| 词条 | 计算机原理 |
| 释义 | 从第一台计算机的问世算起，到现在才有60余年，在人类科技史上还没有一种科学可以与计算机的发展之快相提并论。 计算机的发展简史1943——1946年美国宾夕法尼亚大学研制的电子数字积分器和计算机ENIAC（Electronic Numerical And Computer）是世界上第一台电子计算机。一般认为它是现代计算机的始祖。冯·诺依曼 与ENIAC计算机研制的同时，冯·诺依曼（Von Neumann）与莫尔小组合作研制EDVAC计算机，采用了存储程序方案，其后开发的计算机都采用这种方式，称为冯·诺依曼计算机。 冯·诺依曼机特点冯·诺依曼机具有一下特点： （1）计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。（2）采用存储程序的方式，程序和数据放在同一个存储器中，指令和数据一样可以送到运算器运算，即由指令组成的程序是可以修改的。 （3）数据以二进制代码表示。 （4）指令由操作码和地址码组成。 （5）指令在存储器中按执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址，一般按顺序递增，但可按运算结果或外界条件而改变。 （6）机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送都通过运算器。 现代计算机系统结构有了很大新发展，但原则上变化不大，习惯上仍称之为冯·诺依曼机。 电子计算机发展阶段根据计算机所采用的物理器件的发展，一般把电子计算机的发展分成四个阶段，习惯上称为四代。第一代：电子管计算机时代（从1946年到50年代后期），其主要特点是采用电子管作为基础器件。代表机型IBM公司的IBM650。 第二代：晶体管计算机时代（从50年代中期到60年代后期），采用的主要器件逐步由电子管改为晶体管，缩小了体积，降低了功耗，提高了速度和可靠性，降低了价格。代表机型控制数据公司（CDC）的大型计算机系统CDC6600. 第三代：集成电路计算机时代（从60年代中期到70年代前期），计算机采用集成电路作为基本器件，功耗、体积、价格进一步下降，速度和可靠性相应的提高。代表机型IBM公司的IBM360. 第四代：大规模集成电路计算机时代（从70年代初至今），70年代初，半导体存储器问世，迅速取代了磁芯存储器，并不断向大容量、高速度发展。1984年内涵2300个晶体管的Intel 4004芯片问世，开启了现代计算机的篇章。 计算机的分类大型机大型机是反映各个时期先进计算技术的大型通用计算机，其中以IBM公司的大型机系列影响最大。60年代的IBM360系统，70年代和80年代的IBM370系统曾占领大型机的主要市场。90年代IBM推出的大型机系列为IBMS/390系列，都是大型机的代表之作。 巨型机现代科学技术，尤其是国防技术的发展，需要有很高运算速度、很大存储容量的计算机，一般大型通用计算机不能满足要求。集成电路的进展，为制造巨型机提供了条件。微处理器的发展为阵列结构的巨型机发展带来了希望。如古德伊尔公司为美国宇航局（NASA）研制了一台处理卫星图像的计算机系统MPP，该机由16384个微处理器组成128*128方阵。 小型机小型机规模小、结构简单所以设计试制周期短，便于及时采用先进工艺，生产量大，硬件成本低。小型机的出现打开了再控制领域应用计算机的局面，许多大型分析仪器、测量仪器使用小型机进行数据采集、整理、分析、计算等。 微型机微型机的出现与发展，掀起计算机大普及的浪潮，利用4位微处理器Intel 4004组成的MCS-4是世界上第一台微型机，它于1971年问世。我们现在工作学习生活中用的PC就是微型机。1978年Intel成功开发了16位微处理器Intel8086。1981年32位微处理器Intel80386问世。随着技术的不断发展，现在已经进入64位双核微处理器时代。其它还有工程工作站、联机系统和计算机网络，这些就不再赘述，有兴趣的读者可以自己搜索资料。 