1、第1講 計(jì)算工具的進(jìn)步 主講：張基溫 教授手動(dòng)計(jì)算工具石子記事 手動(dòng)計(jì)算工具游珠算盤與算盤手動(dòng)計(jì)算工具算籌手動(dòng)計(jì)算工具(西方)計(jì)算尺手動(dòng)計(jì)算工具(西方)兩款手搖計(jì)算機(jī) 課題討論具備哪些條件才能讓計(jì)算工具的工作過程脫離人，自動(dòng)地工作呢？ 內(nèi)動(dòng)力計(jì)算工具B.Pascal及其制造的計(jì)算機(jī)（1642）內(nèi)動(dòng)力計(jì)算工具Leibnitz及其制造的乘法器（1694）遺憾的是，在此之后近300年間，人類在計(jì)算工具的制作上，沒有很大的突破。什么原因呢？技術(shù)的原因。因?yàn)橐颜羝麢C(jī)或內(nèi)燃機(jī)做到計(jì)算機(jī)內(nèi)部那是難于想象的。所以，計(jì)算機(jī)技術(shù)的再一次突破，等待著一種能與計(jì)算機(jī)相融洽的能源技術(shù)的出現(xiàn)。內(nèi)動(dòng)力計(jì)算工具電動(dòng)機(jī)械式計(jì)

2、算機(jī)（1930） 內(nèi)動(dòng)力計(jì)算工具Zuse的繼電器式計(jì)算機(jī)（1938）內(nèi)動(dòng)力計(jì)算工具第1臺(tái)真空管計(jì)算機(jī)ABC（1942）內(nèi)動(dòng)力計(jì)算工具ENIAC（1946）課堂討論具備內(nèi)動(dòng)力的機(jī)器 為什么還不能稱為自動(dòng)機(jī)？實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算提花機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算Jacquard提花機(jī)和穿孔卡片（1801）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算差分機(jī)（1822）和分析機(jī)（1834）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算Babbage的設(shè)計(jì)已經(jīng)初步具備現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)：存儲(chǔ)器（倉庫）運(yùn)算器（作坊）控制器（穿孔卡片及其閱讀設(shè)備）輸入/輸出設(shè)備（卡片穿孔設(shè)備、印刷廠）總線（運(yùn)輸數(shù)據(jù)部件） 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算H.Aiken和Mark計(jì)算機(jī)（1936）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算John Von Ne

3、umann和IAS電子計(jì)算機(jī)EDVAC（1952）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算Neumann體系主要有如下2點(diǎn)：（1）電子數(shù)字計(jì)算機(jī)要采用二進(jìn)制，不但數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制，指令也采用二進(jìn)制； （2）自動(dòng)計(jì)算機(jī)要采用程序存儲(chǔ)控制工作方式。直到今天，商業(yè)化的計(jì)算機(jī)還基本上采用的是Neumann體系。 課堂討論1. 為什么自動(dòng)計(jì)算機(jī)要由計(jì)算器、邏輯控制裝置、存儲(chǔ)器、輸入和輸出5大部分組成？2. 要使算盤能自動(dòng)運(yùn)算，應(yīng)當(dāng)如何改造？ 電子數(shù)字計(jì)算機(jī)工作原理按照Neumann體系結(jié)構(gòu)，可以自動(dòng)工作的電子數(shù)字計(jì)算機(jī)應(yīng)當(dāng)具有：存儲(chǔ)器控制器運(yùn)算器（執(zhí)行加、減、乘、除等基本運(yùn)算）輸入設(shè)備（鍵盤）輸出設(shè)備（顯示器和打印機(jī) ）計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器

4、的特點(diǎn)（1）按照地址進(jìn)行存?。?）所存儲(chǔ)的內(nèi)容“取之不盡，新來舊去”（3）分級(jí)存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器和寄存器運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)中負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算的部件。其核心部件是算術(shù)邏輯單元（ALU）。ALU能進(jìn)行的基本操作包括加、減、乘、除四則運(yùn)算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、比較和傳送等操作。 計(jì)算機(jī)控制器的工作原理控制器的功能 定序。 定時(shí)。 操作控制。計(jì)算機(jī)控制器的工作原理控制器的組成計(jì)算機(jī)控制器的工作原理控制器執(zhí)行一條指令的過程： 取指令 分析指令 發(fā)送操作控制信號(hào)。將有關(guān)操作控制信號(hào)，按照時(shí)序安排發(fā)送到相關(guān)部件，使有關(guān)部件在規(guī)定的節(jié)拍中完成規(guī)定的操作。3計(jì)算機(jī)指令的結(jié)構(gòu)指令分為兩部分：一部分

5、是操作碼，一部分是地址碼。按照指令中地址的數(shù)量，將指令分為一地址指令、二地址指令和三地址指令。三地址指令除了指出兩個(gè)操作數(shù)的地址，還要指出將結(jié)果送回存儲(chǔ)器的地址。由于運(yùn)算器可以使用累加器來存放中間結(jié)果，所以三地址指令比較少用。對于連續(xù)的計(jì)算過程，例如，對2*3+5-8進(jìn)行計(jì)算，由于中間結(jié)果可以存放到累加器中，因此每次只要取一個(gè)操作數(shù)即可，這時(shí)就可以使用一地址指令。此外轉(zhuǎn)移指令（將程序轉(zhuǎn)到另外一個(gè)地方執(zhí)行）往往也是一地址指令。課堂討論1. 按照Neumann體系，計(jì)算機(jī)是否就可以方便、高效地自動(dòng)工作了？計(jì)算機(jī)的自我管理計(jì)算機(jī)管理的一些問題。人工管理非常麻煩，效率低下。人們設(shè)計(jì)了一些用來管理計(jì)算機(jī)的程序。這些程序稱為操作系統(tǒng)（operating system，OS）。操作系統(tǒng)的功能（1）管理和調(diào)度計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源：CPU存儲(chǔ)器內(nèi)存與外存之間的調(diào)度等輸入/輸出設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備系統(tǒng)中的有關(guān)文件系統(tǒng)中的其他程序操作系統(tǒng)的功能（2）為計(jì)算機(jī)上要運(yùn)行的不同程序提供公共服務(wù)，以減輕程序設(shè)計(jì)的工作量 ：程序的執(zhí)行和結(jié)束輸入/輸出操作