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1,2019/12/18,肖潇xiaoxiaoxiaozju手机：15202435293QQ:150066297MSN:xiaozju办公室：东大楼318,2019/12/18,2,第1章概述,3,2019/12/18,第1章概述,1.1绪论1.2计算机系统的硬、软件组成1.3计算机的工作过程和主要性能指标1.4微处理器发展历程1.5基础知识,4,2019/12/18,计算机分类,服务器（Server）工作站（Workstation）台式机（DesktopPC）笔记本（Notebook）手持设备又称掌上电脑（HandheldPC）,5,2019/12/18,1.1绪论1.1.1计算机发展史简介,1946年2月14日，现代计算机ENIAC(TheElectronicNumericalIntegratorAndComputer)诞生在费城40年代中期，冯诺依曼(19031957)参加了宾夕法尼亚大学的小组，1945年设计电子离散可变自动计算机EDVAC(ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer),6,2019/12/18,第一代(19461958)：电子管数字计算机,电子管，主存储器采用汞延迟线、磁鼓、磁芯；辅助存储器采用磁带；软件主要采用机器语言、汇编语言；应用以科学计算为主，只在重要部门或科学研究部门使用；体积大、耗电大、可靠性差、价格昂贵、维修复杂。,7,2019/12/18,第二代(19581964)：晶体管数字计算机,晶体管，可靠性和性能比提高；主存储器磁芯；辅助存储器磁盘软件出现了各种各样的高级语言及其编译程序，还出现了以批处理为主的操作系统；应用以科学计算和各种事务处理为主，并开始用于工业控制。,8,2019/12/18,第三代(19641971)：集成电路数字计算机,小、中规模集成电路(SSI、MSI)，主存储器磁芯，计算机的体积更小、耗电量更少、可靠性和性能比更高；软件逐渐完善，分时操作系统、会话式语言等多种高级语言都有新的发展。应用领域日益扩大，用于科学计算，文字处理、企业管理、自动控制等领域，出现了计算机技术与通信技术相结合的信息管理系统，可用于生产管理、交通管理、情报检索等领域。,9,2019/12/18,第四代(1971年以后)：大规模集成电路数字计算机,采用了大规模集成电路(LSI)和超大规模集成电路（VLSI）；计算机发展到了微型化、耗电极少、可靠性很高的阶段第四代计算机的另一个重要分支是以大规模、超大规模集成电路为基础发展起来的微处理器和微型计算机。微型计算机大致经历了四个阶段,10,2019/12/18,第一阶段（1971年1973年）,微处理器：4004、4040、80081971年Intel公司研制出MCS4微型计算机（CPU为4040，四位机）。后来又推出以8008为核心的MCS-8型,11,2019/12/18,第二阶段（1973年1977年）,8位微处理器：8080、8085、M6800、Z80初期产品有Intel公司的MCS一80型（CPU为8080，八位机）。后期有TRS-80型（CPU为Z80）和APPLE-型（CPU为6502）,12,2019/12/18,第三阶段（1978年1983年）,16位微处理器：8086、8088、80186、80286、M68000、Z8000微型计算机代表产品是IBM-PC（CPU为8088）。本阶段的顶峰产品是APPLE公司的Macintosh（1984年）和IBM公司的PCAT（1984年）微型计算机,13,2019/12/18,第四阶段（1983年至今）,32和64位微处理器：80386、80486和Pentium及对应的386、486和Pentium微型计算机产品微型计算机的性能主要取决于它的核心器件微处理器（CPU）的性能,14,2019/12/18,第五代：智能计算机,将把信息采集、存储、处理、通信和人工智能结合一起具有形式推理、联想、学习和解释能力；系统结构将突破传统的冯诺依曼机器的概念，实现高度的并行处理。,15,2019/12/18,1.1.2计算机的特点,记忆能力强计算精度高与逻辑判断准确高速的处理能力能自动完成各种操作,16,2019/12/18,1.1.3计算机应用领域和发展方向计算机应用领域,科学计算（或称为数值计算）过程检测与控制信息管理（数据处理）计算机辅助系统计算机辅助设计（CAD）计算机辅助制造（CAM）计算机辅助测试（CAT）计算机辅助教学（CAI）,17,2019/12/18,1.1.3计算机应用领域和发展方向计算机的发展方向,巨型化微型化网络化智能化,18,2019/12/18,1.1.4计算机语言的发展,机器语言。是由“0”和“1”组成的二进制数，二进制是计算机的语言基础汇编语言。用一些简洁的英文字母、符号串来替代一个特定的指令的二进制串高级语言。接近于数学语言或人的自然语言，编出的程序能在所有机器上通用面向对象语言。面向具体的应用功能，也就是对象（object）。其方法就是软件的集成化。如C+和Java基于规则的智能化语言。以可视化编程方法为特征，是一种应用的装配环境。如VisualC+、VisualBasic,19,2019/12/18,计算机语言的未来发展趋势,简单性：提供最基本的方法来完成指定的任务，只需理解一些基本的概念，就可以用它编写出适合于各种情况的应用程序；面向对象：提供简单的类机制以及动态的接口模型；通过继承机制，实现了代码的复用。