《计算机组装和维护教程》第一章：计算机硬件基础知识

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1.2计算机的组成与基本结构

1.2.1计算机的组成
硬件 软件 控制器 中央处理器 运算器 主机 随机存储器 内存储器 只读存储器 输入设备（鼠标、键盘 外部设备 输出设备（软盘、硬盘 系统软件 应用软件 操作系统 各种计算机语言 数据库管理系统等等 字处理软件 计算机辅助类软件 各种信息管理系统软件
图1.3 帕斯卡加法器
图1.4 差分器
图1.5 Z-3型计算机
图1.6 Z-3型计算机
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1.1.1计算机发展概况

2．电子计算机的诞生
1946年2月，美国宾夕法尼亚大学莫尔学院物理学家莫奇利 （John W. Mauchly）和工程师埃克特（J. Presper Eckert）领导的科 研小组共同开发了世界上第一台数字电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Calculator，电子数值积分计算机)。 1944年8月至1945年6月是计算机科学技术快速发展时期。冯·诺 依曼John von Neuman）博士与莫尔学院科研小组合作，提出了一个全 新的存储程序通用数字电子计算机方案EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer，离散变量自动电子计算机），这就是 人们通常所说的冯·诺依曼型计算机。
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1.1.2计算机的分类

4．工作站
工作站是一种高档微机系统。它具有较高的运 算速度，既具有大、中、小型机的多任务、多用 户能力，而兼具微型机的操作便利和良好的人机 界面。工作站可连接多种输入、输出设备，而其 最突出的特点是图形功能强，具有很强的图形交 互与处理能力，因此在工程领域，特别是在计算 机辅助设计（CAD）领域得到迅速应用。
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1.1.2计算机的分类

3．小型机
小型机可以为多个用户执行任务，通常是一个多用户 系统。小型机结构简单、设计试制周期短，便于及时采用 先进工艺。这类机器由于可靠性高，价格便宜，对运行环 境要求低，易于操作且便于维护，因此对广大用户具有吸 引力，特别是在一些中小企业很有市场。小型机的出现加 速了计算机的推广普及。小型机应用范围广泛，它可作为 集中式的部门级管理计算机，在大型应用中作为前端处理 机，在客户-服务器结构中作为服务器（如文件服务器、 WWW服务器及应用服务器等）。小型机还广泛用于企业管理 以及大学和研究所的科学计算等。
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1.1.1计算机发展概况

3．计算机的发展阶段
第一代电子管计算机(1945-1956)
第一代计算机的特点是操作指令是为特定任务而编制 的，每种机器有各自不同的机器语言，功能受到限制，速 度也慢。另一个明显特征是使用真空电子管和磁鼓储存数 据，如图1.11所示。
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1.1.2计算机的分类

6．服务器
当计算机最初用于信息管理时，信息的存储和管理是 分散的，这种方式的弱点是数据的共享程度低，数据的一 致性难以保证。于是以数据库为标志的新一代信息管理技 术发展起来，而以大容量磁盘为手段、以集中处理为特征 的信息系统也发展起来。20世纪80年代PC机的兴起冲击了 这种集中处理的模式，而计算机网络的普及更加剧了这一 变化。数据库技术也相应延伸到了分布式数据库，客户机/ 服务器的应用模式出现了。 近年来，随着因特网的普及，各种档次的计算机在网 络中发挥着各自不同的作用，而服务器在网络中扮演着最 主要的角色。服务器可以是大型机、小型机、工作站或高 档微机。服务器可以提供信息浏览、电子邮件、文件传送、 数据库、打印以及多种应用服务。
一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成的，如图 1.20所示。
等） 、光盘等）
计算机系统
等等
图1.20 计算机系统组成
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图1.1 算筹
图1.2 算盘
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（2）西方的灵感：机械计算机、机电计算机
1642年，法国数学家、物理学家帕斯卡（Blaise Pascal）制造出第一 台机械加法器Pascaline。如图1.3所示。 1822年，英国数学家巴贝奇（Charles Babbage）设计了一台差分机， 如图1.4所示 1938年，德国工程师朱斯（Konrad Zuse）成功制造了第一台二进制计 算机Z-1，此后他继续研制了Z系列计算机，其中Z-3型计算机是世界上第一台 通用程序控制的机电计算机，如图1.5、1.6所示
计算机组装和维护教程
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第1章 计算机硬件基础知识
学习目的与要求：
本章主要介绍了计算机的基本硬件知识， 自从人类具备认识世界的能力以来，计算就 已经存在。在人类发展的漫长过程中，人类 对计算的追求从来就没有停止过。从最原始 的扳手指计算到借助算盘计算，从机械计算 机到电子计算机等。
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1.1.1计算机发展概况


