第1章微型計(jì)算機(jī)概述1.1微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)1.2微型計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成1.4*計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程 1.5*計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作過(guò)程 1.6*微機(jī)的體系架構(gòu) 1.7*計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向 1.8*二進(jìn)制及數(shù)據(jù)單位小結(jié) 計(jì)算機(jī)是20世紀(jì)最重要的發(fā)明之一。它對(duì)人類的影響是全方位的，特別是微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已廣泛而深入地滲透到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，從科研、生產(chǎn)、國(guó)防、文化、教育、衛(wèi)生直到家庭生活。本書(shū)主要對(duì)人們使用最多的微型計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱微機(jī))進(jìn)行介紹。

微機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。硬件是指構(gòu)成微機(jī)的物理裝置，看得見(jiàn)，摸得著，是一些實(shí)實(shí)在在的有形實(shí)體。軟件是指計(jì)算機(jī)程序及有關(guān)程序的技術(shù)文檔資料。

1.1.1微機(jī)的硬件組成

微機(jī)的硬件系統(tǒng)是指構(gòu)建微機(jī)所需的各物理部件的總和。典型的微機(jī)硬件系統(tǒng)是由主機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、音箱等物理實(shí)體組成的，如圖1-1所示。微機(jī)硬件系統(tǒng)的基本功能是接受微機(jī)程序的控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、運(yùn)算和數(shù)據(jù)輸出等一系列操作。硬件系統(tǒng)是微機(jī)實(shí)現(xiàn)各種功能的物理基礎(chǔ)，微機(jī)的信息交換、處理和存儲(chǔ)等操作都是在此物理基礎(chǔ)之上，通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1.1微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

1.主機(jī)

微機(jī)的主機(jī)包含主機(jī)箱、電源、主板、CPU、內(nèi)存、硬盤、光盤驅(qū)動(dòng)器(CD-ROM或DVD)、顯卡、聲卡、網(wǎng)卡等。除機(jī)箱外，其余部分都安裝在機(jī)箱的內(nèi)部。微機(jī)主機(jī)如圖1-2所示。主機(jī)是微機(jī)最重要的部件。

圖1-1微機(jī)硬件組成

圖1-2微機(jī)主機(jī)

圖1-3CPU外觀

(1)中央處理器(CPU)。CPU(CentralProcessingUnit)是微機(jī)硬件系統(tǒng)的核心部件，它主要包括運(yùn)算器和控制器兩個(gè)部件。由于CPU與內(nèi)存之間的信息交換量越來(lái)越大，內(nèi)存控制器也將集成于CPU內(nèi)部。CPU外觀如圖1-3所示。

(2)主機(jī)板。主機(jī)板(MainBoard，簡(jiǎn)稱主板)又稱母板或系統(tǒng)板(MotherBoard或SystemBoard),它是微機(jī)系統(tǒng)的最重要部件，是電腦中各種設(shè)備的連接載體。主板用于連接CPU、內(nèi)存、顯卡、網(wǎng)卡和聲卡等組件，其外形為矩形的多層印制電路板，上面安裝著北橋、南橋芯片，聲音處理芯片，各種電容和電阻以及相關(guān)的插座、擴(kuò)展槽、接口等，如圖1-4所示。主板上的插座(Socket)類主要包括CPU插座、內(nèi)存插座、BIOS插座等，擴(kuò)展槽(Slot)類主要包括AGP、PCI、ISA等，接口(Connector)類主要包括電源接口、硬盤接口、USB接口、1394接口、并口、串口等。其中，CPU插座用于安裝CPU，內(nèi)存插座用于安裝內(nèi)存條，顯卡擴(kuò)展槽用于安裝顯卡，而PCI擴(kuò)展槽則用于安裝網(wǎng)卡、聲卡等，電源接口連接電源。