这里所说的计算机原理，主要以微型机为主，因为微型机与我们的生活关系最为密切。 计算机的主要应用1、科学计算 2、信息管理3、过程控制 4、计算机网络与通信 5、计算机辅助教学、设计、制造 6、仪器仪表与家电控制 计算机的主要应用 数据可分为数值数据和非数值数据两大类。从计算机所处理数据的类型这个角度来看，计算机的应用原则上应该分成科学计算和非数值计算两大类。后者包括信息处理、过程控制、计算机辅助设计、计算机辅助教学、人工智能等，其应用范围远远超过前者。计算机的应用已形成了一门专门的学科，它主要包括以下几方面的内容： 1.科学计算即纯数值计算，主要是解决科学研究领域的一些复杂的数学问题，计算量大而且精度要求高。例如：气象预报、人造卫星轨道的计算等都属于这方面的应用。 2.过程控制 过程控制是指利用计算机对生产或其他过程中的数据及时采集，并按最佳方案实现自动化。过程控制可以提高自动化程度，减轻劳动强度、提高生产效率、降低生产成本，保证产品质量的稳定。 3.信息处理 信息处理是目前计算机应用最广泛的领域之一。信息处理是指用计算机对各种形式的信息（如文字、图像、声音等）收集、存储、加工、分析和传送的过程。当今社会，计算机在信息处理领域的应用，对办公自动化、管理自动化乃至社会信息化都起着积极的促进作用。 4.计算机辅助系统 1）计算机辅助设计 计算机辅助设计简称为CAD（ComputerAidedDesign），它是利用计算机帮助人们进行各种工程和复杂产品的设计。CAD技术不仅提高了设计质量，而且也提高了自动化程度，大大缩短了新产品的设计与试制周期，从而成为生产现代化的重要手段。 2）计算机辅助制造计算机辅助制造简称为CAM（ComputerAidedManufacturing）。它是利用计算机直接控制零件的加工，实现无图纸加工。 3）计算机辅助教学 计算机辅助教学简称为CAI（ComputerAssistedInstruction）。它是指利用多媒体和网络技术，使得网上教学和远程教学得以实现。利用CAI，可将课程内容编成图文并茂的软件，使教学过程更加形象化。对于不同程度的学生可以自主选择不同的教学内容和教学进度，改变了教学的单一模式。 计算机系统构成计算机系统构成 由上图我们可以看出，计算机系统包含硬件系统和软件系统，硬件系统是计算机的基础，软件系统是计算机的上层建筑。一个完整的计算机系统必须包含硬件系统和软件系统，只有硬件系统没有软件系统的机器叫裸机。 硬件系统硬件系统一般包括：微处理器（CPU）、内存储器、输入/输出接口、系统总线、外部设备。 其中，各部件之间的信号传输要通过系统总线来完成。系统总线 CPU 1、微处理器（CPU） CPU是电脑系统的心脏，电脑特别是微型电脑的快速发展过程，实质上就是CPU从低级向高级、从简单向复杂发展的过程。 CPU（Central Processing Unit）又叫中央处理器，其主要功能是进行运算和逻辑运算，内部结构大概可以分为控制单元、算术逻辑单元和存储单元等几个部分。按照其处理信息的字长可以分为：八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等等。 目前主流的CPU都是由AMD公司和Intel公司生产提供的。如AMD Athlon64 X2 5000+ AM2、Intel Core 2 Duo E7200等。 2、内存储器和辅助存储器 内存储器简单的说就是我们通常说的内存。辅助存储器简单的说就是指硬盘和光驱。 内存 3、输入/输出接口 I/O接口 IDE接口，一般用于连接硬盘和光驱，这个接口逐渐被SATA接口所代替；SCSI接口主要是用作连接SCSI接口的硬盘；USB接口一种通用万能插口，支持热插拔；IEEE 1394接口比USB接口提供了更高的速率，同时也支持热插拔。AGP接口，主要是用来连接显卡，但是随着技术的发展，逐渐被PCI-E接口所取代。 