計算機的由來第1頁，課件共50頁，創作于2023年2月計算機的發展歷程

一、電子計算機的誕生①每秒5000次加法運算；②每秒50次乘法運算；③平方和立方計算；④Sin和Cos函數數值運算；⑤其它更復雜的計算?！舻谝慌_電子計算ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandComputer）于1946年在美國誕生。第2頁，課件共50頁，創作于2023年2月第1臺數字電子計算機1946年ENIAC計算機公布

ENIAC（電子數字積分機與計算機）：研制單位：美國賓夕法尼亞大學用途：軍事計算運算速度：5000次/秒體積價格：170平方米，30噸，140千瓦，40萬美元第3頁，課件共50頁，創作于2023年2月其邏輯元件采用電子管，存儲器件為磁鼓，典型邏輯結構為定點運算；用低級語言編程，無操作系統。代表人物：英國科學家艾蘭·圖靈和美籍匈牙利科學家馮·諾依曼。馮·諾依曼計算機模型。2）存儲器以二進制形式存儲指令和數據；3）存儲程序工作方式；4）五部件以運算器為中心進行組織。1）計算機由運算器、存儲器、控制器和輸入/輸出五個部件組成；第4頁，課件共50頁，創作于2023年2月馮·諾依曼計算機組成第5頁，課件共50頁，創作于2023年2月二、第二代計算機（50年代中后期到60年代中）邏輯元件采用晶體管，其內存儲器由磁芯構成，磁鼓與磁帶成為外存儲器。邏輯結構實現了浮點運算，并提出了變址、中斷、I/O處理等新概念。出現了多種高級語言及其編譯程序。晶體管(1948)第6頁，課件共50頁，創作于2023年2月三、第三代計算機（60年代中到70年代中）邏輯元件與存儲器均由集成電路實現；硬件上，微程序控制、高速緩存、虛擬存儲器、流水線等先進計算機技術開始使用；另一大特點是大型/巨型機與小型機同時發展。出現操作系統，它具有資源調度、人/機通信和輸入輸出控制等功能；小規模集成電路中/小規模集成電路(1950’s)第7頁，課件共50頁，創作于2023年2月四、第四代計算機（70年代中期開始—）◆大規模（LSI）和超大規模（VLSI）集成電路及微處理器為這一代計算機的典型特征。超大規模集成電路計算機網絡的發展與廣泛應用。并行處理技術嵌入式系統超標量技術:超標量是指在一個時鐘周期內CPU可以執行一條以上的指令

第8頁，課件共50頁，創作于2023年2月五、新一代計算機◆新器件和非馮·諾依曼結構已成為新一代計算機的公認標志。神經元、生物芯片、分子電子器件、超導計算機、量子計算機。日本第五代計算機系統研究計劃（1982-1992年），確立并行推理將是未來信息處理的核心。第9頁，課件共50頁，創作于2023年2月計算機的發展歷程:小結1946年研制成功第1臺數字電子計算機60多年來發展速度之快大大超出人們的預料：性能、體積、價格、···應用領域和裝機數量軟件技術和軟件產品使用的元器件第1代：電子管＋磁鼓第2代：晶體管＋磁芯第3代：中、小規模集成電路第4代：大、超大規模集成電路第10頁，課件共50頁，創作于2023年2月微機處理器的發展

第一代微處理器（4位機和低檔8位機）Intel4004

1971年1月，Intel公司研制成功世界上第一片微處理器芯片Intel4004，微處理器和微機時代從此開始。

4004是個四位系統，只有2300個晶體管，時鐘頻率在108KHz，每秒執行6萬條指令（0.06MIPs)。Intel80081972年4月，開發出第一個8位微處理器Intel8008第11頁，課件共50頁，創作于2023年2月第二代微處理器（中、高檔8位機）Intel8080

1973年8月，研制出8位微處理器Intel8080，以N溝道MOS電路取代了P溝道，使用了基于6微米技術的6000個晶體管。

主頻2MHz的8080芯片運算速度比8008快10倍，可存取64KB存儲器，處理速度為0.64MIPS。

第12頁，課件共50頁，創作于2023年2月第二代微處理器（中、高檔8位機）1976年,Intel發布8085處理器當時，Zilog、Motorola和Intel在微處理器領域三足鼎立。

Zilog公司于1976年開發出Z80微處理器，廣泛用于微型計算機和工業自動控制設備。

Motorola開發出MC6800微處理器。第13頁，課件共50頁，創作于2023年2月第三代微處理器（16位機）

Intel8086和80881978年，Intel推出4.77MHz的8086微處理器，集成了29000個3微米技術的晶體管，采用16位寄存器和16位數據總線，20位地址總線。

