【正文】 1 第一章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述 本章主要內(nèi)容： 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展 微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成 計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示 2 167。 11 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述 一、發(fā)展 ▲ 1946年世界上第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)ENIAC在美國研制成功。 第二次世界世界大戰(zhàn)后期，美國賓夕法尼亞大學(xué)受美國陸軍委托研制電子化的通用計(jì)算機(jī)“ ENIAC（埃尼阿克）”，目的在于計(jì)算炮彈及火箭、導(dǎo)彈武器的彈道軌跡 。 36歲的物理學(xué)家莫克利是主要設(shè)計(jì)者， 24歲的埃克擔(dān)任總工程師。 “埃尼阿克” 在 1945年底制造完成， 1946年初做了公開展示。整個(gè)機(jī)器使用 18 000只電子管、 6000個(gè)繼電器、 7000個(gè)電阻、10 000個(gè)電容；總重 30噸，機(jī)房面積 170平方米，耗電 150千瓦，耗資約 50萬美元。這部計(jì)算機(jī)每秒鐘可做 5000次加法或500次乘法或 50次除法，比人工計(jì)算快 20萬倍。用“埃尼阿克”計(jì)算炮彈彈道只要 3秒鐘。 3 4 ? ―埃尼阿克”有兩大缺點(diǎn) ：一是沒有內(nèi)存儲(chǔ)器，二是要由人像搭積木一樣，將大量運(yùn)算部件搭配成各種解題布局，每算一題就要重搭一次，又費(fèi)時(shí)，又麻煩。 有的題只要計(jì)算1秒鐘，準(zhǔn)備工作卻 要花上幾十分鐘。對(duì)“埃尼阿克“的改進(jìn)應(yīng)用歸功于匈牙利裔美國數(shù)學(xué)家馮 諾依曼。 5 1948年第一臺(tái)可操作的存儲(chǔ)程序機(jī)器 MarkI在英國誕生； 1949年第一臺(tái)全面的、可操作的、存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī) EDSAC在劍橋大學(xué)開始運(yùn)行。 1952年， IBM公司推出了它的第一臺(tái)按存儲(chǔ)程序原理設(shè)計(jì)的電子計(jì)算機(jī) 。 ▲ 1953年， MIT 的林肯實(shí)驗(yàn)室研制成第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)。 從此，晶體管器件開始逐步代替電子管器件，成為計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的主要器件。 6 ? 二十世紀(jì)五、六十年代，是計(jì)算機(jī)世界生機(jī)勃勃、迅猛發(fā)展的時(shí)代： 半導(dǎo)體技術(shù)和集成電路的出現(xiàn) ，使人們有條件實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)； 計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大 ，是計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)不可忽視的動(dòng)力；六十年代末， 高級(jí)語言已有了很大發(fā)展 ，如 Fortran 、 IPL 、 Lisp 、 Cobol 、PL/I 和 Algol 等語言相繼出現(xiàn)； 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得 算法、計(jì)算理論、系統(tǒng)優(yōu)化、信息處理、 CAD(Computer Aided Design)等許多領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究 都開始受到了人們的重視。 ? ▲ 七十年代初 ，當(dāng)集成電路工業(yè)發(fā)展到 LSI(Large scaled Integratedcircuit)階段時(shí)， 微型計(jì)算機(jī)時(shí)代開始了。在這個(gè)時(shí)代里， Intel 公司始終是微處理器技術(shù)的龍頭。 7 第一代 （ 19711972） 第二代 （ 19731977） 第三代 （ 19781984） 第四代 （ 19851993） 典型的 微處理器 芯片 Intel4004 Intel8008 Intel8080 M6800 Z80 Intel8086/88 Intel80286 M68000 Z8000 Intel80386 Intel80486 Pentium Pentium II 字長 (位 ) 4,8 8 16 32 芯片集成度 (晶體管 /片 ) 10002022 50009000 27萬 15萬以上 時(shí)鐘頻率(Hz) 14M 510 16M以上 數(shù)據(jù)總線 (位 ) 4,8 8 16 32,64 地址總線 (位 ) 4,8 16 2024 3236 存儲(chǔ)器容量 16kB 64kB 116MB 4GB 軟件水平 機(jī)器語言 匯編語言 匯編語言 高級(jí)語言 操作系統(tǒng) 匯編語言 高級(jí)語言 操作系統(tǒng) 高級(jí)語言 操作系統(tǒng) 應(yīng)用軟件 8 計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo) ? 字長 —— 是指在計(jì)算機(jī)中一次（同一時(shí)刻）參與運(yùn)算、傳輸?shù)臄?shù)的二進(jìn)制位數(shù)。字長標(biāo)志著運(yùn)算精度。 字節(jié)：人為規(guī)定的信息長度度量單位。 1字節(jié) =8位二進(jìn)制數(shù)位 ? 數(shù)據(jù)通道寬度 —— 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)總線一次所能并行傳送信息的位數(shù)。 ? 最大存儲(chǔ)空間 —— 計(jì)算機(jī)在物理硬件上所能使用的全部存儲(chǔ)單元數(shù)。 9 二、馮 諾依曼與 存儲(chǔ)程序原理 美籍匈牙利數(shù)學(xué)家 馮 ?諾依曼（ John von Neumann）有非凡的數(shù)學(xué)才能，曾被譽(yù)為“萬能數(shù)學(xué)家“。 1930年，他到美國普林斯頓大學(xué)任教，曾擔(dān)任過美國陸軍彈道研究所、海軍兵器研究所等單位的顧問，參與了研制第一批原子彈的曼哈頓計(jì)劃。 1944年夏 ，馮 諾依曼正在負(fù)責(zé)研制核武器，需要進(jìn)行大量高速的計(jì)算。他偶然聽說“埃尼阿克”小組正在研制計(jì)算機(jī)，喜出望外，立即 參加進(jìn)去，擔(dān)任小組顧問。 那時(shí)“埃尼阿克”的研制已接近尾聲，為了克服已經(jīng)意識(shí)到的“埃尼阿克”的缺點(diǎn)，通過與小組成員共同研計(jì)， 馮 諾依曼提出一個(gè)全新的存儲(chǔ)程序通用電子計(jì)算機(jī)方案，方案明確規(guī)定，新機(jī)器有五個(gè)組成部分：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸出和輸入。 10 電子計(jì)算機(jī)工作原理 ——存儲(chǔ)程序思想 : 將事先編好的程序和原始數(shù)據(jù)送入主存中 ,然后啟動(dòng)計(jì)算機(jī)工作。計(jì)算機(jī)應(yīng)能在不需操作人員干預(yù)下 ,自動(dòng)完成逐條取出指令和執(zhí)行指令的任務(wù)。 11 電子計(jì)算機(jī)原理結(jié)構(gòu) ——馮 ?諾依曼結(jié)構(gòu) 通用電子計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)由 運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出電路及設(shè)備 組成。 輸入 電路 及設(shè) 備 運(yùn)算器 控制器 存儲(chǔ)器 輸出 電路 及設(shè) 備 對(duì)指令逐條譯碼，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制信號(hào)發(fā)送給計(jì)算機(jī)的相應(yīng)部件。 完成所有的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算。 計(jì)算機(jī)的記憶存儲(chǔ)部件，存放計(jì)算機(jī)程序的指令代碼和數(shù)據(jù) 傳遞計(jì)