計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課件

計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容第一章微型計(jì)算機(jī)概述第二章微型計(jì)算機(jī)的主要部件第三章微型計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備第四章多媒體計(jì)算機(jī)第五章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第六章筆記本PC機(jī)第七章微型計(jì)算機(jī)的選購、安裝與維護(hù)參考教材計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)譚浩強(qiáng)主編電子工業(yè)出版社計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)教程史嘉權(quán)主編清華大學(xué)出版社第一代電子管時(shí)代(1946-1958)耗電高，體積大，定點(diǎn)計(jì)算，機(jī)器語言，匯編語言第二代晶體管時(shí)代(1958-1965)變集中處理為分級(jí)處理，浮點(diǎn)運(yùn)算、高級(jí)語言第三代中小規(guī)模集成電路時(shí)代(1965-1970)存儲(chǔ)容量大，運(yùn)算速度快，幾十至幾百萬次/秒第四代大規(guī)模集成電路時(shí)代(1971至今)向大型機(jī)和微型機(jī)兩個(gè)方向發(fā)展現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展方向巨型化，微型化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，多媒體化計(jì)算機(jī)的發(fā)展巨型機(jī)——世界幾家公司生產(chǎn)，最快1.4萬億次，9千個(gè)CPU組成Cray-1,Cray-2,Cray-3,國產(chǎn)銀河I,銀河II,銀河III小巨型機(jī)——功能同巨型機(jī)相近，價(jià)格相對(duì)便宜，發(fā)展十分迅速美國Convex公司的C系列機(jī)為其代表產(chǎn)品。大型機(jī)——大中型企事業(yè)單位作為計(jì)算中心的主機(jī)使用，統(tǒng)一調(diào)度主機(jī)資源，代表產(chǎn)品有IBM360，370，4300等。小型機(jī)——它可以滿足部門性的需求，供小型企事業(yè)單位使用，典型產(chǎn)品有IBM-AS/400，DEC-VAX系列，國產(chǎn)太極工作站——用于特殊的專業(yè)領(lǐng)域，例如圖象處理和輔助設(shè)計(jì)等。典型產(chǎn)品有HP-APOLLO，SUN工作站等。微型機(jī)——個(gè)人或家庭使用，PC機(jī)/個(gè)人計(jì)算機(jī)，價(jià)格低廉計(jì)算機(jī)的六大分類1.1微電子器件的發(fā)展代發(fā)表年份字長(zhǎng)(bits)型號(hào)線寬(m)晶體管數(shù)(萬個(gè))時(shí)鐘頻率(MHz)速度(MIPS)一197119724840048008500.20.3<10.05二197488080200.52-40.5三19781982168086/8088802862-32.913.44.77-108-16<11-2四198519893280386804861-227.512016-3325-666-1220-40五199332Pentium0.6-0.833060-200100-200六1995199619971999200132P/ProP/MMXPIIPIIIP40.60.60.35.25-.13.18-.135504507508501000133-200166-233233-450450-12001300-2400>300七2002？64Itanium0.13CPU:2.5KCache:30K800(20條指令/時(shí)鐘周期)>3000關(guān)于摩爾定律的不同觀點(diǎn)10年前的intel，5年前的微軟，給人們的印象是一個(gè)產(chǎn)生興奮的地方，好萊塢只能把夢(mèng)想做到銀幕上，而微軟和intel的聯(lián)盟把銀幕上的夢(mèng)變成了人們生活的一部分。于是，在那個(gè)時(shí)候，摩爾定律和windows一起代表了人類征服數(shù)字世界，改造自己生活的精神?，F(xiàn)在的摩爾定律，不再是一個(gè)夢(mèng)想的一部分，而是逼迫人們掏錢的工具。。什么是摩爾定律的靈魂？更快、更高、更強(qiáng)，技術(shù)讓你實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想，一切以用戶體驗(yàn)為中心；而現(xiàn)在的硬件廠商恰恰相反，拼命提高主頻，甚至不惜犧牲架構(gòu)優(yōu)勢(shì)也要突出主頻優(yōu)勢(shì)，完全背離了用戶，背離了應(yīng)用。在科技界存在的一個(gè)眾所周知的事實(shí)，那就是任何試圖突破“摩爾定律”的行動(dòng)最終都以失敗告終。企業(yè)每年在該領(lǐng)域的嘗試至少達(dá)到1000多次，如rilogySystems和MicroUnity的超級(jí)芯片試驗(yàn)，以及IBM的X射線平板印刷術(shù)等，最終都胎死腹中。但人們很少注意到的是，成千上萬家追崇“摩爾定律”的企業(yè)最終都退出了這場(chǎng)“游戲角逐”。另外，人們也很少關(guān)注這些企業(yè)的最終命運(yùn)如何。事實(shí)上，幾千家4年前仍可以看到的企業(yè)，如今已不復(fù)存在了?！澳柖伞钡母弊饔迷诰W(wǎng)絡(luò)界體現(xiàn)的尤為突出。甚至可以說，網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)從一窩蜂地不正常發(fā)展到最終的破滅，都是“摩爾定律”惹得禍。Intel捍衛(wèi)摩爾定律摩爾定律與英特爾有著不解的淵海，不僅因?yàn)槟柖傻奶岢稣吒甑恰つ柺怯⑻貭柕膭?chuàng)始人之一，更因?yàn)橛⑻貭栐谛酒夹g(shù)上的一次次突破，使之理所當(dāng)然地成為了摩爾定律的忠實(shí)捍衛(wèi)者，而英特爾最新的一次捍衛(wèi)行動(dòng)，仍然是用技術(shù)說話。

