【正文】 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 本章要點(diǎn)與學(xué)習(xí)要求： 計(jì)算機(jī)產(chǎn)生 、 發(fā)展和應(yīng)用 （ 了解 ） 計(jì)算機(jī)的基本組成 （ 掌握 ） 進(jìn)位制數(shù)及其相互轉(zhuǎn)換 （ 熟悉 ） 二進(jìn)制數(shù)定點(diǎn)及浮點(diǎn)表示 （ 掌握 ） 二進(jìn)制數(shù)原碼反碼及補(bǔ)碼 （ 掌握 ） 計(jì)算機(jī)常用編碼 （ 熟悉 ） 補(bǔ)碼加減運(yùn)算 （ 掌握 ） 常用邏輯運(yùn)算 （ 掌握 ） 邏輯代數(shù)的初步知識 （ 掌握 ） 基本邏輯電路和邏輯元件 （ 了解 ） 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 教學(xué)章節(jié) 計(jì)算機(jī)的發(fā)展概述 計(jì)算機(jī)基本組成及工作原理 數(shù)制與編碼 運(yùn)算基礎(chǔ) 邏輯代數(shù)及邏輯電路 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 教學(xué) 目的： 了解計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生、發(fā)展和應(yīng)用 教學(xué) 重點(diǎn)： 計(jì)算機(jī)的發(fā)展 計(jì)算機(jī)發(fā)展概述 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 教學(xué) 引入 現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)在我們的日常生活中無處不在，你了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展史嗎？ 返 回 下一頁 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生 計(jì)算機(jī)與一般計(jì)算工具的差別 存儲器的大小 運(yùn)算能力 定義 電子計(jì)算機(jī)是一種能按預(yù)先存儲的 程序 ， 對以 數(shù)字 形式出現(xiàn)的信息進(jìn)行處理的 電子裝置 。 計(jì)算機(jī)發(fā)展概述 P1 上一頁 返 回 下一頁 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 結(jié)繩計(jì)數(shù) 是計(jì)算機(jī)的“遠(yuǎn)古史” 籌算 是計(jì)算機(jī)的“古代史” 中國 算盤 與計(jì)算機(jī)誕生有關(guān)技術(shù)的發(fā)展 1. 從籌算到算盤 上一頁 返 回 下一頁 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 1614年 ， 耐普爾利用對數(shù)原理制造一臺乘法機(jī) 。 奧托里把對數(shù)刻在木板上 ， 后發(fā)展為現(xiàn)在的計(jì)算尺 。 1642年 ， 法國數(shù)學(xué)家布萊斯 帕斯卡發(fā)明簡易機(jī)械計(jì)算機(jī) 。 1671年 ， 德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨把帕斯卡機(jī)器加以改進(jìn) , 使它既可以做加減法 ， 又可以做乘除法運(yùn)算 。 圓柱型對數(shù)計(jì)算尺 帕斯卡 帕斯卡加法器 2. 機(jī)械計(jì)算器 上一頁 返 回 下一頁 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 1820年，英格蘭的查爾斯 巴貝奇設(shè)計(jì)了 “ 差分機(jī) ” (計(jì)算機(jī)之父 ） 英國數(shù)學(xué)家喬治 布爾 1854年提出符號邏輯 （布爾代數(shù)） 20世紀(jì) 30年代末期，英國數(shù)學(xué)家艾倫 圖靈描述了假想機(jī)器（圖靈機(jī)） 20世紀(jì) 30年代后期，艾肯和 IBM公司的工程師小組完成了 “ Mark I” 布 爾 巴貝奇 MarkⅠ 第一臺差分機(jī) 2. 機(jī)械計(jì)算器（序） 上一頁 返 回 下一頁 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 ENIAC是世界公認(rèn)的第一臺通用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。 1946年 2月 由美國賓州大學(xué)的莫克萊和?？颂匮兄疲? 18000多個 電子管 、 1500多個 繼電器 、 占地 170平方米 、 重量 30噸、 計(jì)算速度 5千次 /秒；每次至多只能 存儲 20個 十進(jìn)制數(shù)； 弱點(diǎn)：存儲容量小，尚未采用“程序存儲”方式；電子管太多 第一臺數(shù)字電子計(jì)算機(jī) P1 上一頁 返 回 下一頁 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 圖靈對現(xiàn)代計(jì)算機(jī)貢獻(xiàn)：建立了圖靈機(jī)的理論模型，發(fā)展了可計(jì)算性理論；提出了定義機(jī)器智能的圖靈測試。 馮 諾依曼貢獻(xiàn)：建立現(xiàn)代計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)，即馮 諾依曼結(jié)構(gòu)。 整個系統(tǒng)是由 五大基本部件 組成，即由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備組成； 采用二進(jìn)制 ，使用機(jī)器語言 ,指令通過操作碼來完成簡單的 操作； 采用 存儲程序 的思想，對計(jì)算進(jìn)行集中的順序控制。 