第3讲 教学内容 1.3~1.4 1.5.1 微型计算机系统——硬件部分 计算机的产生发展 计算机系统组成（硬件结构） 计算机工作原理 第3讲 教学内容 1.3~1.4 计算机的产生发展 计算机系统组成（硬件结构） 计算机工作原理 计算机的发展 计算机的工作特点及其应用领域 1.5.1 微型计算机系统——硬件部分

计算机的产生 史前时代（1623-1895） 1623年：德国科学家契克卡德（W. Schickard），第一台机械计算机，六位数的加减乘除运算 1725年：法国纺织机械师布乔（B.Bouchon）发明了“穿孔纸带”的构想 1847-1854年：英国数学教学布尔(G.Boole)创立全新学科-布尔代数，为数字计算机奠定理论基础 1868年：美国新闻工作者克里斯托夫·肖尔斯 （C.Sholes）发明了QWERTY键盘 1895年： 英国青年工程师弗莱明（J.Fleming）通过“爱迪生效应”发明了人类第一只电子管 弗莱明和他的电子管 from http://www.sxftc.edu.cn/course/school/pc_basic/lishi/lishi.htm

计算机的产生 电子管时代（1911-1946） 1912年：美国青年发明家德·福雷斯特（L.De Forest）在帕洛阿托小镇首次发现了电子管的放大作用 斯担福大学、ibm公司创立、硅谷诞生 1936年：阿兰.图灵发表论文《论可计算数及其在判定问题中的应用》，首次阐明了现代电脑原理——图灵机 1939年，HP公司成立 1946年，ENIAC

计算机的产生 ENIAC ：重30吨，占地160平方米，5000加法运算/秒（电子管+二极管+电阻器+继电器+电容器） 1946 世界上第一台电子数字计算机 莫契利 （J.Mauchiy） 埃克特 （J.Eckert）

计算机的产生 从1946年ENIAC诞生到现在，电子计算机的发展已经历了四代。 按照构成电子计算机的基础硬件(基本逻辑元件)来划分为电子管、晶体管、中小规模集成电路和大规模集成电路四个阶段。 1947 1971~~ 1958

计算机系统组成与工作原理 计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。 何为硬件？硬件是所能够看得见的组成计算机的物理设备，是计算机设备的物理结构，是系统的基础。例如：显示器、主机等，是构成计算机的“驱壳”。 何为软件？软件为各种程序、数据和文档的总称。是整个计算机的“灵魂”。

计算机系统组成与工作原理 冯.诺依曼等，1945年6月，101页报告 系统提出计算机中用二进制的思想 确定了计算机的五大组成部分 计算机采用存储程序的工作原理，以实现计算机的自动运算能力。 数学家，现代电子计算机之父，博弈论之父、流体力学奠基人 1903~1957 参考：http://baike.baidu.com/view/54300.htm

冯·诺依曼体系结构 与工厂对比 生产线 管理层 销售部 仓库 采购部

运算器或称算术逻辑单元(Arithmetical and Logical Unit)：其主要功能是对数据进行各种运算。 存储器(Memory Unit)：主要功能是存储程序和各种数据。 冯·诺依曼体系结构 存储器 内存 外存 从计算机输出各类数据的设备。 输入设备 输出设备 用来向计算机输入各种原始数据和程序的设备 运算器 控制器 控制器(control Unit)：是整个计算机系统的控制指挥中心，它指挥计算机各部分协调地工作。 数据信息流 控制信息流 注：通常把输入设备和输出设备合称为I/O设备(输入/输出设备)。

运算器 输入设备 输出设备 控制器 外存：硬盘，光盘，U盘 显示器、打印机 键盘、鼠标… CPU CPU 数据信息流 内存：内存条、cache 外存：硬盘，光盘，U盘 冯·诺依曼体系结构 存储器 内存 外存 输入设备 输出设备 显示器、打印机 键盘、鼠标… 运算器 CPU CPU 控制器 数据信息流 控制信息流 数据总线和地址总线 控制总线 在微型计算机中，控制器和运算器合在一起统称为中央处理单元，即CPU。