(3)內(nèi)存。存儲(chǔ)器分為主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器。微機(jī)的主存儲(chǔ)器采用動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DynamicRandomAccessMemory，DRAM)，就是常說(shuō)的內(nèi)存或內(nèi)存條。DRAM靠電容存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，為了保持?jǐn)?shù)據(jù)，它必須定期刷新(Refresh)，否則數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。輔助存儲(chǔ)器有主機(jī)內(nèi)、外之分，主機(jī)內(nèi)的叫內(nèi)部輔助存儲(chǔ)器，如硬盤等。在加電情況下，CPU可以對(duì)內(nèi)存進(jìn)行讀/寫(xiě)操作；當(dāng)斷電后，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)將全部丟失。隨著CPU速度的不斷提高，內(nèi)存的速度也在不斷提高，目前常用的內(nèi)存有SDRAM、DDR、DDR2和DDR3等類型。但必須清楚的是，作為個(gè)體的某位動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)的讀/寫(xiě)速度的提升是有限的，因?yàn)樽x/寫(xiě)時(shí)都必須經(jīng)過(guò)先輸出行地址、再輸出列地址、然后發(fā)出讀/寫(xiě)命令這樣的工作過(guò)程，所以DDR、DDR2和DDR3等速度的提升主要通過(guò)動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)的不同的組織架構(gòu)(多通道、多組同時(shí)讀取)和特殊的讀/寫(xiě)(突發(fā)式，連續(xù)讀取同一行地址下多列數(shù)據(jù))等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)采用新組織架構(gòu)，可以提升內(nèi)存模組與CPU之間的數(shù)據(jù)交換性能。圖1-5所示是DDR3內(nèi)存條。

圖1-4主板

圖1-5內(nèi)存條

(4)硬盤。硬盤是最重要的內(nèi)部輔助存儲(chǔ)器。它采用全密封設(shè)計(jì)，將盤片和驅(qū)動(dòng)器放在一起，具有高速和穩(wěn)定的特點(diǎn)。由于硬盤采用特殊設(shè)計(jì)，因此在使用時(shí)最好保證硬盤不受震動(dòng)。絕不能打開(kāi)硬盤盒，以免進(jìn)入灰塵而損壞。現(xiàn)在常用的硬盤有PATA(并口)和SATA(串口)兩種。圖1-6所示是一款硬盤外觀。

(5)光驅(qū)。光驅(qū)(DVD光驅(qū))主要用于讀取CD-ROM、DVD-ROM、VCD、CD、CD-R等光盤媒介的數(shù)據(jù)，其外觀如圖1-7所示。光驅(qū)按結(jié)構(gòu)和功能的不同可分為普通光驅(qū)和刻錄機(jī)。其中，普通光驅(qū)包括CD-ROM和DVD-ROM，這類光驅(qū)只能讀取數(shù)據(jù)；刻錄機(jī)包括CD-R/RW(R表示Recordable，可一次寫(xiě)入；RW表示ReWritable，可多次重復(fù)寫(xiě)入)和DVD-R/RW。刻錄機(jī)不僅可以讀取數(shù)據(jù)，還可以向光盤中寫(xiě)入數(shù)據(jù)。不同的刻錄機(jī)必須使用其支持的刻錄光盤才能向其中寫(xiě)入數(shù)據(jù)。光盤屬外部輔助存儲(chǔ)器。

圖1-6硬盤

圖1-7光驅(qū)

(6)電源。電源是微機(jī)主機(jī)的動(dòng)力源，它擔(dān)負(fù)著向微機(jī)中各部件提供電能的重要任務(wù)。目前微機(jī)所使用的電源為開(kāi)關(guān)電源(電源變換裝置工作在開(kāi)、關(guān)狀態(tài)，具有節(jié)能高效、調(diào)節(jié)范圍寬等特點(diǎn))。電源外觀如圖1-8所示。

圖1-8電源

2.外部設(shè)備

微機(jī)硬件系統(tǒng)的外部設(shè)備大致可以分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、外部移動(dòng)存儲(chǔ)器及擴(kuò)展設(shè)備等。

