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1、计算机的由来现在学习的是第1页，共50页计算机的发展历程 一、电子计算机的诞生 每秒每秒5000次加法运算；次加法运算；每秒每秒50次乘法运算；次乘法运算；平方和立方计算；平方和立方计算；Sin和和Cos函数数值运算；函数数值运算；其它更复杂的计算其它更复杂的计算。第一台电子计算第一台电子计算ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer）于）于1946年在美国诞生。年在美国诞生。现在学习的是第2页，共50页第1台数字电子计算机1946年ENIAC计算机公布 ENIAC（电子数字积分机与计算机）：电子数字积分机与计算机）：研制单位：美国宾夕
2、法尼亚大学研制单位：美国宾夕法尼亚大学用用 途：途：军事计算军事计算运算速度：运算速度：5000次次/秒秒体积价格：体积价格：170平方米，平方米，30吨，吨，140千瓦，千瓦，40万美元万美元现在学习的是第3页，共50页 其逻辑元件采用其逻辑元件采用电子管电子管，存储器件为，存储器件为磁鼓磁鼓，典型逻辑结构为，典型逻辑结构为定定点运算点运算；用；用低级语言编程低级语言编程，无操作系统无操作系统。代表人物：英国科学家代表人物：英国科学家艾兰艾兰图灵图灵和美籍匈牙利科学家和美籍匈牙利科学家冯冯诺依曼诺依曼。冯冯诺依曼计算机模型。诺依曼计算机模型。2）存储器以）存储器以二进制形式二进制形式存储指令
3、和数据；存储指令和数据；3）存储程序存储程序工作方式；工作方式；4）五部件以）五部件以运算器为中心运算器为中心进行组织。进行组织。1）计算机计算机由由运算器运算器、存储器存储器、控制器控制器和和输入输入/输出输出五个五个部件组成；部件组成；现在学习的是第4页，共50页 冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机组成组成现在学习的是第5页，共50页二、第二代计算机二、第二代计算机（50年代中后期到年代中后期到60年代中）年代中）逻辑元件采用逻辑元件采用晶体管晶体管，其内存储器由磁芯构成，磁鼓与，其内存储器由磁芯构成，磁鼓与磁磁带带成为外存储器。成为外存储器。逻辑结构实现了浮点运算，并提出了逻辑结构实现了浮点运
4、算，并提出了变址变址、中断中断、I/O处处理理等新概念。出现了多种等新概念。出现了多种高级语言高级语言及其及其编译编译程序。程序。晶体管晶体管(1948)现在学习的是第6页，共50页三、第三代计算机三、第三代计算机（60年代中年代中到到70年代中）年代中）逻辑元件与存储器均由逻辑元件与存储器均由集成电路集成电路实现；实现；硬件上，硬件上，微程序控制微程序控制、高速缓存高速缓存、虚拟存储器虚拟存储器、流水线流水线等先进计算机技术开始使用；等先进计算机技术开始使用；另一大特点是大型另一大特点是大型/巨型机与小型机同时发展。巨型机与小型机同时发展。出现出现操作系统操作系统，它具有资源调度、，它具有资
5、源调度、人人/机通信机通信和输入和输入输出控制等功能；输出控制等功能；小规模集成电路小规模集成电路中中/小规模小规模集成电路集成电路(1950s)现在学习的是第7页，共50页四、第四代计算机四、第四代计算机（70年代中期年代中期开始开始）大规模（大规模（LSI）和超大规模（）和超大规模（VLSI）集成电路及微处理器）集成电路及微处理器为这一代计算机的典型特征。为这一代计算机的典型特征。超大规模集成电路超大规模集成电路 计算机网络计算机网络的发展与广泛应用。的发展与广泛应用。并行处理技术并行处理技术嵌入式系统嵌入式系统超标量技术超标量技术:超标量是指在一个时钟周期内超标量是指在一个时钟周期内CP
6、U可以执行一条以上的指令可以执行一条以上的指令 现在学习的是第8页，共50页五、新一代计算机五、新一代计算机 新器件和新器件和非冯非冯诺依曼诺依曼结构已成为结构已成为新一代计算机的公认新一代计算机的公认标志。标志。神经元、生物芯片、分子电子器件、超导计算机、量神经元、生物芯片、分子电子器件、超导计算机、量子计算机。子计算机。日本第五代计算机系统研究计划（日本第五代计算机系统研究计划（1982-1992年），确年），确立立并行推理并行推理将是未来信息处理的核心。将是未来信息处理的核心。现在学习的是第9页，共50页计算机的发展历程:小结19461946年研制成功第1 1台数字电子计算机6060多年
