第1章计算机系统概论.ppt
计算机应用基础课件,1,第1章 计算机系统概论,计算机应用基础课件,2,第1章内容概要,1.1 计算机概述1.2 微型计算机的发展1.3 计算机的应用,计算机应用基础课件,3,1.1 计算机概述,1.1.1 计算机发展简史1.1.2 计算机的分类1.1.3 计算机的特点与性能指标,计算机应用基础课件,4,计算机的概念,计算机的全称是电子数字计算机，是一种能够自动、快速、高效地对各种信息进行存储和处理的电子设备。它按照事先编写的程序对输入的原始信息进行加工、处理、控制、存储或传输，以获得预期的输出信息，并利用这些信息来提高社会生产率，改善人民的生活质量。计算机最早用于数值计算，随着计算机技术和应用的发展，如今计算机已成为进行信息处理必不可少的一种工具。,计算机应用基础课件,5,1.1.1 计算机发展简史,1计算机的诞生1）图灵机图灵1936年从计算一个数的一般过程着手对计算的本质进行了研究，提出了一种理想的计算机的数学模型：图灵机（TM）。图灵机并不是具体的机器，而是一个通用的计算机模型。目前已成为计算机科学中可计算理论和计算复杂性理论的基础。根据图灵的研究，所谓计算就是计算者（人或机器）对一条两端可无限延长的磁带上的一串0和1进行操作，一步一步地改变磁带上的0或1，经过有限步骤，最后得到一个满足预先规定的符号串的变换过程。图灵机用形式化方法成功地表述了计算这一过程的本质。2）冯诺依曼机,计算机应用基础课件,6,2）冯诺依曼机1946年2月，美国宾夕法尼亚大学研制出了第一台电子数字积分计算机ENIAC埃尼阿克（Electronic Numerical Integrator and Calculator）.如图1.1所示。它标志着第一代计算机的诞生。ENIAC使用了18800只电子管，1500多个继电器，耗电150千瓦，占地面积150平方米，重量达30吨，每秒钟只能完成5000次加法运算。在第一台计算机ENIAC的研制过程中，冯诺依曼仔细分析了该计算机存在的问题，于1953年3月提出了一个全新的通用计算机方案EDVAC埃德瓦克（electronic discrete variable automatic computer）方案。,计算机应用基础课件,7,在EDVAC方案中，冯诺依曼提出了3个重要的设计思想：计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个基本部分组成；采用二进制形式表示计算机的指令和数据；将程序（由一系列指令组成）和数据存放在存储器中，并让计算机自动地执行程序这就是“存储程序和程序控制”思想的基本含义。EDVAC奠定了现代计算机体系结构的根基。直至今日，一代又一代的计算机仍沿用这一结构，因此，后人将其称为“冯诺依曼”体系结构计算机。,计算机应用基础课件,8,2计算机的发展阶段计算机的发展经历了电子管、晶体管、集成电路和（超）大规模集成电路四代第1代计算机：电子管计算机，采用电子管作为计算机的逻辑元件，内存储器为水银延迟线，外存储器为磁鼓、纸带、卡片等。第2代计算机：晶体管电路计算机，采用晶体管制作计算机的逻辑元件，内存储器多为磁芯存储器，外存储器为磁盘、磁带等。第3代计算机：基本电子元器件由集成电路（Integrated Circuit，IC）构成。第4代计算机：采用大规模集成电路（large scale integration，LSI）和超大规模集成电路（very large scale integration，VLSI）技术，在硅半导体基片上集成几百到几千甚至几万个以上的电子元器件。,计算机应用基础课件,9,3我国计算机的发展概况我国最早的研制出的计算机是1958年的103小型数字计算机和1959年研制出的104大型通用数字计算机 第一代计算机。第二代计算机研制和产生于20世纪60年代，1965年研制成功第1台晶体管计算机DJS-5小型机，随后又研制成功并小批量生产121、108等5种晶体管计算机。我国于1965年开始研究第3代计算机，并于 1973年研制成功了集成电路的大型计算机150计算机。1977年4月我国研制成功第一台微型计算机DJS-050，1983年，国防科技大学研制成功的银河I号是我国自行研制的第1台亿次运算计算机系统，1992年银河号计算能力达每秒10亿次。1997年银河号计算能力达每秒100亿次。