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1、第第第第1 1章章章章 概述概述概述概述大学计算机基础教程目录目录1.1 计算机的发展计算机的发展1.2 计算机的分类计算机的分类 1.3 计算机的应用领域计算机的应用领域1.4 计算机系统组成计算机系统组成2华南理工大学计算机教学团队1.1 计算机的发展计算机的发展华南理工大学计算机公共基础教研室3 计算机的诞生（计算机的诞生（1）一一般般认认为为第第一一台台真真正正意意义义下下的的电电子子计计算算机机是是19461946年年2 2月月在在美美国国宾宾夕夕法法尼尼亚亚大大学学诞诞生生的的，其其名名称称为为电电子子数数字字积积分分计计算算机机（Electronic Electronic Num
2、erical Numerical Integrator Integrator and Calculator,and Calculator,简称为简称为ENIACENIAC），如图所示。，如图所示。4华南理工大学计算机教学团队 计算机的诞生（计算机的诞生（2）19461946年年6 6月月，美美籍籍匈匈牙牙利利数数学学家家冯冯.诺诺依依曼曼（von von NeumannNeumann），发发表表了了题题为为“电电子子计计算算机机装装置置逻逻辑辑结结构构初初探探”的的论论文文，并并设设计计出出第第一一台台“存存储储程程序序”的的离离散散变变量量自自动动电电子子计计算算机机（The The Ele
3、ctronic Electronic Discrete Discrete Variable Automatic Computer,Variable Automatic Computer,简称为简称为EDVACEDVAC）。5华南理工大学计算机教学团队现代计算机之父冯.诺依曼1.1.2 计算机的发展阶段（计算机的发展阶段（1）第一代：电子管计算机（第一代：电子管计算机（19461946年年2020世纪世纪5050年代年代中期）中期）主主要要特特征征是是采采用用电电子子管管作作为为计计算算机机的的逻逻辑辑元元件件，其其主主存存储储器器采采用用磁磁鼓鼓、磁磁芯芯，外外存存储储器器采采用用卡卡片片、纸
4、纸带带、磁磁带带等等。存存储储容容量量只只有有几几千千字字节节，运运算算速速度度为为每每秒秒几几千千次次，主主要要使使用用机机器器语语言言编编写写程程序序。这这一一代代的的计计算算机机体体积积大大、价价格格高高、维维修修困困难难，使使用用也也不不方方便便，只只在在军军事事领领域域或或科科学学研研究究领领域域使使用用，主主要要用用于于进行科学计算进行科学计算。华南理工大学计算机教学团队61.1.2 计算机的发展阶段（计算机的发展阶段（2）第第二二代代：晶晶体体管管计计算算机机（2020世世纪纪5050年年代代中中期期2020世纪世纪6060年代中期）年代中期）主主要要特特征征是是采采用用晶晶体体
5、管管作作为为计计算算机机的的逻逻辑辑元元件件，其其主主存存储储器器使使用用磁磁芯芯，外外存存储储器器使使用用磁磁带带、磁磁盘盘。在在 软软 件件 方方 面面 开开 始始 使使 用用 FORTRANFORTRAN、COBOLCOBOL、ALGOLALGOL等等高高级级程程序序设设计计语语言言。这这一一代代计计算算机机不不仅仅用用于于科科学学计计算算，还还用用于于数数据据处处理理和和事事务务处处理理及及工工业业控控制制。相相对对第第一一代代计计算算机机，这这一一代代计计算算机机的的运运行速度更快、体积更小、功能更强。行速度更快、体积更小、功能更强。华南理工大学计算机教学团队71.1.2 计算机的发
