目的

将了解计算机的组成、工作原理及应用，掌握各组成部分之间的联系，包括总线、存储器、输入输出系统以及CPU的内部结构和功能。将对计算机体系结构有较好的理解，并具备一定的问题分析和解决能力。

第1章 绪论

• 计算机的分类
• 计算机的发展简史
• 计算机的硬件
• 计算机的软件
• 计算机系统的层次结构

主要内容

• 计算机的分类
• 计算机的发展简史
• 冯·诺伊曼体系结构

计算机的分类

• 电子模拟计算机与电子数字计算机的区别
• 数字计算机的分类：专用计算机与通用计算机
• 电子模拟计算机。模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，运算过程也是连续的。
• 电子数字计算机，它是在算盘的基础上发展起来的，是用数字来表示数量的大小。数字计算机的主要特点是按位运算，并且不连续地跳动计算。
  
• 数字计算机分类
  数字计算机根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分，可以划分为两类：
  - 专用计算机：专用机是最有效、最经济和最快速的计算机，但是它的适应性很差。
  - 通用计算机：通用计算机适应性很大，但是牺牲了效率、速度和经济性。
• 通用计算机分类
  通用计算机根据体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格等可以分为：
  超级计算机
  大型机
  服务器
  工作站
  微型机
  单片机
  

计算机的发展简史

• 从算盘到现代电子计算机的演变
• 各代计算机的特点与发展
• 计算工具扩展并延伸了人脑的功能
  手动计算工具：算盘
  机械式计算工具：手摇台式计算机
  1642年，法数学家Pascal 始创
  1673年，德数学家Leibnitz 改进
  1812年，英数学家Babbage 差分机
  机电式计算工具：1944年IBM公司MARK I(电动、齿轮、继电器构成)
  

计算机的发展简史

• 半导体存储器的发展
  20世纪50～60年代，所有计算机存储器都是由微
  小的铁磁体环做成
  1970年，仙童半导体公司生产出了第一个较大容
  量半导体存储器
  从1970年起，半导体存储器经历了11代：单个芯
  片1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB、16MB、
  64MB、256MB、GB。
  其中1K=210,1M=220,1G=230
• 微处理器的发展
  1971年Intel公司开发出Intel 4004。这是第一个将CPU的所
  有元件都放入同一块芯片内的产品，于是，微处理器诞生了。
  1972年出现的Intel 8008是第一个8位微处理器，比4004复杂
  一倍。（4004和8008是为特殊用途而设计）
  1974年出现了Intel 8080。第一个通用微处理器，为通用微
  机而设计的中央处理器。
  20世纪70年代末才出现强大的通用16位微处理器，如8086。
  1981年，贝尔实验室和HP公司开发出了32位单片微处理器。
  1985年Intel推出了32位微处理器Intel 80386。到现在的64
  位处理器和多核处理器
• 微处理器内部晶体管数量每18个月翻一番

冯·诺依曼计算机模型

• 计算机的基本组成：运算器、存储器、输入单元、输出单元、控制器
• 冯·诺依曼计算机的基本特征
  

冯·诺依曼计算机的基本特征

• 计算机由运算器、存储器、输入/输出单元和控制器组成，并以运算器为中心连接在一起。
• 存储器由一组一维排列、线性编址的存储单元组成，每个存储单元的位数是相等且固定的，存储单元按地址访问。
• “程序”是由一条一条的指令有序排列而成，而指令由操作码和地址码两部分组成。
• 指令和数据均采用二进制数表示，并以二进制数形式进行运算。
• 程序（指令）与数据是同等地不加区分地存储在同一个存储器中 。
• 设置“程序计数器PC”来指示下一条将要执行的指令的地址。每执行完一条指令，程序计数器就自动加1，指向下一条指令的存储单元。
• 改进：
  抽象起来，“冯诺依曼计算机结构”就是“以一个部件为中心，实现五个部件互联的星型结构”。

（1）这样实现的“五个部件互联”是最简单的、连接链路是最少的。
（2）由于外围的四个部件只能与中心部件进行数据通信，而且有些数据通路还是单向的。进而冯诺依曼计算机所需要的数据传送功能也是最少的、最简单的。

• “冯诺依曼计算机”可概括为：用最简单、最易于实现的思想（二进制及其运算规则）来表示数据并实现运算，用最简单的互连结构来组成一台计算机。