計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論表1.1

數(shù)字計(jì)算機(jī)與模擬計(jì)算機(jī)的主要區(qū)別

比較內(nèi)容

數(shù)字計(jì)算機(jī)

模擬計(jì)算機(jī)

數(shù)據(jù)表示方式

計(jì)算方式

控制方式

精度

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量

邏輯判斷能力

數(shù)字0和1數(shù)字計(jì)數(shù)

程序控制

高

大

強(qiáng)

電壓

電壓組合和測(cè)量值

盤(pán)上連線(xiàn)

低

小

無(wú)

第2頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天通用機(jī)又可分為六類(lèi)：巨型機(jī)（Super-Computer）、大型機(jī)（Mainframe）、中型機(jī)（Medium-sizeComputer）、小型機(jī)（minicomputer）、微型機(jī)（microcomputer）、單片機(jī)（Single-ChipComputer）六類(lèi)，見(jiàn)圖所示。它們的區(qū)別在于體積、簡(jiǎn)易性、功率損耗、性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量、指令系統(tǒng)規(guī)模和機(jī)器價(jià)格。巨型計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算,其運(yùn)算速度在每秒一萬(wàn)億次以上,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量很大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,價(jià)格昂貴。單片計(jì)算機(jī)是只用一片集成電路做成的計(jì)算機(jī),體積小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,性能指標(biāo)較低,價(jià)格宜。介于巨型機(jī)和單片機(jī)之間的是大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微型機(jī),它們的結(jié)構(gòu)規(guī)模性能指標(biāo)依次遞減。隨著超大規(guī)摸集成電路的迅速發(fā)展,今天的小型機(jī)可能是明天的微型機(jī),而今天的微型機(jī)可能是明天的單片機(jī)。第3頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天第4頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.1.2計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)所以迅速發(fā)展,其生命力在于它的廣泛應(yīng)用。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍幾乎涉及人類(lèi)社會(huì)的所有領(lǐng)域。下面歸納成六個(gè)方面來(lái)敘述：★科學(xué)計(jì)算科學(xué)研究和工程計(jì)術(shù)計(jì)算領(lǐng)域,是計(jì)算機(jī)應(yīng)用最早的領(lǐng)域,也是應(yīng)用得較廣泛的領(lǐng)域:數(shù)學(xué)、化學(xué)、原子能、天文學(xué)、地球物理學(xué)、生物學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的研究。航天飛行、飛機(jī)設(shè)計(jì)、橋梁設(shè)計(jì)、水力發(fā)電、地質(zhì)找礦等方面的大量計(jì)算。計(jì)算機(jī)在科學(xué)計(jì)算和工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,不僅減輕了大量繁瑣的計(jì)算工作量,更重要的是,一些以往無(wú)法解決、無(wú)法及時(shí)解決或無(wú)法精確解決的問(wèn)題得到了圓滿(mǎn)的解決。★自動(dòng)控制和測(cè)量自動(dòng)控制涉及面極廣的一門(mén)學(xué)科,應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)、國(guó)防以至我們?nèi)粘Ｉ畹雀鱾€(gè)領(lǐng)域。測(cè)量和測(cè)試領(lǐng)域中,計(jì)算機(jī)主要起兩個(gè)作用：第一,對(duì)測(cè)量和測(cè)試設(shè)備本身進(jìn)行控制；第二,采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。第5頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天★信息處理計(jì)算機(jī)發(fā)展初期,僅僅用于數(shù)值計(jì)算。后來(lái)應(yīng)用范圍逐漸發(fā)展到非數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域,可用來(lái)處理文字、表格、圖象、聲音等各類(lèi)問(wèn)題。商務(wù)處理:

在商業(yè)業(yè)務(wù)上，廣泛應(yīng)用的項(xiàng)目有：辦公室計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)處理機(jī)，發(fā)票處理機(jī)，銷(xiāo)售額清單機(jī)，零售終端，會(huì)計(jì)終端，出納終端，以及利用互連網(wǎng)的“電子商務(wù)”等等在銀行業(yè)務(wù)上，廣泛采用金融終端、銷(xiāo)售點(diǎn)終端、現(xiàn)金出納機(jī)。銀行間利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行的資金轉(zhuǎn)移正式代替了傳統(tǒng)的支票。在郵政業(yè)務(wù)上，大量的商業(yè)信件，現(xiàn)在開(kāi)始用傳真系統(tǒng)傳送。管理應(yīng)用:計(jì)算機(jī)的引入，使信息處理系統(tǒng)獲得了強(qiáng)有力的存儲(chǔ)和處理手段。常見(jiàn)的物資管理，如用計(jì)算機(jī)進(jìn)行，可以隨時(shí)掌握各類(lèi)物資庫(kù)存情況，合理調(diào)劑，減少庫(kù)存。第6頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天

