計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)

2008年3月什么是計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與組成？

在本書(shū)中，計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)定義為系統(tǒng)程序員所能見(jiàn)到的計(jì)算機(jī)硬件特性，是指計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)，如：程序計(jì)數(shù)器、通用寄存器、段寄存器等。計(jì)算機(jī)組成定義為計(jì)算機(jī)硬件的具體實(shí)現(xiàn)，是指計(jì)算機(jī)的物理結(jié)構(gòu)。運(yùn)算器控制器存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸出設(shè)備地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線實(shí)際機(jī)器《計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)》

課程的性質(zhì)：《計(jì)算機(jī)組成原理》是計(jì)算機(jī)類各專業(yè)的一門必修的核心課程，主要討論計(jì)算機(jī)單機(jī)系統(tǒng)的組成及內(nèi)部工作機(jī)制。

課程的任務(wù)通過(guò)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的基本概念、基本結(jié)構(gòu)、基本算法及實(shí)驗(yàn)，對(duì)組成計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件的功能和工作過(guò)程、以及部件間的連接有較全面、較系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，形成較完整的計(jì)算機(jī)組成與工作原理模型。通過(guò)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)，不但使學(xué)生硬件的動(dòng)手能力得到初步訓(xùn)練，而且可以建立一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)整機(jī)概念。與其他課程的關(guān)系先修課程：《電子技術(shù)》、《匯編語(yǔ)言》。后續(xù)課程：《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》、《微型機(jī)與接口技術(shù)》、《操作系統(tǒng)》等。學(xué)習(xí)內(nèi)容及重點(diǎn)

內(nèi)容：第一~第十章重點(diǎn)：第3、4、5、6、7章特點(diǎn)：內(nèi)容比較抽象，難以想象。參考書(shū)目《計(jì)算機(jī)組成原理》，白中英主編，科學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》，蔣本珊編著Internet：www.google.cn；www.citeseer.nj.nec.com/cs；……

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電話：81868816，（638808）第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論本章內(nèi)容包括：計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言計(jì)算機(jī)的硬件與軟件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史（自學(xué)）計(jì)算機(jī)的應(yīng)用（自學(xué)）計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)（自學(xué)）思考題第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論1.1 計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言一、自然語(yǔ)言與高級(jí)語(yǔ)言