6、展阶段（计算机的发展阶段（3）第第三三代代：集集成成电电路路计计算算机机（2020世世纪纪6060年年代代中中期期2020世纪世纪7070年代初期）年代初期）主主要要特特征征是是采采用用中中、小小规规模模的的集集成成电电路路作作为为计计算算机机的的逻逻辑辑元元件件，其其主主存存储储器器开开始始逐逐渐渐采采用用半半导导体体元元件件，外外存存储储器器采采用用磁磁盘盘。存存储储容容量量可可达达几几兆兆字字节节，运运算算速速度度可可达达每每秒秒几几十十万万次次到到几几百百万万次次。体体积积进进一一步步缩缩小小、性性能能进进一一步步提提高高、成成本本进进一一步步降降低低。在在软软件件方方面面，操操作作系
7、系统统开开始始使使用用，使使计计算算机机的的功功能能越越来来越越强强。从从此此，计计算算机机进进入入普普及及阶阶段段，广广泛泛应应用用于于科科学学计计算算、数据处理、过程控制等各个方面。数据处理、过程控制等各个方面。华南理工大学计算机教学团队81.1.2 计算机的发展阶段（计算机的发展阶段（4）第第四四代代：大大规规模模集集成成电电路路计计算算机机（2020世世纪纪7070年年代代初期至今）初期至今）主主要要特特征征是是采采用用了了大大规规模模集集成成电电路路（Large Large Scale Scale Integration,Integration,简简 称称 为为 LSILSI）和和
8、超超 大大 规规 模模 集集 成成 电电 路路（Very Very Large Large Scale Scale Integration,Integration,简简称称为为VLSI VLSI）作作为为计计算算机机的的逻逻辑辑元元件件，其其主主存存储储器器采采用用LSI/VLSI LSI/VLSI 半半导导体体芯芯片片，外外存存储储器器采采用用磁磁盘盘和和光光盘盘。存存储储容容量大大增加，运算速度更快。量大大增加，运算速度更快。华南理工大学计算机教学团队91.1.2 计算机的发展阶段（计算机的发展阶段（5）1971 1971 年年，美美国国英英特特尔尔（IntelIntel）公公司司推推出出
9、了了第第一一个个微微处处理理器器芯芯片片Intel4004,Intel4004,如如图图所所示示。该该微微处处理理器器芯芯片片是是将将中中央央处处理理器器（Central Central Processing Processing Unit,Unit,简简称称为为CPUCPU）集集成成在在一一块块芯芯片片上上，这这是是大大规规模模集集成成电路的标志。电路的标志。华南理工大学计算机教学团队第一个微处理器芯片Intel4004101.1.2 计算机的发展阶段（计算机的发展阶段（6）19811981年年，IBMIBM公公 司司 推推 出出 第第 一一 台台 个个 人人 计计 算算 机机 IBM IB
10、M PCPC（Personal Personal ComputerComputer，简简称称为为PCPC）51505150，如如图图所所示示。这这台台计计算算机机采采用用IntelIntel公公司司的的80888088作作为为CPUCPU，工工作作频频率率为为4.77MHz4.77MHz，内内存存为为16KB 16KB,一一个个160KB160KB的的5.255.25英英寸寸的的软软盘盘驱驱动动器器，一一个个11.511.5英英寸寸的的单单色色显显示示 器器，没没 有有 硬硬 盘盘，操操 作作 系系 统统 为为 微微 软软 公公 司司 的的 DOS1.0DOS1.0。华南理工大学计算机教学团队
11、111.1.2 计算机的发展阶段（计算机的发展阶段（7）19851985年年6 6月，长城月，长城05200520微机研制成功，微机研制成功，如下图所如下图所示，示，这是中国大陆第一台自行研制的兼容微型计这是中国大陆第一台自行研制的兼容微型计算机。算机。华南理工大学计算机教学团队长城052012 未来的新型计算机（未来的新型计算机（1）IntelIntel公公司司创创始始人人之之一一的的Gordon Gordon MooreMoore于于19651965年年在在总总结结存存储储芯芯片片的的增增长长规规律律时时指指出出：微微芯芯片片上上集集成成的的晶晶体体管管数数目目每每1818个个月月翻翻一一