7、来发展速度之快大大超出人们的预料：性能、体积、价格、应用领域和装机数量软件技术和软件产品使用的元器件第1 1代：电子管磁鼓第2 2代：晶体管磁芯第3 3代：中、小规模集成电路第4 4代：大、超大规模集成电路现在学习的是第10页，共50页微机处理器的发展第一代微处理器（4位机和低档8位机）Intel 4004 1971年1月，Intel公司研制成功世界上第一片微处理器芯片Intel 4004，微处理器和微机时代从此开始。4004是个四位系统，只有2300个晶体管，时钟频率在108KHz，每秒执行6万条指令（0.06 MIPs)。Intel 8008 1972年4月，开发出第一个8位微处理器Int
8、el 8008现在学习的是第11页，共50页第二代微处理器（中、高档8位机）Intel 8080 1973年8月，研制出8位微处理器Intel 8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，使用了基于6微米技术的6000个晶体管。主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，处理速度为0.64MIPS。现在学习的是第12页，共50页第二代微处理器（中、高档8位机）1976年,Intel 发布8085处理器当时，Zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。Zilog公司于1976年开发出Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。Motor
9、ola开发出MC6800微处理器。现在学习的是第13页，共50页第三代微处理器（16位机）Intel 8086和8088 1978年，Intel推出4.77MHz的8086微处理器，集成了 29000个3微米技术的晶体管，采用16位寄存器和16位数据总线，20位地址总线。1年之后,Intel推出4.77MHz的准16位微处理器8088，它是8086的廉价版本。内部以16位运行，但支持8位数据总线。IBM公司1981年生产的第一台电脑就是使用的这种芯片。1979年，Motorola推出M68000 16位微处理器，它因采用了68000个晶体管而得名。现在学习的是第14页，共50页第三代微处理器（
10、16位机）1982年，Intel推出80286处理器，集成了大约13.4万个晶体管,最大主频为20MHz,采用16位数据总线和24位地址总线。两种工作模式：实模式,保护模式。现在学习的是第15页，共50页第四代微处理器（32位机）1985年，Intel推出80386 微处理器(最高33MHz 主频)，集成275,000个晶体管。具有32位数据线、32位地址线（可以直接访问4G字节的内存）。工作模式：实模式、保护模式、虚拟86模式（可以同时模拟多个8086处理器来加强多任务处理能力）。具有比80286更多的指令集。现在学习的是第16页，共50页第四代微处理器（32位机）1989年4月，Intel
11、推出 80486微处理器。集成了120万个 晶体管,使用1微米的制造工艺。486其实就是80386+80387协处理器+8KB一级缓存,是超级版本的386。现在学习的是第17页，共50页第五代微处理器（64位机）1993年，英特尔公司的Pentium(奔腾)问世，采用0.6微米工艺，集成310万只晶体管。64位数据线、32位地址线，16KB的cache，采用超标量结构。时钟频率从最初的60MHz、66MHz，一直上升到133MHz，处理速度比486快68倍。现在学习的是第18页，共50页第五代微处理器（64位机）1995年，Intel推出了Pentium Pro处理器，集成了5.5 M个晶体管
12、。Pentium Pro的工作频率有150/166/180和200MHz四种，都具有16KB的一级缓存和256KB的二级缓存。Pentium Pro采用了“PPGA”封装技术。即一个256KB的二级缓存芯片与Pentium Pro芯片封装在一起，这样就使高速缓存能更容易地运行在更高的频率上。现在学习的是第19页，共50页第五代微处理器（64位机）1997年，Intel推出Pentium MMX。Pentium MMX增加了片内16KB数据缓存、16KB指令缓存和4路写缓存，特别新增加了57条MMX多媒体指令（专门用来处理音频、视频等数据）。比普通CPU处理多媒体的能力提高了60左右。其工作频率