(1)輸入設(shè)備。輸入設(shè)備是外界向計(jì)算機(jī)傳送信息的裝置。在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，最常用的輸入設(shè)備有鍵盤和鼠標(biāo)，如圖1-9所示。此外其他的輸入設(shè)備還有掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、攝像頭、手寫(xiě)筆等。

(2)輸出設(shè)備。輸出設(shè)備的作用是將計(jì)算機(jī)主機(jī)處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換為人們所熟悉的信息形式，并傳送到外部媒介。例如，將計(jì)算機(jī)中的程序、運(yùn)行結(jié)果、圖形等信息在顯示器上顯示出來(lái)，或者用打印機(jī)打印出來(lái)。在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，最常用的輸出設(shè)備是顯示器和打印機(jī)，如圖1-10所示。有時(shí)根據(jù)特殊需要，還要配備其他輸出設(shè)備，如工程上用來(lái)輸出圖紙的繪圖儀。

圖1-9輸入設(shè)備

圖1-10輸出設(shè)備

(3)外部移動(dòng)存儲(chǔ)器。外部移動(dòng)存儲(chǔ)器是相對(duì)于內(nèi)部存儲(chǔ)器而言的。內(nèi)存的特點(diǎn)是速度快，容量小，斷電后存儲(chǔ)的信息會(huì)丟失。外部移動(dòng)存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是速度慢，容量大，可移動(dòng)，斷電后信息將長(zhǎng)久保存，而且便于在不同計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行信息傳遞。在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，最常用的外部移動(dòng)存儲(chǔ)器有移動(dòng)硬盤、光盤、U盤、存儲(chǔ)卡等，如圖1-11所示。

圖1-11外部移動(dòng)存儲(chǔ)器

(4)擴(kuò)展設(shè)備。擴(kuò)展設(shè)備是計(jì)算機(jī)為了實(shí)現(xiàn)多媒體功能或網(wǎng)絡(luò)功能等而增加的設(shè)備，例如為了實(shí)現(xiàn)接入互聯(lián)網(wǎng)而增加的調(diào)制解調(diào)器、ADSL、網(wǎng)卡以及為了實(shí)現(xiàn)多媒體功能而增加的聲卡、音箱等，如圖1-12所示。

圖1-12擴(kuò)展設(shè)備圖1-13微機(jī)硬件功能結(jié)構(gòu)1.1.2微機(jī)硬件功能結(jié)構(gòu)

如圖l-13所示，計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備這五大功能部件構(gòu)成。圖中，粗箭頭代表數(shù)據(jù)或指令的流向，在機(jī)內(nèi)表現(xiàn)為一組高、低電平(高、低電平分別代表1和0)，通常用二進(jìn)制表示；細(xì)箭頭代表控制信號(hào)，在機(jī)內(nèi)表現(xiàn)為一系列高、低電平，起控制作用，高、低電平表示兩種不同的狀態(tài)。計(jì)算機(jī)的工作正是通過(guò)這樣的信息流動(dòng)完成的。下面圍繞此圖說(shuō)明各部件的作用。

1.運(yùn)算器(ArithmeticLogicUnit，ALU)

運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯部件，是計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算的部件。數(shù)據(jù)運(yùn)算包括算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。

2.控制器(Controller)

控制器是計(jì)算機(jī)的指揮系統(tǒng)，它控制計(jì)算機(jī)有條不紊地協(xié)調(diào)工作?？刂破魍ㄟ^(guò)地址訪問(wèn)存儲(chǔ)器，逐條取出選中單元的指令，分析指令，根據(jù)指令產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)并作用于其他部件，控制其他部件完成指令要求的操作。上述過(guò)程周而復(fù)始，保證了計(jì)算機(jī)能自動(dòng)、連續(xù)地工作。

3.存儲(chǔ)器(Memory)

