計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)第一章

1、萬煦婷信息技術(shù)系Information Technology Department.Hunan womens University計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)THR FOUNDATION OF COMPUTER計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)01020304計(jì)算機(jī)的誕生史The History of The Birth計(jì)算機(jī)的理論模型(圖靈機(jī))The Present of Theoretical Model（Turing machine）計(jì)算機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)(馮諾依曼機(jī))Phytical Design and Implementation （EDVAC）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)The Framework of Computer System

2、CONTENT0201計(jì)算機(jī)的誕生史The History of The Birth of ComputerPART ONE1.計(jì)算機(jī)的誕生史04計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)為什么會(huì)有計(jì)算機(jī)？1.計(jì)算機(jī)的誕生史05計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)人類和猿最重要的區(qū)別就是發(fā)明、制造和使用工具人類和猿最重要的區(qū)別就是發(fā)明、制造和使用工具1.計(jì)算機(jī)的誕生史計(jì)算數(shù)據(jù)量越來越多計(jì)算速度要求越來越快計(jì)算精度要求越來越準(zhǔn)如果不使用計(jì)算工具，人類幾乎無法完成！06計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)為什么會(huì)有計(jì)算機(jī)？1.計(jì)算機(jī)的誕生史-手動(dòng)式計(jì)算工具07計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)手指結(jié)繩

3、記事算籌算盤中國(guó)：納皮爾算籌計(jì)算尺歐洲：1.計(jì)算機(jī)的誕生史機(jī)械式計(jì)算工具08計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)手動(dòng)機(jī)械式：需要手動(dòng)上發(fā)條，通過齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)械地實(shí)現(xiàn)計(jì)算手動(dòng)機(jī)械式計(jì)算工具解放我們的大腦。1.計(jì)算機(jī)的誕生史機(jī)械式計(jì)算工具09計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)自動(dòng)機(jī)械式：蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)械地實(shí)現(xiàn)計(jì)算查爾斯查爾斯. .巴貝奇巴貝奇 (英）英） 1812年差分機(jī)年差分機(jī) 1834年分析機(jī)年分析機(jī) 手動(dòng)機(jī)械式計(jì)算工具解放我們的大腦和雙手。1.計(jì)算機(jī)的誕生史機(jī)械式計(jì)算工具10計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)奧古斯塔奧古斯塔艾達(dá)艾達(dá)拜倫拜倫Augusta Ada Byron

4、 (1815Augusta Ada Byron (1815-1 -1852)852)a. 英國(guó)著名詩人拜倫的獨(dú)生女b. 世界上第一位程序員c. 為巴貝奇分析機(jī)編制了人類歷史上第一批計(jì)算機(jī)程序。1.計(jì)算機(jī)的誕生史11計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)手動(dòng)式計(jì)算工具手動(dòng)式計(jì)算工具20世紀(jì)世紀(jì)60年代年代計(jì)算工具的發(fā)展簡(jiǎn)史（時(shí)間表）機(jī)械式計(jì)算工具機(jī)械式計(jì)算工具1642年年1886年年機(jī)電式計(jì)算機(jī)機(jī)電式計(jì)算機(jī)20世紀(jì)世紀(jì)30年代年代電子計(jì)算機(jī)電子計(jì)算機(jī)元代元代1300年年算盤算盤遠(yuǎn)古遠(yuǎn)古1832年年分析機(jī)分析機(jī)1.計(jì)算機(jī)的誕生史電子計(jì)算機(jī)12計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)時(shí)代時(shí)代年份年份器件器

5、件軟件軟件應(yīng)用應(yīng)用一一 46-58電子管電子管機(jī)器語言匯編語言機(jī)器語言匯編語言 科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算二二58-64晶體管晶體管高級(jí)語言高級(jí)語言數(shù)據(jù)處理工業(yè)控制數(shù)據(jù)處理工業(yè)控制 三三64-70集成電路集成電路操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)文字處理圖形處理文字處理圖形處理四四71年迄今年迄今大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)等社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域電子管電子管晶體管晶體管集成電路集成電路大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路1.計(jì)算機(jī)的誕生史摩爾定律13計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 摩爾定律（Moores Law,1965）Intel公司創(chuàng)始人之一公司創(chuàng)始人之一戈登戈登摩爾摩爾（Gordon

6、 Moore）芯片每18個(gè)月，集成度將翻一翻， 速度將提高一倍， 而其價(jià)格將降低一半a) 微芯片上集成的晶體管數(shù)目每12個(gè)月翻一番b) 微芯片的容量通常每1824個(gè)月翻一番 1.計(jì)算機(jī)的誕生史下一代計(jì)算機(jī)14計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)02計(jì)算機(jī)的理論模型(圖靈機(jī))The Present of Theoretical Model（Turing machine）PART TWO2.計(jì)算機(jī)的理論模型(圖靈機(jī))n24歲，提出圖靈機(jī)理論n31歲，二戰(zhàn)破解德國(guó)通信密碼n33歲，構(gòu)思了仿真系統(tǒng)n35歲，提出自動(dòng)程序設(shè)計(jì)n38歲，設(shè)計(jì)“圖靈測(cè)試”n創(chuàng)造新學(xué)科非線性力學(xué)n16計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算