13、有166MHz、200MHz、233MHz三种。现在学习的是第20页，共50页第五代微处理器（64位机）1997年4月,英特尔发布了Pentium II处理器。内部集成了750万个晶体管，并整合了MMX指令集技术。Pentium II架构已经从Socket 7转成Slot 1，并首次引入了S.E.C封装(Single Edge Contact)技术，将高速缓存与处理器整合在一块PCB板上。Slot 1的Pentium II晶体管数为900万。其工作频率可达333MHz。现在学习的是第21页，共50页第五代微处理器（64位机）1999年1月，Intel推出奔腾III处理器，它采用0.25微米制造
14、工艺，拥有32K一级缓存和512K二级缓存，包含MMX指令和Intel自己的“3D”指令SSE。此外其身份代码还可通过Internet读取。1999年10月，Intel推出了基于0.18微米工艺制造的Pentium III处理器，工作频率高达733MHz。现在学习的是第22页，共50页第五代微处理器（64位机）2000年11月，Intel 发布了Pentium4。Pentium4采用0.18微米铝导线工艺。主频可达1.7GHz和1.8GHz Pentium 4抛弃了Intel沿用了多年的P6结构，采用了新的 NetBurst CPU结构。其优点：20段的超级流水线、高效的乱序执行功能、2倍速的
15、ALU、新型的片上缓存、SSE2指令扩展集和400MHz的前端总线等。Intel很快又开发出0.13微米工艺的Pentium4芯片，其主频有了很大飞跃，31级流水线设计，配备16KB的一级数据缓存和多达1MB的二级缓存。现在学习的是第23页，共50页20042004年IntelIntel推出90nm90nm工艺的Pentium 4EPentium 4E处理器，集成了1 1亿个晶体管。支持超线程技术，800MHz前端总线和1MB二级缓存。但工艺的提升，没有使得功耗降低，主频提升，因为芯片中晶体管数量的增加使得二氧化硅绝缘层变得更薄，进而导致泄漏电流，增加了芯片的额外功耗。现在学习的是第24页，共
16、50页2005年，Intel迅速推出了65nm工艺 的Pentium Extreme Edition 955双核处理器。无论在制造工艺还是架构变革方面都有了非常大改进，包括独立的双L2 Cache设计。在漏电方面也有非常显著的改进。多核处理器现在学习的是第25页，共50页多核处理器20072007年，IntelIntel推出45nm 45nm 多核处理器，包括双核、四核共7 7款芯片。双核版建 4.1 4.1 亿个晶体管，四核版则有8.28.2亿个晶体管。微架构经强化后，在相同频率下较上代CoreCore产品拥有更高性能，同时L 2 CacheL 2 Cache容量亦提升50%50%，明显提高
17、数据读取执行的命中率。此外，亦加入4747条全新IntelIntel SSE4SSE4指令，提高多媒体性能和实现高性能运算应用。现在学习的是第26页，共50页总 结微处理器的发展史虽然不过30余年，但在这30余年里微处理器的发展历程却是天翻地覆的变化。从Intel的4004开始，到Intel、AMD、Cyrix三足鼎立，到Intel一家独大，再到现在Intel、AMD分庭抗衡。CPU将向速度更快、64位结构、多核方向前进。CPU的制作工艺更加精细，90纳米、65纳米、45纳米、32纳米。现在学习的是第27页，共50页微型计算机的组成；微型微型计算机的组成；微型计算机系统的组成计算机系统的组成现
18、在学习的是第28页，共50页显示器显示器键盘键盘主机主机光驱光驱软驱软驱音箱音箱鼠标鼠标本节首页本节首页现在学习的是第29页，共50页显示器显示器显示器显示器键盘键盘键盘键盘主机主机主机主机鼠标鼠标鼠标鼠标笔记本笔记本光驱光驱本节首页本节首页现在学习的是第30页，共50页 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成1、微机硬件系统2、微机软件系统本节首页本节首页现在学习的是第31页，共50页微机硬件系统微机硬件系统 主机 输入设备 输出设备 返回返回现在学习的是第32页，共50页微机软件系统微机软件系统系统软件应用软件返回返回现在学习的是第33页，共50页主机包括：-电脑主板 -CPU（中央处理
