第一章 计算机概述

24
§1.3计算机发展史
1.微电子器件的发展




电子管 特点：体积大、功耗高、寿命短、速度慢、 可靠性差。 半导体晶体管 特点：体积小、功耗低、可靠性高。 包括双极型晶体管和场效应晶体管。 集成电路芯片 (IC: Integrated Circuits) 特点：速度快、体积更小、功耗更低、可 靠性更高等。
37
§1.5摩尔定律
1965年，Intel的创办人之一摩尔发现：“在相等面积(制作成本)上，CPU上 的晶体管数量以每18个月倍增的趋势增加，执行性能的提升大体也符合这个 趋势。”
38
39
(3)晶体管计算机的诞生
1954 年 ， 贝 尔 实 验 室 研 制 成 功 第 一 台 使 用 晶 体 管 线 路 的 计 算 机 （TRADIC），装有800个晶体管。 1958年， IBM公司制成了第一台全部使用晶体管的计算机 RCA501型。 计算速度从每秒几千次提高到几十万次，主存储器的存储量，从几千提高 到10万以上。 1959年，IBM公司又生产出全部晶体管化的电子计算机IBM 7090。
31
§1.3计算机发展史
(4) 第三代计算机的的著名代表
1964年，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， 该系列有大、中、小型，共6个型号。
32
§1.3计算机发展史
(5) 使用超大规模集成电路的第四代计算机
在1967年和1977年，分别出现了大规模集成电路和超大规模集成电路。 美国的ILLIAC-IV计算机，是第一台全面使用大规模集成电路作为逻辑元件 和存储器的计算机。
29
§1.3计算机发展史
(2) 第一台存储程序计算机
1949年在英国剑桥大学问世的EDSAC，由3000只电子管为主要元件 的存储结构的计算机。 1951年冯· 诺依曼的EDSAC问世，总共 只采用了2300个电子管，但运算速度 却比拥有18000个电子管的ENIAC提高 了10倍。
30
Hale Waihona Puke §1.3计算机发展史1.一般用户观察到的计算机硬件系统
一般用户观察到的只是计算机的用户界面 。
物理模块构成 功能和性能指标 操作界面
19
不同对象观察到的计算机硬件系统
2.专业用户观察到的计算机硬件系统
专业用户更多地关注计算机机箱内的结构和组成。
原理 功能模块构成 标准和连接关系
20
不同对象观察到的计算机硬件系统
28
§1.3计算机发展史
3.计算机发展过程中的重要里程碑
(1)第一台电子数字计算机
1946年，ENIAC，美国宾夕法尼亚大学 18800个电子管、1500个继电器，重达30吨，占地170平方米。 耗电150千瓦。 运算速度为每秒5000次十进制加法运 算或者400次乘法运算 至多只能存20个10位的十进制数，无 程序存储器。
2、什么是管理信息系统？
管理信息系统是一个以人为主导，利用计算机硬件、软件、 网络通信设备以及其他办公设备，进行信息的收集、传输、 加工、储存、更新和维护，以企业战略竞优、提高效益和效 率为目的，支持企业的高层决策、中层控制、基层运作的集 成化的人机系统。
8
9
本课程在信管专业中的地位
3、信息系统中涉及到的角色
22
§1.2冯·诺依曼计算机结构
控制器
输入设备
运算器
输出设备
指令流
存储器
控制命令 数据流

以运算器为核心、以存储程序原理为基础
23
§1.2冯·诺依曼计算机结构
计算机的工作过程就是执行程序的过程，我们要求机器 自动地执行这些程序，就必须事先把程序放到存储器中，这就 是程序存储。程序中的每条指令通常是按顺序一条一条地存放 的，计算机工作时，控制器按照预先规定好的顺序，从存储器 中一条一条地取出指令，分析指令，根据不同的指令向各个部 件发出完成该指令所规定操作的控制信号，这就是程序控制。 程序存储和程序控制的概念是冯.诺依曼提出的，因此又 称为冯依概念.
硬件：计算机的物质存在的实体，软件的实现平台。 软件：计算机功能和数据的二进制表示信息。
例：计算机通信
电信号 判 决 二进制 位 字节 同步 字节 帧 信息帧 同步 包 信息包 交换
具体功能可以由硬件实现，可以由软件实现，也可以由硬件和软件实现。 硬件完成：增加设计制造成本、速度快、稳定、灵活性差。 软件完成：成本低、修改升级简单、速度受限制。
§1.4计算机的发展趋势

中国第一台计算机——103型通用数字电子计算机于 1958年6月由中科院计算所研制成功，运行速度每秒 1500次，内存容量为1024字节
36
§1.4计算机的发展趋势