★教育和衛(wèi)生計(jì)算機(jī)被譽(yù)為“教育史上的第四次革命”:較多的應(yīng)用是CAI(計(jì)算機(jī)輔助教學(xué))。用這種方法進(jìn)行教學(xué),學(xué)生可以生動(dòng)活潑地進(jìn)行學(xué)習(xí),教師也可以減少大量重復(fù)的課堂講授,而把精力放在提高教材質(zhì)量和研究教學(xué)方法上。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)既用于普通教育,又用于專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練方面。人們還可坐在家里,通過(guò)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò),按照自己的才能確定個(gè)人的學(xué)習(xí)計(jì)劃和進(jìn)度。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的問(wèn)世,同樣為人類(lèi)健康長(zhǎng)壽帶來(lái)了福音：使用計(jì)算機(jī)的各種醫(yī)療設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生,為及早發(fā)現(xiàn)疾病提供了強(qiáng)有力的手段。利用計(jì)算機(jī)建成的各種專(zhuān)家系統(tǒng)行之有效,為診治疾病發(fā)揮了很大作用。★家用電器目前,不僅使用各種類(lèi)型的個(gè)人計(jì)算機(jī),而且將單片機(jī)廣泛應(yīng)用于微波爐、磁帶錄音機(jī)、自動(dòng)洗滌機(jī)、煤氣用定時(shí)器,家用空調(diào)設(shè)備控制器、電子式縫紉機(jī)、電子玩具、游戲機(jī)等。21世紀(jì),國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)控制的設(shè)備將廣泛應(yīng)用于家庭。★人工智能人工智能,又稱(chēng)“智能模擬”,簡(jiǎn)單地說(shuō),就是要使計(jì)算機(jī)能夠模仿人的高級(jí)思維活動(dòng)。人工智能的研究課題是多種多樣的,諸如計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)證明、景物分析、模擬人的思維過(guò)程、機(jī)器人等等。智能機(jī)器人,它會(huì)自己識(shí)別控制對(duì)象和工作環(huán)境,作出判斷和決策,直接領(lǐng)會(huì)人的口令和意圖,能避開(kāi)障礙物,適應(yīng)環(huán)境條件的變化,靈活機(jī)動(dòng)地完成控制任務(wù)與信息處理任務(wù)。第7頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.2計(jì)算機(jī)的硬件

1.2.1數(shù)字計(jì)算機(jī)的硬件組成

用一個(gè)算盤(pán)，一張紙，一支筆來(lái)計(jì)算y=ax+b-c這個(gè)題目，步驟如下。表1.5解題步驟和數(shù)據(jù)記錄在橫格上行數(shù)解題步驟和數(shù)據(jù)說(shuō)明取數(shù)(9)→算盤(pán)(9)表示第9行的數(shù)a,下同乘法(12)→算盤(pán)完成a*x,結(jié)果在算盤(pán)上加法(10)→算盤(pán)完成ax+b,結(jié)果在算盤(pán)上減法(11)→算盤(pán)完成ax+b-c,結(jié)果在算盤(pán)上存數(shù)y→13算盤(pán)上的y值記到第13行輸出把算盤(pán)上的y值寫(xiě)出給人看停止運(yùn)算完畢,暫停第8頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天8A數(shù)據(jù)

B數(shù)據(jù)

C數(shù)據(jù)

X數(shù)據(jù)

Y數(shù)據(jù)算盤(pán)計(jì)算中用到了：

1)紙:用于存儲(chǔ)解題的原始信息;

2)算盤(pán):用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算;3)筆:用于把原始數(shù)據(jù)和解題步驟記錄到紙上,及把運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)出;

4)我們?nèi)吮旧?主要是腦和手)用于控制解題步驟。第9頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天

計(jì)算機(jī)與算盤(pán)類(lèi)似相應(yīng)部件如下:

運(yùn)算器:在計(jì)算機(jī)中相當(dāng)于算盤(pán)功能的部件；存儲(chǔ)器:在計(jì)算機(jī)中相當(dāng)于紙那樣具有“記憶”功能的部件;