自然語(yǔ)言：漢語(yǔ)、英語(yǔ)等（計(jì)算機(jī)不能接受）高級(jí)語(yǔ)言：和自然語(yǔ)言接近，并能為計(jì)算機(jī)接受。常用于科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理的高級(jí)語(yǔ)言有：BASIC、FORTRAN、PASCAL、COBOL等；常用于人工智能的語(yǔ)言：LISP、PROLOG等。1.1 計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言二、計(jì)算機(jī)的解題步驟計(jì)算機(jī)能自動(dòng)完成運(yùn)算或處理過(guò)程的基礎(chǔ)是存儲(chǔ)程序和程序控制，即計(jì)算機(jī)的工作原理就是存儲(chǔ)程序和程序控制原理。程序是為解決某個(gè)問(wèn)題而編制的一系列工作步驟，它可由高級(jí)語(yǔ)言的語(yǔ)句組成，也可以由機(jī)器指令組成。機(jī)器指令是計(jì)算機(jī)唯一能夠直接識(shí)別并執(zhí)行的語(yǔ)言，即機(jī)器語(yǔ)言。計(jì)算機(jī)解題過(guò)程可歸納為：P1程序中的每一條指令都要求計(jì)算機(jī)完成一定的操作。一條指令是用一串二進(jìn)制代碼表示的，它通常應(yīng)包括兩方面的信息：操作碼和地址碼。操作碼：表征該指令的操作特性和功能，即用來(lái)規(guī)定指令應(yīng)進(jìn)行什么操作。地址碼：指出參與操作的數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的地址，通常表示的是數(shù)據(jù)地址。1.1 計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言二、計(jì)算機(jī)的解題步驟計(jì)算機(jī)工作過(guò)程舉例現(xiàn)要求計(jì)算機(jī)完成31+14=45的運(yùn)算，并把運(yùn)算結(jié)果送到地址為60H的存儲(chǔ)單元中保存起來(lái)。要完成上面的運(yùn)算工作，首先要編寫運(yùn)算程序，并將這一程序送到計(jì)算機(jī)。某計(jì)算機(jī)完成上述運(yùn)算的指令為：助記符 操作碼 操作數(shù) 十六進(jìn)制數(shù)表示MOVA,1FH 01110100 00011111 741FADDA,0EH 00100100 00001110 240EMOV60H,A 11110101 01100000 F5601.1 計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言二、計(jì)算機(jī)的解題步驟計(jì)算機(jī)的運(yùn)行過(guò)程為：計(jì)算機(jī)開(kāi)始運(yùn)行后，先把第一條指令取進(jìn)來(lái)，分析第一條指令：操作碼74表示要把一個(gè)數(shù)取到計(jì)算機(jī)的累加器A中，要取進(jìn)來(lái)的數(shù)為1FH（即十進(jìn)制數(shù)31）。分析了這條指令后，計(jì)算機(jī)指揮有關(guān)部件完成這一操作。接著計(jì)算機(jī)把第二條指令取進(jìn)來(lái)，分析第二條指令：24表示要做加法操作，即把累加器A中的數(shù)加上一個(gè)數(shù)，并把和數(shù)放在累加器A中，而要加的數(shù)為0EH（即十進(jìn)制數(shù)14），分析好第二條指令后，即完成與該指令相應(yīng)的操作，這時(shí)累加器A中的數(shù)為2DH（即十進(jìn)制數(shù)45）。再接著把第三條指令取進(jìn)來(lái)，分析第三條指令：把累加器A中的計(jì)算結(jié)果傳送到地址為60H的存儲(chǔ)單元中，當(dāng)完成相應(yīng)的操作后，60H單元中的內(nèi)容即為運(yùn)算結(jié)果2DH（即十進(jìn)制數(shù)45）。1.2 計(jì)算機(jī)的硬件與軟件一、數(shù)字計(jì)算機(jī)的硬件組成

硬件：構(gòu)成計(jì)算機(jī)的物理裝置，是看得見(jiàn)、摸得著的一些實(shí)實(shí)在在的有形實(shí)體。硬件系統(tǒng)的基本功能是在計(jì)算機(jī)程序的控制下，完成數(shù)據(jù)的輸入、運(yùn)算、輸出等一系列操作。硬件主要包括：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大功能部件。硬件是計(jì)算機(jī)能夠運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)的性能，如運(yùn)算速度、存儲(chǔ)容量、計(jì)算精度、可靠性等，很大程度上取決于硬件的配置。運(yùn)算器：運(yùn)算器就好象是一個(gè)由電子線路構(gòu)成的算盤，它的主要功能是加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算，除此以外，還可進(jìn)行邏輯運(yùn)算，因此其內(nèi)部有一個(gè)算術(shù)及邏輯運(yùn)算部件（ALU）。存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器的功能是保存或“記憶”解題的原始數(shù)據(jù)和解題步驟，為此在運(yùn)算前需要把參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)和解題步驟通過(guò)輸入設(shè)備送到存儲(chǔ)器中保存起來(lái)。1.2 計(jì)算機(jī)的硬件與軟件幾個(gè)概念：

位：存儲(chǔ)器中最小的存儲(chǔ)單位，用來(lái)記存一位二進(jìn)制信息（0或1）。字節(jié)：八位二進(jìn)制信息稱為一個(gè)字節(jié)，字節(jié)是計(jì)算機(jī)內(nèi)外存之間交換信息的最小單位，以B表示。字長(zhǎng)：CPU對(duì)主存進(jìn)行操作時(shí)，通常將若干個(gè)二進(jìn)制位作為一個(gè)整體存入或取出，這一組二進(jìn)制代碼稱為一個(gè)字，其包含的二進(jìn)制個(gè)數(shù)稱為字長(zhǎng)。字是計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本單位。存儲(chǔ)單元：能存儲(chǔ)八位二進(jìn)制代碼信息的物理器件。地址：每個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)編號(hào)，此編號(hào)稱為地址。存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)器中所有存儲(chǔ)單元的總和，即存儲(chǔ)器所能容納的二進(jìn)制量。存儲(chǔ)容量的單位是KB，MB與GB。1.2 計(jì)算機(jī)的硬件與軟件

