计算机导论第一章计算机发展历程.ppt

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1、第一章 概述教学目标了解计算机发展的历史了解计算机发展的历史计算机分类计算机分类知道计算机的设备组成知道计算机的设备组成了解计算机工作过程了解计算机工作过程学习掌握二级制码的计算学习掌握二级制码的计算 了解信息数字化处理的工程了解信息数字化处理的工程教学重、难点v重点：1.现代计算机的构成2.计算机的工作过程3.计算机中的二进制v难点：难点：二进制中的转换计算二进制中的转换计算计算机的构成计算机的构成1.1计算机的由来和发展计算机的产生是人来对计算工具不懈追求所得到的产物。 祖冲之祖冲之(429(429500500年年筹算法计算出了圆周筹算法计算出了圆周率率使用了上千年的珠算使用了上千年的珠算

2、布布 莱莱斯斯.帕帕斯斯卡卡加法器加法器机械计算器第一人史前世史前世Babbage(17921871年)查理斯查理斯巴贝奇巴贝奇1822年制年制作了第一台差分机作了第一台差分机1938年，楚泽年，楚泽(K.Zuse)完成了一台可编程完成了一台可编程数字计算机数字计算机Z-1的设计的设计艾肯艾肯(H.Aiken)1944年年电磁式计算机叫电磁式计算机叫Mark，也叫也叫“自动序列受控计算机自动序列受控计算机”。近代史近代史 第一台现代电子计算机（ENIAC）5000次加法次加法/秒秒体重体重28吨吨占地占地170m218800只电子管只电子管1500个继电器个继电器功率功率150KW1946年建

3、于宾夕法尼亚大年建于宾夕法尼亚大学学计算机发展史计算机发展史第四代第四代（197190年代）年代）集成电路集成电路几百万几百万几亿（次几亿（次/秒）秒）1964年年911机机1966年年112机机 现代电子计算机发展的几个阶段计算机发展史计算机发展史第一代第一代（19461956）电子管电子管5千千4万（次万（次/秒）秒）第二代第二代（19571964）晶体管晶体管几十万几十万百万（次百万（次/秒）秒）第三代第三代（19651970）集成电路集成电路百万百万几百万（次几百万（次/秒）秒）是现代信息论的著名创始人。是现代信息论的著名创始人。19381938年，香侬在发表的论文年，香侬在发表的论文

4、中，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻中，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算可以通过继电器电路来实现。而且是被称为人工智能之辑运算可以通过继电器电路来实现。而且是被称为人工智能之父。父。提出了计算机的三条原则：提出了计算机的三条原则：1 1）以二进制的逻辑基础来实现数字运算，以保证精度；）以二进制的逻辑基础来实现数字运算，以保证精度；2 2）利用电子技术来实现控制、逻辑运算和算术运算，以保证）利用电子技术来实现控制、逻辑运算和算术运算，以保证计算速度；计算速度；3 3）采用把计算功能和二进制数更新存储功能相分离的结构。）采用把计算功能和二进制数更新存储功能

5、相分离的结构。 奠定现代计算机发展的重要人物和思想 图灵与图灵机为纪念图灵对计算机的贡献，为纪念图灵对计算机的贡献，美国计算机博物馆于美国计算机博物馆于1966年年设立了设立了“图灵奖图灵奖”计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。图灵机是一种思想模型，图灵机是一种思想模型，它由三部分组成：它由三部分组成：一个控制器，一条可以无限延伸的一个控制器，一条可以无限延伸的带子和一个在带子上左右移动的读带子和一个在带子上左右移动的读写头。写头。John von Neumann冯冯 诺依曼诺依曼1949 冯诺依曼计算机存储程序工作原理存储程序工作原理计