4、系统总线 总线一般有两类：一类是连接计算机内部各模块的总线，如连接CPU、存储器和I/O接口的总线，常用的有ISA总线、EISA总线、PCI总线等；另一类为系统之间或系统与外部设备之间连接的总线，常用的有EIA-RS232C串行总线和IEEE-488并行总线等。 键盘 5、外部设备 一般包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。 软件系统软件系统包括：系统软件和应用软件 1、系统软件 Windows xp Linux 系统软件包括：操作系统、服务型程序、语言处理程序。 2、应用软件 应用软件包括：定制应用软件和通用应用软件。 工作过程可以简单概括为输入、处理、输出和存储4个过程。 输入是指接受由输入设备（如键盘）提供的信息；处理是对信息进行加工处理的过程，并按一定方式进行转换；输出是将处理结果在输出设备上（如显示器等）显示或打印等操作；存储是将原始数据或处理结果进行保存以便再次使用。 这4个步骤组成一个循环过程。输入、处理、输出和存储并不一定按照上述的顺序操作。在程序的指挥下，计算机根据需要决定采取哪一个步骤。个人计算机的工作过程是通过输入设备（键盘或鼠标等）输入用户的操作命令或数据，计算机的处理单元（微处理器）接受到输入命令后，进行处理并将结果在计算机的输出设备（显示器或打印机等）上输出，也可以将结果保存在计算机的存储器（硬盘或软盘）上。因此，计算机对于某种输入命令所要进行的对应操作，是由事先保存在计算机中的程序决定的。 计算机工作过程 PC（personal computer）的组成PC一般由主机和输入输出设备组成。主机一般由CPU、主板、内存、硬盘、显卡、光驱、电源、机箱、散热器等组成；输入输出设备一般包括键盘、鼠标、显示器等。这样由主机和输入输出设备组成了一台裸机，只有再安装好操作系统和应用软件以后，才称得上一台真正的计算机。 参考书目作者：占永平 主编ISBN：10位[7110066576]13位[9787110066577] 出版社：科学普及出版社 出版日期：2007-8-1 定价：￥19.80元 内容提要本书以冯·诺依曼结构为主线，系统地讲解了计算机的基本概念、基本原理。本书共分九章，每章后面都附有习题。本书既可作为计算机类相关专业的教材，也可供微机学习者的自学书籍及从事微机工作的广大工程技术人员的参考书。 目录第一章计算机基础知识 1.1计算机发展概况 1.2计算机的特点 l.3计算机的应用领域 1.4计算机的分类 1.5计算机的发展趋势 1.6计算机系统的组成 第二章计算机中的数据表示 2.1信息的数字化编码 2.2数制 2.3各数制之间的转换 2.4二进制数的运算规则 2.5定点数和浮点数 2.6机器数 2.7定点数的运算 2.8浮点数的运算方法 2.9运算器 2.10常用数据编码 第三章指令系统 3.1指令和指令系统 3.2指令格式 3.3寻址方式 3.4指令类型 3.5RISC和CISC 3.6指令与程序 第四章存储系统 4.1存储器与存储系统 4.2主存储器 4.3高速缓存 4.4虚拟存储器 第五章中央处理器 5.1CPU的功能和组成 5.2指令周期 5.3时序产生器和控制方式 5.4微程序控制器 5.5组合逻辑控制器 5.6流水CPU 5.7RISCCPU 5.8多媒体CPU 5.9双核处理器 第六章总线系统 6.1总线的概念和结构形态 6.2总线接口 6.3总线的仲裁、定时和数据传送模式 6.4总线标准 第七章输入/输出(I/O)系统 7.1输入输出系统概述 7.2程序查询方式 7.3程序中断方式 7.4DMA方式 7.5通道方式 第八章外围设备 8.1外围设备概述 8.2输入设备 8.3显示器 8.4打印机 8.5外存储器 第九章汇编语言程序设计 9.1汇编程序的基本结构 9.2汇编语言的语句格式 9.3汇编语言的数据基础’ 9.4伪指令 9.5程序设计结构 9.6子程序和宏指令 9.7DOS功能调用 9.8汇编语言程序的开发过程 |
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