,计算机应用基础课件,10,3我国计算机的发展概况（续）1999年9月，神威-I号并行计算机峰值运算速度达到每秒3840亿次2004年6月，面向网格环境的曙光4000A，具有11万亿次浮点运算能力，位列世界高性能计算机TOP500第十名2008年6月，曙光5000A峰值速度233.47万亿次2009年10月，天河1号（TH1）计算机峰值速度1206万亿次。,图1.2 曙光4000L机型,TH1,计算机应用基础课件,11,4未来计算机的发展趋势计算机正朝着巨型化、微型化、智能化、网络化和多媒体化等方向发展巨型化是指发展高速、大存储量和强功能的巨型计算机。微型化是指利用微电子技术和超大规模集成电路技术，把计算机的体积进一步缩小，价格进一步降低。智能化使计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力，使计算机成为智能计算机。这也是目前正在研制的新一代计算机要实现的目标。计算机网络化，是指用现代通信技术和计算机技术把分布在不同地点的计算机互联起来，组成一个规模大、功能强、可以互相通信的网络结构。多媒体计算机就是利用计算机技术、通信技术和大众传播技术，来综合处理多种媒体信息的计算机。,计算机应用基础课件,12,1.1.2 计算机的分类,按计算机的用途不同分为通用计算机和专用计算机。通用计算机广泛适用于一般科学运算、学术研究、工程设计和数据处理等，具有功能多、配置全、用途广、通用性强的特点，市场上销售的计算机多属于通用计算机。专用计算机是为适应某种特殊需要而设计的计算机，通常增强了某些特定功能，忽略一些次要要求，所以专用计算机能高速度、高效率地解决特定问题，具有功能单纯、使用面窄甚至专机专用的特点。计算机按其运算速度快慢、存储数据量的大小、功能的强弱，以及软硬件的配套规模等不同又分为巨型机、大中型机、小型机、微型机、工作站与服务器等。,计算机应用基础课件,13,1.1.3 计算机的特点与性能指标,机械延长人的手臂，可使人的体力得以放大；计算机延伸人的大脑，可使人的智慧得以放大。作为人类智力劳动的工具，计算机具有以下主要特点。1）自动程序执行计算机能在程序控制下自动连续地高速运算。由于采用了存储程序控制的方式，因此一旦输入编制好的程序，启动计算机后，就能自动地执行下去直至完成任务。这是计算机最突出的特点。2）运算速度快计算机的运算速度又称处理速度，用每秒钟可执行百万条指令（MIPS）来衡量。现在普通的微型计算机每秒可执行几十万条指令，而巨型机则达到每秒几十亿次甚至几百亿次。,计算机应用基础课件,14,2）运算精度高科学技术的发展，特别是一些尖端科学技术的发展，要求具有高度准确的计算结果。数据在计算机内部都是采用二进制数字进行运算，数的精度主要由表示这个数的二进制码的位数或字长来决定。4）存储容量大计算机的存储器类似于人类的大脑，可以记忆（存储）大量的数据和信息。存储器不但能够存储大量的数据与信息而且能够快速准确地找到或取出这些信息，使得从浩如烟海的文献资料、数据中查找并且处理信息成为十分容易的事情。,计算机应用基础课件,15,5）具有可靠的逻辑判断力计算机不仅进行算术运算又能进行逻辑运算，具有可靠的逻辑判断能力是计算机的一个重要特点。冯诺依曼结构计算机的基本思想就是先将程序输入并存储在计算机内，在程序执行过程中，计算机会根据上一步的执行结果，运用逻辑判断方法自动确定下一步该做什么，应该执行哪一条指令。6）可靠性高和通用性强随着微电子技术和计算机技术的发展，现代电子计算机连续无故障运行时间可达到几十万小时以上，具有极高的可靠性。例如，安装在宇宙飞船上的计算机可以连续几年时间可靠地运行。,计算机应用基础课件,16,2计算机的性能指标1）字长字长是指计算机的运算部件一次能直接处理的二进制数据的位数，它直接涉及到计算机的功能、用途和应用领域，是计算机的一个重要技术性能指标。2）内存容量内存储器中能存储信息的总字节数称为内存容量。字节（Byte）是指作为一个单位来处理的一串二进制数位，通常以8个二进制位（b）为一个字节（B）。3）主频主频即CPU的时钟频率（Clock Speed），是指CPU在单位时间内发出的脉冲数，也就是CPU运算时的工作频率。主频的单位是赫兹（Hz）。,计算机应用基础课件,17,4）存取周期存储器完成一次读（取）或写（存）信息所需时间称为存储器的存取（访问）时间。连续两次读（或写）所需的最短时间，称为存储器的存取周期。