计算机的组成与发展
计算机的组成和发展
电脑的组成和发展平常所说的电脑是个人计算机的形象叫法，是一种微型计算机。
从字面上就可看出，电脑可以用来替代甚至增加人脑的部分功能。
至今为止，除电脑以外的所有机器都是用来帮助、取代人类体力劳动的工具，是对有形物体进行加工，或对不同的物理量进行转换，只有电脑是用来对各种信息进行整理，从而替代人类的部分脑力劳动。
电脑的功能非常强大，可以说，只有人想不到的，没有电脑做不到的。
这是因为人的大脑只有一个，而电脑是由无数个人的大脑共同研究出来的。
一、电脑的组成电脑由硬件和软件两大部分组成。
1、硬件电脑中看得见摸得着的都称为硬件，主要分为中央处理器、存储器和输入、输出设备。
从外观上看主要有主机箱、键盘和显示器；从逻辑功能上看，可以分为控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五个部分，一般地又把运算器和控制器合称为中央处理器。
运算器能进行加、减、乘、除等基本运算。
存储器不仅能存放数据，而且也能存放指令。
控制器能自动执行指令。
操作人员通过输入、输出设备和主机进行通信。
计算机内部采用二进制来表示指令和数据。
(1)中央处理器CPUCPU即中央处理器，它是计算机的大脑，计算机的运算、控制都是由它来处理的。
它的发展非常迅速，从最初的8088到奔腾486、586，现在已经发展到双核甚至四核，用迅驰技术装备的笔记本电脑，使用户脱离缆线的约束，真正做到在移动中进行工作、学习、休闲。
全世界99％的CPU都是英特尔和AMD公司的产品，中国最近才制造出“龙芯一号”。
CPU是中央处理器的英文缩写，它是计算机的运算控制中心，是计算机中集成度最高、最贵重的一块芯片。
它是由几千~几千万个晶体管组成的超大规模的集成电路芯片。
计算机所有数据的加工处理都是在CPU中完成的。
CPU还负责发出控制信号，使计算机的各个部件协调一致地工作。
(2)存储器存储器是电脑的记忆细胞，用来存放程序和数据。
存储器分为内存和外存。
内部存储器：内存指CPU可以随时直接存取的存储器，一般容量很小，虽然容量小，但电脑的速度与它有很大关系。
第章计算机的发展与组成
三、计算机的应用领域
计算机辅助设计CAD （Computer Aided
Design ）
是综合地利用计算机的工程计算、逻辑判断、数据处理 功能和人的判断能力结合，形成一个专门的系统。
用来进行各种图形设计和图形绘制，对所设计的部件、 构件或系统进行综合分析与模拟仿真实验。
计算机辅助教学CAI
利用计算机模拟教师的教学行为进行授课，学生通过计算 机教学软件进行学习并自测学习效果，是提高教学效率和 教学质量的新途径。
第四代
大、超大规模集成电路
万亿次
（二）计算机的发展史
目前使用的计算机都属于第四代计算机。 从 80 年代开始，发达国家开始研制第五代人工智 能计算机。 研究的目标是能够打破以往计算机固有的体系结 构，使计算机能够具有人一样的思维、推理和判断 能力。
中国计算机产业发展大事记
1956年，夏培肃完成了第一台电子计算机运算器和 控制器的设计工作，同时编写了中国第一本电子计 算机原理讲义。
一般用于科学、军事、航空方面的计算
“数据处理机”得到应用
（二）计算机的发展史
2、晶体管计算机时代 （50年代中期～60年代末）
主要特点如下：
以晶体管为核心器件 体积缩小、成本降低、性能提高 运算速度（每秒几万次至几十万次）
应用领域延伸到气象、工程设计等方面
“工业控制机”开始得到应用
三、计算机的应用领域
计算机辅助制造CAM 是利用计算机进行对生产设备的控制和管理， 实现无图纸加工。 计算机辅助测试---- CAT 4、过程控制（实时控制） 稍后看一部短片 指利用电脑及时采样，按最佳值迅速地对控 制对象进行自动控制或自动调节。 如对数控机床、机械加工流水线的控制以及 核反应堆的处理等。
