計算機及其功能特點

1. 計算機是電子計算機的統稱，有模擬計算機和數字計算機

1. 模擬計算機處理的是連續變化的微電信號物理量
2. 數字計算機處理的是離散的微電信號物理量

2. 計算機是一種能夠按預先存入的作業程式連續自動進行資訊處理的微電子設備

1. 形態特征：變換兩種微電信號的物理物體
2. 功能特征：對二進制數進行加工【運算】、存盤和傳輸
3. 作業特征：連續自動
4. 條件特征：存盤程式

3. 程式：人們根據計算任務及其計算方法，采用一定方式描述的計算機的作業步驟
4. 計算機的功能特點：對二進制數進行運算【核心】、存盤和傳輸

1. 快速性：計算機采用告訴邏輯元件，為快速處理資訊奠定了物質基礎
2. 通用性：采用二進制編碼方法，使得計算機不僅可以處理數值資料，也可以處理非數值資料
3. 準確性：計算精度和計算方法
4. 邏輯性：邏輯判斷和邏輯運算
5. 存盤性：計算機擁有容量巨大的存盤部件

計算機發展的歷史

20世紀40年代中期到50年代后期：電子管計算機

20世紀50年代后期到60年代中期：晶體管計算機時代

20世紀60年代中期到70年代中期：集成電路計算機時代

20世紀70年代中期以后：超大規模集成電路計算機時代

20世紀80年代：微型計算機

1978——1984 16位定點微處理器階段

1985——1992 32位奠定微處理器階段

1993——2005 準64位浮點微處理器階段

2005以后——64位浮點微處理器階段

我國計算機發展

1953年 開始研究

1958年 第一臺計算機103型通用電子管電子計算機

1964年 晶體管計算機

1971年 集成電路計算機

1972年——1977年 20個型號的DJS系列機

1982年 快速發展

1983年 銀河I

1984年 新技術發展公司成立

1995年 曙光1000

1997年 銀河III

2009年 天河一號

2013年 天河二號

未來計算機的發展

計算機發展的方向

1. 高性能化
2. 專業微型化
3. 功能綜合化

未來計算機的展望

未來計算機發展有兩條途徑：基礎元件不變體系結構改變和基礎元件改變體系結構更新

1. 以集成電路為基礎的計算機
2. 以新型基礎元件為基礎的計算機

計算機應用

1. 計算機應用的發展

1. 計算模式經歷了主機計算、個體計算、分布式計算和普適計算四個階段
2. 相應的物件也由數值資料、字符資料擴展到多媒體資料、行為資料，從而推動了計算機應用范圍的不斷擴大

2. 計算機應用的領域

1. 科學計算機
2. 資料處理
3. 自動控制
4. 輔助作業
5. 異域通信
6. 人工智能

計算機的作業原理

1. 計算模型是完成計算任務所必須遵循的基于形式化描述戶的基本規則，對所有計算方法進行高度概括與抽象是計算模型建立的基礎
2. 作業單元【計算機中的指令】之間存在處理次序與資料依賴等兩種關聯性，用于控制處理次序與資料依賴機制的資料傳遞與作業驅動是計算模型的基本內容
3. 資料傳遞是指依賴資料以來關聯性，實作一個作業單元向另一個作業單元傳送資料，資料傳遞方式有共享存盤和專用存盤兩種
4. 作業驅動是指依據處理次序關聯性，實作一個作業單元結束向另一個作業單元開始轉換
5. 計算機的作業原理包含三個方面

1. 按程式中指令的排列順序自動轉換作業單元來驅動程式運行，計算機則開完車程式所描述的計算任務
2. 在啟動計算機計算之前，應把根據計算任務、由人工編制的程式及其所需要原始資料存入到計算機之中，使程式和原始資料域計算機融為一體
3. 以布爾代數為基礎，包含系列運算的計算任務所對應的程式采用二進制編碼的指令來描述時，則可由指令來控制邏輯電路，實作對資訊的處理，稱為指令控制