1年之后,Intel推出4.77MHz的準16位微處理器8088，它是8086的廉價版本

。內部以16位運行，但支持8位數據總線。IBM公司1981年生產的第一臺電腦就是使用的這種芯片。

1979年，Motorola推出M6800016位微處理器，它因采用了68000個晶體管而得名。第14頁，課件共50頁，創作于2023年2月第三代微處理器（16位機）1982年，Intel推出80286處理器，集成了大約13.4萬個晶體管,最大主頻為20MHz,采用16位數據總線和24位地址總線。兩種工作模式：實模式,保護模式。

第15頁，課件共50頁，創作于2023年2月第四代微處理器（32位機）

1985年，Intel推出80386

微處理器(最高33MHz主頻)，集成275,000個晶體管。具有32位數據線、32位地址線（可以直接訪問4G字節的內存）。工作模式：實模式、保護模式、虛擬86模式（可以同時模擬多個8086處理器來加強多任務處理能力）。具有比80286更多的指令集。第16頁，課件共50頁，創作于2023年2月第四代微處理器（32位機）1989年4月，Intel推出80486微處理器。集成了120萬個晶體管,使用1微米的制造工藝。

486其實就是80386+80387協處理器+8KB一級緩存,是超級版本的386。

第17頁，課件共50頁，創作于2023年2月第五代微處理器（64位機）1993年，英特爾公司的Pentium(奔騰)問世，采用0.6微米工藝，集成310萬只晶體管。64位數據線、32位地址線，16KB的cache，采用超標量結構。時鐘頻率從最初的60MHz、66MHz，一直上升到133MHz，處理速度比486快6~8倍。第18頁，課件共50頁，創作于2023年2月第五代微處理器（64位機）

1995年，Intel推出了PentiumPro處理器，集成了5.5M個晶體管。PentiumPro的工作頻率有150/166/180和200MHz四種，都具有16KB的一級緩存和256KB的二級緩存。

PentiumPro采用了“PPGA”

封裝技術。即一個256KB的二級緩存芯片與PentiumPro芯片封裝在一起，這樣就使高速緩存能更容易地運行在更高的頻率上。第19頁，課件共50頁，創作于2023年2月第五代微處理器（64位機）1997年，Intel推出PentiumMMX

。PentiumMMX增加了片內16KB數據緩存、16KB指令緩存和4路寫緩存，特別新增加了57條MMX多媒體指令（專門用來處理音頻、視頻等數據）。比普通CPU處理多媒體的能力提高了60％左右。其工作頻率有166MHz、200MHz、233MHz三種。

第20頁，課件共50頁，創作于2023年2月第五代微處理器（64位機）

1997年4月,英特爾發布了PentiumII處理器。內部集成了750萬個晶體管，并整合了MMX指令集技術。

PentiumII架構已經從Socket7轉成Slot1，并首次引入了S.E.C封裝(SingleEdgeContact)技術，將高速緩存與處理器整合在一塊PCB板上。Slot1的PentiumII晶體管數為900萬。其工作頻率可達333MHz

。第21頁，課件共50頁，創作于2023年2月第五代微處理器（64位機）1999年1月，Intel推出奔騰III處理器，它采用0.25微米制造工藝，擁有32K一級緩存和512K二級緩存，包含MMX指令和Intel自己的“

3D”指令SSE。此外其身份代碼還可通過Internet讀取。1999年10月，Intel推出了基于0.18微米工藝制造的PentiumIII處理器，工作頻率高達733MHz。

第22頁，課件共50頁，創作于2023年2月第五代微處理器（64位機）

2000年11月，Intel發布了Pentium4。Pentium4采用0.18微米鋁導線工藝。主頻可達1.7GHz和1.8GHzPentium4拋棄了Intel沿用了多年的P6結構，采用了新的NetBurstCPU結構。其優點：20段的超級流水線、高效的亂序執行功能、2倍速的ALU、新型的片上緩存、SSE2指令擴展集和400MHz的前端總線等。

Intel很快又開發出0.13微米工藝的Pentium4芯片，其主頻有了很大飛躍，31級流水線設計，配備16KB的一級數據緩存和多達1MB的二級緩存。第23頁，課件共50頁，創作于2023年2月2004年Intel推出90nm工藝的Pentium4E處理器，集成了1億個晶體管。支持超線程技術，800MHz前端總線和1MB二級緩存。但工藝的提升，沒有使得功耗降低，主頻提升，因為芯片中晶體管數量的增加使得二氧化硅絕緣層變得更薄，進而導致泄漏電流，增加了芯片的額外功耗。