存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)中具有記憶能力的部件，用來(lái)存放程序或數(shù)據(jù)。程序和數(shù)據(jù)是兩種不同的信息，應(yīng)放在不同的地方，兩者不可混淆。注意圖1-13中所表示的信息流動(dòng)方向：指令總是由存儲(chǔ)器送到控制器，而數(shù)據(jù)則總是由存儲(chǔ)器送到運(yùn)算器。存儲(chǔ)器就是一種能根據(jù)地址接收或提供指令或數(shù)據(jù)的裝置。

4.輸入設(shè)備(Inputdevice)

輸入設(shè)備是用來(lái)輸入程序和數(shù)據(jù)的部件。典型的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、光筆、圖像掃描儀、數(shù)字化儀等。

5.輸出設(shè)備(Outputdevice)

輸出設(shè)備正好與輸入設(shè)備相反，是用來(lái)輸出計(jì)算結(jié)果的部件。輸出設(shè)備要能以人們所能接受的形式輸出信息，如以文字、圖形的形式在顯示器上輸出。除顯示器外，常用的輸出設(shè)備還有打印機(jī)、繪圖儀等。

1.2.1軟件系統(tǒng)的組成及分類

1.軟件系統(tǒng)的組成

軟件是指計(jì)算機(jī)程序及有關(guān)程序的技術(shù)文檔資料。對(duì)計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，兩者中更為重要的是程序，它能使計(jì)算機(jī)正常工作。一般情況下，軟件就是指程序；對(duì)軟件人員來(lái)說(shuō)，軟件應(yīng)該還包含相應(yīng)的技術(shù)支持文檔，用以幫助人們閱讀、修改和維護(hù)軟件。1.2微型計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)硬件與軟件是相互依存的，軟件依賴硬件才能保存和存儲(chǔ)，而硬件則需在軟件支配下才能有效地工作。軟件技術(shù)現(xiàn)在變得越來(lái)越重要，有了軟件，用戶面對(duì)的將不再是計(jì)算機(jī)硬件本身，而是一臺(tái)具有運(yùn)算能力和邏輯判斷能力的全能計(jì)算機(jī)。人們不必了解計(jì)算機(jī)本身，便可以更加方便、更加有效地讓計(jì)算機(jī)為人類服務(wù)。從這個(gè)意義上說(shuō)，軟件是用戶與硬件的接口。

2.軟件系統(tǒng)的分類

軟件種類繁多，通常根據(jù)軟件的用途將其分為兩大類：系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。

(1)系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件是指管理、監(jiān)控、維護(hù)計(jì)算機(jī)正常工作和供用戶操作使用的計(jì)算機(jī)軟件。這類軟件一般與具體應(yīng)用無(wú)關(guān)，而是在系統(tǒng)一級(jí)上提供服務(wù)的。系統(tǒng)軟件主要包括以下兩類：①面向計(jì)算機(jī)本身的軟件，如操作系統(tǒng)、診斷程序等；②面向用戶的軟件，如各種語(yǔ)言處理程序、實(shí)用程序、字處理程序等。

(2)應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件是指特定領(lǐng)域中的某種具體應(yīng)用軟件，如工業(yè)控制軟件、財(cái)務(wù)報(bào)表軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用軟件等。值得注意的是，系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件之間并無(wú)嚴(yán)格的界限，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，應(yīng)用軟件也在向標(biāo)準(zhǔn)化、商業(yè)化方向發(fā)展，并被納入軟件庫(kù)中。這些軟件庫(kù)既可看成是系統(tǒng)軟件，也可視為應(yīng)用軟件。1.2.2微機(jī)軟件系統(tǒng)的層次關(guān)系

計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)是按層次結(jié)構(gòu)組織的，如圖1-14所示。各層之間的關(guān)系是：內(nèi)層是外層的支撐環(huán)境，而外層不必了解內(nèi)層細(xì)節(jié)，只需根據(jù)約定調(diào)用內(nèi)層提供的服務(wù)即可。