存储器空间的使用 主存储器（简称内存）：内存条（须带电工作，访问速度快） 最小存储单元：位（bit，比特）；基本存储单元：字节（Byte） 每个存储单元有一个编号，称为存储地址 存储容量单位：B（Byte）、KB、MB、GB 1 Byte=8 bit，1 KB=1024 Byte，1 MB=1024 KB，1 GB=1024 MB，... 字：计算机内部处理数据的基本单位（字长） 辅助存储器（简称外存）：硬盘、光盘、U盘（停电时数据不会丢失，容量大） 基本存储单元：簇

硬盘（简称HDD） 由flash芯片组成的固态硬盘

硬盘（简称HDD） 格式化 硬盘以簇为存储基本单位，进行空间的分配。 1簇=若干个扇区，1扇区=512Byte

计算机的工作原理 1．相关概念 ⑴ 机器指令 是指要计算机完成某个基本操作所发出的命令。 指令集：一台计算机所有指令的总和 　⑴ 机器指令 是指要计算机完成某个基本操作所发出的命令。 指令也是用二进制编码 每条指令代表一个计算机能执行的基本操作 指令集：一台计算机所有指令的总和 X86-32，MMS，3DNow!，SSE，…X86-64

计算机的工作原理 ⑵ 程序 是完成某一特定任务的指令序列。计算机按安排的顺序执行指令，就可以完成某项任务。 分解 编排 输入 任务 解题步骤 　 ⑵ 程序 是完成某一特定任务的指令序列。计算机按安排的顺序执行指令，就可以完成某项任务。 分解 编排 输入 任务 解题步骤 指令序列 计算机存储和执行 ①②③… ①②③…

生活中的程序 新生入学报到流程 菜谱 办...证程序 准备： 烧热油，放两勺白糖和二两姜片（鲜姜一块切成）进去翻炒片刻 上好五花肉，沸水焯去污物，切麻将块大小 调料：白糖、姜片、油盐醋、丁香、胡萝卜 烧热油，放两勺白糖和二两姜片（鲜姜一块切成）进去翻炒片刻 放入块状五花肉一道翻炒，直至颜色变黄，油也煸出不少 加水至漫过肉块，加酱油少许、盐、二两中国醋、丁香四、五枚 起锅前十分钟加胡萝卜块 水收干后起锅

计算机程序的一个例子 1+2+3+4+5=? 1+2+3+4+...+100=? 1+2+3+4+...+10000=? 小学生的解题步骤 用S存放累加结果 开始时S=0 第1个加数为1 加入S得S=1 第2个加数为2 加入S得S=3 第3个加数为3 加入S得S=6 ... 重复操作：第k个加数k加入到S中。 k=1,2,...,10000

计算机程序的一个例子 1+2+3+4+...+10000 第1步: S0 第2步: k1 第6步: 输出S 第3步: Sk+S 第4步: kk+1 第5步: 如果 k<=10000, 返回第3步执行; 否则执行下一步 第6步: 输出S 赋值 加法 判断 k1 Sk+S k<=10000 kk+1 否 是 输出 S S0

把计算解决问题的过程用程序描述，即组成一指令序列 然后把程序和所需数据一起输入到计算机存储器中保存起来 2．存储程序工作原理 把计算解决问题的过程用程序描述，即组成一指令序列 然后把程序和所需数据一起输入到计算机存储器中保存起来 工作时由控制器依序调入代码和数据，指挥运算器执行计算，实现计算机的自动连续执行。 “程序存储”和由“程序控制”体现了计算机的基本工作原理。

