第1章 计算机系统概述.pptx

第1讲 计算机系统概述Overview of Computer SystemWhat Computer System Are本讲内容1.1 计算机概述1.2 计算机基本工作原理1.3 计算思维1.1 计算机概述The Development of the Computers: An Overview什么是计算机？计算机的全称是“电子数字计算机”，是一种能自动、高速、精确地进行数值计算和对各种信息进行存储、传送和加工处理的现代电子装置。由于计算机能够模仿人脑的功能，如记忆、分析、推理、判断等，所以人们又把它称之为“电脑”。计算机是20世纪最伟大的发明之一，它的广泛应用提高了人类对信息的利用水平，引发了信息技术的革命，极大地推动了人类社会的进步与发展。1.1.1 计算机的发展与应用概况1．现代计算机的“史前”时代2．第一台电子数字计算机的诞生3．现代计算机发展的四个阶段4．微型计算机的发展5．计算机的发展趋势6．计算机的主要应用领域计算机发展历程人类一直在追求实现自动计算的梦想。1．计算机的“史前”时代算筹的运算算筹成语“运筹帷幄”中的“筹”就是指算筹。祖冲之（429-500年）借助算筹将圆周率计算到了小数点后第7位。算盘古今中外算盘类型：沙盘类，算板类，穿珠类。“珠算”一词最早见于三国时代徐岳（？-220年）的《数术纪遗》。计算尺1625年，英格兰人威廉·奥特雷（William Oughtred）发明了能进行6位数加减法的滑动计算尺。由它演化过来的现代计算尺可以用来进行加、减、乘、除、平方、开方、对数、函数运算。帕斯卡加法器1642年，法国数学家帕斯卡制造了第一台加法运算机器。能进行8位十进制加法运算。帕斯卡：机器比动物更接近思维。加法器在巴黎博览会引起轰动。巴贝奇差分机研制差分机；1822年，英国剑桥大学教授查尔斯·巴贝奇，第一台差分机研制成功；差分机有25 000个零件，重达4吨。差分机是专门用来计算特定多项式函数值的机器。继电器计算机1941年，德国科学家朱赛（Konrad Zuse）最先采用电气元件制成全自动继电器计算机Z-3具备浮点记数、二进制运算、数字存储地址的指令形式等现代计算机的特征。电子计算机ABC（Atanasoff-Berry Computer，阿塔纳索夫-贝瑞计算机）美国爱荷华州立大学的物理系副教授阿塔纳索夫（John Vincent Atanasoff）和他的研究生克利福特?贝瑞（Clifford Berry）在1939年10月研制成功是世界上第一台电子数字计算机ABC的特点（1）以二进制的方式实现数字运算和逻辑运算，以保证运算精度；（2）利用电子技术实现控制和运算，以保证运算速度；（3）采用计算功能与存储功能相分离的结构，以简化计算机设计。2．第一台通用电子数字计算机的诞生1946年2月诞生于美国宾西法尼亚大学，莫克利和埃克特研制ENIAC（Electonic Numerical Integrator And Calculator），全称为“电子数值积分计算机”莫克利在设计ENIAC之前拜访过阿塔纳索夫，一起讨论过计算机设计经验。ENIAC：采用全电子管电路，使用18 800多个电子管，10 000多个电容，7 000多个电阻，1 500多个继电器，耗电150kW，重量达30t，占地面积170m2，采用十进制（没有采用二进制）性能：1秒钟内完成5000次加法运算，在3/1000秒内完成2个10位数乘法，计算一条炮弹弹道只需要20秒钟。ENIAC服役近10年，被用于弹道计算、原子弹计算、氢弹计算、天气预报、宇宙射线研究、风洞设计等多种领域，体现了其“通用计算机”的价值。ENIAC采用外加式程序，不具备现代计算机的“存储程序” 原理。冯·诺伊曼1944年曾参与了ENIAC的研制工作1945年发表 “存储程序式通用电子计算机”设计方案1946年6月提出了更为完善的 “电子计算机装置逻辑结构初探”设计报告设计出第一台具有 存储程序 功能的 离散变量自动计算机EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）EDVAC特点：使用二进制运算包含输入设备、输出设备、控制器、运算器、存储器5个基本部件能够存储程序，解决了内部存储和自动执行问题冯·诺伊曼体系结构计算机，进入现代计算机的发展时期。3．现代计算机发展的四个阶段分代时间主要元件技术特点内存外存速度代表第一代1946~1953电子管汞延迟线穿孔卡片、纸带几千条UNIVAC-1第二代1954~1963晶体管磁芯存储器磁带几万至几十万条IBM-7000第三代1964~1970中小规模集成电路半导体存储器磁带、磁盘几十至几百万条IBM-360第四代1971至今大规模和超大规模集成电路半导体存储器磁盘、磁带、