2004年11月26日，美國英特爾宣布該公司的研究人員已經(jīng)開發(fā)出了新型晶體管結(jié)構(gòu)。

英特爾實(shí)驗(yàn)室元件研究部門經(jīng)理格蘭德·馬斯科說：“此前我們的研究曾證明了：完全可以開發(fā)出更快更小的晶體管。但這里存在著耗電量、發(fā)熱及漏電等根本性的問題。我們的目標(biāo)是克服這一障礙，制造出可集成相當(dāng)于目前微處理器25倍的晶體管、同時(shí)不增加耗電量的芯片”。對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)所帶來的影響，有關(guān)人士則稱為是“這項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)成功將再次打破阻礙摩爾法則繼續(xù)存在的瓶頸?！奔s翰·馮·諾依曼（JohnVonNouma，1903－1957），美藉匈牙利人，1903年12月28日生于匈牙利的布達(dá)佩斯，父親是一個(gè)銀行家，家境富裕，十分注意對(duì)孩子的教育。馮·諾依曼從小聰穎過人，興趣廣泛，讀書過目不忘。據(jù)說他一生掌握了七種語言，6歲時(shí)就能用古希臘語同父親閑談，其中最擅長(zhǎng)德語。他對(duì)讀過的書籍和論文能很快一句不差地將內(nèi)容復(fù)述出來，而且若干年之后，仍然如此。1911年一1921年，馮·諾依曼在布達(dá)佩斯的盧瑟倫中學(xué)讀書期間，就嶄露頭角而深受老師的器重。在費(fèi)克特老師的個(gè)別指導(dǎo)下，兩人合作發(fā)表了第一篇數(shù)學(xué)論文，此時(shí)馮·諾依曼還不到18歲。1921年至1923年在蘇黎世大學(xué)學(xué)習(xí)。在1926年以優(yōu)異的成績(jī)獲得了布達(dá)佩斯大學(xué)數(shù)學(xué)博士學(xué)位，此時(shí)馮·諾依曼年僅22歲。1927年至1929年，馮.諾依曼相繼在柏林大學(xué)和漢堡大學(xué)擔(dān)任數(shù)學(xué)講師。1930年接受了普林斯頓大學(xué)客座教授的職位，1931年成為該校終身教授。1933年轉(zhuǎn)到該校的高級(jí)研究所，成為最初六的位教授之一，并在那里工作了一生。，是美國國家科學(xué)院、秘魯國立自然科學(xué)院和意大利國立林且學(xué)院等院的院土。1954年他任美國原子能委員會(huì)委員；1951年至1953年任美國數(shù)學(xué)會(huì)主席。馮·諾依曼由ENIAC機(jī)研制組的戈?duì)柕滤雇⒅形窘榻B參加ENIAC機(jī)研制小組后，便帶領(lǐng)這批富有創(chuàng)新精神的年輕科技人員，向著更高的目標(biāo)進(jìn)軍．1945年，他們?cè)诠餐懻摰幕A(chǔ)上，發(fā)表了一個(gè)全新的“存儲(chǔ)程序通用電子計(jì)算機(jī)方案”EDVAC（ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer的縮寫）

EDVAC方案明確奠定了新機(jī)器由五個(gè)部分組成，包括：運(yùn)算器、邏輯控制裝置、存儲(chǔ)器、輸入和輸出設(shè)備，并描述了這五部分的職能和相互關(guān)系．EDVAC機(jī)還有兩個(gè)非常重大的改進(jìn)，即：（1）采用了二進(jìn)制，不但數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制，指令也采用二進(jìn)制；（2建立了存儲(chǔ)程序，指令和數(shù)據(jù)便可一起放在存儲(chǔ)器里，并作同樣處理．簡(jiǎn)化了計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，大大提高了計(jì)算機(jī)的速度．1946年7，8月間，馮·諾依曼和戈?duì)柕滤雇?、勃克斯在EDVAC方案的基礎(chǔ)上，為普林斯頓大學(xué)高級(jí)研究所研制IAS計(jì)算機(jī)時(shí)，又提出了一個(gè)更加完善的設(shè)計(jì)報(bào)告《電子計(jì)算機(jī)邏輯設(shè)計(jì)初探》．以上兩份既有理論又有具體設(shè)計(jì)的文件，首次在全世界掀起了一股“計(jì)算機(jī)熱”，它們的綜合設(shè)計(jì)思想，便是著名的“馮·諾依曼機(jī)”，其中心就是有存儲(chǔ)程序。輸入設(shè)備控制器輸出設(shè)備

