第1讲-计算机系统概述课件

1 计算机的发展F电子数字计算机电子数字计算机(Electronic Digital Computer)简简称为电子计算机或计算机，也是人们常说的电脑，称为电子计算机或计算机，也是人们常说的电脑，是二十世纪最辉煌的成就之一。是二十世纪最辉煌的成就之一。F计算机给人类带来了巨大的变化。计算机给人类带来了巨大的变化。F计算机的计算机的定义定义：计算机是一种能按照事先存储的程序，自动地、计算机是一种能按照事先存储的程序，自动地、高速地、精确地进行大量数值计算，并且具有记高速地、精确地进行大量数值计算，并且具有记忆忆(存储存储)能力、逻辑判断能力、可靠性能的数字化能力、逻辑判断能力、可靠性能的数字化信息处理的现代化智能电子设备。信息处理的现代化智能电子设备。7/12/202411.1 计算机的产生和发展简史计算机的产生和发展简史 计算机的产生和发展不是一蹴而就的，而是经历了计算机的产生和发展不是一蹴而就的，而是经历了漫长历史的过程。漫长历史的过程。在这过程中，科学家们经过艰难的探索，发明了各在这过程中，科学家们经过艰难的探索，发明了各种各样的种各样的“计算机计算机”，这些，这些“计算机计算机”顺应了当时历史的顺应了当时历史的发展，发挥了巨大的作用，推动了社会的进步，也推发展，发挥了巨大的作用，推动了社会的进步，也推动了计算机技术的发展。动了计算机技术的发展。7/12/202421.1 计算机产生的史前史计算机产生的史前史1.算筹算筹 F算筹又称为筹、策、算子等算筹又称为筹、策、算子等 F算筹在中国的起源很早算筹在中国的起源很早 F中国著名科学家祖冲之中国著名科学家祖冲之(429500年年)借助算筹作为计算工具计借助算筹作为计算工具计算出圆周率算出圆周率 祖冲之(429500年)7/12/202432.算盘算盘 F算盘也称珠算，是中国劳动人民创算盘也称珠算，是中国劳动人民创造的一种工具造的一种工具 F由古代由古代“算筹算筹”演变而来演变而来 F素有素有“中国计算机中国计算机”之称之称 F最早见于汉末三国时代徐岳撰写的最早见于汉末三国时代徐岳撰写的数术记遗数术记遗 F南宋时期的数学家杨辉发明了乘南宋时期的数学家杨辉发明了乘除通变算宝除通变算宝 7/12/202443.机械计算机机械计算机 F1623年，德国科学家契克卡年，德国科学家契克卡德德(W.Schickard)为天文学家为天文学家开普勒开普勒(Kepler)制作了一台制作了一台机械计算机机械计算机 7/12/202453.机械计算机（续）机械计算机（续）F法国科学家布莱斯法国科学家布莱斯帕斯卡帕斯卡(Blaise Pascal：16231662年年)是被公认为是制造出机械计算是被公认为是制造出机械计算机的第一人。机的第一人。7/12/202463.机械计算机（续）机械计算机（续）F德国著名数学家戈特弗里德德国著名数学家戈特弗里德威威廉廉莱布尼茨莱布尼茨(Gottfried Wilhelm Leibniz：1646阿阿1716年年)将帕将帕斯卡的斯卡的“加法器加法器”扩大为乘除运算扩大为乘除运算 F1700年左右，莱布尼茨从中国年左右，莱布尼茨从中国“易图易图”(八卦八卦)里受到启发，悟出里受到启发，悟出了二进制数之真谛。了二进制数之真谛。7/12/202474.提花机提花机F西汉年间中国的纺织西汉年间中国的纺织工匠已能熟练掌握提工匠已能熟练掌握提花机技术花机技术。7/12/202484.提花机（续）提花机（续）F法国机械师约瑟夫法国机械师约瑟夫杰杰卡德卡德(Joseph Jacquard)，大约在，大约在1801年完成了年完成了“自动提花编织机自动提花编织机”的设的设计制作，真正成功地改计制作，真正成功地改进了提花机。进了提花机。7/12/202495.差分机和分析机差分机和分析机F英国剑桥大学著名科学家英国剑桥大学著名科学家查理斯查理斯巴贝奇巴贝奇(Charles Babbage：17921871年年)在在1822年研制出第一台差年研制出第一台差分机。分机。