控制器:相當(dāng)于我們的大腦,能夠自動(dòng)控制整個(gè)計(jì)算過(guò)程。輸入設(shè)備輸出設(shè)備:相當(dāng)于筆,把原始解題信息送到計(jì)算機(jī)或把運(yùn)算結(jié)果顯示出來(lái)的設(shè)備;數(shù)字計(jì)算機(jī)主要組成部分如圖圖1.2第10頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.運(yùn)算器運(yùn)算器就好比一個(gè)由電子線(xiàn)路構(gòu)成的算盤(pán),能進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算,還可進(jìn)行邏輯運(yùn)算。考慮到電子器件的特性,計(jì)算機(jī)中通常采用二進(jìn)制數(shù)。這是因?yàn)槎M(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)律非常簡(jiǎn)單,在電子線(xiàn)路中比較容易實(shí)現(xiàn),而且設(shè)備也最省,其示意圖如圖1.3

注：二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)一樣,在運(yùn)算中,當(dāng)數(shù)的位數(shù)越多時(shí),計(jì)算的精度就越高,但是位數(shù)越多,所需的電子器件也越多。目前計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器長(zhǎng)度一般是8位、16位、32位或64位。第11頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的功能:保存或“記憶”解題的原始數(shù)據(jù)和程序。在運(yùn)算前把參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)和解體步驟通過(guò)輸入輸出設(shè)備送到存儲(chǔ)器中保存起來(lái)。不論是數(shù)據(jù),還是解題步驟,存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的全是0或1表示的二進(jìn)制代碼。目前采用半導(dǎo)體器件來(lái)作為存儲(chǔ)器。一個(gè)半導(dǎo)體觸發(fā)器可以記憶一個(gè)二進(jìn)制代碼,一個(gè)數(shù)假定用16位二進(jìn)制代碼表示,那么就需要有16個(gè)觸發(fā)器來(lái)保存這些代碼。存儲(chǔ)單元:在存儲(chǔ)器中保存一個(gè)數(shù)的16個(gè)觸發(fā)器,稱(chēng)為一個(gè)存儲(chǔ)單元。（或保存一個(gè)數(shù)據(jù)或一條指令的存儲(chǔ)體）地址:存儲(chǔ)器是由許多存儲(chǔ)單元組成,每個(gè)存儲(chǔ)單元的編號(hào),稱(chēng)為地址。存儲(chǔ)容量:存儲(chǔ)器所有存儲(chǔ)單元的總數(shù)。通常用單位“KB、MB”表示,如64KB,128KB。存儲(chǔ)容量越大,表示計(jì)算機(jī)記憶儲(chǔ)存的信息就越多。外存儲(chǔ)器:計(jì)算機(jī)中又配備的存儲(chǔ)容量更大的磁盤(pán)存儲(chǔ)器、光盤(pán)存儲(chǔ)器等。相對(duì)而言,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器稱(chēng)為內(nèi)存儲(chǔ)器,簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)存。第12頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.控制器控制器是計(jì)算機(jī)的指揮中心，是發(fā)號(hào)施令的部件,它控制計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊地進(jìn)行工作。具體的講,控制器的任務(wù)是從內(nèi)存中取出解題步驟加以分析,然后執(zhí)行某種操作:

(1)計(jì)算程序運(yùn)算器只能完成加、減、乘、除四則運(yùn)算及其他一些輔助操作。對(duì)于比較復(fù)雜的算題,計(jì)算機(jī)在運(yùn)算前必須化成一步一步簡(jiǎn)單的加、減、乘、除等基本操作來(lái)做。每一個(gè)基本操作就叫做一條指令,而解算某一問(wèn)題的一串指令序列,叫做該問(wèn)題的計(jì)算程序,簡(jiǎn)稱(chēng)為程序。例如在前述求解y=ax+b-c的例子中,解題步驟的每一步,只完成一種基本操作,所以就是一條指令,而整個(gè)解題步驟就是一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算程序。第13頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天指令指令地址操作碼地址碼指令操作內(nèi)容說(shuō)明取數(shù)9（9）→A存儲(chǔ)器9號(hào)地址的數(shù)a送運(yùn)算器A

乘法12（A）*（12）→A完成ax，結(jié)果保留在運(yùn)算器A

加法10(A）+（10）→A完成ax+b，結(jié)果保留在運(yùn)算器A

減法11（A）-（11）→A完成y=ax+b-c，結(jié)果保留在運(yùn)算器A

存數(shù)13A→13運(yùn)算器中的結(jié)果y送入存儲(chǔ)器13號(hào)地址打印A→Print將中的結(jié)果經(jīng)打印機(jī)打印出來(lái)停止

Stop機(jī)器停止工作數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù)說(shuō)明a

數(shù)據(jù)a存放在9號(hào)單元b

數(shù)據(jù)b存放在10號(hào)單元C數(shù)據(jù)c存放在11號(hào)單元x

數(shù)據(jù)x存放在12號(hào)單元y

運(yùn)算結(jié)果y存放在13號(hào)單元第14頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天(2)指令的形式

