1第一讲_概述

《第一章计算机系统概论》1.1计算机的分类1.2计算机发展简史1.3计算机的硬件1.4计算机的软件1.5计算机系统的层次结构1.1计算机的分类一、电子计算机从总体上来说分为两大类。模拟计算机和数字计算机主要特点：模拟计算机由模拟运算器件构成，其变量由连续量（如：电压、电流等）来表示，运算过程也是连续的.数字计算机则是由逻辑电子器件构成，其变量为开关量（离散的数字量），采用数字式按位运算，运算模式是离散式的.二、数字计算机分类数字计算机根据计算机的应用范围（效率、速度、价格、运行的经济性和适应性）来划分，可以划分为两类：专用计算机：专用机是最有效、最经济和最快速的计算机，但是它的适应性很差。通用计算机：通用计算机适应性很大，但是牺牲了效率、速度和经济性。三、通用计算机分类通用计算机根据规模（体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格等）可以分为：超级计算机:科学计算大型机服务器工作站微型机单片机微型计算机微型计算机--采用微处理器为核心构造的计算机微处理器-----一块大规模集成电路芯片、微型机的运算和控制核心中央处理单元（CPU：CentralProcessingUnit）1.2计算机发展简史第一代：1946—1957年，电子管计算机，数据处理；第二代：1958—1964年，晶体管计算机，工业控制；第三代：1965—1971年，中小规模集成电路计算机，小型计算机；第四代：1972—1990年，大规模和超大规模集成电路计算机，微型计算机；第五代：1991年开始，巨大规模集成电路计算机，单片机。1、第一代计算机（1）1946年第一台计算机ENIAC~~50年代末（2）主要特征：电子管作为电子器件（3）软件处于初始阶段，使用机器语言与符号语言编制程序（4）特点：体积大，运算速度低，存储容量小，主要用于科学计算。2、第二代计算机（1）50年代末~~60年代初（2）主要特征：晶体管作为电子器件（3）软件开始使用计算机高级语言（4）特点：体积减小，重量轻、寿命长、耗电少、运算速度快、存储容量比较大等优点。3、第三代计算机（1）60年代中期~~70年代初期（2）主要特征：中、小规模集成电路作为电子器件（3）操作系统出现。（4）特点：体积与功耗都得到进一步减小，可靠性和运算速度进一步提高。4、第四代计算机（1）1971年到1990年。（2）主要特征：用大规模与超大规模集成电路（LSI，VLSI）作为电子器件（3）特点：软件越来越丰富，并且功能强大5、第五代计算机（1）1990至今（2）主要特征：用甚大规模集成电路（ULSI）作为电子器件（3）主要标志：一个是单片集成电路规模达100万晶体管以上；另一个是超标量技术的成熟和广泛应用。处理器总线数据总线（DB：DataBus）处理器与存储器或外设交换信息的通道个数（条数）是一次能够传送数据的二进制位数地址总线（AB：AddressBus）指定存储器或外设的具体单元个数反映访问的主存储器容量或外设范围控制总线（CB：ControlBus）控制处理器数据传送等操作一个信号两种状态（高或低）两种编码（1或0）1.2.4计算机的性能指标吞吐量-------一台计算机单位时间间隔内能够处理的信息量。响应时间-----表征从输入有效到产生响应之间的时间度量，用时间单位来衡量。处理器字长--处理机运算器中一次进行运算、传输的位数，决定了计算机的运算精度。可以是8/16/32/64位等。总线宽度：存储器容量：存储器字长*位数，用KB,MB,GB,TB来表示。存储器带宽：单位时间从存储器读出的二进制数信息量，用字节数/秒表示。主频/时钟周期：微处理器的处理速度,反映微处理器的基本时间单位。1.3计算机的硬件运算器：算术运算、逻辑运算、采用二进制数、位数越多，计算精度越高、运算器的长度一般是8、16、32或64位存储器功能：保存或“记忆”数据和运算过程(指令）存储：0或1表示的二进制串主存采用半导体器件来作为存储器，一个半导体触发器记忆一个二进制位存储单元：在存储器中保存一个n位二进制数的n个触发器，组成一个存储单元，称为一个存储字。存储器地址：存储器是由许多存储单元组成，每个存储单元的编号，称为地址。存储容量：存储器所有存储单元的总数。通常用单位“KB、MB、GB”等表示。由字长和字数决定。内存储器（主存ROM、RAM）和外存储器(辅存）。存储器（Memory）是存放程序和数据的部件高性能微机的存储系统微处理器内部的寄存器（Register）高速缓冲存储器（Cache）主板上的主存储器以外设形式出现的辅助存储器主存储器（主存、内存）半导体存储器芯片组成RAM部分断电后信息丢失相对造价高、速度快、但容量小辅助存储器（简称辅存或外存）磁盘、光盘存储器等构成相对造价低、容量大、信息可长期保存，但速度慢控制器控制计算机的各个部件有条不紊地进行工作指令有两部分内容：操作的性质和操作的地址冯·诺依曼计算机的基本思想存储程序并按地址顺序执行采用二进制形式表示数据和指令。指令由操作码和地址码组成；将程序和数据存放在存储器中，使计算机在工作时从存储器取出指令加以执行，自动完成计算任务。这就是“存储程序”和“程序控制”（简称存储程序控制）的概念；指令的执行是顺序的，即一般按照指令在存储器中存放的顺序执行，程序分支由转移指令实现。计算机由存储器、运算器、控制器、输入和输出设备五大基本部件组成，规定了5部分的基本功能。控制器的基本任务按照计算程序所排的指令序列，先从存储器取出一条指令放到控制器中，对该指令的操作码由译码器进行分析判别，然后根据指令性质，执行这条指令，进行相应的操作。接着从存储器取出第二条指令，再执行第二条指令，依次类推。1.4计算机的软件软件（Software）：指能使计算机工作的程序和程序运行时所需要的数据，以及与这些程序和数据有关的文字说明和图表资料，其中文字说明和图表资料又称为文档。1.5计算机系统的层次结构计算机是由运算器、存储器、控制器、适配器、总线和输入/输出设备组成的。都是由元件构成的有形物体，因而称为硬件或硬设备。硬件是计算机系统中实际物理装置的总称。计算程序，因为它是无形的东西，称为软件或软设备。软件是指在硬件上运行的程序和相关的数据及文档。硬件是软件的工作基础，软件是硬件功能的扩充和完善。两者相互依存，相互促进。软件与硬件的结合，构成完整的计算机系统。计算机不能简单地认为是一种电子设备，而是一个十分复杂的硬、软件结合而成的整体。它通常由五个以上不同的级组成，每一级都能进行程序设计，如图所示。（洋葱模型）