12、番番。这这种种表表述述没没有有经经过过论论证证，只只是是一一种种现现象象的的归归纳纳。但但是是后后来来的的集集成成电电路路工工业业的的发发展展却却很很好好地地验验证证了了这这一一说说法法，使使其其享享有有了了“摩尔定律摩尔定律”的荣誉，如图所示。的荣誉，如图所示。华南理工大学计算机教学团队13 未来的新型计算机（未来的新型计算机（2）2020世世纪纪7070年年代代，人人们们发发现现能能耗耗会会导导致致计计算算机机中中的的芯芯片片发发热热，极极大大地地影影响响了了芯芯片片的的集集成成度度，从从而而限限制制了了计计算算机机的的运运行行速速度度。当当代代集集成成电电路路在在制制造造技技术术中中采采
13、用用了了光光刻刻技技术术，集集成成电电路路内内部部的的导导线线宽宽度度达达到到了了几几十十个个纳纳米米。但但是是，当当晶晶体体管管元元器器件件尺尺寸寸小小到到一一定定程程度度时时，将将发发生生电电子子漂漂移移现现象象，单单个个电电子子将将会会从从线线路路中中“跳跳”出出来来，这这种种单单电电子子的的量量子子行行为为，即即量量子子效效应应，将将产产生生干干扰扰作作用用，晶晶体体管管将将无无法法控控制制电电子子的的进进出出，从从而而导导致致集集成成电电路路芯芯片片无无法法正正常常工工作作。目目前前，计计算算机机集集成成电电路路内内部部线线的的尺尺寸寸将将接接近近这这一一极极限限。这这就导致了科学家
14、们必须进行新型计算机方面的研究。就导致了科学家们必须进行新型计算机方面的研究。华南理工大学计算机教学团队14 未来的新型计算机（未来的新型计算机（3）1.量子计算机对量子计算机的研究，主要目的是为了解决经典计对量子计算机的研究，主要目的是为了解决经典计算机中的能耗问题。算机中的能耗问题。与现有的计算机类似，量子计算机的硬件也是由逻与现有的计算机类似，量子计算机的硬件也是由逻辑门原件和存储元件构成。在量子计算机中，数据辑门原件和存储元件构成。在量子计算机中，数据采用量子位存储。由于量子具有叠加效应，一个量采用量子位存储。由于量子具有叠加效应，一个量子位可以存储一位二进制数据，子位可以存储一位二进
15、制数据，0 0 或或1 1，也可以存储，也可以存储两位二进制数据两位二进制数据0 0和和1 1。因此，采用同样数量的存储。因此，采用同样数量的存储单元存储信息时，量子计算机存储的信息量比经典单元存储信息时，量子计算机存储的信息量比经典计算机存储的信息量大。量子计算机中，基本信息计算机存储的信息量大。量子计算机中，基本信息单位是量子比特，运算序列是量子比特序列。单位是量子比特，运算序列是量子比特序列。华南理工大学计算机教学团队15 未来的新型计算机（未来的新型计算机（4）2.2.光子计算机光子计算机光光子子计计算算机机是是以以光光子子代代替替电电子子，光光互互连连代代替替导导线线互互连连，以以光
16、光硬硬件件代代替替电电子子硬硬件件，以以光光运运算算代代替替电电运运算算，利利用用激激光光来来传传送送信信号号，并并由由光光导导纤纤维维与与各各种种光光学学元元件件等等构构成成集集成成光光路路，从从而而进进行行数数据据运运算算、传传输输和和存存储储。在在光光子子计计算算机机中中，不不同同波波长长、频频率率、偏偏振振态态及及相相位位的的光光代代表表不不同同的的数数据据，这这远远胜胜于于电电子子计计算算机机中中通通过过电电子子“0”“0”、“1”“1”状状态态变变化化进进行行的的二二进进制制运运算算，可可以以对对复复杂杂度度高高、计计算算量量大大的的任任务务实实现现快快速速的的并并行行处处理。理。