每條指令應(yīng)當(dāng)明確告訴控制器,從存儲(chǔ)器的那個(gè)單元取數(shù),并進(jìn)行何種操作。指令的內(nèi)容由兩部分組成,即操作的性質(zhì)和操作的地址。前者稱(chēng)為操作碼,后者稱(chēng)為地址碼。操作碼地址碼操作碼:指出指令所進(jìn)行的操作,如加、減、乘、除、取數(shù)、存數(shù)等等;地址碼:表示參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)應(yīng)從存儲(chǔ)器的哪個(gè)單元取,運(yùn)算的結(jié)果應(yīng)存到哪個(gè)單元。

第15頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天表1.3指令的操作碼定義指令操作碼加法001

減法010

乘法011

除法100

取數(shù)101

存數(shù)110

打印111

停機(jī)000

表1.3中指令的操作碼部分就可以變成二進(jìn)制代碼。假如把地址碼部分和數(shù)據(jù)也換成二進(jìn)制數(shù),那么整個(gè)存儲(chǔ)器的內(nèi)容全部變成了二進(jìn)制的代碼或數(shù)據(jù),如圖1.5所示。第16頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天由圖1.5可知，指令數(shù)碼化以后，就可以和數(shù)據(jù)一樣放入存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器的任何位置即可以存放數(shù)據(jù)也可以存放指令，不過(guò)一般是將指令和數(shù)據(jù)分開(kāi)存放。將解題的程序（指令序列）存放到存儲(chǔ)器中稱(chēng)為存儲(chǔ)程序，而控制器依據(jù)存儲(chǔ)的程序來(lái)控制全機(jī)協(xié)調(diào)的完成計(jì)算任務(wù)叫做程序控制。存儲(chǔ)程序并按地址順序執(zhí)行，這就是馮.諾依曼型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，也是機(jī)器自動(dòng)化工作的關(guān)鍵。

一臺(tái)計(jì)算機(jī)通常有幾十條甚至上百條基本指令，從而構(gòu)成了這臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)不僅是硬件設(shè)計(jì)的依據(jù)，而且是軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，因此，指令系統(tǒng)是衡量計(jì)算機(jī)性能的一個(gè)重要標(biāo)志。第17頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天

(3).

控制器的基本任務(wù)計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算時(shí),指令必須是按一定的順序一條接一條地進(jìn)行。控制器的基本任務(wù),就是按照計(jì)算程序所排的指令序列,先從存儲(chǔ)器取出一條指令放到控制器中,對(duì)該指令的操作碼由譯碼器進(jìn)行分析判別,然后根據(jù)指令性質(zhì),執(zhí)行這條指令,進(jìn)行相應(yīng)的操作。接著從存儲(chǔ)器取出第二條指令,在執(zhí)行這第二條指令。依次類(lèi)推。取指周期：從存儲(chǔ)器中取出一條指令的時(shí)間執(zhí)行周期：執(zhí)行指令的時(shí)間。因此,控制器反復(fù)交替地處在取指周期與執(zhí)行周期之中。每取出一條指令,控制器中的指令計(jì)數(shù)器就加1,從而為取下一條指令做好準(zhǔn)備,這也就是指令為什么在存儲(chǔ)器中順序存放的原因。

第18頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天(4).

指令流和數(shù)據(jù)流

由于計(jì)算機(jī)件使用0和1兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)字,所以使用“位”(bit)作為數(shù)字計(jì)算機(jī)的最小信息單位。CPU向存儲(chǔ)器送入或從存儲(chǔ)器取出信息時(shí),用B(字節(jié))和W(字)等較大的信息單位來(lái)工作。一個(gè)“字節(jié)”由8位二進(jìn)制信息組成,而一個(gè)“字”則至少由一個(gè)以上的字節(jié)組成。通常把組成一個(gè)字的二進(jìn)制位數(shù)叫做字長(zhǎng)。計(jì)算機(jī)字既可以代表指令,也可以代表數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)字：代表計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)字。

指令字：字的內(nèi)容為指令的計(jì)算機(jī)。指令和數(shù)據(jù)統(tǒng)統(tǒng)放在內(nèi)存中,從形式上看,它們都是二進(jìn)制數(shù)碼。一般來(lái)講，在取指周期中從內(nèi)存讀出的信息是指令流,它流向控制器；而執(zhí)行周期中從內(nèi)存讀出（或向內(nèi)存寫(xiě)入）的信息流是數(shù)據(jù)流,它由內(nèi)存流向運(yùn)算器。第19頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天