CPU

存儲(chǔ)器運(yùn)算器ALU諾依曼計(jì)算機(jī)的工作原理可概述為：“存儲(chǔ)程序”+“程序控制”1．以二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令(程序)2.先將程序存入存儲(chǔ)器中，再由控制器自動(dòng)讀取并執(zhí)行存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU微機(jī)的硬件由CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備構(gòu)成；輸入/輸出設(shè)備通過輸入/輸出接口與系統(tǒng)相連；(輸入/輸出接口簡(jiǎn)稱I/O接口)各部件通過總線連接。構(gòu)成部件

中央處理器CPU

計(jì)算機(jī)的核心部件用來實(shí)現(xiàn)指令的自動(dòng)裝入和自動(dòng)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)本身的自動(dòng)化。地址信號(hào)標(biāo)志寄存器指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運(yùn)算器IP數(shù)據(jù)信號(hào)控制信號(hào)ALUALU控制器總線總線是連接多個(gè)功能部件的一組公共信號(hào)線微機(jī)中各功能部件之間的信息是通過總線傳輸總線BUS存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口輸出設(shè)備CPU

內(nèi)存內(nèi)存是存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的部件，由地址譯碼器、內(nèi)存單元等構(gòu)成。n根CPU地址線AB數(shù)據(jù)線DB控制線CB地址譯碼器地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111內(nèi)存結(jié)構(gòu)示意圖外設(shè)和輸入/輸出接口（I/O接口）

外設(shè)的電信號(hào)、運(yùn)行速度與CPU不匹配，不能與CPU直接相連，必須通過I/O接口與CPU相連。微型計(jì)算機(jī)常用外圍設(shè)備有顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)器及外存儲(chǔ)器。外存中常用的有硬磁盤（硬盤）、軟磁盤（軟盤）和光盤。如果需要還可以根據(jù)用戶的要求配置打印機(jī)、繪圖儀、投影儀；同時(shí)為了聯(lián)網(wǎng)，還可以配置調(diào)制解調(diào)器等通信設(shè)備。鍵盤→鍵盤接口顯示器→顯示卡鼠標(biāo)→串行接口網(wǎng)絡(luò)→網(wǎng)卡打印機(jī)→并行接口音箱、麥可風(fēng)→聲卡IDE2PentiumIII北橋440BX南橋PIIX4ECMOS&RTCUSB超級(jí)I/OIDE1COM1COM2LPT1L1CacheL2CachePCI插槽ISA插槽內(nèi)存條ROMBIOS顯示器硬盤光驅(qū)軟驅(qū)鍵盤鼠標(biāo)打印機(jī)MODEM顯卡1.2.2微型計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)機(jī)器語言機(jī)器語言是指機(jī)器能直接識(shí)別的語言，它是由“1”和“0”組成的一組代碼指令。例如，，作為機(jī)器語言指令，可能表示將某兩個(gè)數(shù)相加。由于機(jī)器語言比較難記，所以基本上不能用來編寫程序。

匯編語言匯編語言是由一組與機(jī)器語言指令一一對(duì)應(yīng)的符號(hào)指令和簡(jiǎn)單語法組成的。例如，“ADDA，B”可能表示將A與B相加后存入B中，它可能與上例機(jī)器語言指令直接對(duì)應(yīng)。匯編語言程序要由一種“翻譯”程序來將它翻譯為機(jī)器語言程序，這種翻譯程序稱為匯編程序。任何一種計(jì)算機(jī)都配有只適用于自己的匯編程序。匯編語言適用于編寫直接控制機(jī)器操作的低層程序，它與機(jī)器密切相關(guān)，一般人也很難使用。高級(jí)語言高級(jí)語言比較接近日常用語，對(duì)機(jī)器依賴性低，是適用于各種機(jī)器的計(jì)算機(jī)語言。目前，高級(jí)語言已發(fā)明出數(shù)十種，下面介紹常用的幾種，如表名

稱功

能BASIC語言一種最簡(jiǎn)單易學(xué)的計(jì)算機(jī)高級(jí)語言，許多人學(xué)習(xí)基本的程序設(shè)計(jì)就是從它開始的。新開發(fā)的VisualBasic具有很強(qiáng)的可視化設(shè)計(jì)功能，是重要的多媒體編程工具語言FORTRAN語言一種非常適合于工程設(shè)計(jì)計(jì)算的語言，它已經(jīng)具有相當(dāng)完善的工程設(shè)計(jì)計(jì)算程序庫和工程應(yīng)用軟件C語言一種具有很高靈活性的高級(jí)語言，它適合于各種應(yīng)用場(chǎng)合，所以應(yīng)用非常廣泛Java語言這是近幾年才發(fā)展起來的一種新的高級(jí)語言。它適應(yīng)了當(dāng)前高速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，非常適合用作交互式多媒體應(yīng)用的編程。它簡(jiǎn)單、性能高、安全性好、可移植性強(qiáng)利用助記符加上操作數(shù)來表示指令就方便得多了。上面的程序可寫成：