由圖1-14可見(jiàn)：在所有軟件中操作系統(tǒng)最重要，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)直接與硬件相關(guān)聯(lián)，屬于最底層的軟件，它管理和控制硬件資源，同時(shí)為上層軟件提供服務(wù)。換句話說(shuō)，任何程序必須在操作系統(tǒng)支持下才能運(yùn)行，操作系統(tǒng)最終把用戶與機(jī)器隔開(kāi)了，凡用戶對(duì)機(jī)器的操作一律轉(zhuǎn)換為操作系統(tǒng)的命令，這樣一來(lái)，用戶使用計(jì)算機(jī)就變成使用操作系統(tǒng)了。圖1-14計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)有了操作系統(tǒng)，用戶不用再在裸機(jī)上艱難地使用計(jì)算機(jī)(目前單片計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)困難就在于此)，而是可以直接并充分享受操作系統(tǒng)提供的各種方便、優(yōu)良的服務(wù)。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件兩大系統(tǒng)構(gòu)成的，圖1-15概括地表示了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成。1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

圖1-15計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

案例1-1

對(duì)照表1-1，列出一臺(tái)當(dāng)前主流品牌機(jī)的技術(shù)參數(shù)。

依據(jù)表1-1，了解各參數(shù)的意義，選配一臺(tái)目前的主流計(jì)算機(jī)，并列出各配件參數(shù)。表1-1品牌機(jī)參數(shù)對(duì)照表案例1-2

了解品牌機(jī)和兼容機(jī)。

早期，品牌機(jī)和兼容機(jī)具有特定意義。大型廠商自己研發(fā)的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品叫品牌機(jī)，其軟、硬件通用性差。后來(lái)，隨著技術(shù)的逐漸成熟，廠商各自發(fā)揮自己的特長(zhǎng)和優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品由大而全轉(zhuǎn)向少而精；同時(shí)各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也相繼推出，不同廠商的軟、硬件可以很方便地連接到一起，在同一臺(tái)機(jī)器內(nèi)協(xié)同工作，這就是兼容機(jī)。20世紀(jì)80年代初，IBM推出IBM-PC個(gè)人計(jì)算機(jī)，該機(jī)采用了Intel的8088處理器和微軟的MS-DOS操作系統(tǒng)，這就是典型的兼容機(jī)。目前，不論中外品牌，所有計(jì)算機(jī)廠家生產(chǎn)的整機(jī)都是兼容機(jī)。本書(shū)中所說(shuō)的品牌機(jī)和兼容機(jī)是特定的概念。品牌機(jī)就是各大品牌計(jì)算機(jī)公司生產(chǎn)的整機(jī)，比如聯(lián)想(Lenovo)、戴爾(DELL)、惠普(HP)、神舟(Hasee)、方正(Founder)、清華同方、華碩(ASUS)、宏碁(Acer)等；兼容機(jī)指?jìng)€(gè)人組裝(DIY)機(jī)。品牌機(jī)與兼容機(jī)的區(qū)別如下：

品牌機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量穩(wěn)定、售后服務(wù)好，缺點(diǎn)是性價(jià)比稍低。品牌機(jī)適用于不太懂電腦、動(dòng)手能力不強(qiáng)的用戶。

品牌機(jī)廠商一般都有一定的技術(shù)力量，在批量生產(chǎn)前，對(duì)選用的組件經(jīng)過(guò)了較為全面的技術(shù)測(cè)試，并進(jìn)行了整機(jī)(工程樣機(jī))24小時(shí)或48小時(shí)拷機(jī)，而且配件之間的搭配固定，所以品牌機(jī)質(zhì)量穩(wěn)定，各部件之間的適配性和整體性能好。品牌機(jī)通常提供三年質(zhì)保和上門服務(wù)，售后服務(wù)好。同等性能的電腦，品牌機(jī)和兼容機(jī)相差幾百到上千元。兼容機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是兼容性好，部件搭配靈活，性價(jià)比高，適用于懂電腦的電腦發(fā)燒友、游戲玩家等動(dòng)手能力強(qiáng)的用戶。