计算机系统的发展史
计算机系统的发展史一、引言计算机系统是指由硬件和软件组成的计算机整体，它承担着信息处理和数据存储等重要任务。
本文将对计算机系统的发展史进行梳理和回顾，以便更好地了解计算机的演进过程和技术革新。
二、早期计算机系统的诞生计算机系统的起源可以追溯到20世纪40年代末的第一台电子数字计算机ENIAC。
当时，ENIAC采用了大量的真空管和电子元件，体积庞大，功耗高，运算速度相对较慢。
随着技术的进步，第一代计算机系统逐渐演化为采用晶体管的二代计算机系统，进一步减小了体积和功耗，并提高了运算速度。
三、集成电路的出现20世纪60年代，集成电路技术的发展使得更多的电子元件可以集成在一个芯片上。
这一技术突破极大地提高了计算机系统的性能，并进一步减小了体积和功耗。
第三代计算机系统的出现标志着计算机进入了一个新的阶段。
四、个人计算机的兴起20世纪70年代末，个人计算机开始走进寻常百姓家。
IBM推出了第一台个人计算机，这标志着第四代计算机系统的到来。
个人计算机的出现使得计算机系统更加普及，为用户提供了更加便捷的计算和处理能力。
五、计算机网络的发展随着互联网的诞生，计算机系统进入了一个全新的时代。
计算机网络的出现极大地拓展了计算机系统的应用范围。
人们可以通过互联网实现远程通信、数据共享和资源调配等功能，计算机系统的作用进一步深化。
六、云计算的兴起21世纪初，云计算作为一种新兴的计算模式逐渐兴起。
云计算将计算和存储资源集中在云端，用户可以通过网络随时随地访问和使用这些资源。
云计算的出现极大地提高了计算机系统的灵活性和可扩展性，为用户提供了更加便捷的服务。
七、人工智能的崛起近年来，人工智能技术的快速发展使得计算机系统在智能化方面取得了巨大突破。
人工智能算法的运用使得计算机可以具备自主学习和推理的能力，为用户提供更加智能化的服务。
人工智能的崛起标志着计算机系统进入了一个全新的时代。
八、未来发展趋势展望未来，计算机系统的发展仍然充满了无限可能。
《计算机组成原理》ppt课件
VS
挑战
在计算机组成原理的发展过程中，面临着 许多挑战和问题，如处理器的性能和功耗 问题、存储器的速度和容量问题、系统的 可靠性和安全性问题等。这些问题需要不 断研究和探索，以推动计算机组成原理的 持续发展。
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解释定点数与浮点数的表示方法，包括整数和实数的表示。
逻辑代数基础
1 2
逻辑变量与逻辑函数
引入逻辑变量和逻辑函数的概念，为后续的逻辑 运算打下基础。
基本逻辑运算
介绍与、或、非三种基本逻辑运算及其性质。
3
复合逻辑运算
阐述其他复合逻辑运算，如异或、同或等。
逻辑门电路
基本门电路
01
介绍与门、或门、非门等基本门电路的工作原理及实现。
01
03 02
I/O接口的功能和基本结构
数据传输寄存器
命令/状态寄存器
控制逻辑电路
I/O控制方式
优点
控制简单，易于实现
缺点
CPU利用率低，实时性差
I/O控制方式
优点
提高了CPU的利用率，实时性较好
缺点
中断次数多，开销大，数据丢失问题
I/O控制方式
优点
数据传输速度快，CPU干预少
缺点
需要专门的DMA控制器，硬件开销大
指令的执行过程
取指周期
从内存中读取指令，并放入指令 寄存器IR中。
中断周期
在执行过程中，如果出现中断请 求，则进入中断周期，保存现场 信息，并转向中断服务程序。
分析周期
对取回的指令进行分析，确定指 令的操作性质和操作数地址。
执行周期
根据分析结果，执行相应的操作 ，如算术运算、逻辑运算、数据 传输等。
计算机导论
