第一章、计算机系统概述

最新推荐文章于 2023-01-29 11:32:47 发布

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分类专栏：计算机组成与体系结构文章标签：编程语言操作系统

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本书第一章介绍了计算机系统的基本概念、发展历史和主要组成。从电子计算机的诞生到晶体管、集成电路及超大规模集成电路计算机的演进，阐述了计算机的四个发展阶段，展示了计算机性能不断提升的过程。此外，还详细讲解了计算机硬件，包括CPU、存储器、I/O系统以及层次化结构，并简要介绍了软件系统，包括操作系统和应用软件的作用。最后，讨论了计算机性能的评价方法，如吞吐率、响应时间和基准程序评估。

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文章目录

第一章、计算机系统概述

第一章、计算机系统概述

1.1计算机的功能和特性

计算机是一种能自动对数字化信息进行算术和逻辑运算的高速处理装置。

计算机处理的对象是数字化信息,处理的手段是算术和逻辑运算,处理的方式是自动的。计算机不仅具有数据处理功能,还具有数据存储、数据传送等功能,因此,计算机与算盘以及各类机械式计算器有本质区别。

通常把进行数据处理的部件称为运算部件,主要运算部件是算术逻辑运算部件;把进行数据存储的部件称为存储器,主要分外存(storage)和内存(memory);把进行数据传送的部件称为互连部件,主要有总线(bus)、桥接器和I/O接口等。

计算机具有高速、通用、准确和智能等特性。

1.2计算机的发展历程

1.2.1 电子计算机的诞生

1946年2月,美国陆军军械部与摩尔学院共同举行新闻发布会,宣布了第一台电子计算机 ENIAC(Electronic Numerical Integratorand Computer,电子数字积分机和计算机)研制成功的消息。其设计师是美国宾夕法尼亚大学的莫齐利(Mauchly)和他的学生艾克特(Eckert)。

1.2.2 第一代计算机

第一代计算机为电子管计算机，其逻辑原件采用电子管,存储器件为声延迟线或磁鼓,典型逻辑结构为定点运算。计算机“软件”一词尚未出现,编制程序所用.工具为低级语言。电子管计算机体积大、速度慢(每秒千次或万次）存储器容量小。典型机器除上述的ENIAC 外,还有EDVAC、EDSAC等。第一台计算机
ENIAC没有采用二进制操作和存储程序控制,不具备现代电子计算机的主要特征。·

1945年3月,冯·诺依曼领导的小组发表了“存储程序( stored-program)”方式的电子数字计算机方案EDVAC,宣告了现代计算机结构思想的诞生。“存储程序”方式的基本思想是:必须将事先编好的程序和原始数据送入主存后才能执行程序，一旦程序被启动执行，计算机能在不需操作人员干预下自动完成逐条指令取出和执行的任务。

冯·诺依曼及其同事在普林斯顿高级研究院( the Institute for Advance Study atPrinceton,IAS)于1946年开始设计“存储程序”计算机,该机被称为IAS计算机。

在这里插入图片描述

IAS计算机采用的是冯·诺依曼结构,它是后来通用计算机的原型,其基本思想主要包括以下内容。

采用“存储程序”工作方式。
计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个基本部件组成。
各基本部件的功能如下。存储器不仅能存放数据,而且也能存放指令,形式上数据和指令没有区别,但计算机应能区分它们;控制器应能自动执行指令;运算器应能进行加、减、乘、除4种基本算术运算,并且也能进行逻辑运算;操作人员可以通过输入输出设备使用计算机。
计算机内部以二进制形式表示指令和数据;每条指令由操作码和地址码两部分组成,操作码指出操作类型,地址码指出操作数的地址﹔由一-串指令组成程序。

1.2.3 第二代计算机

第二代计算机(20世纪50年代中后期到20世纪60年代中)为晶体管计算机。1947年,美国贝尔实验室的三位科学家William Shockley ,John Bardeen、 Walter Brattain发明了晶体管,为计算机的发展提供了新的技术基础。该实验室于1954年研制了晶体管计算机TRADIC,而麻省理工学院于1957年完成的TX-2对晶体管计算机的发展起了重要作用。IBM公司于1955年宜布的全晶体管计算机7070和7090,开始了第二代计算机蓬勃发展的新时期,特别是1959年IBM推出的**商用机IBM 1401,**更以其小巧价廉和面向数据处理的特性而获得广大用户的欢迎,从而促进了计算机工业的迅速发展。