控制器：是計(jì)算機(jī)的控制中心，用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)本身運(yùn)算過(guò)程的自動(dòng)化。控制器的主要工作是不斷地取指令、分析指令和執(zhí)行指令。控制器是計(jì)算機(jī)中發(fā)號(hào)施令的部件，它控制計(jì)算機(jī)的各部件有條不紊地進(jìn)行工作，更具體地講，控制器的任務(wù)是從內(nèi)存中取出解題步驟加以分析，然后執(zhí)行某種操作?？刂破髋c運(yùn)算器合稱為CPU，即中央處理器。輸入設(shè)備：把原始數(shù)據(jù)和處理這些數(shù)據(jù)的程序通過(guò)輸入接口輸入到計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，即把人們所熟悉的某種信息形式變換為機(jī)器內(nèi)部所能接收和識(shí)別的二進(jìn)制信息形式。常見(jiàn)的輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)。輸出設(shè)備：輸出計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果，即把計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果變換為人或其他機(jī)器設(shè)備所能接收和識(shí)別的信息形式。常用的輸出設(shè)備有：顯示器、打印機(jī)。1.2 計(jì)算機(jī)的硬件與軟件二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件

計(jì)算機(jī)運(yùn)行需要的程序、數(shù)據(jù)和有關(guān)的技術(shù)文檔資料。軟件通常分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。程序：用某種特定的符號(hào)系統(tǒng)（語(yǔ)言）對(duì)被處理的數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)算法的過(guò)程進(jìn)行描述，通俗地說(shuō)就是用于指揮計(jì)算機(jī)執(zhí)行各種動(dòng)作以便完成指定任務(wù)的指令集合。而程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是指編寫計(jì)算機(jī)程序所用的語(yǔ)言，可分為三種類型：機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言：直接用計(jì)算機(jī)指令作為語(yǔ)句與計(jì)算機(jī)交換信息的語(yǔ)言，是一種二進(jìn)制語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言：第二代語(yǔ)言，由機(jī)器語(yǔ)言符號(hào)化了的語(yǔ)言。高級(jí)語(yǔ)言：面向問(wèn)題求解過(guò)程的語(yǔ)言。1.2 計(jì)算機(jī)的硬件與軟件三、軟件與硬件的功能劃分與邏輯等價(jià)性在計(jì)算機(jī)中，許多功能可以直接由由硬件實(shí)現(xiàn)，也可以軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)；對(duì)用戶而言在功能上是等價(jià)的，被稱為硬、軟件在功能上的邏輯等價(jià)。如何分配硬件、軟件的功能？硬件軟化：將原來(lái)依靠軟件實(shí)現(xiàn)的一些功能改由硬件直接實(shí)現(xiàn)，如浮點(diǎn)運(yùn)算、存儲(chǔ)管理等。固件（軟件固化）：利用程序設(shè)計(jì)技術(shù)和擴(kuò)大微程序的容量，可以使原來(lái)屬于軟件級(jí)的一些功能納入微程序一級(jí)。微程序類似于軟件，但被固化在只讀存儲(chǔ)器中，屬于硬件CPU的范疇，稱為固件。1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)解題的一般過(guò)程：用戶用高級(jí)語(yǔ)言編寫程序，連同數(shù)據(jù)一起送入計(jì)算機(jī)，然后由計(jì)算機(jī)將其翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行后輸出結(jié)果。其過(guò)程如圖1.2（P4）所示。一、匯編語(yǔ)言虛擬機(jī)器的層次結(jié)構(gòu)匯編語(yǔ)言：第二代語(yǔ)言，由機(jī)器語(yǔ)言符號(hào)化了的語(yǔ)言。和機(jī)器語(yǔ)言基本上一一對(duì)應(yīng)，表示方法作了根本性改進(jìn)，用一種助記符來(lái)代替操作碼，用符號(hào)來(lái)表示操作數(shù)地址（地址碼）。匯編程序：把匯編語(yǔ)言源程序翻譯成機(jī)器可執(zhí)行的機(jī)器語(yǔ)言表示的目標(biāo)程序的翻譯程序，其翻譯過(guò)程叫匯編。匯編語(yǔ)言虛擬機(jī)器的層次結(jié)構(gòu)：