Babbage(17921871年)7/12/2024105.差分机和分析机（续）差分机和分析机（续）F阿达阿达奥古斯塔奥古斯塔(Ada Augusta：18151852年年)是是计算机领域著名的计算机领域著名的女程序员。女程序员。Ada(18151852年)7/12/2024116.模拟计算机模拟计算机F19世纪末，赫尔曼世纪末，赫尔曼霍列瑞斯霍列瑞斯(Herman Hollerith：18601929)首先用穿孔卡首先用穿孔卡完成了第一次大规完成了第一次大规模数据处理。模数据处理。7/12/2024126.模拟计算机（续）模拟计算机（续）F托马斯托马斯沃森沃森(T.Watson)和和IBM 7/12/2024136.模拟计算机（续）模拟计算机（续）F布什布什(V.Bush)为了求为了求解与电路有关的微分解与电路有关的微分方程，制作了一台模方程，制作了一台模拟计算装置助其求解拟计算装置助其求解 F1873年，美国人鲍德年，美国人鲍德温温(F.Baldwin)，利用，利用齿数可变齿轮，设法齿数可变齿轮，设法制造出一种小型计算制造出一种小型计算机样机机样机 7/12/2024146.模拟计算机（续）模拟计算机（续）F英国数学家布尔英国数学家布尔(G.Boole：18151864年年)F第一部著作逻辑的数学分析第一部著作逻辑的数学分析F1854年，已经担任柯克大学教授的布尔再年，已经担任柯克大学教授的布尔再次出版思维规律的研究次出版思维规律的研究逻辑与概率逻辑与概率的数学理论基础的数学理论基础F凭借这两部著作，布尔建立了一门新的数凭借这两部著作，布尔建立了一门新的数学学科学学科布尔代数布尔代数7/12/2024156.模拟计算机（续）模拟计算机（续）F1938年，美国数学家香农年，美国数学家香农(C.Shannon)第一次第一次在布尔代数和继电器开关电路之间架起了桥梁，在布尔代数和继电器开关电路之间架起了桥梁，以脉冲方式处理信息的继电器开关，从理论到以脉冲方式处理信息的继电器开关，从理论到技术彻底改变了数字电路的设计。技术彻底改变了数字电路的设计。F1948年，香农凭借通信的数学基础一书，年，香农凭借通信的数学基础一书，被誉为被誉为“信息论之父信息论之父”。F1956年，香农参与发起了达特默斯人工智能会年，香农参与发起了达特默斯人工智能会议，率先把人工智能运用于计算机下棋方面，议，率先把人工智能运用于计算机下棋方面，还发明了一个能自动穿越迷宫的电子老鼠，以还发明了一个能自动穿越迷宫的电子老鼠，以此验证了计算机可以通过学习提高智能。此验证了计算机可以通过学习提高智能。7/12/2024166.模拟计算机（续）模拟计算机（续）F1937年年11月，在月，在AT&T贝尔实验室贝尔实验室工作的斯蒂比兹工作的斯蒂比兹(G.Stibitz)，运用，运用继电器作为计算机继电器作为计算机的开关元件。的开关元件。7/12/2024176.模拟计算机（续）模拟计算机（续）F1939年，楚泽继电器组装了年，楚泽继电器组装了Z-2。F1941年，楚泽的电磁式计算机年，楚泽的电磁式计算机Z-3完成。完成。F希特勒战败后，楚泽辗转流落到瑞士一希特勒战败后，楚泽辗转流落到瑞士一个荒凉的村庄，一度转向研究计算机软个荒凉的村庄，一度转向研究计算机软件理论。件理论。F1938年，年，28岁的楚泽岁的楚泽(K.Zuse)完成了一完成了一台可编程数字计算机台可编程数字计算机Z-1的设计。的设计。F1945年建造了年建造了Z-4计算机。计算机。F1949年，他建立了年，他建立了“Zuse计算机公司计算机公司”，继续开发更先进的机电式程序控制计算继续开发更先进的机电式程序控制计算机。机。7/12/202418 Z3 重建Z1 Z4 老年楚泽（中）老年楚泽（中）数字计算机之父数字计算机之父7/12/2024196.