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计算机硬件技术基础 李桂秋 宋维堂 编 高等教育出版社 李桂秋 宋维堂 编 高等教育出版社 第1章 计算机系统概述 【学习目标】 1. 认识计算机和微型计算机。 2. 知识点： ? 计算机、微型计算机划分依据及各代计算机特点 ? ENIAC、冯·诺依曼计算机 ? 目前计算机的主要应用领域 ? 计算机的体系结构和工作过程 ? 计算机语言：机器语言、汇编语言、高级语言、编译程序、解释程序 ? 主要性能指标：字长、运算速度、存储容量 【重点、难点】 1．计算机的基本结构及各部分的基本功能； 2．微型计算机的系统结构； 3．存储容量与地址线位数的关系； 4．机器语言、汇编语言及高级语言及其关系。 【内容框架】 计算机系统概述 计算机发展及应用 计算机的结构及工作过程 计算机主要性能指标 计算机的发展历程 微型计算机的发展 计算机系统 计算机的层次结构 计算机的应用 1.1.1 计算机的发展历程 1.第一台电子计算机 1946年,ENIAC,18000多个电子 管,1500多个继电器,占地 150平方米,重30吨,功耗140千 瓦,速度:5000次/分加法运算; 2. 冯·诺依曼计算机 ① 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分构成； ② 采用存储程序的方式，将程序和数据存放在同一存储器中参加运算； ③ 采用二进制码表示数据和指令； ④ 指令由操作码和地址码组成； ⑤ 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。 3. 计算机的发展年代（以器件划分） 第一代：1946—1958，电子管结构，磁鼓、磁芯存储，外存为磁带，机器指令或汇编语言，主要用于科学计算。 第二代：1958—1964，晶体管结构，磁芯存储，外存为磁盘，高级语言编程，科学计算、数据处理、过程控制。 第三代：1964—1971，中小规模集成电路，功耗、体积下降，磁芯存储，操作系统。 第四代：1972至今，大规模或超大规模集成电路，半导体存储器存储，软、硬件结合。 1.1.2 微型计算机的发展 以微处理器的发展划分为五代： 第一代：1971年—1972年。4位微处理器和低档8位微处理器。 Intel 4004和Intel 8008。 特点：PMOS工艺，速度低，指令系统简单，运算功能差。 Intel 4004芯片 PMOS ： 一种半导体集成工艺，由P沟道MOS管构成，工艺简单，速度低。 第二代：1973年—1977年。代表的微处理器是Intel 8080、8085，Zilog的Z80，Motorola的M6800，都是高性能的8位微处理器。第二代微处理器采用NMOS工艺，性能明显改进。 NMOS工艺：由N沟道MOS管构成的半导体集成电路，速度比PMOS高。 第三代：1978年—1984年。代表产品有Intel 8086、80286，Zilog 的Z8000，Motorola 的M68000。第三代微处理器的特点是：16位微处理器，采用HMOS高密度集成半导体工艺技术，丰富的指令系统，多级中断系统，多寻址方式。 HMOS：高密度短沟道MOS工艺，速度快、功耗低。 第四代：1985年—2003年。 1985年10月，32位微处理器Intel 80386。 1989年，高档的32位处理器Intel 80486。 流水线控制，面向高级语言的系统结构 1989年—2003年间： 32位处理器在体系结构和执行速度上做出了很大的改进。 ? 1993年Pentium（80586）处理器，初始主频60~66MHz； ? 1995年Pentium Pro（高能奔腾），主频可达200MHz； ? 1997年Intel Pentium MMX（多能奔腾），增强了游戏和多媒体功能； ? 1997年Pentium Ⅱ，增加了更多的指令和更多Cache。 ? 1999年Pentim Ⅲ，3D、流式音频、视频和语音识别功能提升。 ? 2000年推出的Pentium Ⅳ，初始主频为1.5GHz 第五代：2003年至今。 ?2003年9月AMD推出了第一片64位微处理器Athlon 64； ?2005年3月，Intel 推出了EM64T指令集、兼容32位/64位运算的Xeon（至强）处理器。 Windows XP Professional x64版操作系统 1.1.3 计算机的应用 一、科学计算 人造卫星轨道、火箭的推力及发射角、弹道轨迹等的计算。 二、数据处理 办公自动化，银行管理系统，民航、铁路售票系统，图书管理系统等。 三、过程控制 对生产过程中的某些参数进行实时的自动控制称过程控制。如热电厂锅炉温度的控制，化工厂配料控制等。 四、计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM） 应用