虛擬機(jī)器M2（匯編語(yǔ)言機(jī)器）

實(shí)際機(jī)器M1（機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器）1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)二、高級(jí)語(yǔ)言虛擬機(jī)器的層次結(jié)構(gòu)

高級(jí)語(yǔ)言：面向問(wèn)題求解過(guò)程的語(yǔ)言。編譯程序：將用高級(jí)語(yǔ)言所編寫的源程序翻譯成與之等價(jià)的用機(jī)器語(yǔ)言表示的目標(biāo)程序的翻譯程序，其翻譯過(guò)程稱為編譯。解釋程序：接受用某程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫的源程序，然后對(duì)源程序中的每個(gè)語(yǔ)句進(jìn)行解釋并分析執(zhí)行，最后得出結(jié)果。高級(jí)語(yǔ)言虛擬機(jī)器的層次結(jié)構(gòu)：

虛擬機(jī)器M3（高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器）虛擬機(jī)器M2（匯編或中間語(yǔ)言機(jī)器）

實(shí)際機(jī)器M1（機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器）1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)三、多級(jí)組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（P6圖1.4）

多級(jí)組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也可以用下圖來(lái)表示：編譯程序匯編程序操作系統(tǒng)微程序微程序直接由硬件執(zhí)行

高級(jí)語(yǔ)言級(jí)

匯編語(yǔ)言級(jí)

操作系統(tǒng)級(jí)

一般機(jī)器級(jí)微程序設(shè)計(jì)級(jí)1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)5級(jí)1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

微程序設(shè)計(jì)級(jí)。這是一個(gè)實(shí)在的硬件級(jí)，由機(jī)器硬件直接執(zhí)行微指令。如果某個(gè)應(yīng)用程序直接用微指令來(lái)編寫，可在這一級(jí)上運(yùn)行應(yīng)用程序。一般機(jī)器級(jí)：也稱為機(jī)器語(yǔ)言級(jí)，由微程序解釋機(jī)器指令系統(tǒng)，這一級(jí)也是硬件級(jí)。操作系統(tǒng)級(jí)：由操作系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。這些操作系統(tǒng)由機(jī)器指令和廣義指令組成，這些廣義指令是操作系統(tǒng)定義和解釋的軟件指令，所以也稱為混合級(jí)。匯編語(yǔ)言級(jí)：給程序人員提供一種符號(hào)形式語(yǔ)言，以減少程序編寫的復(fù)雜性。這一級(jí)由匯編程序支持和執(zhí)行。如果應(yīng)用程序采用匯編語(yǔ)言編寫，則機(jī)器必須要有這一級(jí)的功能；如果應(yīng)用程序不采用匯編語(yǔ)言編寫，則這一級(jí)可不要。高級(jí)語(yǔ)言級(jí)：是面向用戶的，為方便用戶編寫應(yīng)用程序而設(shè)置的，這一級(jí)由各種高級(jí)語(yǔ)言編譯程序支持和執(zhí)行。1.4 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史一、第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生

世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)是1946年2月在美國(guó)誕生，它的名字叫ENIAC（譯作“埃尼克”），是一臺(tái)電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)。由美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的物理學(xué)家莫奇利（JOHNW.MAUCHLY）和?？颂兀↗.PRESPERECKERT）領(lǐng)導(dǎo)的研究小組設(shè)計(jì)制造的，該機(jī)用于美國(guó)陸軍部的彈道研究實(shí)驗(yàn)室。它的誕生宣告一個(gè)新的時(shí)代——電子計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)。ENIAC是世界上第一臺(tái)投入運(yùn)行的電子計(jì)算機(jī)，但它還不具備現(xiàn)代計(jì)算機(jī)主要原理特征（存儲(chǔ)程序和程序控制原理）。世界上第一臺(tái)設(shè)計(jì)具有存儲(chǔ)程序功能的計(jì)算機(jī)叫EDVAC（譯作“埃德瓦克”）。與ENIAC相比，它的主要改進(jìn)有兩點(diǎn)：采用了二進(jìn)制和使用汞延遲線作存儲(chǔ)器。EDVAC從1946年開(kāi)始設(shè)計(jì)，于1950年研制成功。它的基本特點(diǎn)：P6~71.4 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史二、計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史