模拟计算机（续）模拟计算机（续）F电磁式计算机叫电磁式计算机叫Mark，也叫，也叫“自动序列受控计算机自动序列受控计算机”，在，在计算机发展史上占据重要地计算机发展史上占据重要地位，是计算机位，是计算机“史前史史前史”里最里最后一台著名的计算机，发明后一台著名的计算机，发明者是美国哈佛大学艾肯者是美国哈佛大学艾肯(H.Aiken)博士。博士。7/12/2024201.2 计算机的产生计算机的产生1.图灵F1936年，阿伦图灵(Alan Turing：19121954年)在他的一篇具有划时代意义的论文论可计算数及其在判定问题中的应用(On Computer Numbers With an Application to the Entscheidungs Problem)中，论述了一种假想的通用计算器，也就是理想计算机，被后人称为“图灵机”(Turing MachineTM)。7/12/2024211.图灵图灵F1939年，年，“图灵炸弹图灵炸弹”(Bomba)，图灵称它是，图灵称它是“罗宾罗宾逊逊”。F1945年，图灵领导一批优秀的电子工程师，着手年，图灵领导一批优秀的电子工程师，着手制造自动计算引擎制造自动计算引擎(Automatic Computing EngineerACE)。F1950年，年，ACE样机公开表演，被称为世界上最快样机公开表演，被称为世界上最快最强有力的电子计算机。最强有力的电子计算机。7/12/2024221.图灵（续）图灵（续）F1950年年l0月，图灵发表了论文月，图灵发表了论文“计算机和智能计算机和智能”(Computing Machinery and Intelligence)“图灵测试图灵测试”(Turing Test)。F图灵荣膺图灵荣膺“人工智能之父人工智能之父”称号。称号。F1954年，年，42岁的图灵英年早逝。从岁的图灵英年早逝。从1966年开始，年开始，每年由美国计算机学会每年由美国计算机学会(Association for Computing MachineryACM)颁发颁发“图灵奖图灵奖”(Turing Award)给世界上最优秀的电脑科学家。给世界上最优秀的电脑科学家。7/12/202423图灵纪念馆图灵纪念馆7/12/2024242.ENIAC和冯和冯诺依曼诺依曼F1946年年2月，美国宾夕法尼亚大学成功研制出了月，美国宾夕法尼亚大学成功研制出了ENIAC，这是世界上第一台数字电子计算机。，这是世界上第一台数字电子计算机。F莫尔学院的两位青年学者莫尔学院的两位青年学者36岁物理学家约翰岁物理学家约翰莫齐利莫齐利(John Mauchly)和他的学生，和他的学生，24岁的电气岁的电气工程师布雷斯帕工程师布雷斯帕埃克特埃克特(Presper Eckert)，向戈德，向戈德斯坦提交了一份研制电子计算机的设计方案斯坦提交了一份研制电子计算机的设计方案“高速电子管计算装置的使用高速电子管计算装置的使用”。7/12/2024252.ENIAC和冯和冯诺依曼（续）诺依曼（续）F1944年夏的一天，在阿贝丁火车站，年夏的一天，在阿贝丁火车站，戈德斯坦邂逅了数学家约翰戈德斯坦邂逅了数学家约翰冯冯诺诺依曼依曼(John Von Nouma：19031957年年)，于是戈德斯坦向冯，于是戈德斯坦向冯诺依诺依曼介绍了正在研制电子计算机，冯曼介绍了正在研制电子计算机，冯诺依曼非常感兴趣。几天之后，诺依曼非常感兴趣。几天之后，冯冯诺依曼就专程到莫尔学院参观诺依曼就专程到莫尔学院参观还未完成的还未完成的ENIAC，并参加了为，并参加了为改进改进ENIAC而举行的一系列专家而举行的一系列专家会议。会议。7/12/2024262.ENIAC和冯和冯诺依曼（续）诺依曼（续）这台名为这台名为 ENIAC ENIAC(电子数字积分计电子数字积分计算机的缩写）的机算机的缩写）的机器，使用器，使用1880018800个个电子管，电子管，15001500多个多个继电器，耗电继电器，耗电150150千瓦，占地千瓦，占地170170平平方米，重达方米，重达3030吨，吨，可谓可谓“庞然大物庞然大物”也。也。