计算机导论计算机导论是一门涉及计算机科学与技术的基础课程，它旨在让学生了解计算机的起源和发展历程、计算机的基本组成部分、计算机的各种应用以及计算机的未来发展趋势等方面的知识。
下面我们就来详细介绍一下计算机导论的各个方面：1. 计算机的起源与发展历程计算机的起源可以追溯到古代的算盘，但是真正意义上的计算机是在19世纪末20世纪初诞生的，经过大量的研究和发展，计算机从最初的大型机进化为个人电脑、平板电脑和智能手机等现代的计算设备。
计算机的每一次进化都是人类智慧的结晶，它为现代社会的发展贡献了无数的力量。
2. 计算机的基本组成部分计算机的基本组成部分包括中央处理器（CPU）、内部存储器（RAM）、外部存储器、输入设备和输出设备等。
其中，CPU是计算机的“大脑”，它具有运算、控制和存储三大功能；内存是计算机的“短期记忆”，它存储了计算机正在执行的程序和数据；外部存储器是计算机的“长期记忆”，它存储了大量的数据和程序；输入设备是让计算机可以接收外界信息的工具，例如键盘、鼠标等；输出设备则是让计算机可以向外界展示它的处理结果的工具，例如显示器、打印机等。
3. 计算机的各种应用计算机的应用范围十分广泛，几乎涵盖了人类社会的各个领域。
例如，它可以用于科学research，解决天文、地质、气象等领域的问题；它可以用于商业，帮助企业管理信息和实现在线交易；它可以用于教育，提供各种在线学习平台；更可以用于娱乐，提供各种游戏和影视娱乐等。
4. 计算机的未来发展趋势计算机科学是一个发展迅速的领域，它的未来发展趋势很难预测。
但是，我们可以从当前的技术发展趋势中看到，人工智能、量子技术、区块链等将成为未来计算机科学研究的热点。
同时，随着计算机的运算速度越来越快，计算机与人的交互方式也将发生重大变革，例如语音识别、面部识别等新的人机交互技术将得到广泛应用。
总之，计算机导论作为计算机科学的入门课程，是学习计算机的第一步。
通过学习计算机导论，我们可以更加深入地了解计算机的各个方面，对计算机科学有一个整体性的认识。
计算机的概念
计算机的概念计算机是现代科技发展中最重要的创造之一，它在各个领域都起着举足轻重的作用。
本文将探讨计算机的概念及其在社会中的影响。
一、计算机的定义和发展历程计算机是一种能够进行信息处理和执行计算任务的智能电子设备。
它可以接收输入数据并进行处理，然后输出处理结果。
计算机的概念最早可以追溯到古代的计算工具，如算盘等。
但是真正意义上的电子计算机在二十世纪的上半叶才开始出现。
早期的计算机体积庞大、功能有限，仅能执行简单的计算任务。
随着科技的发展，计算机以惊人的速度进行了革命性的进化。
从大型计算机到个人电脑，再到如今的移动设备，计算机正不断改变着人类的生活方式。
二、计算机的组成和工作原理计算机由硬件和软件组成。
硬件部分包括中央处理器（CPU）、内存、输入和输出设备等。
而软件指的是各种让计算机运行的程序和操作系统。
计算机的工作原理可以简单地描述为输入-处理-输出的过程。
首先，用户通过输入设备将数据输入计算机。
然后，计算机通过CPU进行数据处理，执行各种算法和指令。
最后，计算机通过输出设备将处理结果呈现给用户。
三、计算机在各个领域的应用计算机在几乎所有领域都有广泛的应用。
在工业中，计算机控制着各种生产设备和自动化系统，提高了生产效率。
在商业领域，计算机被用于数据管理、市场研究和在线交易等。
在医疗行业，计算机的应用使得医生可以更准确地进行诊断和治疗。
在教育和研究领域，计算机为学生和研究人员提供了丰富的信息资源和工具。
四、计算机对社会的影响计算机的快速发展对社会产生了深远的影响。
首先，计算机的出现使得信息的获取和传播变得更加快捷和便利。
人们可以通过网络随时随地获取到所需的信息。
其次，计算机的应用广泛改变了人们的工作方式，提高了工作效率。