6. 馮諾依曼機型計算機

1. 一臺完整的計算機【計算機系統】包括硬體【機器】和軟體【程式】兩個部分，只有硬體和軟體融于一提，計算機才能正常作業并發揮作用
2. 計算機由運算器、存盤器、控制器、輸入設備和輸出設備等五大功能部件組成，運算器用于對資料進行運算，存盤器用于存放程式和資料，控制器用于控制指令和處理次序及其執行，輸入輸出設備用于操作人員與機器進行資訊交換
3. 程式是一串有序指令的集合，計算機僅能按程式中指令序列的順序自動逐條執行指令，但可通過轉移控制指令來改變程式指令的順序執行指令
4. 指令和資料都采用二進制編碼表示，且等同地預先存放在存盤器中，指令一般包含操作碼和地址碼兩部分
5. 存盤器可記憶大量的二進制數，這些二進制數按位數相同且固定不變的存盤單元操作，每個存盤單元均有唯一對應的編號，且編號是按一維線性來編制的，即存盤器是以存盤單元為訪問單位的一維線性空間
6. 計算機利用程式計數器來指示當前處理指令在存盤器中的存盤單元地址，由于程式指令序列在存盤器中是連續存放的，則程式計數器通過順序遞增來實作程式指令序列的順序，通過轉移控制指令改變程式計數器中的地址來改變程式指令的順序，

7. 現代計算機存在兩個弱點

1. 不考慮指令處理資源的情況下，指令直接關聯性的本質是資料依賴，而采用程式順序驅動時，則強加一個順序關聯，使得原本可以并行處理的指令必須串行處理
2. 由于存盤單元采用一維線性來組織，資訊檢索速度有限，難以適應非數值資料的運算和存盤

8. 計算機的作業程序

1. 人工編制程式
2. 機器運行程式

馮●諾依曼計算機體系結構

1. 計算機體系結構作為一門學科，其研究內容主要有兩個方面

1. 軟體和硬體功能分配或軟體與硬體界面的確定，即哪些功能由軟體完成，哪些功能由硬體完成
2. 如何最佳最合理地實作分配硬體的功能

2. 馮諾依曼體系

1. 以運算器為中心，存在資料運算與資料輸入輸出串行進行的弊端，即當資料輸入輸出時，運算器不能進行資料運算
2. 當運算器進行資料運算時，資料輸入輸出不能進行，從而導致功能部件的利用率低，計算機作業速度得不到有效提高

3. 以存盤器為中心計算機的體系結構框架

4. 具有層次計算機的體系結構框架

5. 現代計算機的體系結構框架

計算機功能部件簡介

1. 馮諾依曼體系結構的計算機分為運算器、存盤器、控制器、輸入設備和輸出設備
2. 運算器是加工中心，用于資訊加工，即對資料進行算數運算和邏輯運算，又稱為執行部件，主要由算術邏輯運算單元、累加器和暫存器等組成

1. 算數邏輯運算單元是具體完成算數與邏輯運算的部件，是運算器的核心
2. 暫存器用于存放運算所需要的運算元，不同計算機的暫存器數量差異很大
3. 累加器是特殊的暫存器，除用于存放運算運算元外，在連續運算中，還用于存放中間結果和最后結果，累加器也由此而得名

3. 控制器是指揮中心，用于控制計算機各部件或期間自動協調地動作，主要由控制單元、程式計數器和指令暫存器等組成

1. 控制器作業的實質是解釋程式，按程式中的指令序列，逐條地從存乎其中取出指令，經過分析譯碼，產生一組控制信號【操作命令】，并把控制信號發給各個部件或器件，控制各部件或器件的動作，使整機連續自動、有條不紊對資訊進行處理
2. 控制單元是控制信號的發源地，形成控制信號的依據為指令編碼，機器狀態和時序信號
3. 程式計數器用來存放當前需要處理的指令地址，一旦利用當前程式計數器內容讀取了一條指令，則具有自動加1的功能
4. 指令暫存器用來存放當前處理的指令，在指令處理期間，其內容不允許改變

4. 存盤器是存盤中心，用來存放程式和資料，主要由存盤體、邏輯控制電路、資料域地址暫存器等組成

1. 程式和資料在存盤器中都以二進制形式來表示，統稱為資訊
2. 存盤器由一定數量的存盤單元組成，一個存盤單元可存盤若干位二進制數
3. 單元地址：每個存盤單元對應一個固定不變的編號，二進制編碼表示，是一一對應的關系

5. 輸入輸出設備

1. 輸入設備是將人們熟悉的資訊形式變換成計算機能接收并識別的資訊形式的設備
2. 輸出設備是將計算機運算結果的二進制資訊轉換成人們或其他設備能接收和識別的資訊形式的設備
3. 輔助存盤器是計算機中重要的I/O設備，既可以作為輸入設備，也可以作為輸出設備