17、华南理工大学计算机教学团队16 未来的新型计算机（未来的新型计算机（5）3.3.生物计算机生物计算机生生物物计计算算机机的的运运算算过过程程是是蛋蛋白白质质分分子子与与周周围围物物理理化化学学介介质质的的相相互互作作用用过过程程。科科学学家家通通过过对对生生物物组组织织体体的的研研究究，发发现现生生物物组组织织体体由由无无数数的的细细胞胞组组成成，细细胞胞由由蛋蛋白白质质、核核酸酸等等有有机机物物组组成成，而而有有些些生生物物中中的的蛋蛋白白质质分分子子像像开开关关一一样样，具具有有“开开”与与“关关”的的功功能能。因因此此，人人类类利利用用遗遗传传工工程程技技术术，仿仿制制出出具具有有这这种
18、种性性质质的的蛋蛋白白质质分分子子，用用来来作作为为制制造造计计算算机机的的元元器器件件。具有这种特征的计算机称为生物计算机。具有这种特征的计算机称为生物计算机。华南理工大学计算机教学团队171.2 计算机的分类计算机的分类华南理工大学计算机公共基础教研室181.2.1 计算机的类型计算机的类型按照性能来分，可分为巨型机、大型机、中型机、按照性能来分，可分为巨型机、大型机、中型机、小型机、和微小型机、和微型计算机型计算机。按按照照目目前前计计算算机机市市场场的的分分布布情情况况来来分分，大大致致可可分分为为：大大型型计计算算机机、微微型型计计算算机机、嵌嵌入入式式系系统统三三类类。如如图图所示
19、。所示。华南理工大学计算机教学团队191.2.2 微型计算机的类型（微型计算机的类型（1）1.1.个人计算机个人计算机19811981年年，IBMIBM公公司司推推出出了了个个人人计计算算机机，它它使使用用IntelIntel公公司司的的CPUCPU作作为为计计算算机机的的中中央央处处理理器器。以以后后，凡凡是是能能够够兼兼容容IBM IBM PCPC的的微微型型计计算算机机都都称称为为“PCPC机机”。目目前前，大大部部分分微微机机都都是是采采用用IntelIntel公公司司和和AMDAMD公公司司的的CPUCPU产产品品，这这两两个个公公司司的的CPUCPU与与早早期期的的“80X8680
20、X86”系系列列产产品品兼兼容容，因因此此，也也将将是是使使用用这这些些CPUCPU产品的微机称为产品的微机称为X86X86系列微机。系列微机。华南理工大学计算机教学团队201.2.2 微型计算机的类型（微型计算机的类型（2）2.苹果系列微机美美国国Apple Apple(苹苹果果)电电脑脑公公司司是是早早期期微微机机厂厂商商之之一一，AppleApple公公司司目目前前的的微微机机产产品品主主要要有有Apple Apple Power Power Mac Mac G4G4系系列列、Apple Apple Power Power Mac Mac G5 G5 系系列列，如如图图1.71.7所所示
21、示。这这些些产产品品在在硬硬件件和和软软件件上上均均与与PCPC机机不不兼兼容容。AppleApple公公司司的的Power Power MacMac微微机机采采用用MotorolaMotorola公公司司和和IBM IBM 公公司司联联合合开开发发的的CPUCPU芯芯片片，Apple Apple Power Power Mac Mac G5G5微微机机采采用用双双6464位位PowerPC PowerPC G5 G5 处处理理器器，高高端端的的型型号号拥拥有有两两块块2.5GHz2.5GHz处处理理器器。AppleApple微微机机采采用用基于基于UNIXUNIX的的Mac OS X Mac