计算机技术的普及使得许多复杂的任务自动化，减少了人力成本。
此外，计算机在科学研究、社交媒体、娱乐产业等方面都发挥了重要作用。
然而，计算机的发展也带来了一些问题。
信息安全和隐私保护成为了亟待解决的问题。
计算机的产生和发展史
计算机的产生和发展史计算机已成为我们日常生活中不可或缺的一部分，它在各个领域的应用已经深入到我们的工作、学习和娱乐之中。
然而，我们知道计算机的演化并非一蹴而就，它经历了漫长而曲折的发展史。
本文将带您回顾计算机的产生和发展，了解计算机朝着现代化的道路发展的轨迹。
1. 原始计算工具的产生人类对于计算的需求可以追溯到古代。
在古埃及、古希腊和古印度等文明中，人们利用手指、石块、皮筋等原始工具进行简单的计算。
然而，随着人类社会的不断进步，这种原始计算工具已经不能满足日益复杂的计算需求。
2. 机械计算机的诞生19世纪末，随着工业革命的兴起，机械计算机开始出现。
英国数学家查尔斯·巴贝奇设计了第一台通用计算机“分析引擎”，然而由于当时科学技术水平限制，该计算机并未能真正实现。
后来，德国工程师康拉德·楚泽设计了世界上第一台可用的机械计算机“楚泽机械计算器”，这标志着机械计算机的正式诞生。
3. 电子计算机的崛起20世纪40年代，电子管的问世为计算机的发展提供了突破口。
美国军方资助的康奇公司研制出了第一台真正意义上的电子计算机“康奇-埃克特-芯片计算机”，它是世界上第一台真正的电子计算机。
此后，电子计算机得到了快速发展，电子管逐渐被晶体管和集成电路取代，使计算机的体积大大减小，性能显著提升。
4. 个人计算机的出现20世纪70年代，随着微型计算机的问世，计算机进一步走入寻常百姓家。
英特尔公司推出了第一款微处理器芯片，人们可以将计算机放在家里进行个人使用。
个人计算机的普及带动了软件行业的发展，出现了大量的应用软件和游戏软件。
5. 互联网的普及与计算机的应用拓展20世纪90年代，全球范围内的互联网逐渐普及，计算机的应用领域进一步扩展。
人们可以通过互联网进行各种信息交流、在线购物、在线娱乐等活动。
同时，计算机科学的发展推动人工智能、大数据、云计算等技术的应用，使得计算机在各个领域发挥了巨大的作用。
6. 未来计算机的发展趋势随着科学技术的不断进步，计算机仍将继续发展。
简单介绍计算机的产生和发展
简单介绍计算机的产生和发展计算机的产生和发展可以大致分为四个阶段。
第一阶段：计算机的起源计算机的起源可以追溯到中国古代的算盘，距今已经有2600多年了。
算盘是中国古代的一项重要发明，被广泛使用，是人们计算的主要工具。
然后，在1642年，法国物理学家帕斯卡采用与钟表齿轮类似的装置，制成了齿轮式加减法器，这是世界上最早的十进制加法机。
相对于算盘来说，它是一种自动化的计算工具，运算效率要高于算盘，但只能进行简单的加减法运算。
第二阶段：机械计算机的发展在帕斯卡的基础上，德国数学家莱布尼茨于1673年发明了乘除法器，这是第一台可以运行完整四则运算的计算机。
到了1822年，英国数学家巴贝奇发明了差分机，可以进行多项式的加法，这是最早采用寄存器（齿轮式装置）来存储数据的计算机。
巴贝奇在差分机的基础上，准备研发机械式分析机，用于天文和航海计算，但可惜没有实现。
第三阶段：电子计算机的出现到了20世纪30年代，美国数学家艾肯提出用机电方法而不是机械方法来实现巴贝奇的想法，并在IBM公司的支持下，成功研制了MARK-I。
这是世界上第一台通用计算机。
在追求高效计算工具的过程中，人们经历了计算工具、机械式计算机、通用数字计算机等阶段。
通用计算机埃尼阿克在1946年2月的美国宾夕法尼亚大学研制成功，它是图灵机的完全再现，图灵机是英国数学家图灵提出的一个可用于计算的模型。
第四阶段：计算机的发展和应用自1946年以来，计算机的发展经历了从真空电子管到晶体管，再到集成电路，最后到大规模集成电路的阶段。