依據(jù)計(jì)算機(jī)采用的物理器件，可將計(jì)算機(jī)的發(fā)展劃分成以下幾個(gè)階段。第一代——電子管計(jì)算機(jī)（約在1946~1957年）主要特征：使用電子管作為電子器件，用光屏管或汞延時(shí)電路作存儲(chǔ)器，輸入輸出主要采用穿孔紙帶或卡片。軟件還處于初始階段，幾乎沒(méi)有什么系統(tǒng)軟件。用途：主要用于科學(xué)計(jì)算。代表產(chǎn)品：UNIVAC-I（UNIVERSALAUTOMATICCOMPUTER）

缺點(diǎn)：體積大、耗電多、運(yùn)算速度低、成本高、使用不方便。1.4 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史

第二代——晶體管計(jì)算機(jī)（約在1958~1964年）主要特征：使用晶體管作為電子器件，用磁性材料制成的磁芯和磁鼓作存儲(chǔ)器，輸入輸出主要采用磁帶和磁盤。軟件有了較大的發(fā)展，產(chǎn)生了FORTRAN（1957年）、COBOL（1960年）、ALGOL60、PL/1等高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和批量處理系統(tǒng)。用途：除了用于科學(xué)計(jì)算外，還用于數(shù)據(jù)處理和事務(wù)處理，并逐漸用于工業(yè)控制。代表產(chǎn)品：IBM公司的IBM7090、IBM7094、IBM7040、IBM7044優(yōu)點(diǎn)：體積大大縮小、耗電少、運(yùn)算速度加快、內(nèi)存容量增加。1.4 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史

第三代——集成電路計(jì)算機(jī)（約在1965~1970年）主要特征：使用中小規(guī)模集成電路作為計(jì)算機(jī)電子器件，用半導(dǎo)體作主存儲(chǔ)器。軟件有了更進(jìn)一步的發(fā)展，有了標(biāo)準(zhǔn)化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和人機(jī)會(huì)話式的BASIC語(yǔ)言。用途：除了用于科學(xué)計(jì)算外，還用于企業(yè)管理、自動(dòng)控制、輔助設(shè)計(jì)和輔助制造等領(lǐng)域。代表產(chǎn)品：IBM公司的IBM360（中型機(jī)）、IBM370（大型機(jī)）、DEC公司的PDP—11系列小型計(jì)算機(jī)等。優(yōu)點(diǎn)：體積和功耗電進(jìn)一步減少、可靠性和運(yùn)算速度進(jìn)一步提高。1.4 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史

第四代——大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（約在1971~至今）主要特征：采用集成度為上千甚至上萬(wàn)的大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路作為計(jì)算機(jī)主要功能部件，用集成度更高的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器（16K、64K）作主存儲(chǔ)器，輸入輸出除入采用磁帶和磁盤外，還引進(jìn)入光盤。軟件配置空前豐富，軟件系統(tǒng)工程化、理論化，程序設(shè)計(jì)自動(dòng)化，是軟件方面的主要特點(diǎn)。用途：應(yīng)用已經(jīng)涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)在辦公自動(dòng)化、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、專家系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域中大顯身手，并且進(jìn)入了家庭。優(yōu)點(diǎn)：體積進(jìn)一步縮小、性能進(jìn)一步提高，機(jī)器的性能價(jià)格比大幅度上升。1.4 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史