1．早期的计算工具
（1）东方的创造：算筹、算盘 最早的人造计算工具是算筹， “筹”是一种竹制、木 制或骨制的小棍，它们可以按照一定的规则灵活地布于盘 中或地面，一边计算一边不断地重新布棍 。如图1.1所示。 算盘是从算筹发展来的，它的产生时间大概在元代。 如图1.2所示。
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1.1.2计算机的分类

2．大型通用机
大型通用机的特点表现在通用性强、具有很强 的综合处理能力以及性能覆盖面广等，主要应用 在公司、银行、政府部门、社会管理机构和制造 厂等，通常人们称大型机为“企业级”计算机。 大型机研制周期长，设计技术与制造技术非常 复杂，耗资巨大，需要相当数量的设计师协同工 作。大型机在体系结构、软件和外设等方面又有 极强的继承性。因此，国外只有少数公司能够从 事大型机的研制、生产和销售工作。
图1.13 集成电路
图1.14 IBM360系统
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第四代大规模集成电路计算机(1971-现在)
出现集成电路后，唯一的发展方向是扩大规模。 大规模集成电路(LSI)可以在一个芯片上容纳几百个 元件，如图1.15所示。到了80年代，超大规模集成 电路(VLSI)在芯片上容纳了几十万个元件，后来的 ULSI将数字扩充到百万级。可以在硬币大小的芯片 上容纳如此数量的元件使得计算机的体积和价格不 断下降，而功能和可靠性不断增强。
图1.11 电子管
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第二代晶体管计算机(1956-1963)
1948年，晶体管的发明大大促进了计算机的发 展，晶体管代替了体积庞大电子管，电子设备的体 积不断减小，如图1.12所示。1956年，晶体管在计 算机中广泛使用，晶体管和磁芯存储器导致了第二 代计算机的产生。第二代计算机体积小、速度快、 功耗低、性能更稳定。
图1.15 大规模集成电路
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1.1.1计算机发展概况

4．计算机的发展趋势
目前计算机技术的发展趋势是向巨型化、微型化、网络化和智能化这4 个方向发展。 巨型化是指具有运算速度高、存储容量大、功能更完善的计算机系统， 其运算速度一般在百亿次每秒、存储容量超过百万兆字节。 微型化得益于大规模和超大规模集成电路的飞速发展，微处理器自1971 年问世以来，发展非常迅速，几乎每隔两三年就会更新换代一次，这也使以 微处理器为核心的微型计算机的性能不断跃升。 网络化是指利用通信技术和计算机技术，把分布在不同地点的计算机互 连起来，按照网络协议相互通信，以达到所有用户都可共享数据和软硬件资 源的目的，现在，计算机网络在交通、金融、企业管理、教育、邮电、商业 等各行各业中得到广泛的应用。 智能化就是要求计算机能模拟人的感觉和思维能力，也是第五代计算机 要实现的目标。 展望未来，计算机的发展必然要经历很多新的突破。从目前的发展趋势 来看，未来的计算机将是微电子技术、光学技术、超导技术和生物技术相互 结合的产物。
图1.12 晶体管
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第三代集成电路计算机(1964-1971)
虽然晶体管比起电子管是一个明显的进步，但晶体管 还是产生大量的热量，这会损害计算机内部的敏感部分。 1958年发明了集成电路(IC)，如图1.13所示，将三种电子元 件结合到一片小小的硅片上。 1964年，美国IBM公司研制成 功第一个采用集成电路的通用电子计算机系列IBM360系统， 如图1.14所示。随后，计算机变得更小，功耗更低，速度更 快。
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1.1.2计算机的分类

5．微型计算机
以微处理器为中央处理单元而组成的个人计算 机（PC）简称微型机或微机。1971年，美国Intel 公司成功地在一块芯片上实现了中央处理器的功 能，制成了世界上第1片4位微处理器MPU，也称 Intel 4004，并由它组装成第1台微型计算机MCS4，由此揭开了微型计算机大普及的序幕。 当前，个人计算机已渗透到各行各业和千家万 户。它既可以用于日常信息处理，又可用于科学 研究。PC机的出现使得计算机真正面向全人类， 真正成为大众化的信息处理工具。
计算机于1946年问世，它一诞生，就立即成了先进生产力 的代表，掀开自工业革命后的又一场新的科学技术革命。要追 溯计算机的发明，可以由中国古时开始说起，古时人类发明算 盘去处理一些数据，利用拨弄算珠的方法，人们无需进行心算, 通过固定的口诀就可以将答案计算出来。这种被称为“计算与 逻辑运算”的运作概念传入西方后，被美国人加以发扬光大。 直到十六世纪,发明了一部可协助处理乘数等较为复杂数学算式 的机械，被称为“棋盘计算器”，但这时期只属于纯计算的阶 段,要到十九世纪才有急速的发展。近１０年来，计算机的应用 日益深入到社会的各个领域，如管理、办公自动化等。由于计 算机的日益向智能化发展，人们干脆把微型计算机称之为“电 脑”