19、器，包括运算器和控制器）-存储器：内存（RAM和ROM）和外存（硬盘、光盘等）-输入输出接口主机主机返回返回现在学习的是第34页，共50页输入设备有输入设备有:键盘、鼠标、话筒、扫描仪、写字板、数码像机、光笔、麦克风、光电阅读仪器、条码阅读仪器等。输出设备有输出设备有:显示器、音箱、打印机、绘图仪、投影仪等.返回返回现在学习的是第35页，共50页输入设备输入设备扫描扫描仪仪数码数码相机相机话筒话筒手写手写板板返回返回现在学习的是第36页，共50页输出设备输出设备打印打印机机音音箱箱系统组成系统组成现在学习的是第37页，共50页返回返回微机系统软件与应用软件微机系统软件与应用软件系统软件有：操作
20、系统、设备驱动程序、数据库管理系统、通信处理程序等。应用软件有：计算机辅助设计（CAD）、CAI、CAT、Word、Excel、系统仿真、人工智能、管理信息系统等。现在学习的是第38页，共50页本节首页本节首页现在学习的是第39页，共50页 微型计算机由硬件系统和软件系统组成。硬件指的是所能够看得见的组成计算机的物理设备.例如：显示器、主机等，是构成计算机的实体。软件是用来指挥计算机完成具体工作的程序和数据，是整个计算机的灵魂。例如:操作系统、办公室自动化软件、各行业的信息管理系统等。小结小结本节首页本节首页现在学习的是第40页，共50页微型计算机的工作过程就是执行程序的过程，而程序由指令序列
21、组成，因此，执行程序的过程，就是执行指令序列的过程，即逐条地从存储器中取出指令并完成指令所指定的操作。由于执行每一条指令，都包括取指、译码和执行三个基本步骤，所以，微型计算机的工作过程，也就是不断地取指令、译码和执行的过程，直到遇到停机指令时才结束机器的运行。微型计算机的工作过程现在学习的是第41页，共50页微型计算机系统的性能指标1字长2存储器容量3运算速度 4扩展能力5软件配置情况现在学习的是第42页，共50页1字长 字长指计算机内部一次可以处理的二进制数的位数。字长越长，计算机所能表示的数据精度越高，在完成同样精度的运算时数据的处理速度越高。但字长越长，机器中的通用寄存器、存储器、ALU
22、的位数和数据总线的位数都要增加，硬件代价增大，因此应考虑精度、速度和成本兼顾的原则来决定微型计算机的字长。PC/XT微机的字长为16位；386、486微机的字长为32位；586微机的字长为32位或64位。现在学习的是第43页，共50页2存储器容量 存储器容量是衡量计算机存储二进制信息量大小的一个重要指标。微型计算机中通常以字节为单位表示存储容量，如B(byte),KB(kilobyte),MB(megabyte),GB(gigabyte),TB(terabyte)和 PB(petabyte)。1KB1024B 1MB1024KB1GB1024MB1TB1024GB1PB1024TB 现在学习的
23、是第44页，共50页3运算速度计算机的运算速度以每秒钟能执行的指令条数来表示。由于不同类型的指令执行时所需的时间长度不同，因而有几种不同的衡量运算速度的方法。（1）MIPS（百万条指令/秒）法，根据不同类型指令出现的频度，乘上不同的系数，求得统计平均值，得到平均运算速度，用MIPS作单位衡量。（2）最短指令法，以执行时间最短的指令（如传送指令、加法指令）为标准来计算速度。（3）直接计算，给出CPU的主频和每条指令执行所需要的时钟周期，可以直接计算出每条指令执行所需的时间。现在学习的是第45页，共50页4扩展能力 主要指计算机系统配置各种外设的可能性和适应性。如一台计算机允许配接多少种外设，对计算机的功能有重大影响。现在学习的是第46页，共50页5软件配置情况 软件是计算机系统不可缺少的重要组成部分。一台计算机软件是否配置齐全，是关系到计算机性能的重要标志。一个计算机系统是硬件和软件相结合的统一整体。用户应当根据自己的需要和应用场合来配置微机系统硬、软件的种类和数量。确定微机系统配置的基本原则是满足使用的要求，并兼顾近期发展的扩展需要。现在学习的是第47页，共50页单板机、单片机、多板机的区别现在学习的是第48页，共50页现在学习的是第49页，共50页现在学习的是第50页，共50页