第1章計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)知識1一、計算機的發(fā)展簡史2理論基礎(chǔ)帕卡斯法國數(shù)學家、物理學家

受鐘擺的啟發(fā)，發(fā)明齒輪式機械計算器，能進行加減法；巴貝奇

英國數(shù)學家，公認的計算機之父

研制出差分機、分析機，提出了程序控制思想和完整的通用計算機設(shè)計方案；愛達·拜倫英國數(shù)學家

巴貝奇的分析機編制程序，被稱為世界上第一位程序員；艾肯

美國數(shù)學家

以機電方式實現(xiàn)差分機圖靈

英國數(shù)家，現(xiàn)代計算機誕生重要人物之一

建立圖靈機政府模型；提出圖靈測試；馮·諾依曼美國數(shù)學教授，現(xiàn)代計算機之父

提出存儲程序原理；設(shè)計現(xiàn)代計算機的體系結(jié)構(gòu)3現(xiàn)代計算機的誕生1946年由美國賓夕法尼亞大學發(fā)明第一臺現(xiàn)代計算機——埃尼阿克ENIAC（ElectroniNumericalIntegratorAndComputer）占地170平方米，重30噸，耗電140千瓦；由18000個電子管、70000個電阻、10000個電容組成；計算機速度5000次/秒一、計算機的發(fā)展簡史ENIAC的缺陷：存儲容量??；程序存儲在紙帶；使用電子管，耗電量大，性能不穩(wěn)定；一、計算機的發(fā)展簡史計算機的發(fā)展階段第1代（1946—1958年）——電子管

（1）硬件方面，邏輯元件采用的是真空電子管，主存儲器采用汞延遲線電子管數(shù)字計算機、陰極射線示波管靜電存儲器、磁鼓、磁芯；外存儲器采用的是磁帶。軟件方面采用的是機器語言、匯編語言。應(yīng)用領(lǐng)域以軍事和科學計算為主。

（2）特點是體積大、功耗高、可靠性差。速度慢（一般為每秒數(shù)千次至數(shù)萬次）、價格昂貴，但為以后的計算機發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。第2代（1958—1964年）——晶體管

（1）硬件是晶體管操。軟件方面出現(xiàn)操作系統(tǒng)、高級語言及其編譯程序。應(yīng)用領(lǐng)域以科學計算和事務(wù)處理為主，并開始進入工業(yè)控制領(lǐng)域。

（2）特點是體積縮小、能耗降低、可靠性提高、運算速度提高（一般為每秒數(shù)10萬次，可高達300萬次）、性能比第1代計算機有很大的提高。5第3代（1964—1970年）——集成電路

（1）硬件方面，邏輯元件采用中、小規(guī)模集成電路（MSI、SSI），主存儲器仍采用磁芯。軟件方面出現(xiàn)了分時操作系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)化、規(guī)?；绦蛟O(shè)計方法。

（2）特點是速度更快（一般為每秒數(shù)百萬次至數(shù)千萬次），而且可靠性有了顯著提高，價格進一步下降，產(chǎn)品走向了通用化、系列化和標準化等。應(yīng)用領(lǐng)域開始進入文字處理和圖形圖像處理領(lǐng)域。第4代（1970年至今）大規(guī)模集成電路

（1）硬件方面，邏輯元件采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路（LSI和VLSI）。軟件方面出現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和面向?qū)ο笳Z言等。

（2）特點是1971年世界上第一臺微處理器在美國硅谷誕生，開創(chuàng)了微型計算機的新時代。應(yīng)用領(lǐng)域從科學計算、事務(wù)管理、過程控制逐步走向家庭。計算機的發(fā)展趨勢微型化；巨型化；網(wǎng)絡(luò)化；智能化；多媒體化；一、計算機的發(fā)展簡史6二、馮·諾依曼計算機體結(jié)構(gòu)馮·諾伊曼體系結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代計算機的基礎(chǔ)，現(xiàn)在大多計算機仍是馮·諾伊曼計算機的組織結(jié)構(gòu)，只是作了一些改進而已，并沒有從根本上突破馮體系結(jié)構(gòu)的束縛。馮·諾伊曼也因此被人們稱為“計算機之父”。然而由于傳統(tǒng)馮·諾伊曼計算機體系結(jié)構(gòu)天然所具有的局限性，從根本上限制了計算機的發(fā)展。根據(jù)馮·諾伊曼體系結(jié)構(gòu)構(gòu)成的計算機，必須具有如下功能：把需要的程序和數(shù)據(jù)送至計算機中：必須具有長期記憶程序、數(shù)據(jù)、中間結(jié)果及最終運算結(jié)果的能力：能夠完成各種算術(shù)、邏輯運算和數(shù)據(jù)傳送等數(shù)據(jù)加工處理的能力：能夠根據(jù)需要控制程序走向，并能根據(jù)指令控制機器的各部件協(xié)調(diào)操作；能夠按照要求將處理結(jié)果輸出給用戶。計算機由控制器、運算器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五部分組成。馮·諾伊曼提出的計算機體系結(jié)構(gòu)，奠定了現(xiàn)代計算機的結(jié)構(gòu)理念。7二、馮·諾依曼計算機體結(jié)構(gòu)8三、計算機系統(tǒng)組成8應(yīng)用軟件系統(tǒng)支撐軟件操作系統(tǒng)硬件系統(tǒng)計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)三、計算機系統(tǒng)組成硬件系統(tǒng)計算機系統(tǒng)軟件系統(tǒng)主機外部設(shè)備外存儲器：硬盤、U盤等中央處理器（CPU）運算器主存儲器控制器隨機存儲器（RAM）只讀存儲器（ROM）輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標等輸出設(shè)備：顯示器、打印機等應(yīng)用軟件：與某個具體應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)的軟件系統(tǒng)軟件：系統(tǒng)性支持軟件操作系統(tǒng)語言處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主板CPU內(nèi)存硬盤顯示器網(wǎng)絡(luò)適配器（網(wǎng)卡）光驅(qū)電源10四、微型計算機的硬件組成主板主板實物圖11內(nèi)存插槽IDE接口RAID芯片穩(wěn)壓控制芯片USBAGPCNR游戲接口并行口USB口電源插口PS2接口供電電路CPU插座北橋芯片線路板南橋芯片電池PCIISA固定孔ICBIOS軟驅(qū)接口主板集成主板（聲卡、網(wǎng)卡已集成）12CPUCPU實物圖13內(nèi)存內(nèi)存條實物圖14硬盤硬盤實物圖15硬盤硬盤磁頭結(jié)構(gòu)16顯示器顯示器實物圖17顯卡網(wǎng)絡(luò)適配器網(wǎng)卡實物圖18光盤驅(qū)動器光驅(qū)實物圖19電源電源實物圖20主機箱主機箱內(nèi)部實景21五、計算機主要技術(shù)指標字長：計算機一次能同時處理的二進制數(shù)據(jù)位數(shù)。主頻：計算機中CPU的時鐘頻率。運算速度：每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)，一般用“百萬條指令/秒”（MillionInstructionPerSecond，MIPS）來描述。存取周期：C