馮.諾依曼 圖 靈 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展的杰出人物 P1 上一頁 返 回 下一頁 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 所謂 現(xiàn)代計(jì)算機(jī) 是指采用先進(jìn)的電子技術(shù)來代替陳舊落后的機(jī)械或繼電器技術(shù)。 以構(gòu)成 計(jì)算機(jī)硬件的邏輯元件為標(biāo)志 ，大致經(jīng)歷了從 電子管 、 晶體管 、 中小規(guī)模集成電路 到 大規(guī)模超大規(guī)模集電路 計(jì)算機(jī)等 四個發(fā)展階段 。 計(jì)算機(jī)的發(fā)展 P2 重點(diǎn) 上一頁 返 回 下一頁 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 特點(diǎn) 采用 電子管 作為邏輯開關(guān)元件； 存儲器使用水銀延遲線、靜電存儲管、磁鼓等； 外部設(shè)備采用紙帶、卡片、磁帶等； 使用機(jī)器語言， 50年代中期開始使用匯編語言，但沒有操作系統(tǒng) 體積龐大 、笨重 、耗電多、 可靠性差、 速度慢、 維護(hù)困難 典型機(jī)器 ENIAC、 EDVAC、 UNIVAC、 IBM 70 IBM 650 應(yīng)用 科學(xué)計(jì)算 1. 第一代電子計(jì)算機(jī) 上一頁 返 回 下一頁 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 特點(diǎn) 使用半導(dǎo)體 晶體管 作為邏輯開關(guān)元件； 使用磁芯作為主存儲器，輔助存儲器采用磁盤和磁帶； 輸入輸出方式有了很大改進(jìn)； 開始使用操作系統(tǒng)，有了各種計(jì)算機(jī)高級語言。 體積減小、重量減輕、耗電量減少、速度加快、可靠性增強(qiáng) 。 典型機(jī)器 IBM 的 7090、 709 70 7044 應(yīng)用 數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制、科學(xué)計(jì)算 2. 第二代電子計(jì)算機(jī) 上一頁 返 回 下一頁 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 特點(diǎn) 使用 中、小規(guī)模集成電路 作為邏輯開關(guān)元件； 開始使用半導(dǎo)體存儲器。輔存仍以磁盤 ,磁帶為主； 外部設(shè)備種類和品種增加； 開始走向系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化； 操作系統(tǒng)進(jìn)一步完善，高級語言數(shù)量增多。 計(jì)算機(jī)的體積、重量進(jìn)一步減小，運(yùn)算速度和可靠性進(jìn)一步提高 典型機(jī)器 IBM 370系列、 IBM 360系列、富士通 F230系列等。 應(yīng)用 系統(tǒng)模擬、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、大型科學(xué)計(jì)算、科技工程各領(lǐng)域。 3. 第三代電子計(jì)算機(jī) 上一頁 返 回 下一頁 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 特點(diǎn) 使用 大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路 作為邏輯開關(guān)元件； 主存采用半導(dǎo)體存儲器，輔存采用大容量的軟、硬磁盤，并開始引入光盤； 外部設(shè)備有了很大發(fā)展，開始采用光字符閱讀器（ OCR） ,掃描儀、激光打印機(jī)和各種繪圖儀； 操作系統(tǒng)不斷發(fā)展和完善，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展。 計(jì)算機(jī)的體積、重量、功耗進(jìn)一步減小，運(yùn)算速度、存儲容量、可靠性等大幅度提高。 典型機(jī)器 IBM的 4300系列、 3080系列、 3090系列，以及 IBM 9000系列 應(yīng)用 事務(wù)處理、智能模擬、普及到社會生活各個方面 4. 第四代電子計(jì)算機(jī) 上一頁 返 回 下一頁 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 人工智能（ AI）： 是研究如何用人工的方法和技術(shù)來模仿、延伸和擴(kuò)展人的智能，以實(shí)現(xiàn)某些 “ 機(jī)器思維 ” 或腦力勞動自動化的一門學(xué)科。 第五代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（ FGCS:): 就是智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，智能計(jì)算機(jī)由以下幾個部分組成： 知識庫（ KB:Knowledge Bank） 知識庫計(jì)算機(jī) (KBM:Knowledge Bank Machine） 知識庫管理系統(tǒng) (KBMS) 問題求解和推理機(jī) 智能接口系統(tǒng) 應(yīng)用系統(tǒng) 5. 人工智能和第五代電子計(jì)算機(jī) 上一頁 返 回 下一頁 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 課堂交互 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)與微型機(jī)劃分的標(biāo)準(zhǔn)有什么不同 ？ 