兼容機(jī)配件現(xiàn)在多由一些大廠生產(chǎn)，比如華碩板卡等，同時(shí)不少配件廠家本身就是品牌機(jī)的原始設(shè)備生產(chǎn)商(OriginalEquipmentManufacturer，OEM)，所以配件質(zhì)量有保障。從兼容機(jī)的名字可知，兼容機(jī)具有兼容性，其兼容性高于品牌機(jī)，因?yàn)樯a(chǎn)廠家希望配件應(yīng)用的面越廣越好，兼容性越強(qiáng)，市場(chǎng)越大。品牌機(jī)的兼容性不如兼容機(jī)，所以，有時(shí)品牌機(jī)的某個(gè)部件壞了，必須用原廠配件。

世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)是1946年問(wèn)世的。60多年以來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。人們根據(jù)計(jì)算機(jī)的性能和硬件技術(shù)狀況，將計(jì)算機(jī)的發(fā)展分成以下幾個(gè)階段，每一階段在技術(shù)上都是一次新的突破，在性能上都是一次質(zhì)的飛躍。1.4*計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程

1.第一階段：電子管計(jì)算機(jī)(1946—1957年)

該階段的主要特點(diǎn)是：

(1)采用電子管作為基本邏輯部件，體積大，耗電量大，壽命短，可靠性差，成本高。

(2)采用電子管作為存儲(chǔ)部件，容量很小。后來(lái)，輔助存儲(chǔ)器使用了磁鼓存儲(chǔ)信息，擴(kuò)充了容量。

(3)輸入/輸出裝置落后，主要使用穿孔卡片，速度慢，使用十分不便。

(4)沒(méi)有系統(tǒng)軟件，只能用機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編程。

2.第二階段：晶體管計(jì)算機(jī)(1958—1964年)

該階段的主要特點(diǎn)是：

(1)采用晶體管制作基本邏輯部件，體積減小、重量減輕、能耗降低、成本下降，計(jì)算機(jī)的可靠性和運(yùn)算速度均得到提高。

(2)普遍采用磁芯作為存儲(chǔ)器，采用磁盤/磁鼓作為輔助存儲(chǔ)器。

(3)開(kāi)始有了系統(tǒng)軟件(監(jiān)控程序)，提出了操作系統(tǒng)的概念，出現(xiàn)了高級(jí)語(yǔ)言。

3.第三階段：集成電路計(jì)算機(jī)(1965—1974年)

該階段的主要特點(diǎn)是：

(1)采用中、小規(guī)模集成電路制作各種邏輯部件，從而使計(jì)算機(jī)的體積更小、重量更輕、耗電更省、壽命更長(zhǎng)、成本更低，運(yùn)算速度有了更大的提高。

(2)采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器作為主存，取代了原來(lái)的磁芯存儲(chǔ)器，使存儲(chǔ)器容量和存取速度有了大幅度的提高，增加了系統(tǒng)的處理能力。

(3)系統(tǒng)軟件有了很大發(fā)展，出現(xiàn)了分時(shí)操作系統(tǒng)，多用戶可以共享計(jì)算機(jī)軟/硬件資源。

(4)在程序設(shè)計(jì)方面采用了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，為研制大型軟件提供了技術(shù)上的保證。

4.第四階段：大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)(1975年到現(xiàn)在)

該階段的主要特點(diǎn)是：

(1)基本邏輯部件采用大規(guī)模集成電路，使計(jì)算機(jī)的體積、重量、成本均大幅度降低，出現(xiàn)了微型機(jī)。

(2)作為主存的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其集成度越來(lái)越高，容量越來(lái)越大；輔助存儲(chǔ)器使用

軟/硬盤、磁帶機(jī)和CD-ROM、DVD，出現(xiàn)了高性能的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。

(3)臺(tái)式機(jī)半導(dǎo)體器件的工作電壓由單一的5V變?yōu)槎嚯妷汗╇娔Ｊ健?/p>

(4)系統(tǒng)軟件有了很大發(fā)展。

計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程就是執(zhí)行程序的過(guò)程。怎樣組織程序，涉及計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)問(wèn)題?，F(xiàn)在的計(jì)算機(jī)都是基于“程序存儲(chǔ)”概念設(shè)計(jì)的。1.5*計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作過(guò)程