安全性：用于网络、分布环境下有安全机制保证；平台无关性：与平台无关的特性使程序可以方便地被移植到网络上的不同机器、不同平台。,20,2019/12/18,1.2计算机系统的硬、软件组成,21,2019/12/18,计算机结构,22,2019/12/18,1.2.1计算机的硬件组成计算机主要部件,1964年，美籍匈牙利数学家冯诺依曼（VonNeumann）提出了存储程序计算机的设计思想，奠定了现代计算机的结构基础；从本质上讲，存储程序控制仍是现代计算机的结构基础，因此统称为诺依曼型计算机；基本工作原理可概括为“存储程序”和“程序控制”物理结构上，计算机由微处理器、存储器和输入/输出设备3个部分组成,23,2019/12/18,基于微处理器的PC系统的组成,24,2019/12/18,存储器,用来存储程序、原始数据和结果的记忆装置分为内存和外存两部分内存容量较小，存取速度较快，一般用来存放当前正在执行的程序和数据，常用半导体存储器；外存容量较大，速度较慢，一般用来存放暂时不残余运行的程序和数据，常用硬磁盘和光盘,25,2019/12/18,PC系统的主存储器映像图,26,2019/12/18,主存储器三个主要部分,TPA。640KB，用于驻留操作系统和其他控制PC系统的程序，TPA也存放任何当前激活的或非激活的系统应用程序，用于系统程序、数据、驱动程序和应用程序系统区。384KB。系统包括BIOSROM或Flash存储器中的程序，以及视频RAM的数据区XMS（eXtendedMemorySystem，扩展内存系统）,27,2019/12/18,I/O系统,允许微处理器与外部设备进行通信。I/O地址允许PC机访问64K个不同的I/O设备输入设备任务：是把程序和原始数据送入计算机中，并将它们转换成计算机内部所能识别和接收的信息方式。如键盘、鼠标和扫描仪等。输出设备任务：是将计算机的运算操作结果以人或其他设备所能接收的形式输出，其种类繁多，如显示器、打印机和绘图仪等,28,2019/12/18,微处理器,PC系统的核心是微处理器。微处理器通过执行存储在存储器中的程序指令，实现对存储器和I/O系统的控制运算器。算术逻辑运算部件（ArithmeticandLogiccalUnit,ALU）是对信息进行加工、运算的部件，执行算术运算和逻辑运算。运算器的核心是加法器控制器。根据程序中的命令发出的各种控制信号，使各部分协调工作以完成指令所要求的各种操作，是整个计算机的指挥中心,29,2019/12/18,1.2.1计算机的硬件组成计算机的总线结构,总线是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路，它能分时地发送与接收各部件的信息PC设计目标是以较小的硬件代价组成具有较强功能的系统，而总线结构正好能满足这一要求系统总线按传输信息的不同分为：地址总线（AddressBus）。由单方向的多根信号线组成，用于CPU向存储器、外设传输地址信息；数据总线（DataBus）。由双方向的多根信号线组成，用于CPU从存储器、外设读入数据，也可以由CPU向存储器、外设发送数据；控制总线（ControlBus）。由双方向的多根信号线组成，用于CPU向存储器、外设发送控制命令和从存储器、外设读入反馈信息。,30,2019/12/18,单系统总线,31,2019/12/18,1.2.2冯诺依曼结构与哈佛结构的存储器设计思想,根据程序（指令序列）和数据的存放形式，存储器设计思想可分为冯诺依曼结构与哈佛结构,32,2019/12/18,1.冯诺依曼结构,冯诺依曼结构也称为普林斯顿结构，是一种传统的存储器设计思想即指令和数据是不加区别地混合存储在同一个存储器中的，共享数据总线CPU与共享存储器间的信息交换成了影响高速计算机和系统性能的“瓶颈”Intel公司的80 x86CPU，ARM公司的ARM7，MIPS公司的MIPS等,33,2019/12/18,冯诺依曼结构存储器设计,34,2019/12/18,2.哈佛结构,哈佛结构的指令和数据是完全分开的哈佛结构至少有两组总线：程序存储器（PM）的数据总线和地址总线，以及数据存储器（DM）的数据总线和地址总线由于指令和数据分开存放，可以使指令和数据有不同的数据宽度Motorola公司的MC68系列，ARM公司的ARM9、ARM10和ARM11。大多数数字信号处理器（DSP）,35,2019/12/18,哈佛结构存储器设计,36,2019/12/18,应用,现代微型计算机中的高速缓冲存储器（Cache）采用哈佛结构，将Cache分为指令Cache和数据Cache两个部分将冯诺依曼结构和哈佛结构结合起来，不仅可以提高存储器的利用率，而且可以提高程序执行的效率，缩短指令执行的时钟周期,37,2019/12/18,1.2.3计算机软件系统,软件：为了运行、管理和维修计算机所编制的各种程序的总和软件分为系统软件和应用软件两大类系统软件：使用和管理计算机的各种软件统，为用户使用机器提供方便，扩大机器功能，提高工作效率应用软件：是由用户利用计算机及其系统软件编制的解决实际应用问题的程序,38,2019/12/18,计算机组成示意图,
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