前言:
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第一章计算机基础知识
01
计算机的起源和发展
(1)手工计算阶段:结绳和刻木(远古)--算筹(春秋)--算盘(公元前五六世纪)--计算尺(17世纪)
(2)机械计算阶段:齿轮计算的机械加法器(1642,法国,布莱兹帕斯卡)--添加乘法(1673,德国,莱布尼兹)--巴贝奇差分机(1822,英国,自动时序控制,奠定基础)
(3)电子计算阶段:1946年2月,在美国宾夕法尼亚大学,世界上第一台真正意义上的电子计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer,电子数字积分计算机)诞生。
缺点:采用十进制而非二进制表示和计算数据,而且只能通过手工设置开关和插头来编程。
1949年,英国,第一台程序存储电子计算机EDSAC,冯诺依曼程序存储。
计算机之父----冯诺依曼
计算机的五大基本组成部件
(1)输入数据和程序的输入设备;
(2)记忆程序和数据的存储器;
(3)完成数据加工处理的运算器;
(4)控制程序执行的控制器;
(5)输出处理结果的输出设备。
计算机的工作原理
●冯诺依曼,“程序存储”,预先编制用于控制计算机工作的程序输入到计算机存储器中存储,计算机自动从中读取指令来控制各部分工作;
●采用二进制作为数字计算机的数制基础。
代别
第一代
1946-1958
第二代
1959-1964
第三代
1965-1970
第四代
1971-现在
电子器件
电子管
晶体管
集成电路
大规模和超大
规模集成电路
存储器
水银延迟线
磁鼓、磁芯
磁芯、磁鼓
磁盘、磁带
半导体存储器
磁盘、磁带
半导体存储器
磁盘、光盘
运算速度
5000-几万
几十万-百万
百万-几百万
几百万-几亿
处理方式
机器语言
汇编语言
算法语言
操作系统
实时处理
分时处理
网络操作系统
应用领域
科学计算
数据处理
实时控制
各行各业
典型机种
ENIAC
EDVAC
IBM 7090
CDC 6600
IBM 360
PDP-II
VAX-II
IBM PC/Apple
计算机的特点:
(1)计算速度快:“银河”系列,万亿次/秒
(2)计算精度高:圆周率
(3)逻辑性强
(4)数据处理量大
(5)自动化程度高
(6)应用领域广泛
计算机的应用:
(1)科学计算
(2)信息管理
(3)自动控制
(4)人工智能(Artificial Intelligent,AI)
(5)辅助工程:CAD,CAM,CAE,CS
(6)学习娱乐
(7)电子商务
计算机的分类:
未来计算机的发展趋势
(1)网络化:云计算、物联网、大数据。
(2)智能化:模拟人类的智力活动。
(3)巨型化和微型
02
计算机的硬件系统
(1) 计算机硬件是指计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称。
(2)计算机的硬件系统
=主机+外设
=CPU+存储器+外设
=CPU+存储器+输入设备+输出设备
=运算器+控制器+存储器+输入设备+输出设备
中央处理器(CPU)
CPU=运算器+控制器
基本功能:
(1)程序控制
(2)操作控制
(3)时间控制
(4)数据运算
CPU的组成
(1)运算器
ALU:算术逻辑运算单元。
寄存器:用来临时存储运算结果的部件。
(2)控制器
程序计数器PC
指令寄存器IR
指令译码器ID
操作控制器OC
时序信号产生器
CPU的性能指标
(1)时钟频率(主频):CPU内数字脉冲信号震荡的频率,单位是Hz。
(2)外频:CPU与主板之间同步运行的速度。
(3)前端总线频率:CPU与总线之间数据传输的速度。
(4)指令系统和字长
指令系统:计算机所能执行的全部指令集合。
字长:CPU一次能并行处理的二进制数的位数。
存储器:存储器是计算机系统用来存储程序和数据的器件。
存储器的分类
三级存储器体系结构:
(1)高速缓冲存储器(Cache)
(2)主存储器
(3)外存储器
解决速度、容量和成本三者之间的矛盾
输入/输出设备
计算机与其使用者的交互是通过输入/输出设备来实现的
I/O(Input/Output)设备
输入设备:将数据、命令和程序等来自外部的信息,转换成计算机能接收并识别的形式,送入计算机。
(1)键盘
(2)鼠标
(3)扫描仪
(4)语音/视频
(5)触摸屏
(6)手写笔
输出设备:将计算机运算处理的结果,转换成人或其他设备能接收和识别的形式并展现出来。
(1)显示器:CRT,LCD(液晶显示器)和LED(发光二极管显示器)。
(2)打印机:针式打印机,喷墨打印机,激光打印机,3D打印机。
(3)音箱和耳机:各种音频电信号要通过音箱或耳机转换为人耳能感受到的声信号。
问题:各种设备如何连接在一起,完成数据的加工处理?
主板是微型计算机中最主要的一个集成电路板,它将计算机的各个硬件设备有机的联系在了一起。CPU、存储器、输入输出设备的控制卡(适配器)等各种器件通过主板上的插槽、接口、总线以及数据线相连,从而能够协同配合工作。
(1)总线(Bus):地址,控制,数据。
(2)芯片组(Chipset)
北桥芯片在位置上比较靠近CPU,主要负责CPU与内存之间的数据交换、控制显卡等功能,在芯片组中起主导作用,北桥芯片与CPU交互频繁,数据处理量大,因此更容易发热,所以通常北桥芯片上都带有散热片。
南桥芯片离CPU相对较远,主要负责外存、外围设备之间的数据交换。
(3)插槽:PCI扩展插槽,IDE插槽。
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