第24頁，課件共50頁，創作于2023年2月2005年，Intel迅速推出了65nm工藝的PentiumExtremeEdition955雙核處理器。無論在制造工藝還是架構變革方面都有了非常大改進，包括獨立的雙L2Cache設計。在漏電方面也有非常顯著的改進。多核處理器第25頁，課件共50頁，創作于2023年2月多核處理器2007年，Intel推出45nm多核處理器，包括雙核、四核共7款芯片。雙核版建

4.1億個晶體管，四核版則有8.2億個晶體管。微架構經強化后，在相同頻率下較上代Core產品擁有更高性能，同時L2Cache容量亦提升50%，明顯提高數據讀取執行的命中率。此外，亦加入47條全新Intel

SSE4指令，提高多媒體性能和實現高性能運算應用。第26頁，課件共50頁，創作于2023年2月總結微處理器的發展史雖然不過30余年，但在這30余年里微處理器的發展歷程卻是天翻地覆的變化。從Intel的4004開始，到Intel、AMD、Cyrix三足鼎立，到Intel一家獨大，再到現在Intel、AMD分庭抗衡。CPU將向速度更快、64位結構、多核方向前進。CPU的制作工藝更加精細，90納米、65納米、45納米、32納米……。第27頁，課件共50頁，創作于2023年2月微型計算機的組成；微型計算機系統的組成第28頁，課件共50頁，創作于2023年2月顯示器鍵盤主機光驅軟驅音箱鼠標本節首頁第29頁，課件共50頁，創作于2023年2月顯示器鍵盤主機鼠標筆記本光驅本節首頁第30頁，課件共50頁，創作于2023年2月

微型計算機系統的組成1、微機硬件系統2、微機軟件系統本節首頁第31頁，課件共50頁，創作于2023年2月微機硬件系統主機輸入設備

輸出設備

返回第32頁，課件共50頁，創作于2023年2月微機軟件系統系統軟件應用軟件返回第33頁，課件共50頁，創作于2023年2月主機包括：-電腦主板-CPU（中央處理器，包括運算器和控制器）-存儲器：內存（RAM和ROM）和外存（硬盤、光盤等）-輸入輸出接口主機返回第34頁，課件共50頁，創作于2023年2月輸入設備有:鍵盤、鼠標、話筒、掃描儀、寫字板、數碼像機、光筆、麥克風、光電閱讀儀器、條碼閱讀儀器等。

輸出設備有:顯示器、音箱、打印機、繪圖儀、投影儀等.返回第35頁，課件共50頁，創作于2023年2月輸入設備掃描儀數碼相機話筒手寫板返回第36頁，課件共50頁，創作于2023年2月輸出設備打印機音箱系統組成第37頁，課件共50頁，創作于2023年2月返回微機系統軟件與應用軟件系統軟件有：操作系統、設備驅動程序、數據庫管理系統、通信處理程序等。應用軟件有： 計算機輔助設計（CAD）、CAI、CAT、Word、Excel、系統仿真、人工智能、管理信息系統等。 第38頁，課件共50頁，創作于2023年2月本節首頁第39頁，課件共50頁，創作于2023年2月

微型計算機由硬件系統和軟件系統組成。硬件指的是所能夠看得見的組成計算機的物理設備.例如：顯示器、主機等，是構成計算機的實體。 軟件是用來指揮計算機完成具體工作的程序和數據，是整個計算機的靈魂。例如:操作系統、辦公室自動化軟件、各行業的信息管理系統等。小結本節首頁第40頁，課件共50頁，創作于2023年2月微型計算機的工作過程就是執行程序的過程，而程序由指令序列組成，因此，執行程序的過程，就是執行指令序列的過程，即逐條地從存儲器中取出指令并完成指令所指定的操作。由于執行每一條指令，都包括取指、譯碼和執行三個基本步驟，所以，微型計算機的工作過程，也就是不斷地取指令、譯碼和執行的過程，直到遇到停機指令時才結束機器的運行。微型計算機的工作過程第41頁，課件共50頁，創作于2023年2月微型計算機系統的性能指標1．字長2．存儲器容量3．運算速度4．擴展能力5．軟件配置情況第42頁，課件共50頁，創作于2023年2月1．字長字長指計算機內部一次可以處理的二進制數的位數。字長越長，計算機所能表示的數據精度越高，在完成同樣精度的運算時數據的處理速度越高。但字長越長，機器中的通用寄存器、存儲器、ALU的位數和數據總線的位數都要增加，硬件代價增大，因此應考慮精度、速度和成本兼顧的原則來決定微型計算機的字長。PC/XT微機的字長為16位；386、486微機的字長為32位；586微機的字長為32位或64位。第43頁，課件共50頁，創作于2023年2月2．存儲器容量存儲器容量是衡量計算機存儲二進制信息量大小的一個重要指標。微型計算機中通常以字節為單位表示存儲容量，如B(byte),KB(k