22、 OS X 操作系统。操作系统。华南理工大学计算机教学团队211.2.2 微型计算机的类型（微型计算机的类型（3）华南理工大学计算机教学团队图1.7 Apple Power Mac G5 微机221.2.2 微型计算机的类型（微型计算机的类型（4）3.一体微机由由于于显显示示器器尺尺寸寸关关系系，早早期期计计算算机机系系统统主主要要有有三三部部分分组组成成：显显示示器器、主主机机和和输输入入设设备备。随随着着显显示示器器尺尺寸寸的的缩缩小小和和超超大大规规模模集集成成电电路路的的应应用用，电电脑脑厂厂商商开开始始把把主主机机集集成成到到显显示示器器中中，从从而而形形成成一一体体微微机机（all
23、-all-in-onein-one，简称为，简称为AIOAIO）。如）。如下下图所示。图所示。华南理工大学计算机教学团队231.2.2 微型计算机的类型（微型计算机的类型（5）4.4.笔记本微机笔记本微机笔笔记记本本微微机机主主要要用用于于移移动动应应用用和和办办公公，所所以以对对计计算算机机的的体体积积和和重重量量有有限限制制，要要求求便便于于携携带带。笔笔记记本本微微机机在在软软件件上上与与台台式式微微机机完完全全兼兼容容，在在硬硬件件上上虽虽然然按按照照PCPC的的规规范范设设计计、制制造造，但但是是，由由于于受受体体积积、重重量量的的限限制制，不不同同厂厂家家设设计计、制制造造出出来来
24、的的产产品品部部件件一一般般是是不不能能互互换换的的。在在与与台台式式微微机机配配置置相相同同的的情情况况下下，笔笔记记本本微微机机的的性性能能要要低低于于台台式式微微机机，价价格格却却比比台台式式微微机机高高。笔笔记记本本微微机机屏屏幕幕采采用用液液晶晶显显示示器器，其其大大小小有有9 9、1010、1111、1212、1313、1414、1515、1717、1919、2121英英寸等多种类型。寸等多种类型。华南理工大学计算机教学团队241.2.2 微型计算机的类型（微型计算机的类型（6）5.5.平板微机平板微机平平板板微微机机是是下下一一代代移移动动商商务务PCPC的的代代表表。从从微微软
25、软提提出出的的平平板板微微机机概概念念产产品品上上看看，平平板板微微机机就就是是一一款款无无须须翻翻盖盖、没没有有键键盘盘、小小到到足足以以放放入入女女士士手手袋袋，功功能能完完整整的的PCPC机机。与与笔笔记记本本微微机机相相比比，它它除除了了拥拥有有其其所所有有功功能能外外，还还支支持持手手写写输输入入或或者者语语音音输输入入，移移动动性性和和便携性都更胜一筹。便携性都更胜一筹。平平板板微微机机按按结结构构设设计计大大致致可可分分为为两两种种类类型型，即即集集成成键键盘盘的的“可可变变式式平平板板微微机机”和和可可外外接接键键盘盘的的“纯纯平平板板微微机机”华南理工大学计算机教学团队251
26、.2.2 微型计算机的类型（微型计算机的类型（7）华南理工大学计算机教学团队图1.9 纯平板微机图1.10 可变式平板微机261.2.2 微型计算机的类型（微型计算机的类型（8）6.6.掌上微机掌上微机掌掌上上微微机机也也称称为为PDAPDA、Palm-size Palm-size PCPC、Pocket Pocket PCPC。相相对对于于传传统统微微机机，PDAPDA的的优优点点是是轻轻便便、小小巧巧、可可移移动动性性强强、功功能能丰丰富富，具具有有计计算算器器、记记事事本本、备备忘忘录录等等多多种种功功能能。掌掌上上微微机机可可以以与与GSMGSM通通信信网网络络相相连连，作作为为手手机
27、机使使用用，也也可可以以进进行行无无线线数数据据传传输输。缺缺点点是是屏幕过小，且电池续航能力有限。屏幕过小，且电池续航能力有限。华南理工大学计算机教学团队271.2.2 微型计算机的类型（微型计算机的类型（9）7.7.PCPC服务器服务器PC PC 服服务务器器一一般般采采用用机机柜柜式式或或刀刀片片组组合合形形式式。机机柜柜式式PCPC服服务务器器体体积积较较大大，便便于于日日后后扩扩充充某某些些I/OI/O设设备备；刀刀片片式式PCPC服服务务器器体体积积较较小小，采采用用标标准准化化的的尺尺寸寸，扩扩充充时时在在机机柜柜中中插插入入一一个个刀刀片片式式服服务务器器即即可可。PC PC