计算机的工作特点与应用 1、 计算机的工作特点 自动控制 运算速度快 精确度高 具有记忆能力与逻辑判断能力 支持人机交互 通用性强 运算速度快　 例如天气预报、航空航天、空间科学、核爆炸模拟等科学计算。目前最快的计算机运算速度超过每秒千万亿次以上。 精确度高　 具有记忆能力与逻辑判断能力 支持人机交互 通用性强

计算机的工作特点与应用 科学（数值）计算 信息（数据）处理 过程控制 计算机辅助系统 CAD/CAI/CAM/ 人工智能 电子商务 … 2、 计算机用途　（主要应用领域） 科学（数值）计算 信息（数据）处理 过程控制 计算机辅助系统 CAD/CAI/CAM/ 人工智能 电子商务 …

计算机的发展 今后计算机的发展将有如下几种趋势： ⑴巨型化　　 ⑵微型化 ⑶网络化 ⑷智能化 (5)多媒体化

（1）巨型化： IBM的“Roadrunner”:每秒计算能力一千万亿次(1015,PetaFlops)，占地约557.4平方米，总重超过226.8吨，功率为3.9兆瓦(106瓦)

（2）小型化 微机笔记本平板电脑智能手机穿戴式计算设备 世界体积最小的微机：fit-PC Slim （AMD500mhz/512MB / WiFi / 60GB，3xUSB，1xVGA…，耗电6瓦，重369克）

（3）网络化

（4）智能化 智能机器人

(5)多媒体化 计算机将集图形、图像、声音、文字处理技术为一体，协助人们处理有声有色、图文并茂的多样化信息。

小结 计算机的发展及发展趋势 计算机硬件组成　 冯.诺依曼体系结构下的五个组成部分 计算机工作原理 存储程序 和 程序控制

计算机的基本术语2 存储量：计算机中存储信息的空间大小，单位有字节(B)、千字节(KB)、兆字节(MB)、吉字节(GB)、太字节(TB)、皮字节(PB)。 指令：指挥计算机进行基本操作的命令代码。 指令集：一种计算机所能执行的全部指令的集合。 程序：按一定处理步骤编排的，能完成特定功能的计算机指令序列。 运算速度：计算机每秒钟所能执行的机器指令条数。一般用“百万条指令/ 秒”来描述，不等于“主频”（主频是CPU内核工作的时钟频率）

微型计算机系统组成 Part I：硬件部分

微型计算机的发展 出现标志：1971年 Intel公司研制出世界上第一个单片 微处理器Intel 4004。 第一代（1971～1973年） 4位低档处理器时代。 第二代（1974～1977年） 8位微处理器时代。 第三代（1978～1985年） 16位机时代。 第四代（1985～2000年） 32位高档微型计算机时代,80386/486/586/奔腾 第五代（2000年～ ） 加强型奔腾，64位处理器时代。

3、微型计算机的发展 微处理器是微型计算机最主要的器件，决定微机的档次。 购买指标：产品型号、核心个数、主频、缓存大小、指令集 品牌 主要产品型号 Intel因特尔 酷睿i系列，酷睿2 系列 奔腾系列，凌动系列 AMD超微 FX系列，羿龙II X系列，速龙II X APU系列，羿龙，速龙 参考资料来源：http://zj.zol.com.cn/

我国在微处理器设计和生产方面的进展情况 中国研发成功“龙芯2E” 性能达到奔腾4 1.5GHz水平。验收专家们认为龙芯２Ｅ在单处理器设计方面已达到国际先进水平，是具有自主知识产权的CPU芯片。（2006年09月21日 　来源：人民日报 ） 2011年，龙芯3号系列处理器的第二代产品——8核龙芯3B处理器已于今年年初流片成功,1GHz ，65纳米制造工艺

微型计算机系统构成 一个完整的微型计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。

微型计算机系统——硬件部分 什么是微型计算机（简称微机） 微机硬件系统组成 微机主要组成部件选讲 微处理器+大规模集成电路 体积小、结构简单、价格低廉、易于操作 微机硬件系统组成 硬件系统是指所有的功能部件的组合 组成原理图 微机主要组成部件选讲