6. 細化的現代計算機組成結構框架

計算機實作與性能分類

1. 計算機組成主要包括

1. 功能部件內部結構及其并行性
2. 附加部件或器件配置
3. 部件互連及其技術引數的匹配
4. 緩沖排隊技識訓可靠性技術的選擇
5. 資料通路寬度的確定

2. 計算機實作：計算機組成的物理實作

1. 有模塊與地板等的劃分與連接
2. 功能部件的物理結構
3. 器件的物理性能
4. 專用器件的設計
5. 微組裝技術
6. 制造技術與工藝

3. 計算機組成實作層次

1. 整體是由各部分分層組成實作的
2. 計算機組成可分為系統、部件、器件、元件和物理五層
3. 計算機中的部件一般有運算器、存盤器、控制器、介面和總線

4. 計算機組成實作的層次

5. 馮諾依曼體系結構的計算機由五大功能部件組成，功能部件之間需要通過傳輸線進行互連，為資訊互換奠定基礎
6. 計算機功能部件之間的互連形式主要有共享總線型和專用傳輸線型等兩種

1. 共享總線型又有單總線、雙總線、多總線之分
2. 專用傳輸線型是指一組傳輸線僅能用于兩個功能部件進行資訊互換，該互連形式傳輸線繁多、互聯復雜、代價高、擴展性差、但資訊傳輸率高

7. 單總線計算機的體系結構

8. 計算機的性能一般采用一下三個指標來衡量

1. 機器字長
2. 主存容量
3. 運算速度

9. 機器字長：一次參與運算的二進制的位數，又稱為基本字長，簡稱字長
10. 機器字：一次參與運算的二進制數稱為機器字
11. 機器字長對計算機性能有三個方面的影響

1. 運算精度：字長越長，運算精度越高，反之越低
2. 資料表示范圍：字長越長，資料表示范圍越大，對付浮點格式，資料表示精度還可同時提高
3. 運算速度：當資料字長大于基本字長時，需多次運算，從而降低了運算速度

12. 主存容量：主存可以存盤的最大的二進制位數
13. 約定8位二進制數為一個位元組，則主存容量通常以位元組為單位來計算
14. 在主存盤器中，一個存盤單元所存放的二進制位數稱為存盤字長，而存放的二進制數稱為存盤字
15. 存盤單元的數量稱為存盤字數
16. 存盤容量=存盤字數*存盤字長
17. 計算機的分類

1. 按用途分類：通用計算機和專用計算機

1. 通用計算機：適應多領域應用而設計的計算機
2. 專用計算機是指為適應某種特殊應用而專門設計的計算機

2. 規模性能分類：巨型計算機、大中型計算機、小型計算機、微型計算機、小巨型計算機、作業站和嵌入式計算機

1. 巨型計算機是指運算速度達每秒億級以上浮點運算、主存盤容量百萬M位元組以上、字長32位以上、加個及其昂貴的計算機
2. 大中型計算機是指運算速度每秒百或千萬級、主存盤容量百萬M位元組、字長32位以上、價格昂貴、指令豐富的計算機
3. 小型計算機：性能與大中型計算機接近的小型計算機，價格適中、操作簡單、維護容易
4. 微型計算機：面向個人或面向家庭的，結構緊湊、性能不高的計算機
5. 小巨型計算機：巨型計算機縮小成個人計算機
6. 作業站：介于微型計算機和小型計算機，用于特殊的專業領域
7. 嵌入式計算機：作為某種設備的一個部件，面向特定應用而設計開發的專用計算機

計算機系統及其軟體

1. 計算機系統及其組成

2. 計算機軟體的分類

1. 系統軟體：用于對計算機軟硬體等資源進行管理、調度、見識和服務等的軟體集合，一般分為6類，作業系統，語言處理程式，標準庫程式，服務程式，資料庫管理軟體，網路軟體

1. 作業系統：用于控制和管理計算機軟硬體等資源，自動調度用戶作業程式、處理各種中斷程式，為用戶提供友好使用界面的軟體
2. 服務程式：擴展計算機硬體功能而配置的診斷程式、除錯程式
3. 語言處理程式：將程式員編制的源程式翻譯成計算機硬體能直接識別運行的目標程式
4. 標準庫程式：為方便用戶編程，預先按照標準格式編制的程式段集，用戶則可以選擇合適的程式段嵌入自己的程式中
5. 資料庫管理軟體：用戶管理計算機系統中的資料檔案，以實作資料共享和高效檢索的軟體
6. 網路軟體：用于對網路資源進行組織和管理，實作相互之間的通信

2. 應用軟體：用戶為解決某種應用問題而編制的程式

3. 物理計算機與虛擬計算機

1. 物理計算機：實際的計算機硬體
2. 虛擬計算機：通過軟體擴展硬體功能的計算機

4. 計算機系統的結構層次

5. 計算機系統的結構層次

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