28、服服务务器器的的硬硬、软软件件都都与与其其它它的的PCPC机机兼兼容容，处处理理器器采采用用IntelIntel的的高高性性能能CPUCPU，操操作作系系统统采采用用微微软软的的Windows ServerWindows Server。华南理工大学计算机教学团队281.3 计算机的应用领域计算机的应用领域华南理工大学计算机教学团队291.3 计算机的应用领域（计算机的应用领域（1）1 1科学计算科学计算 科科学学计计算算即即是是数数值值计计算算，指指应应用用计计算算机机处处理理科科学学研研究究和和工工程程技技术术中中所所遇遇到到的的数数学学计计算算。在在现现代代科科学学和和工工程程技技术术中中
29、，经经常常会会遇遇到到大大量量复复杂杂的的数数学学计计算算问问题题，这这些些问问题题用用一一般般的的计计算算工工具具来来解解决决非非常常困困难难，而而用用计算机来处理却非常容易。计算机来处理却非常容易。早早期期的的计计算算机机主主要要用用于于科科学学计计算算。目目前前，科科学学计计算算仍仍然然是是计计算算机机应应用用的的一一个个重重要要领领域域，如如高高能能物物理理、工工程程设设计计、地地震震预预测测、气气象象预预报报、航航天天技技术术等等。由由于于计计算算机机具具有有高高运运算算速速度度和和精精度度以以及及逻逻辑辑判判断断的的能能力力，因因此此出出现现了了计计算算力力学学、计计算算物物理理、
30、计计算算化化学学、生物控制论等新的学科。生物控制论等新的学科。华南理工大学计算机教学团队 4）计算机辅助教学 计算机辅助教学(Computer Aided Instruction，简称CAI)是在计算机辅助下进行的各种教学活动，以对话方式与学生讨论教学内容、安排教学进程、进行教学训练的方法与技术 301.3 计算机的应用领域（计算机的应用领域（2）2 2过程检测与控制过程检测与控制利利用用计计算算机机对对工工业业生生产产过过程程中中的的某某些些信信号号自自动动进进行行检检测测，并并把把检检测测到到的的数数据据存存入入计计算算机机，再再根根据据需需要要对对这这些些数数据据进进行行分分析析处处理理
31、，这这样样的的系系统统称称为为计计算算机机检检测测系系统统。特特别别是是仪仪器器仪仪表表引引进进计计算算机机技技术术后后所所构构成成的的智智能能化化仪仪器器仪仪表表，将将工工业业自自动动化化推推向了一个更高的水平。向了一个更高的水平。华南理工大学计算机教学团队311.3 计算机的应用领域（计算机的应用领域（3）3 3信息管理信息管理信信息息管管理理又又称称数数据据处处理理，是是对对数数据据的的采采集集、存存储储、检索、加工、变换和传输。检索、加工、变换和传输。信信息息管管理理是是目目前前计计算算机机应应用用最最广广泛泛的的一一个个领领域域。利利用用计计算算机机可可以以加加工工、管管理理与与操操
32、作作任任何何形形式式的的数数据据资资料料，如如企企业业管管理理、物物资资管管理理、报报表表统统计计、账账目计算、信息情报检索等。目计算、信息情报检索等。华南理工大学计算机教学团队321.3 计算机的应用领域（计算机的应用领域（4）4 4计算机辅助系统计算机辅助系统（1 1）计算机辅助设计）计算机辅助设计计计算算机机辅辅助助设设计计（Computer Computer Aided Aided DesignDesign，简简称称CADCAD），指指利利用用计计算算机机及及其其图图形形设设备备帮帮助助设设计计人人员进行设计工作。员进行设计工作。（2 2）计算机辅助制造）计算机辅助制造计计算算机机辅辅