5）兼容性兼容性（compatibility）是指一台设备、一个程序或一个适配器在功能上能容纳或替代以前版本或型号的能力，它也意味着两个计算机系统之间存在着一定程度的通用性，这个性能指标往往与系列机联系在一起的。系列机的软件兼容分为向上兼容、向下兼容、向前兼容和向后兼容。,计算机应用基础课件,18,1.2 微型计算机的发展,1.2.1 微型计算机的发展1.2.2 微处理器的发展（INTEL）,计算机应用基础课件,19,1.2.1 微型计算机的发展,1981年，IBM公司从8位Apple-微机中看到了巨大的市场潜力，选用Intel公司的8088微处理器和Microsoft公司的DOS（Disk OperationSystem）操作系统开发了IBM PC，IBM PC由主机、CRT显示器和键盘构成（如图1.3所示）。1982年，扩展为IBM PC/XT。1984年，IBM以16位微 处理器80286为核心组成 16位增强型个人计算机 IBM PC/AT。,计算机应用基础课件,20,IBM PC/AT为例，其主机板电路结构如图所示，主要由4部分组成：微处理器、主存储器、I/O接口、系统总线。,计算机应用基础课件,21,1.2.2 微处理器的发展（INTEL）,表1-2 Intel公司生产的微处理器芯片发展简史,计算机应用基础课件,22,1.3 计算机的应用,据统计，计算机已应用于8000多个领域，并且还在不断扩大。下面，根据计算机的应用特点，粗略地将计算机的应用归纳为以下几个方面。1科学计算在科学研究和工程设计等方面的数学计算问题称为科学计算。科学计算是计算机的最基本应用，也是促进计算机发展的原动力。利用计算机的高速性、大存储量、连续运算能力，可以进行繁琐而复杂、人工难以完成甚至根本无法完成的各种科学计算问题。,计算机应用基础课件,23,2数据处理数据处理又称信息处理，是目前计算机应用的主要领域。据统计，在计算机的所有应用中，数据处理方面的应用约占全部应用的75%以上。信息处理是指用计算机对各种形式的数据如文字、图像、声音等收集、存储、加工、分析和传输的过程，常泛指非科学计算方面、以管理为主的所有应用。3过程控制过程控制又称实时控制，是指计算机实时采集检测数据，按最佳方法迅速地对被控制对象进行自动控制或自动调节。利用计算机进行过程控制，不仅提高了控制的自动化水平，而且大大提高了控制的及时性和准确性，从而改善了劳动条件，提高了质量，节约了能源，降低了成本。,计算机应用基础课件,24,4计算机辅助设计计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design)利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称CAD。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。5多媒体技术应用多媒体计算机的主要特点是集成性和交互性，即集文字、声音、图像等信息于一体，并使双方能通过计算机交互。多媒体技术的发展大大拓宽了计算机的应用领域，视频和音频信息的数字化，使得计算机逐步走向家庭，走向个人。,计算机应用基础课件,25,6计算机仿真计算机仿真是应用电子计算机对系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的人的思维过程和行为进行动态性比较逼真的模仿。它是一种描述性技术，是一种定量分析方法。7虚拟现实虚拟现实是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。,计算机应用基础课件,26,8人工智能人工智能是指用计算机来模仿人的智能，使计算机具有识别语言、文字、图形和进行推理、学习以及适应环境的能力。9数字家庭数字家庭是指以计算机技术和网络技术为基础，各种家电通过不同的互连方式进行通信及数据交换，实现家用电器之间的“互联互通”,使人们足不出户就可以更加方便快捷地获取信息，从而极大提高人类居住的舒适性和娱乐性。,计算机应用基础课件,27,10网络与通信计算机技术与现代通信技术的结合构成了计算机网络。计算机网络的建立，不仅解决了一个单位、一个地区、一个国家中计算机与计算机之间的通信，各种软、硬件资源的共享，也大大促进了国际间的文字、图像、视频和声音等各类数据的传输与处理。,计算机应用基础课件,28,THANKS,