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)： 電子器件不同 微型機(jī)： 微處理器的位數(shù) 上一頁 返 回 下一頁 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展 P2~3 微型計(jì)算機(jī)的分代是以 微處理器的位數(shù) 為依據(jù)的 ，共分四代 。 第一代微型計(jì)算機(jī) 第二代微型計(jì)算機(jī) 第三代微型計(jì)算機(jī) 第四代微型計(jì)算機(jī) 上一頁 返 回 下一頁 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 特點(diǎn) 字 長： 4位 /8位 芯片集成度（晶體管數(shù)目 /片）： 1200～ 2022 時鐘頻率： ～ 基本指令執(zhí)行時間： 10～ 15μ S 地址總線： 4/8條 CPU舉例 4004 1. 第一代微型計(jì)算機(jī) 上一頁 返 回 下一頁 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 特點(diǎn) 字 長： 8位 芯片集成度（晶體管數(shù)目 /片）： 5000～ 9000 時鐘頻率： 1～ 基本指令執(zhí)行時間： 1～ 2μ S 地址總線： 16條 微處理器（ CPU）舉例 Intel 8080、 Intel 808 M6800、 Z80 8080 2. 第二代微型計(jì)算機(jī) 上一頁 返 回 下一頁 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 特點(diǎn) 字 長： 16位 芯片集成度（晶體管數(shù)目 /片）： 2萬 ~7萬 時鐘頻率： 5~10MHz 基本指令執(zhí)行時間： ~ S 地址總線： 20/24條 微處理器（ CPU）舉例： Intel 808 Intel 8088 、 Intel 8028 M68000 3. 第三代微型計(jì)算機(jī) 上一頁 返 回 下一頁 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 特點(diǎn) 字 長： 32/64位 芯片集成度（晶體管數(shù)目 /片）： 10萬以上 時鐘頻率： 25 ～ 150MHz 基本指令執(zhí)行時間： S 地址總線： 24/32條 微處理器（ CPU）舉例 Intel 8038 Intel 8048奔騰系列等 4. 第四代微型計(jì)算機(jī) 上一頁 返 回 下一頁 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。 “ 微 ” 的含義是指體積小、重量輕且價格低廉、可靠性高、結(jié)構(gòu)靈活，可廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域 。 微型計(jì)算機(jī)的組成 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 CPU是計(jì)算機(jī)的核心，其重要性好比大腦對于人一樣，因?yàn)樗?fù)責(zé)處理、運(yùn)算計(jì)算機(jī)內(nèi)部的所有數(shù)據(jù)。 計(jì)算機(jī)機(jī)一般包含以下配件： 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 主板安裝在機(jī)箱內(nèi)，是微機(jī)最基本的也是最重要的部件之一。 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 硬盤全名溫徹斯特式硬盤，是電腦主要的存儲媒介之一。 內(nèi)存條是連接 CPU和其他設(shè)備的通道，起到緩沖和數(shù)據(jù)交換作用。 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 光驅(qū)是電腦用來讀寫光碟內(nèi)容的機(jī)器，是臺式機(jī)里比較常見的一個配件。 顯卡是連接顯示器和個人電腦主板的重要元件，是個人電腦最基本組成部分之一。 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 鍵盤是計(jì)算機(jī)的一個非常重要的輸入設(shè)備。 鼠標(biāo)的使用是為了能代替鍵盤那些繁瑣的指令，使計(jì)算機(jī)的操作更加簡便。 電源是向電子設(shè)備提供功率的裝置，它提供計(jì)算機(jī)中所有部件所需要的電能。 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 機(jī)箱主要作用是放置和固定各電腦配件，起到一個承托和保護(hù)作用，此外，電腦機(jī)箱具有屏蔽電磁輻射的重要作用。 。 顯示器是將一定的電子文件通過特定的傳輸設(shè)備顯示到屏幕上再反射到人眼的一種顯示工具。 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 筆記本電腦：一種體積更小、重量更輕的便攜式微型機(jī) 單片計(jì)算機(jī)：微型計(jì)算機(jī)的主要部件集成在一塊芯片上，也稱單片微型計(jì)算機(jī)，簡稱單片機(jī)。 單片機(jī)的發(fā)展歷史可分為三個階段： 初級單片機(jī)階段（ 19761978） 高性能單片機(jī)階段（ 1978年以后） 16位單片機(jī)推出階段（ 1982年以后） 其他微型計(jì)算機(jī) 上一頁 返 回 下一頁 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 工作原理 數(shù)字計(jì)算機(jī)（ Digital Computer） 模擬計(jì)算機(jī) (Analog C