1.馮·諾依曼(VonNeumann)的“程序存儲(chǔ)”設(shè)計(jì)思想馮·諾依曼是美籍匈牙利數(shù)學(xué)家，他在1946年提出了關(guān)于計(jì)算機(jī)組成和工作方式的基本設(shè)想。到現(xiàn)在為止，盡管計(jì)算機(jī)制造技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了極大的變化，但是就其體系結(jié)構(gòu)而言，仍然是根據(jù)他的設(shè)計(jì)思想制造的，這樣的計(jì)算機(jī)稱為馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)。

馮·諾依曼設(shè)計(jì)思想可以簡(jiǎn)要地概括為以下三點(diǎn)：

(1)計(jì)算機(jī)應(yīng)包括運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大基本部件。

(2)計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制來(lái)表示指令和數(shù)據(jù)。每條指令一般具有一個(gè)操作碼和一個(gè)地址碼。其中操作碼表示運(yùn)算性質(zhì)，地址碼指出操作數(shù)在存儲(chǔ)器中的地址。

(3)將編好的程序送入內(nèi)存儲(chǔ)器中，然后計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序而無(wú)需操作人員干預(yù)，能自動(dòng)逐條取出指令和執(zhí)行指令。

馮·諾依曼設(shè)計(jì)思想最重要之處在于明確地提出了“程序存儲(chǔ)”的概念，他的全部設(shè)計(jì)思想實(shí)際上就是對(duì)“程序存儲(chǔ)”概念的具體化。

2.計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程

了解了“程序存儲(chǔ)”，再理解計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程將會(huì)變得十分容易。如果想讓計(jì)算機(jī)工作，就得先把程序編出來(lái)，然后通過(guò)輸入設(shè)備送到存儲(chǔ)器中保存起來(lái)，即程序存儲(chǔ)。接下來(lái)就是執(zhí)行程序的問(wèn)題了。根據(jù)馮·諾依曼的設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)應(yīng)能自動(dòng)執(zhí)行程序，而執(zhí)行程序可歸結(jié)為逐條執(zhí)行指令。計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程具體如下：

(1)從存儲(chǔ)器某個(gè)地址中取出要執(zhí)行的指令送到CPU內(nèi)部的指令寄存器；

(2)分析指令寄存器內(nèi)的指令，確定對(duì)應(yīng)指令的微操作；

(3)執(zhí)行微操作，經(jīng)指令譯碼器向各個(gè)部件發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，完成指令規(guī)定的操作；

(4)為執(zhí)行下一條指令做好準(zhǔn)備，即形成下一條指令地址。

微機(jī)是由微處理器(CPU)、內(nèi)存、輸入/輸出接口電路和總線接口組成的。微機(jī)配上軟件系統(tǒng)和外部設(shè)備就構(gòu)成了微機(jī)系統(tǒng)。1.6*微機(jī)的體系架構(gòu)圖1-16微機(jī)結(jié)構(gòu)運(yùn)算器和控制器在邏輯關(guān)系、電路結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系十分緊密，尤其是隨著大規(guī)模集成電路制作工藝的不斷更新，這兩大部件往往被制作在同一芯片上，因此，人們通常將它們合起來(lái)統(tǒng)稱為中央處理器(CentralProcessingUnit，CPU)，而把輸入設(shè)備(InputDevice)與輸出設(shè)備(OutputDevice)稱為I/O設(shè)備。這樣，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)可認(rèn)為由圖1-13中的五大部分組成簡(jiǎn)化為三大部分組成，即CPU、I/O設(shè)備及主存儲(chǔ)器(MainMemory，MM)，如圖l-16所示。圖中主存儲(chǔ)器(MM)是存儲(chǔ)器子系統(tǒng)的一類，用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)。能與CPU直接交換信息的存儲(chǔ)器俗稱內(nèi)存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱內(nèi)存)，另一類不能與CPU直接交換信息的存儲(chǔ)器俗稱輔助存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱輔存)。CPU與MM合起來(lái)又稱為主機(jī)。算術(shù)邏輯單元(ArithmeticLogicUnit，ALU)和控制單元(ControlUnit，CU)是CPU的核心部件。