6、算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。是能够自动地执行程序。计算机是利用计算机是利用“存储器存储器”（内存）来存放所要执（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为行的程序的，而称之为CPUCPU的部件可以依次从存的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。执行，直至完成全部指令任务为止。1.2计算机的组成v根据冯诺依曼的原理计算机是一种在存储的指令集控制下，接受输入、处理数据、存储数据、并产生输出的设备。v根据冯诺依曼原理计算机的构成就该包括

7、运算器，控制器，存储设备，输入设备，输出设备。运算器+控制器存储器内存储器 外存储器输出设备输入设备计算机系统论v冯诺依曼所提出的计算机五大构成，形成了计算机硬件的理论支持，可是只有硬件是构成不了计算机的。好比只拥有的烤箱，却没有面粉，这样是做不了面包的，我们还需要软件系统的帮助。可在最初的计算机发展中，它好像被忽略了。v我们要从系统论的角度来审视计算机。那么计算机应该有硬件系统和软件系统两部分组成。1.3计算机分类v1989年IEEE（美国电子工业委员会）提出了按照运算速度来分类的方式。v计算机分为了： 巨型计算机 大型计算机 小型计算机 网络计算机 微型计算机常见的微型机还可以分为台式机、

8、便携机、笔记本电脑、掌上常见的微型机还可以分为台式机、便携机、笔记本电脑、掌上型电脑等多种类型型电脑等多种类型l拥有最强的并行计算能力，主要拥有最强的并行计算能力，主要用于科学计算。用于科学计算。l在气象、军事、能源等领域承担在气象、军事、能源等领域承担大规模、高速度的计算任务。大规模、高速度的计算任务。l趋势是用许多台计算机构成一台趋势是用许多台计算机构成一台超级计算机。超级计算机。巨型计算机巨型计算机83年银河-I亿次机92年银河-II10亿次机97年银河-III百亿次机大中型计算机大中型计算机l具有比小型机更强的数据处理具有比小型机更强的数据处理能力。能力。l价格比小型机高。价格比小型机

9、高。l在银行等最早使用计算机的行在银行等最早使用计算机的行业中广泛使用。业中广泛使用。中科院计算技术研究所国家智能机中心研制的每秒200亿次的曙光2000型超级服务器小型计算机小型计算机l具有比微机更强的数据处理能力和具有比微机更强的数据处理能力和数据存储能力。数据存储能力。l多个用户可以同时使用多个用户可以同时使用（多用户，（多用户，Multi-user）。l目前主要用作服务器。目前主要用作服务器。l微型计算机微型计算机（微机，微机，Microcomputer）l台式计算机台式计算机（Desktop）l是通用计算机。是通用计算机。l通常是由一个用户来使用通常是由一个用户来使用（单用（单用户，

10、户，Single-user）。l配有文字、声音、图像等输入输配有文字、声音、图像等输入输出设备。出设备。l可通过网络与其他计算机相连。可通过网络与其他计算机相连。l高档台式机可充当服务器。高档台式机可充当服务器。微型计算机微型计算机（微机，微机，Microcomputer）膝上型电脑膝上型电脑（Laptop）/ / 笔记本计算机笔记本计算机（Notebook）l功能与台式机类似。功能与台式机类似。l一体化结构。一体化结构。l耗电更少，并配有电池，可在耗电更少，并配有电池，可在没有交流电源的场合使用。没有交流电源的场合使用。l可装在文件包中可装在文件包中。微型计算机微型计算机（微机，微机，Mic

11、rocomputer）掌上型电脑掌上型电脑（Palmtop）、个、个人数字助理人数字助理（PDA, Personal Digital Assistant）l向用户提供专门的功能。向用户提供专门的功能。l靠电池供电。靠电池供电。l可装在衣袋中。可装在衣袋中。l有些已具有无线通信能力。有些已具有无线通信能力。l是嵌入式计算机的一类。是嵌入式计算机的一类。工作站工作站（Workstation）l以联网为标志。以联网为标志。l计算能力比台式机更强，特别计算能力比台式机更强，特别是在图形处理方面。是在图形处理方面。l价格比台式机高得多。价格比台式机高得多。l随着台式机能力的不断提高，随着台式机能力的不断