计算机的应用范围也从科学计算、军事研究扩展到工业控制、数据处理、事物处理等各个领域。
同时，计算机的分类也更加细致，按照规模可以分为巨型机、中型机、小型机和微型机；按照用途可以分为专用机和通用机。
电脑硬件的演变与发展
电脑硬件的演变与发展随着科技的飞速发展，电脑硬件作为电脑系统的重要组成部分，在过去几十年里经历了巨大的演变与发展。
本文将回顾电脑硬件的历程，从早期的机械结构到如今的高速芯片，探究其中的变革和突破。
1. 早期计算机的机械结构早期的计算机是基于机械结构构建的，主要采用机械齿轮、继电器等设备进行数据处理。
这些机械计算机体积庞大，运算速度相对较慢，且故障率较高。
然而，这些机械计算机为后来的电子计算机奠定了基础，其中的一些原理仍然应用于今天的硬件设计中。
2. 晶体管的革命性突破1950年代，晶体管的发明引发了电脑硬件领域的一场革命。
晶体管的出现使得电路的构建和信号的控制更加轻便和高效。
相较于机械计算机，使用晶体管代替继电器的电子计算机在速度和稳定性上有了大幅度的提升。
晶体管被广泛应用于计算机的逻辑门电路中，成为当时硬件技术的主流。
3. 集成电路的推出20世纪60年代晚期，集成电路的问世进一步推动了计算机硬件的发展。
集成电路将许多晶体管、电阻器、电容器等元件集成到一个芯片上，极大地提高了电路的功能密度、可靠性和稳定性。
通过集成电路的应用，电脑硬件的体积显著减小，功耗也得到了降低。
4. 微处理器的崛起20世纪70年代，微处理器的问世引领了计算机硬件的新潮流。
微处理器是将中央处理器（CPU）集成在一个芯片上的器件，它不仅控制和协调整个计算机系统的运作，还包含算术逻辑运算单元（ALU）等核心组件。
微处理器的出现使得计算机变得更加智能化、高效化。
此后，微处理器不断升级，性能不断提升，成为个人电脑的核心组件。
5. 显卡和存储设备的进步除了微处理器的进步，显卡和存储设备也经历了显著的发展。
显卡的诞生使得计算机可以处理更加复杂的图形任务，为计算机游戏、设计和多媒体应用带来了突破性的变革。
同时，存储设备的容量不断扩大，速度不断提升，从最初的软盘到硬盘、固态硬盘，再到如今的云存储，用户可以存储和访问大量的数据，提高了工作和生活的效率。
计算机科学导论-计算机组成
目录•计算机系统概述•计算机硬件系统•计算机软件系统•计算机系统中的层次结构•计算机的应用与发展趋势•总结与展望计算机系统概述早期的计算机01在20世纪早期，人们开始使用真空管作为计算机的基本部件。
随着技术的发展，逐渐出现了更先进的电子管、晶体管和集成电路等计算机部件。
02发展历程从20世纪50年代开始，计算机技术经历了从大型主机、个人电脑到互联网和移动设备的多个发展阶段。
03现代计算机现代计算机已经成为了人们生活和工作中不可或缺的工具，应用范围涵盖了科学计算、数据处理、图像处理、网络通信等众多领域。
计算机的起源与发展包括中央处理器、内存、硬盘、显卡、声卡、网卡等硬件设备。
硬件系统包括操作系统、应用软件和数据库等软件工具。
软件系统包括路由器、交换机、调制解调器等网络设备，以及协议、网络拓扑结构等网络技术。
网络系统计算机系统的基本组成按用途分类可分为服务器、工作站、个人电脑和学习机等类型。
按规模分类可分为巨型机、大型机、中型机、小型机和个人电脑等类型。
按处理方式分类可分为模拟计算机和数字计算机等类型。
计算机系统的分类计算机硬件系统中央处理器作用01中央处理器（CPU）是计算机的核心部件，负责执行程序中的指令并处理数据。
组成02CPU由运算器、控制器和寄存器组成，其中运算器负责进行算术和逻辑运算，控制器负责协调和指挥整个计算机系统，寄存器则用于存储数据和指令。