“天河一号”
国防科技大学计算机学院研制的我国首台千万亿次超级计算机系统
“天河一号”排名第五、亚洲第一 ，系统峰值性能为每秒1206万亿次。
34
§1.4计算机的发展趋势
目前计算机的发展是向“两极”(多级)分化
微型化、网络化、高性能、通用化。 巨型化、超高速、并行处理、智能化方向发展。 关于计算机的大小——速度、容量。
未来计算机的发展趋势
计算能力进一步提高 —— 预计 21 世纪初期，将出现每秒 100万亿次的超级计算机。 计算机将进入人工智能时代 —— 具备学习、判断、推理 及自然语言能力。 将出现新型材料计算机 —— 超导计算机、量子计算机、 35 光子计算机、生物计算机、纳米计算机。
27
§1.3计算机发展史
中、小规模集成电路计算机（从60年代中期到70年代前期）
功耗、体积、价格等进一步下降。 速度及可靠性相应的提高 范围进一步扩大
大、超大规模集成电路计算机（70年代初到至今）
20世纪60年代后，半导体存储器取代了磁芯存储器，并不断向大容量、 高集成度、高速度发展。 70 年代初，出现微型计算机（ PC ）——以微处理器（ MPU，单片 IC 的CPU）为核心的电子计算机。 计算机进入了几乎所有的行业。
3.计算机设计者观察到的计算机硬件系统
计算机的设计者更多地关心计算机的组成原理和实现方法。
控制器
运算器
寄存器1
寄存器2 寄存器3 寄存器N
门1
门2 门3 门N
晶体管1
晶体管2 晶体管3 晶体管N
计算机
存储器 I/O
系统级
寄存器级
门电路级
晶体管级
21
§1.2冯·诺依曼计算机结构
以美籍匈牙利数学家冯· 诺依曼为首的研制小组与参与研制 ENIAC主要人员联名发表了一篇长达101页纸的报告，即计算机 史上著名的“101页报告”，提出了“存储程序控制”的计算机 结构 (即诺依曼机），奠定了现代计算机的体系结构。（1945.6） ⑴ 计算机（指硬件）由五大基本部件组成； ⑵ 计算机内部采用二进制来表示指令和数据； ⑶ 将编好的程序和原始数据事先存入存储器中， 然后再执行程序。
33
§1.3计算机发展史
(6) 微型计算机的出现
Intel系列CPU的发展，特别是1978年 推出的8086 16位CPU，为微机的出现 奠定了硬件基础。 1980年，IBM实行“开放”政策；采 用Intel 8088 MPU、委托独立软件公司 为它配置各种软件。 1981年8月12日，IBM在纽约宣布 IBM PC个人电脑出世。
11
本课程在信管专业中的地位
具体设计过程：
具体的系统设计任务包括选择：



计算机硬件（处理、存储、I/O和网 络组件） 网络硬件（传输线路、路由器、防火 墙） 系统软件（操作系统、数据库管理系 统、网络服务、网络协议、安全协议 和软件） 应用程序开发工具（编程语言、组件 库、集成开发环境） 文件或数据库设计（如将数据元素分 成记录和文件、编制索引和分类） 应用软件设计 用户和外部系统接口设计（输入屏幕 格式、报告格式以及与外部服务和系 统进行交互作用的协议） 系统备份和恢复机制的设计
微机原理及应用B
主讲人：薛宏全
经济与管理学院管工系信管专业
2014年02月
1
课程目标

在整体上建立起计算机系统的整体概念；
在整体上建立起微机系统的整体概念； 掌握微型机硬件系统各部分的构成及工作原理； 掌握微型机的输入输出技术； 了解部分基本指令系统；

了解目前常用多媒体设备的工作原理。
17
§1.1计算机系统
硬件软件化 软件硬件化
硬件软件化：原来由硬件实现的功能可以改为由软件模拟来实现，这种做法称为
硬件软化，它可以增强系统的功能和适应性。
软件硬件化： 原来由软件实现的功能也可以改为由硬件来实现，称为软件硬化，
它可以显著降低软件在时间上的开销。
18
不同对象观察到的计算机硬件系统
2.计算机的发展史
电子管计算机（1946年到50年代后期）
存储器：延迟线、磁芯 无高级语言，甚至没有汇编器 科学计算、为军事与国防尖端科技服务 没有商业化
晶体管计算机（50年代中期到60年代后期）
磁芯存储器，存储量从几千提高到10万单元以上 运算速度从每秒几千次提高到几十万次 军事与尖端技术、气象、工程设计、数据处理以及 其他科学研究等领域
2
考核方式

平
时
20% 80%
期末考试
注：平时包括上课点名、课后作业、实验
3
计算机基础教学的三个层次
4
本课程在信管专业中的地位
1、什么是信息系统？
信息系统是由计算机硬件、网络和通讯设 备、计算机软件、信息资源、信息用户和规章 制度组成的以处理信息流为目的的人机一体化 系统。
5
6
7
本课程在信管专业中的地位
应用程序开发人员； 系统程序员； 硬件人员； 系统管理人员 ；
10
本课程在信管专业中的地位
例：超市管理信息系统。
调查零售店销售点系统的分析员可能会询问有关当前系统的 情况，例如： 处理一笔销售业务需要多长时间？ 这个系统便于使用吗？ 是否收集到足够的信息（如有关销售方面的信息）？ 硬件和网络能够处理高峰期的销售量吗（如节假日）？ 系统容量可以扩充吗？ 其他操作系统支持这些硬件和应用软件吗？ 有更便宜的硬件可供选择吗？
25
§1.3计算机发展史
IC集成度分类：
SSI（小规模集成电路）
晶体管数100个以下
MSI（中规模集成电路）
晶体管数100～3000个
LSI（大规模集成电路）
晶体管数3000～105个
VLSI（超大规模集成电路）
晶体管数105～108个
ULSI（甚大规模集成电路）
目前的P4集成度超过108
26
§1.3计算机发展史
12
13
14
计算机系统的层次结构
应用用户 应用开发人员
用户应用 系统工具 操作系统
操作系统 开发人员
计算机硬件
15
第一章 计算机概述

计算机系统 冯·诺依曼计算机结构 计算机发展史 计算机的发展趋势 摩尔定律
16
§1.1计算机系统
计算机系统——硬件系统和软件系统的结合的整体。