33、助助制制造造（Computer Computer Aided Aided ManufacturingManufacturing，简简称称为为 CAMCAM），是是指指利利用用计计算算机机来来进进行行生生产产设设备管理控制和操作的过程备管理控制和操作的过程。华南理工大学计算机教学团队331.3 计算机的应用领域（计算机的应用领域（5）3 3）计算机辅助测试）计算机辅助测试计计算算机机辅辅助助测测试试（Computer Computer Aided Aided TestingTesting，简简称称为为 CATCAT），是是指指通通过过计计算算机机来来收收集集和和处处理理零零部部件件的的各各种种参
34、参数数，从从而而检检验验零零部部件件是是否否满满足足加加工工或或装装配要求。配要求。4 4）计算机辅助教学）计算机辅助教学 计计算算机机辅辅助助教教学学(Computer(Computer Aided Aided Instruction Instruction，简简称称CAI)CAI)是是在在计计算算机机辅辅助助下下进进行行的的各各种种教教学学活活动动，以以对对话话方方式式与与学学生生讨讨论论教教学学内内容容、安安排排教教学学进进程程、进行教学训练的方法与技术进行教学训练的方法与技术。华南理工大学计算机教学团队341.4 计算机系统组成计算机系统组成华南理工大学计算机教学团队35 计算机系统基
35、本组成计算机系统基本组成(1)一一 个个 完完 整整 的的 计计 算算 机机 系系 统统 应应 该该 包包 括括 硬硬 件件（HardwareHardware）系系统统和和软软件件（SoftwareSoftware）系系统统两两大大部分，如图部分，如图1.121.12所示。所示。华南理工大学计算机教学团队36 计算机系统基本组成计算机系统基本组成(2)计计算算机机硬硬件件、软软件件和和用用户户之之间间的的关关系系如如图图1.131.13所所示示。裸裸机机使使用用效效率率低低，难难以以完完成成复复杂杂的的任任务务，操操作作系系统统是是对对裸裸机机的的扩扩充充，是是其其它它软软件件运运行行的的基基
36、础础。应应用用软软件件的的开开发发和和运运行行要要有有系系统统软软件件的的支支持持，用用户户直直接接使使用的是应用软件用的是应用软件华南理工大学计算机教学团队371.4.2 计算机系统的层次模型（计算机系统的层次模型（1）使用计算机的人可以分为多种角色：硬件设计人员、使用计算机的人可以分为多种角色：硬件设计人员、软件设计人员以及普通计算机用户等。每种角色都软件设计人员以及普通计算机用户等。每种角色都从不同角度，使用不同语言在计算机上做开发，因从不同角度，使用不同语言在计算机上做开发，因此，计算机系统是一个层次结构系统。从功能上看，此，计算机系统是一个层次结构系统。从功能上看，现代计算机系统可分
37、为五个层次级别，每一级都有现代计算机系统可分为五个层次级别，每一级都有不同的人使用不同语言工具进行程序设计不同的人使用不同语言工具进行程序设计。华南理工大学计算机教学团队微程序由硬件裸机直接执行381.4.2 计算机系统的层次模型（计算机系统的层次模型（2）计算机系统各层次之间的关系十分紧密，上层是计算机系统各层次之间的关系十分紧密，上层是下层的功能扩展，下层是上层的功能基础。除第下层的功能扩展，下层是上层的功能基础。除第一级外，其它各级都得到它下层的功能支持。第一级外，其它各级都得到它下层的功能支持。第一级到第三级编写程序采用的语言，基本是二进一级到第三级编写程序采用的语言，基本是二进制形式
38、的数字化语言，机器执行和解释容易，但制形式的数字化语言，机器执行和解释容易，但人类难于理解和记忆。第四、五两级编写程序所人类难于理解和记忆。第四、五两级编写程序所采用的语言是符号语言，用英文字母和符号来表采用的语言是符号语言，用英文字母和符号来表示程序，因而便于大多数不了解硬件特性的人们示程序，因而便于大多数不了解硬件特性的人们使用计算机使用计算机。华南理工大学计算机教学团队39 冯冯.诺依曼体系结构诺依曼体系结构(1)1.1.冯冯.诺依曼奠定了现代计算机的基本结构，其基本思诺依曼奠定了现代计算机的基本结构，其基本思想包括：想包括：计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五计算机由控