7、機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)阿蘭阿蘭. .圖靈圖靈計(jì)算機(jī)科學(xué)奠基人計(jì)算機(jī)科學(xué)奠基人英國(guó)數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家英國(guó)數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家1912-19541912-19542.計(jì)算機(jī)的理論模型(圖靈機(jī))17計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)哪些問題可以用機(jī)器來進(jìn)行計(jì)算求解？問題一如果可以用機(jī)器計(jì)算，如何計(jì)算？問題二圖靈機(jī)回答的兩個(gè)問題：2.計(jì)算機(jī)的理論模型(圖靈機(jī))18計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 圖靈基本思想圖靈基本思想： 用機(jī)器模擬人用紙筆進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的過程，把該用機(jī)器模擬人用紙筆進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的過程，把該過程看成下列兩種簡(jiǎn)單動(dòng)作：過程看成下列兩種簡(jiǎn)單動(dòng)作：1、在紙上寫或擦除某個(gè)符號(hào)；、在紙上寫或擦除某個(gè)符號(hào)；2

8、、把注意力從紙的一個(gè)位置移到另一位置。、把注意力從紙的一個(gè)位置移到另一位置。每階段人要決定下一步動(dòng)作依賴于每階段人要決定下一步動(dòng)作依賴于 (a) 此人當(dāng)前前所關(guān)注的紙上某個(gè)位置的符號(hào)此人當(dāng)前前所關(guān)注的紙上某個(gè)位置的符號(hào) (b) 此人當(dāng)前的思維狀態(tài)此人當(dāng)前的思維狀態(tài)為了模擬人的這種運(yùn)算過程，圖靈構(gòu)造出一臺(tái)假想的機(jī)器，該為了模擬人的這種運(yùn)算過程，圖靈構(gòu)造出一臺(tái)假想的機(jī)器，該機(jī)器由以下幾個(gè)部分組成：機(jī)器由以下幾個(gè)部分組成：1.一條無限長(zhǎng)的紙帶一條無限長(zhǎng)的紙帶 TAPE。信息：信息：0、1、空白、空白2.一個(gè)讀寫頭一個(gè)讀寫頭 HEAD。動(dòng)作：左移、右移、讀、寫動(dòng)作：左移、右移、讀、寫3.一套控制規(guī)則一

9、套控制規(guī)則 TABLE。由當(dāng)前狀態(tài)及紙帶信息控制讀寫頭由當(dāng)前狀態(tài)及紙帶信息控制讀寫頭4.一個(gè)狀態(tài)寄存器。一個(gè)狀態(tài)寄存器。記錄當(dāng)前狀態(tài)記錄當(dāng)前狀態(tài)2.計(jì)算機(jī)的理論模型(圖靈機(jī))19計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)2.計(jì)算機(jī)的理論模型(圖靈機(jī))20計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)例：計(jì)算 X+1 的控制規(guī)則：q1 0 1 L q2 q1 1 0 L q3 q1 b b N q4 q2 0 0 L q2 q2 1 1 L q2 q2 b b N q4 q3 0 1 L q2 q3 1 0 L q3 q3 b b N q4q1 0 1 L q2當(dāng)前狀態(tài)從紙帶讀入的信息下一步進(jìn)入狀態(tài)寫入信息讀寫

10、頭運(yùn)動(dòng)方向狀態(tài)： q1 （初始） 、 q2、 q3、 q4 （終止） 運(yùn)動(dòng)方向：L（左），N（停止）讀寫信息：0，1，b（空白）Flash演示03計(jì)算機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)(馮諾依曼機(jī))Phytical Design and Implementation （EDVAC）PART THREE3.計(jì)算機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)(馮諾依曼機(jī))22計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)馮馮. .諾依曼諾依曼電子計(jì)算機(jī)之父：電子計(jì)算機(jī)之父：美籍匈牙利數(shù)學(xué)家美籍匈牙利數(shù)學(xué)家1903-19571903-1957 原子彈研究成功后與同事研制人類第二臺(tái)計(jì)算機(jī)EDVAC 提出“存儲(chǔ)程序”概念 馮諾依曼計(jì)算機(jī) 奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和工作

11、原理3.計(jì)算機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)(馮諾依曼機(jī))23計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)EDVAC 1945 為美國(guó)陸軍彈道研究實(shí)驗(yàn)室研制(Electronic Discrete variable Automatic Computer)特點(diǎn)：a. 采用二進(jìn)制數(shù)制；b. 按照程序順序執(zhí)行；c. 由控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部分組成。04計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)The Framework of Computer SystemPART FOUR4.計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)25計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)= =硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)+ +軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟軟 件件硬硬 件件4.計(jì)算機(jī)體系結(jié)

12、構(gòu)26計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)輸入設(shè)備：輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀 輸出設(shè)備：輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)顯示器、打印機(jī) 外外 存：軟、硬盤、光盤、閃存存：軟、硬盤、光盤、閃存 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等 計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)系系統(tǒng)統(tǒng)軟件軟件外部設(shè)備外部設(shè)備系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件硬件硬件運(yùn)算器運(yùn)算器寄存器寄存器控制器控制器主機(jī)主機(jī)內(nèi)存內(nèi)存CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器(ROM)高速緩沖存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器 (Cache)操作系統(tǒng)：操作系統(tǒng)：WindowsWindows、UnixUnix、LinuxLinux語言處理程序：語言處理程序：C C、PascalPascal、VBVB等等 實(shí)用程序：診斷程序、排錯(cuò)程序等實(shí)用程序：診斷程序、排錯(cuò)程序等 辦公軟件包、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)辦公軟件包、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 4.計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) （主機(jī)箱）27計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)4.計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) （工作過程）28計(jì)算機(jī)組成與維護(hù)- 1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)CPUCPU存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流控制流控制流運(yùn)算器運(yùn)算器外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器輸出設(shè)備內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器輸輸入入設(shè)設(shè)備備控制器控制