浪潮是 70～80 年代的微型计算机 PC(Personal Computer)的出
现。现在正处于第三次浪潮,网络计算机的时期,即以网络为中心或 以网络为基础的计算机时期。 目前计算机向综合的方向发展,将各种计算机的特点和优点综合起 来,并结合了多媒体技术,通信技术等,把人类带入了网络社会 【考点二】计算机的分类及其应用 计算机分类的方法大致可分如下几种 1.按信息的形式和处理方式分类 计算机按信息的形式和处理方式可分为数字计算机、模拟计算机以及 数字混合计算机 按计算机的用途分类 计算机按用途可分为通用计算机和专用计算机。 3.按计算机规模分类 计算杋按规模可划分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机等 计算机的应用如下: ①在科学计算中的应用 ②在实时控制中的应用 ③在数据处理中的应用 ④计算机在辅助设计和辅助制造( CAD/CAM中的应用 ⑤办公自动化系统中的应用 【考点三】计算机硬件结构 实际应用的计算机系统是由计算机硬件系统、软件系统以及通信网络 系统组成的一个整体系统。计算机硬件系统是指构成计算机的所有实
现。现在正处于第三次浪潮，网络计算机的时期，即以网络为中心或 以网络为基础的计算机时期。 目前计算机向综合的方向发展，将各种计算机的特点和优点综合起 来，并结合了多媒体技术，通信技术等，把人类带入了网络社会。 【考点二】计算机的分类及其应用 计算机分类的方法大致可分如下几种： 1. 按信息的形式和处理方式分类 计算机按信息的形式和处理方式可分为数字计算机、模拟计算机以及 数字混合计算机。 2. 按计算机的用途分类 计算机按用途可分为通用计算机和专用计算机。 3. 按计算机规模分类 计算机按规模可划分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机等。 计算机的应用如下： ①在科学计算中的应用 ②在实时控制中的应用 ③在数据处理中的应用 ④计算机在辅助设计和辅助制造(CAD/CAM)中的应用 ⑤办公自动化系统中的应用 【考点三】计算机硬件结构 实际应用的计算机系统是由计算机硬件系统、软件系统以及通信网络 系统组成的一个整体系统。计算机硬件系统是指构成计算机的所有实
体部件的集合,通常这些部件由电路(电子元件)、机械等物理部件组 成,它们都是看得见摸得着的,故通常称为"硬件"。计算机硬件结构 也可以称为冯·诺伊曼结构,它由五大部件组成:主机部分由运算器、 控制器、存储器组成,外设部分由输入设备和输出设备组成,其中核 心部分部件是运算器。 计算机硬件之间的连接线路分为网状结构与总线结构,这里主要介绍 总线(BUS)结构。总线结构有如下几种形式 1.以CPU为中心的双总线结构 所谓总线实际上是一组并行的导线,导线的数目和计算机字长相同 1数据和指令通过总线传送 2以存储器为中心的双总线结构 3单总线结构 主要部件功能: 1.运算器 运算器是完成二进制编码的算术或逻辑运算的部件。运算器由累加器 (用符号LA)、通用寄存器(用符号LB)和算术逻辑单元(用符号ALU 组成,核心是算术逻辑单元。 存储器 在计算机中的存储器包括内存储器(又叫主存储器或随机存储器,简 称内存或主存)、外存储器、只读存储器和高速缓冲存储器以及寄存 器等。随机存储器是按地址存取数据的,若地址总线共有20条地址 线(A0~A19),即有20个二进制位,可形成22=1048576个地址(1兆
体部件的集合，通常这些部件由电路(电子元件)、机械等物理部件组 成，它们都是看得见摸得着的，故通常称为"硬件"。计算机硬件结构 也可以称为冯·诺伊曼结构，它由五大部件组成：主机部分由运算器、 控制器、存储器组成，外设部分由输入设备和输出设备组成，其中核 心部分部件是运算器。 计算机硬件之间的连接线路分为网状结构与总线结构，这里主要介绍 总线(BUS)结构。总线结构有如下几种形式： 1. 以 CPU 为中心的双总线结构 所谓总线实际上是一组并行的导线，导线的数目和计算机字长相同， 1 数据和指令通过总线传送。 2.以存储器为中心的双总线结构 3.单总线结构 主要部件功能： 1. 运算器 运算器是完成二进制编码的算术或逻辑运算的部件。运算器由累加器 (用符号 LA)、通用寄存器(用符号 LB)和算术逻辑单元(用符号 ALU) 组成，核心是算术逻辑单元。 2. 存储器 在计算机中的存储器包括内存储器(又叫主存储器或随机存储器，简 称内存或主存)、外存储器、只读存储器和高速缓冲存储器以及寄存 器等。随机存储器是按地址存取数据的，若地址总线共有 20 条地址 线(A0～A19)，即有 20 个二进制位，可形成 2 20=1048576 个地址(1 兆