計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向綠色計(jì)算機(jī)：對(duì)人類及其生存環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生不良影響的計(jì)算機(jī)。它要具備節(jié)能、低污染、易回收、符合人體工程學(xué)。（P378）多媒體計(jì)算機(jī)：將通用計(jì)算機(jī)配置專用硬件和相應(yīng)軟件，從而能對(duì)文本、圖形、圖像、動(dòng)畫、音頻、視頻等多種媒體進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和傳輸?shù)挠?jì)算機(jī)。（P380）1.4 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史三、計(jì)算機(jī)的分類

大型機(jī)：P8

巨型機(jī)：P9

小型機(jī)：P9

微型機(jī)：P9

工程工作站：P10

聯(lián)機(jī)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：P10~111.5 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用一、科學(xué)計(jì)算

科學(xué)研究和工程技術(shù)計(jì)算領(lǐng)域，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用最早的領(lǐng)域，也是應(yīng)用得較廣泛的領(lǐng)域，例如在天文學(xué)、量子化學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、核物理學(xué)等領(lǐng)域中，都需要依靠計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算。科學(xué)計(jì)算的特點(diǎn)是計(jì)算量大和數(shù)值變化范圍大。二、數(shù)據(jù)（信息）處理

信息處理是指計(jì)算機(jī)對(duì)信息記錄、整理、統(tǒng)計(jì)、加工、利用、傳播等一系列活動(dòng)的總稱。即泛指非科技工程方面的所有計(jì)算、管理和任何形式數(shù)據(jù)資料的處理，包括OA（辦公自動(dòng)化）、MIS（管理信息系統(tǒng)）、ES（專家系統(tǒng)）。如鐵路、飛機(jī)售票系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)等。三、計(jì)算機(jī)控制（實(shí)時(shí)控制）

計(jì)算機(jī)及時(shí)采集數(shù)據(jù)，按最佳值迅速對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)控制或自動(dòng)調(diào)節(jié)。如無(wú)人車間與無(wú)人生產(chǎn)線、衛(wèi)星發(fā)射的控制等等。1.5 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用四、計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）：利用計(jì)算機(jī)幫助學(xué)習(xí)的自學(xué)習(xí)系統(tǒng)，將教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及學(xué)習(xí)情況等存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，使學(xué)生能夠輕松自如地從中學(xué)到所需要的知識(shí)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）：利用計(jì)算機(jī)來(lái)幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。分為兩類：產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）：利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備的管理、控制與操作，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本、縮短生產(chǎn)周期。計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）：利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜而大量的測(cè)試工作。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）：CAD、CAM與CAPP（CAE）集成。1.5 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用五、計(jì)算機(jī)通信

如網(wǎng)上會(huì)議、網(wǎng)上理財(cái)、網(wǎng)上商業(yè)等網(wǎng)上通信活動(dòng)進(jìn)入人們生活。六、人工智能用計(jì)算機(jī)模擬人類的智能活動(dòng)：判斷、理解、學(xué)習(xí)、圖象識(shí)別、問(wèn)題求解等，是計(jì)算機(jī)向智能化方向發(fā)展的趨勢(shì)。簡(jiǎn)單地說(shuō)就是要使計(jì)算機(jī)能夠模仿人的高級(jí)思維活動(dòng)。人工智能的研究課題是多種多樣的，如計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)證明、機(jī)器人等。以下棋為例，把走棋子的法則編成程序存入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)可按規(guī)則走動(dòng)棋子，與人對(duì)奕。我們必須從方法和程序上研究一種新的手段，使計(jì)算機(jī)下棋輸了以后它能進(jìn)行自學(xué)習(xí)、自組織、自積累經(jīng)驗(yàn)，那么下次再下棋時(shí)就不會(huì)重犯上次的錯(cuò)誤，這就是人工智能所研究的課題。七、嵌入式應(yīng)用1.6 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)一、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義：凡是地理位置不同，并具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)通信設(shè)備和線路互相連接起來(lái)，并配以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件，實(shí)現(xiàn)資源共享的系統(tǒng)，稱為“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”。網(wǎng)絡(luò)的分類：局域網(wǎng)（LAN）、城域網(wǎng)（MAN）和廣域網(wǎng)（WAN）。二、局域網(wǎng)網(wǎng)內(nèi)所有計(jì)算機(jī)之間的距離比較短，一般在2.5km之內(nèi)；數(shù)據(jù)傳輸率在1Mbps到1000Mbps之間。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)站點(diǎn)相互連接的方法和形式。局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有星形結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)和環(huán)形結(jié)構(gòu)等。1.6 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)三、廣域網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