发展历程03CPU经历了从单核到多核的发展，现代CPU通常采用超线程技术提高处理效率。
存储器是计算机中的重要组成部分，用于存储数据和程序。
作用存储器分为内部存储器和外部存储器。
内部存储器包括CPU中的寄存器和高速缓存，外部存储器则包括硬盘、固态硬盘（SSD）和光盘等。
组成存储器通过存储单元来存储二进制数据，每个存储单元可以存储一个二进制数位（bit），多个存储单元组合在一起构成了存储器。
工作原理存储器作用输入输出设备是计算机与外部世界进行交互的桥梁。
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集成电路板
三、集成电路数字计算机
主要特点： 1．硬件上，采ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ中、小规模集成电路（MSI、SSI）取代了
晶体管，用半导体存储器淘汰了磁芯存储器； 2．软件上，把管理程序发展成为现在的操作系统，采用了微 程序控制技术，高级语言更为流行，如Basic、Pascal等 3．集成电路的发展使计算机向小型化发展，集成电路发展的 一个重要趋势是提高集成度。
CPU
硬件
（物质基础）
存储器
计 算 机 系 统
软件
输入设备 输出设备
外部设备 I/O设备
特点：成本低、容量大 速度较慢 作用：用来实现人机交互和机间通 信
典型结构 主要包括 单总线结构、双总线结构和采用通道的 大型系统结构
指为了方便使用、维护和管理计算机系统而编制的软件及其文档 包括操作系统、语言翻译程序等
第四代：大规模集成电路计算机
世界上第一台计算机“ENIAC”
冯.诺依曼
ENIAC
一、电子管计算机
肖克利
布拉顿
一、电子管计算机
巴丁
奥尔森
一、电子管计算机
1、主要特点：1．计算机所使用的逻辑元件是电子管；存储器采用延
迟线或磁鼓；
2．软件主要使用机器语言，后期使用汇编语言； 3．计算机体积大、功耗大、价格贵且可靠性差。
优势：
尺寸小、重量轻、寿命长、效率高、发热少、功耗低等 提高了计算机的计算能力，使数据的绝对值可达2的几 十次方或几百次方 而且开发了一些高级语言，软件产业也由此产生。
伴随出现了打印机，磁带，磁盘，内存以及操作系统等，
三、集成电路数字计算机
1964年，美国IBM公司研制成功第一个采用 集成电路的通用电子计算机系列IBM360系统
优点：
四、大规模集成电路计算机
特点：
体积越来越小
功能越来越强大
2、主要用途：进行复杂的科学运算
二、晶体管计算机
1954年，美国贝 尔实验室研制成功第
一台使用晶体管线路
的计算机，取名“催
迪克”（TRADIC）
装有800个晶体管。
二、晶体管计算机
主要特点： 1．使用了逻辑元件为晶体管；普遍采用磁芯作为主存储器；
采用磁带或磁盘作为辅助存储器； 2．出现了Fortran、Cobol等高级语言，并出现了机器内部的 管理程序； 3．晶体管代替电子管，使可靠性和运算速度均得到了提高， 且体积缩小了，成本也降低了。
系统软件
（各种程序的总和） （与程序有关的文档） 应用软件
是解决某一问题的程序及其文档。它覆盖了计算机应用的所有方 面，每个应用都有相应的应用软件
第一代：电子管计算机 第二代：晶体管计算机
(1946年--1957年) (1958年--1964年) (1965年-1971年） (1972年-至今）
第三代：集成电路数字计算机
网
络
运算器 控制器
（执行所有的算术和逻辑运算 ） 作用：用于存放正在执 （把指令逐条从存储器中取出，经译 行的程序和使用的数据 码后向计算机发出各种控制命令） 内部存储器 特点：成本高、容量小 （计算机的记忆部分，用来存放程序 速度快 以及程序中涉及的数据） 作用：用于长期保存大 外部存储器 量程序和数据 键盘、鼠标 等 显示器、打印机等