微机硬件组成（以台式计算机为例） 显示器 主板 CPU 内存条 扩展卡 电源 光驱 硬盘 健盘 鼠标

微机硬件系统组成原理 硬件组成原理：采用以总线为中心的计算机结构。各部件与总线连接，并通过总线进行信息交换 系统总线（BUS) 内存 输入设备接口 输出设备接口 外存接口 输入设备 输出设备 外存储器 CPU

主板 总线、接口/插槽、芯片组、其他集成 ROM-BIOS

华硕P8Z68-V PRO主要参数 ￥1799[北京] 数据来自中关村论坛：http://detail.zol.com.cn/ (2012-3)

微型计算机主板 主板品牌 数据来自中关村论坛：http://detail.zol.com.cn/ (2012-03)

微处理器CPU 最关键组件，决定微机档次 主要技术指标：主频、核心数量、缓存、字长、指令集等

微处理器－CPU Intel 酷睿i7 980X（至尊版） 台式机64位CPU 插槽类型：LGA 1366 CPU主频：3330MHz 最大睿频：3600MHz 制作工艺：32 纳米 二级缓存：6×256KB 三级缓存：12MB 核心数量：六核心 十二线程 核心代号：Gulftown 热设计功耗：130W 外频： 133MHz 倍频： 25倍 指令集：MMX，SSE（1，2，3，3S，4.1，4.2），EM64T，VT-x，AES 内存控制器：三通道DDR3 800/1066 数据来自中关村论坛：http://detail.zol.com.cn/

微处理器－CPU AMD FX 8150 64位台式机CPU 插槽类型：Socket AM3+ CPU主频：3.6GHz 最大睿频：4.2GHz 制作工艺：32纳米 二级缓存：8MB 三级缓存：8MB 核心数量：八核心 核心代号：Bulldozer 热设计功耗(TDP)：125W 适用类型：台式机 内存控制器：DDR3 1866 指令集：MMX（+），SSE（1，2，3，3S，4.1，4.2，4A），x86-64，AMD-V，AES 数据来自中关村论坛：http://detail.zol.com.cn/

微型计算机内存-RAM

微型计算机内存条 类型：DDR，DDR2，DDR3 品牌: 　宇瞻 威刚 金士顿 金泰克 南亚易胜 劲芯 记忆 创见 KINGMAX 金邦 三星 规格：容量+类型+内存主频 例如： 金士顿4G DDR3 1333 台式机 130 金士顿4G DDR3 1333 笔记本机 140 数据来自中关村论坛：http://detail.zol.com.cn/ (2009-2-19)

微型计算机 外存储器 SSD 固态 硬盘 u盘 软驱 盘片 读写头 驱动电机 接口 SD卡

液晶显示器 推荐品牌: 三星、华硕、明基、HKC、AOC、Acer宏碁、LG、优派 参数： 屏幕尺寸 屏幕比例 最大分辨率(最佳分辨率) 可视角度 响应时间 对比度 背光类型，面板类型 点距，亮度，带宽 接口 数据来自中关村论坛：http://detail.zol.com.cn/

电源、机箱、键盘、鼠标等外设

扩展卡（独立显卡及其安装）

电脑配置单-----办公学习型 数据来自中关村在线： http://zj.zol.com.cn/ 2013-02

电脑配置单—游戏娱乐型 数据来自中关村在线： http://zj.zol.com.cn/ (2013-2)

笔记本电脑 ThinkPad X300 联想，神州，宏基，DELL，华硕，HP 经济型：3000~4000元

小结 计算机系统体系结构 计算机发展趋势 计算机的工作特点 计算机应用领域 微型计算机系统硬件组成 5大功能部件 计算机工作原理 5个方向 主要组件