12、提高，有可能被台式机所替代。有可能被台式机所替代。服务器服务器（Server）一种在网络环境下为多个用户提供服务的共享设备。可分为文件服务器、通信服务器、打印服务器等。IBM z 系列z900 服务器IBM z系列z990服务器l网络计算机网络计算机（net computer）一种在网络环境下使用的终端设备，其特点是内容量大、显示器的性能高、通信功能强，但本机中不一定配置外存，所需要的程序和数据存储在网络的服务器中。网络计算机 1.4计算机的工作原理计算机的工作原理是：计算机的工作原理是：“存储程序存储程序” + “程序控制程序控制”算术运算逻辑算术运算逻辑累加寄存器累加寄存器数据缓冲器数据缓

13、冲器状态寄存器状态寄存器程序计数器指令寄存器指令编译器操作控制器1. 从内存中取出一条指令，并指向下一条指令2. 对指令进行编译，产生操作控制信号（读下一次内存）3. 指挥并控制CPU，内存，I/O设备间的数据流动方向。1+11+1+ +取数字取数字 总线是微机中各功能部件之间通信的信息通路，主要由、和三大总线组成，每种总线都由若干根信号线（总线宽度）构成。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU计算机工作原理计算机工作原理1.5计算机当中的数据表示为什么二进制被叫做计算机的语言v计算机是一

14、个数字化的设备，他所能处理的实际信息只能是简单的电脉冲信号（+5V和0V）。而二进制数值0或1则可以对应表示+5V和0V。所以二级制就成为了计算机能读懂的语言。而我们的现实生活中的文字，图像，音乐只有被数字化以后才能够被计算机所处理。v数字化把其他格式的信息转变成为0,1二进制数码。什么是二进制十进制十进制=10，可使用，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二进制二进制=2 ，可使用，可使用0,1八进制八进制=8 ，可使用，可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六进制十六进制=16 ，可使用，可使用0,9,A,B,C,D,E,F“逢逢 进进，借，借当当 ”计算机软件概述计算机软件概述例

15、如：十进制1+1=2 二进制1+1=10二进制的单位v位位(bit)-(bit)-每一个二进制数值所占的位置，记作”b”。例如：10010是一个5位的二进制数，大小为5b。v字节字节(byte)(byte)由8个二进制位bit的数值组成，记作”B”。他是最主要的计数单位。例如：10010110是一个8位二进制数，记作1B。KB（kilobyte）= 1024 B =210字节MB（megebyte）=1048576 B=220字节GB（gigabyte）=230Bv字由二个字节组成。ASCII编码一个汉字就是二个字节大小。 以16进制表示 Unicode编码为全世界所有字符编码，一个字节二进制

16、的转换v十进制二进制整数部分除以2直到商为0，将余数从下向上逆序排列。小数部分乘以2，取走整数部分1，再将剩余小数部分乘以2，直到乘积小数部分为0，将乘积的整数部分成上到下顺序排列。例如：（158.625）10求其二进制数2 158 -0 2 79-1 2 39-1 2 19-1 2 9-12 4-02 2-02 1-1 0商为0，停止0.625*2 = 1.25-10.25*2 = 0.5-00.5*2 = 1.0-1小数部分为0 停止10011110101结果为：（10011110.101）2二进制的转换v二进制十进制整数部分-二进制1，0乘以2的n-1次方，n为对应的bit位数。小数部分-二进制1,0 乘以2的-n次方，n为对应的bit位数。例如：111001.10111*25 + 1*24 + 1*23 + 0*22 + 0*21 + 1*20 =571*2-1 +0*2-2 +1*2-3 +1*2-4 =0.6875结果为：57.6875二进制中的编码数的码制：原码，反码，补码（8位二进制）他们有正负数之分。v正数的原码：最高位是0（第八位）表示符号为“+”其余表示数的绝对值