為了更加清晰、直觀地描述計(jì)算機(jī)內(nèi)部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和各類數(shù)據(jù)流、信號(hào)流之間的關(guān)系，圖l-16中的總線分為地址總線(AddressBus，AB)、數(shù)據(jù)總線(DataBus，DB)和控制總線(ControlBus，CB)三種。通常所說(shuō)的總線都包括上述三個(gè)組成部分。地址總線(AB)用來(lái)傳送地址信息，數(shù)據(jù)總線(DB)用來(lái)傳送數(shù)據(jù)信息，控制總線(CB)用來(lái)傳送各種控制信號(hào)。采用總線結(jié)構(gòu)后，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，規(guī)范和簡(jiǎn)化了存儲(chǔ)器、外設(shè)接口與總線的連接。

未來(lái)的計(jì)算機(jī)將以超大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)，向巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化的方向發(fā)展。

(1)微處理器的內(nèi)核電壓正在由原來(lái)早期的5V降低到1.33V或更低，以減少發(fā)熱量。1.7*計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向

(2)

CPU的工作頻率提升難度越來(lái)越大，這是因?yàn)橛?jì)算機(jī)內(nèi)部靠電壓的高低來(lái)判斷是1還是0，而電壓是靠電子的不斷累積形成的，因此，電子發(fā)出端到電壓形成必定存在延時(shí)，所以計(jì)算機(jī)速度的提高難度可想而知。

(3)如果能找到一種能發(fā)射單個(gè)電子并對(duì)單個(gè)電子進(jìn)行辨識(shí)(通過(guò)“有”、“無(wú)”電子分別表示1或0)的器件，才有可能使計(jì)算機(jī)成為真正的“電子”計(jì)算機(jī)，這樣，發(fā)熱少、體積小的計(jì)算機(jī)的速度將達(dá)電子的速度，即出現(xiàn)真正意義上的電子計(jì)算機(jī)。

1.巨型化

巨型化是指計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度更高、存儲(chǔ)容量更大、功能更強(qiáng)。目前正在研制的巨型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度可達(dá)百億次每秒。

2.微型化

微型計(jì)算機(jī)已進(jìn)入儀器、儀表、家用電器等小型儀器設(shè)備中，同時(shí)也作為工業(yè)控制過(guò)程的“大腦”，使儀器設(shè)備實(shí)現(xiàn)“智能化”。隨著微電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，筆記本型、掌上型微型計(jì)算機(jī)必將以更高的性能價(jià)格比受到人們的歡迎。

3.網(wǎng)絡(luò)化

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的深入，特別是家用計(jì)算機(jī)的普及，人們一方面希望眾多用戶能共享信息資源，另一方面也希望各計(jì)算機(jī)之間能互相傳遞信息進(jìn)行通信。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已在現(xiàn)代企業(yè)的管理中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，如銀行系統(tǒng)、商業(yè)系統(tǒng)、交通運(yùn)輸系統(tǒng)等。

4.智能化

計(jì)算機(jī)人工智能的研究是建立在現(xiàn)代科學(xué)基礎(chǔ)之上的。智能化是計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要方向。新一代計(jì)算機(jī)將可以模擬人的感覺(jué)行為和思維過(guò)程的機(jī)理，進(jìn)行“看”、“聽(tīng)”、“說(shuō)”、“想”、“做”，具有邏輯推理、學(xué)習(xí)與證明的能力。

數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)處理的對(duì)象。這里的“數(shù)據(jù)”含義非常廣泛，包括數(shù)值、文字、圖形、圖像、視頻等各種數(shù)據(jù)形式。計(jì)算