11 计算机系统组成与应用领域.DOC

第1章 计算机基础知识 1.1 计算机系统组成与应用领域 1.1.1 计算机的发展 1．计算机的发展历程 计算机（computer）是20世纪人类最伟大的发明之一，世界上第一台全自动“电子数字积分器和计算器”（Electronic Numerical Integrator and Calculator，ENIAC）由美国宾夕法尼亚大学于1946年研制成功。 根据计算机主机所使用的主要元器件的变化，把计算机的发展分为以下4代。 第1代（约1946年至1957年）：电子管计算机。采用电子管作为运算和逻辑元件，数据表示主要是定点数，用机器语言和汇编语言编写程序，主要用于科学和工程计算。其代表性的计算机是美国数学家Von Neumann（冯·诺依曼）和他的同事们于1946年在普林斯顿研究所设计的存储程序计算机IAS，它的逻辑结构（冯·诺依曼结构）对后来计算机的发展产生了深远的影响。 第2代（约1958年至1964年）：晶体管计算机。用晶体管代替电子管作为运算和逻辑元件；主存储器采用钛金磁芯；外存储器采用磁带和磁盘；软件方面有了很大发展，出现了FORTRAN、ALGOL和COBOL等一系列高级程序设计语言，简化了程序设计，还出现了以批处理为主的操作系统，主要用于科学计算和数据处理领域，并开始用于过程控制。 第3代（约1965年至1970年）：中、小规模集成电路计算机。采用中、小规模的集成电路（SSI、MSI）作为逻辑元件；主存储器采用半导体存储器，中央处理器采用了微程序控制技术；软件逐渐完善，操作系统日益成熟，功能逐渐强化，分时操作系统，会话式语言等多种高级语言都有了新的发展。这一时期计算机在科学计算、数据处理、过程控制等方面都得到了广泛应用。 第4代（约1971年至今）：大规模集成电路和超大规模集成电路计算机。逻辑元件和主存储器都采用了大规模集成电路（Large Scale Integration，LSI）和超大规模集成电路（Very Large Scale Integration，VLSI）；软件方面，发展了数据库系统、分布式操作系统、通信软件等，这时计算机发展到了微型化、耗电极少、可靠性极高的阶段。随着大规模集成电路技术的迅速发展，计算机除了向巨型机方向发展外，还朝着超小型机和微型机方向飞跃发展，特别是20世纪80年代开始，个人计算机异军突起，计算机网络也有了很大的发展，计算机的应用领域更为广泛。 2．计算机的分类 计算机的分类有两种方法。一种是按计算机的性能和作用分类，这也是目前国际上沿用的计算机分类方法，是由美国电气和电子工程师协会（IEEE）于1989年11月提出的分类标准，把计算机分为巨型计算机（Supercomputer）、小巨型计算机（Mini Supercomputer）、大型主机（Super mainframe）、超小型计算机（Super minicomputer）、工作站（Workstation）和个人计算机（Personal Computer）6大类。 另一种是从工作原理上划分，把计算机分为模拟计算机和数字计算机两大类。模拟计算机以电流、电压等连续变化的物理量来进行计算，其特点是运行速度快，抗干扰能力强，但运算精度低，信息存储困难。适用于过程控制和模拟，如计算机仿真研究等。数子计算机以数字电路为基础，用离散的数值“0”、“1”表示所有的信息，具有计算速度快、精度高、通用性强等特点。 3．计算机的发展趋势 自1946年第一台计算机诞生起，在短短的50多年里，计算机在提高速度、增加功能、缩小体积、降低成本和开拓应用等方面取得了巨大的发展。进入20世纪90年代之后，计算机主要有以下发展方向。 （1）超高速化 随着用户需求的不断增长，如何提高计算机的计算能力和速度，一直是计算机的发展动力之一。20世纪90年代的计算机具有明显的高速化、超高速化的发展趋势，代表计算技术顶峰的巨型计算机正迈向万亿次（TFLOPS）级；被许多部门广泛应用的大型计算机的计算能力大约5~8年就提高10倍以上，如IBM公司的新机型S/390的速度可达325MIPS；微型计算机沿用大型机的结构体系，又有大规模集成电路（VLSI）、微型组装技术的支持，其计算速度直追大型机，如Intel Pentium Pro的计算能力达到300MIPS。 （2）微型化 随着大规模集成电路技术的发展和半导体集成电路集成度的不断提高，计算机的体积趋向微型化，并且它的计算能力、功能特性和安全可靠性等性能也会越来越高，越来越先进。 （3）普及化 计算机在性能不断提高，功能不断增强和可靠性大大改善的同时，价格一直下降。例如，1991年以Intel i486为基础的PC，每MIPS合225美元，而1995年Pentium微处理器大量生产后，PC每MIPS的成本已不到10美