39、制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。大部分组成。把要执行的指令和待处理的数据按照顺序编成程序存储到计把要执行的指令和待处理的数据按照顺序编成程序存储到计算机内部的内部存储器中算机内部的内部存储器中,程序和数据以二进制代码形式不加程序和数据以二进制代码形式不加区别地存放，存放位置由内存地址确定。（区别地存放，存放位置由内存地址确定。（存储程序原理存储程序原理）每条指令由操作码和操作数两部分构成。其中操作码表示执每条指令由操作码和操作数两部分构成。其中操作码表示执行何种运算，操作数指出该运算的操作对象在存储器中的地行何种运算，操作数指出该运算的操作对象在存储器中的地址。址。内存储
40、器是定长的线性组织，内存储器是定长的线性组织，CPUCPU通过内存地址可以直接读通过内存地址可以直接读写内存。写内存。由控制器对计算机进行集中的顺序控制。由控制器对计算机进行集中的顺序控制。华南理工大学计算机教学团队 冯冯.诺依曼体系结构诺依曼体系结构(2)2.计算机基本工作原理计算机基本工作原理冯诺依曼型计算机的基本工作过程是在控制器的冯诺依曼型计算机的基本工作过程是在控制器的控制下，计算机自动地从内存中取指令、分析指令控制下，计算机自动地从内存中取指令、分析指令再执行该指令，接着取下一条指令，周而复始地工再执行该指令，接着取下一条指令，周而复始地工作。作。华南理工大学计算机教学团队41小结
41、小结(1)第一台计算机是第一台计算机是19461946年诞生的，年诞生的，其名称为其名称为ENIACENIAC。第第一一台台具具有有“存存储储程程序序”思思想想的的计计算算机机是是由由冯冯.诺诺依曼提出的，其名称为依曼提出的，其名称为 EDVAC EDVAC。计计算算机机的的发发展展经经历历了了电电子子管管、晶晶体体管管、集集成成电电路路和大规模的集成电路四代变迁。和大规模的集成电路四代变迁。大大规规模模的的集集成成电电路路，促促使使了了微微处处理理器器和和微微型型计计算算机的诞生机的诞生,微处理器由控制器、运算器和。微处理器由控制器、运算器和。第一台个人计算机是由第一台个人计算机是由IBMI
42、BM公司在公司在19811981年推出的。年推出的。未未来来计计算算机机可可能能朝朝着着量量子子计计算算机机、光光子子计计算算机机和和生物计算机等方向发展。生物计算机等方向发展。华南理工大学计算机教学团队42小结小结(2)计计算算机机的的种种类类很很多多，从从市市场场主主要要产产品品来来分分，有有超超级计算机、微机、嵌入式系统等几种。级计算机、微机、嵌入式系统等几种。微微型型计计算算机机按按产产品品范范围围和和特特点点可可以以划划分分为为：个个人人计计算算机机、苹苹果果微微机机、一一体体微微机机、笔笔记记本本微微机机、平平板微机、掌上微机等类型。板微机、掌上微机等类型。计计算算机机的的应应用用领领域域十十分分广广泛泛，如如：科科学学计计算算，信信息处理、过程控制与检测、计算机辅助系统等。息处理、过程控制与检测、计算机辅助系统等。计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。冯冯.诺诺依依曼曼体体系系结结构构计计算算机机由由控控制制器器、运运算算器器、存存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。储器、输入设备、输出设备五大部分组成。华南理工大学计算机教学团队43