7/12/2024272.ENIAC和冯和冯诺依曼（续）诺依曼（续）F冯冯诺依曼决定重新设计一台计算机，命名为诺依曼决定重新设计一台计算机，命名为“离离散变量自动电子计算机散变量自动电子计算机”(Electronic Discrete Variable Automatic Calculator：EDVAC)。F 1946年年6月，冯月，冯诺依曼和戈德斯坦、勃克斯回到诺依曼和戈德斯坦、勃克斯回到普林斯顿大学高级研究院，完成了另一台普林斯顿大学高级研究院，完成了另一台ISA(高高级研究院的英文缩写级研究院的英文缩写)电子计算机，他们联名发表电子计算机，他们联名发表了计算机史上著名的了计算机史上著名的“101页报告页报告”。7/12/2024282.ENIAC和冯和冯诺依曼（续）诺依曼（续）F1946年，英国剑桥大学威尔克斯年，英国剑桥大学威尔克斯(M.Wilkes)教授，教授，到宾夕法尼亚大学参加冯到宾夕法尼亚大学参加冯诺依曼主持的培训班，诺依曼主持的培训班，完全接受了冯完全接受了冯诺依曼存储程序的设计思想。诺依曼存储程序的设计思想。F1949年年5月，威尔克斯研制成了一台由月，威尔克斯研制成了一台由3000只电子只电子管为主要元件的计算机，命名为电子储存程序计算管为主要元件的计算机，命名为电子储存程序计算机机(Electronic Delay Storage Automatic Calculator：EDSAC)，由此，他获得了，由此，他获得了1967年度年度“图灵奖图灵奖”。7/12/2024291.3 计算机的发展阶段计算机的发展阶段F计算机的出现是二十世纪最辉煌的成就之一，按照采用的计算机的出现是二十世纪最辉煌的成就之一，按照采用的电子器件划分，计算机大致已经历了四个阶段：电子器件划分，计算机大致已经历了四个阶段：1.第一代计算机第一代计算机(1946年年1957年年)F其主要特征是逻辑器件使用电子管，用穿孔卡片机作为数其主要特征是逻辑器件使用电子管，用穿孔卡片机作为数据和指令的输入设备，用磁鼓或磁带作为外存储器，使用据和指令的输入设备，用磁鼓或磁带作为外存储器，使用机器语言编程。机器语言编程。F第一代计算机体积大、运算速度低、存储容量小、可靠性第一代计算机体积大、运算速度低、存储容量小、可靠性低。几乎没有什么软件配置，主要用于科学计算。低。几乎没有什么软件配置，主要用于科学计算。F其代表机型有：其代表机型有：ENIAC、IBM650(小型机小型机)、IBM709(大型大型机机)等。等。7/12/2024307/12/2024312.第二代计算机第二代计算机(1958年年1964年年)F其主要特征是使用晶体管代替了电子管，内存储其主要特征是使用晶体管代替了电子管，内存储器采用了磁芯体，引入了变址寄存器和浮点运算器采用了磁芯体，引入了变址寄存器和浮点运算硬件，利用硬件，利用I/O处理机提高了输入输出能力。处理机提高了输入输出能力。F在软件方面配置了子程序库和批处理管理程序，在软件方面配置了子程序库和批处理管理程序，并且推出了并且推出了Fortran、COBOL、ALGOL等高级程等高级程序设计语言及相应的编译程序，降低了程序设计序设计语言及相应的编译程序，降低了程序设计的复杂性。的复杂性。F其代表机型有：其代表机型有：IBM7090、IBM7094、CDC7600等。等。7/12/2024327/12/202433 1954年，美国贝尔实验室研制成功第一台使用晶体管线路的计算机，取名“催迪克”（TRADIC），装有800个晶体管。1958年，美国的IBM公司制成了第一台全部使用晶体管的计算机。1959年，IBM公司又生产出全部晶体管化的电子计算机IBM 7090。1964年，中国制成了第一台全晶体管电子计算机441B型。7/12/2024343.第三代计算机第三代计算机(1964年年1972年年)F其主要特征是用半导体、小规模集成电路其主要特征是用半导体、小规模集成电路(Integrated CircuitIC)作为元器件代替晶体管等分立元件，作为元器件代替晶体管等分立元件，用半导体存储器代替磁芯存储器，使用微程序设计用半导体存储器代替磁芯存储器，使用微程序设计技术简化处理机的结构，这使得计算机的体积和耗技术简化处理机的结构，这使得计算机的体积和耗电量显著减小，而计算速度和存储存量却有较大提电量显著减小，而计算速度和存储存量却有较大提高，可靠性也大大加强。