所謂廣域網(wǎng)，就是通過(guò)通信線路（專用線、電話線或衛(wèi)星）將遠(yuǎn)距離（甚至全世界）的計(jì)算機(jī)連接起來(lái)。ISO/OSI基本參考模型：描述了信息通過(guò)源設(shè)備時(shí)自上而下的七個(gè)結(jié)構(gòu)層次。從低到高依次為：物理層，數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層、傳送層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層。1.6 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)四、TCP/IP

TCP——TransmissionControlProtocol，傳輸控制協(xié)議。TCP協(xié)議規(guī)定了對(duì)傳輸信息怎樣分層、分組和在線路上傳輸；IP——InternetProtocol，網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議。IP協(xié)議定義了Internet上計(jì)算機(jī)之間的路由選擇，把各種不同網(wǎng)絡(luò)的物理地址轉(zhuǎn)換為Internet地址；TCP/IP協(xié)議組：是一組工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息交換、規(guī)則、規(guī)范的集合體。TCP/IP模型分4個(gè)層次：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和物理層。1.6 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)五、Internet（因特網(wǎng)）六、網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備中繼器：主要用來(lái)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)電纜的長(zhǎng)度，連接網(wǎng)絡(luò)段。集線器：在局域網(wǎng)中，作為中心以連接各個(gè)計(jì)算機(jī)星形結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備。網(wǎng)橋：經(jīng)常用于連接兩個(gè)或多個(gè)局域網(wǎng)，也可將一個(gè)大局域網(wǎng)分割成若干個(gè)局域網(wǎng)，每個(gè)局域網(wǎng)有自己的服務(wù)器，中間用網(wǎng)橋連接起來(lái)，當(dāng)大部分通信在單個(gè)局域網(wǎng)之內(nèi)時(shí)，可大大提高整個(gè)局域網(wǎng)的帶寬。路由器：可實(shí)現(xiàn)相同或不同類型網(wǎng)絡(luò)的互連。即可實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)之間，局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間，廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間的互連。交換機(jī)：可應(yīng)用于廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)中。網(wǎng)關(guān)：實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間互相轉(zhuǎn)換的設(shè)備。第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論本章掌握內(nèi)容：計(jì)算機(jī)的解題過(guò)程計(jì)算機(jī)的硬件組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史計(jì)算機(jī)的應(yīng)用本章作業(yè)： （P22）1、2、3課外思考題：（P22）10補(bǔ)充習(xí)題：為什么硬件和軟件能實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換？實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的媒介是什么？如何理解軟硬件之間的等價(jià)性？第一章 課堂練習(xí)一、選擇題：1、一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)包括

。

A、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器 B、外部設(shè)備和主機(jī)

C、主機(jī)和實(shí)用程序 D、配套的的硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器系統(tǒng)是

。

A、RAM存儲(chǔ)器 B、ROM存儲(chǔ)器 C、主存儲(chǔ)器 D、主存儲(chǔ)器和外部設(shè)備3、集成電路的發(fā)展，到目前為止，依次經(jīng)歷了

四個(gè)階段。

A、SSI、LSI、MSI、VLSI B、VLSI、LSI、MSI、SSI C、SSI、MSI、VLSI、LSI D、SSI、MSI、LSI、VLSI4、馮·諾依曼機(jī)工作方式的基本特點(diǎn)是

。

A、多指令流，單數(shù)據(jù)流 B、按地址訪問(wèn)并順序執(zhí)行指令

C、堆棧操作

D、存儲(chǔ)器按內(nèi)容選擇地址

第一章 課堂練習(xí)5、設(shè)有外存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)監(jiān)控程序可以存放在

中。

A、RAM B、ROM C、RAM和ROM D、CPU6、所謂第二代計(jì)算機(jī)是以

電子元件為主