高，可靠性也大大加强。F在软件方面则广泛地引入多道程序、并行处理、虚在软件方面则广泛地引入多道程序、并行处理、虚拟存储系统和功能完备的操作系统，同时还提供了拟存储系统和功能完备的操作系统，同时还提供了大量的面向用户的应用程序。计算机开始定向标准大量的面向用户的应用程序。计算机开始定向标准化、模块化、系列化，此时，计算机的应用进入到化、模块化、系列化，此时，计算机的应用进入到许多科学技术领域。许多科学技术领域。F其代表机器有：其代表机器有：IBM360系列、富士通系列、富士通F230系列等。系列等。7/12/2024357/12/202436 1958年，世界上第一个集成电路诞生。1964年4月7日，美国IBM公司同时在14个国家，全美63个城市宣告，世界上第一个采用集成电路的通用计算机系列IBM 360系统研制成功。7/12/2024374.第四代计算机第四代计算机(1972年年至今至今)F其主要特征是使用了大规模和超大规模集成电路，大规模、其主要特征是使用了大规模和超大规模集成电路，大规模、超大规模块集成电路的出现，使计算机沿着两个方向飞速超大规模块集成电路的出现，使计算机沿着两个方向飞速向前发展。向前发展。F一方面，利用大规模集成电路制造多种逻辑芯片，组装出一方面，利用大规模集成电路制造多种逻辑芯片，组装出大型、巨型计算机。大型、巨型计算机。F另一方面，利用大规模集成电路技术，将运算器、控制器另一方面，利用大规模集成电路技术，将运算器、控制器等部件集成在一个很小的集成电路芯片上，从而出现了微等部件集成在一个很小的集成电路芯片上，从而出现了微处理器。处理器。F完善的系统软件、丰富的系统开发工具和商品化的应用程完善的系统软件、丰富的系统开发工具和商品化的应用程序的大量涌现，以及通信技术和计算机网络的飞速发展，序的大量涌现，以及通信技术和计算机网络的飞速发展，使得计算机进入了一个大发展的阶段。使得计算机进入了一个大发展的阶段。7/12/2024387/12/202439 第五代电子计算机是智能电子计算机，它是一种有知识，会学习，能推理的计算机，具有能理解自然语言，声音，文字和图像的能力，并且具有说话的能力，使人机能够用自然语言直接对话，它可以利用已有的和不断学习到的知识，进行思维，联想，推理，并得出结论，能解决复杂问题，具有汇集，记忆，检索有关知识的能力。5.第五代电子计算机（智能计算机）第五代电子计算机（智能计算机）7/12/2024406.巨型并行矢量计算机巨型并行矢量计算机 矢量计算机也被称为“向量计算机”，它是一种能够进行矢量运算，以流水处理为主要特征的电子计算机。对多组数据（每组一般为两个数据）成批地进行同样的运算，得到一批结果的运算方法，即被称为“矢量运算”。7/12/202441 第六代电子计算机是模仿人的大脑判断能力和适应能力，并具有可并行处理多种数据功能的神经网络计算机。神经电子计算机的信息不是存在存储器中，而是存储在神经元之间的联络网中。若有节点断裂，电脑仍有重建资料的能力，它还具有联想记忆，视觉和声音识别能力。7.第六代神经计算机（模仿人类大脑功能）第六代神经计算机（模仿人类大脑功能）7/12/2024421.4中国计算机发展史中国计算机发展史1.第一代计算机第一代计算机(1946年年1957年年)103机 104机 119机 7/12/202443 109乙机加以改进，两年后又推出109丙机，为用户运行了15年，有效算题时间10万小时以上，在我国两弹试验中发挥了重要作用，被用户誉为“功勋机”。109机 2.第二代晶体管计算机研制第二代晶体管计算机研制(1965-1972年年)7/12/202444 1973年，北京大学与北京有线电厂等单位合作研制成功运算速度每秒100万次的大型通用计算机。1983年中国科学院计算所完成我国第一台大型向量机757机，计算速度达到每秒1000万次。775机 3.第三代基于中小规模集成电路的计算机研制第三代基于中小规模集成电路的计算机研制(1973-80年代初年代初)7/12/202445 “银河”计算机从1978年开始研制，到1983年通过了国家鉴定。它是由中国国防科技大学自行设计的第一个每秒向量运算1亿次的巨型计算机系统。银河-I4.第四代基于超大规模集成电路的计算机研制第四代基于超大规模集成电路的计算机研制(80年代中期至今年代中期至今)7/12/202446 “星云”是由中国曙光公司研发的超级计算机，运算速度达到了1.27petaflop，即每秒钟可进行1270万亿次浮点运算。而当今世界最快的计算机美国克雷公司的“美洲豹”，在去年11月的测试中运算速度已达到1.75petaflop。(2019年6月)星云5.5.千万亿次运算速度的超级计算机千万亿次运算速度的超级计算机排名前十的超级计算机排名前十的超级计算机:1.1.美国克雷公司美国克雷公司 美洲豹美洲豹2.2.中国曙光公司中国曙光公司 星云星云3.3.美国美国IBMIBM公司公司 走鹊走鹊4.4.美国克雷公司美国克雷公司 克拉肯克拉肯5.IBM5.IBM公司（德国）公司（德国）JUGENE JUGENE6.6.美国美国SGISGI公司公司 昴宿星昴宿星7.7.中国国防科技大中国国防科技大 天河一号天河一号8.8.美国美国 IBM IBM公司公司 蓝色基因蓝色基因9.9.美国美国 IBM IBM公司公司 Intrepid Intrepid 10.10.美国太阳微美国太阳微系统公司系统公司 红色天空红色天空7/12/202447天河一号 千万亿次运算速度的超级计算机（续）千万亿次运算速度的超级计算机（续）海妖 走鹃 美洲豹 7/12/2024482 计算机系统的组成 返回退出返回退出7/12/2024493 微机微机硬件系统的基本结构硬件系统的基本结构F主板主板FCPUF内存内存F基本输入设备基本输入设备 F基本输出设备基本输出设备 返回退出返回退出7/12/2024504 计算机选购指南F品牌机的选购品牌机的选购通常从这几方面来比较：配置与价格、通常从这几方面来比较：配置与价格、易用性与外观、售后服务与技术支持等易用性与外观、售后服务与技术支持等 F兼容机的选购兼容机的选购首先要考虑各配件的稳定首先要考虑各配件的稳定 性，其次考虑性，其次考虑配件组合后的稳定性，最后才决定选购配件组合后的稳定性，最后才决定选购什么档次的配件。什么档次的配件。返回退出返回退出7/12/202451F严禁带电插拔微机的插头和卡F插卡插到槽后要检查是否平整，不得歪斜 F内存条插到插槽后，其两头的小孔应卡进槽架的定位凸柱上 F各种电缆要认清上面的标记（电缆边上的色标）和插座上的数字记号，不要插反，特别是直流电源插头更要小心 F检查所配设备使用的电源是否与供电电压一致 F当所有配件安装好，应反复检查无误后，即可接通电源，开始验机 F第一次开机需要进入CMOS SETUP（CMOS设置）F整机安装好后，最好连续考机72小时，质量较差的部件很可能在这段时间内就会暴露出问题来 5 组装和维护的基本常识组装和维护的基本常识 返回退出返回退出7/12/202452本讲习题本讲习题 1.上网和查阅有关资料，了解微机的发展历史。2.根据了解的知识，列出微机的硬件和软件组成。3.分别打开不同档次、配置的微机机箱，查看整体结构。掌握各种配件的名称；接口、插座的名称。4.了解品牌机和组装机的区别。5.识别台式机主机背后的接口，掌握台式机外部的连接方法（包括显示器与主机的连接、键盘和鼠标与主机的连接）。返回退出返回退出7/12/202453供娄浪颓蓝辣袄驹靴锯澜互慌仲写绎衰斡染圾明将呆则孰盆瘸砒腥悉漠堑脊髓灰质炎(讲课2019)脊髓灰质炎(讲课2019)供娄浪颓蓝辣袄驹靴锯澜互慌仲写绎衰斡染圾明将呆则孰盆瘸砒腥悉漠堑脊髓灰质炎(讲课2019)脊髓灰质炎(讲课2019)