4.適配器與輸入輸出設(shè)備目前常用的輸入設(shè)備是鍵盤(pán)、鼠標(biāo)器、數(shù)字掃描儀等。它們的作用是把人們所熟悉的某種信息形式變換為機(jī)器內(nèi)部所能接收和識(shí)別的二進(jìn)制信息形式。輸出設(shè)備的作用是把計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果變換為人或其他機(jī)器所能接收和識(shí)別的信息形式。如激光印字機(jī)、繪圖儀、CRT顯示器等。計(jì)算機(jī)的輸入/輸出設(shè)備通常稱(chēng)為外圍設(shè)備。由于種類(lèi)繁多且速度各異,因而它們不是直接地同高速工作的主機(jī)相連接,而是通過(guò)適配器部件與主機(jī)相連接。適配器的作用相當(dāng)與一個(gè)轉(zhuǎn)換器,它可以保證外圍設(shè)備用計(jì)算機(jī)所要求的形式發(fā)送或接受信息。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中還必須有總線(xiàn)。系統(tǒng)總線(xiàn)是構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的骨架,是多個(gè)系統(tǒng)部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路。借助系統(tǒng)總線(xiàn),計(jì)算機(jī)在各系統(tǒng)部件之間實(shí)現(xiàn)傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信息的操作。

第20頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.2.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的過(guò)去和未來(lái)自1946年在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)制成的世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)以來(lái),計(jì)算機(jī)的發(fā)展大致經(jīng)歷了五代的變化：1.1946年開(kāi)始的第一代電子管計(jì)算機(jī):計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度一般為每秒幾千次至幾萬(wàn)次,體積龐大,成本很高,可靠性較底,在此期間,形成了計(jì)算機(jī)的基本體系,確定了程序設(shè)計(jì)的基本方法,數(shù)據(jù)處理機(jī)開(kāi)始得到應(yīng)用。2.1958年開(kāi)始的第二代晶體管計(jì)算機(jī):運(yùn)算速度提高到幾萬(wàn)次至幾十萬(wàn)次,可靠性提高,體積縮小,成本降低，工業(yè)控制機(jī)開(kāi)始得到應(yīng)用。3.1965年開(kāi)始的第三代中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī):可靠性進(jìn)一步提高,體積進(jìn)一步縮小,成本進(jìn)一步下降,運(yùn)算速度提高到幾十萬(wàn)次至幾百萬(wàn)次。在此期間,形成機(jī)種多樣化,生產(chǎn)系列化,使用系統(tǒng)化,小型計(jì)算機(jī)開(kāi)始出現(xiàn)。4.1971年開(kāi)始的第四代大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī):

可靠性更進(jìn)一步提高,體積更進(jìn)一步縮小,成本更進(jìn)一步降低,速度提高到每秒幾百萬(wàn)次至幾千萬(wàn)次。有機(jī)片大規(guī)模集成電路組成的微型機(jī)開(kāi)始出現(xiàn)。第21頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天

5.1986年開(kāi)始的第五代巨大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī):

運(yùn)算速度提高到每妙幾億次至上百億次。由一片巨大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)的單片機(jī)開(kāi)始出現(xiàn)。總之,從1946年計(jì)算機(jī)誕生以來(lái),大約每隔五年運(yùn)算速度提高10倍,可靠性提高10倍,成本降低10倍,體積縮小10倍。而70年代以來(lái),計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)數(shù)量每年以25%的速度遞增。隨著社會(huì)需求和微電子技術(shù)的不斷發(fā)展,計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仍在繼續(xù)發(fā)展,其發(fā)展趨勢(shì)是：將進(jìn)入以通信為中心的體系結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)智能化將進(jìn)一步發(fā)展,進(jìn)入知識(shí)處理階段。不僅用多處理機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算機(jī),而且會(huì)出現(xiàn)計(jì)算機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。多媒體技術(shù)將有重大突破和發(fā)展。第22頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.3計(jì)算機(jī)的軟件

1.3.1軟件的組成和分類(lèi)

計(jì)算機(jī)是由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、適配器、總線(xiàn)和輸入/輸出設(shè)備組成的。這些部件或設(shè)備都是由元件構(gòu)成的有形物體,因而稱(chēng)為硬件或硬設(shè)備。如果只有算盤(pán),沒(méi)有運(yùn)算法則和步驟,就不能用算盤(pán)來(lái)計(jì)算。同樣,假如計(jì)算機(jī)只有硬件,它仍是個(gè)“死”東西。那么計(jì)算機(jī)靠什么東西才能變“活”,從而高速自動(dòng)地完成各種運(yùn)算呢？這就是我們前面講過(guò)的計(jì)算程序。因?yàn)樗菬o(wú)形的東西,所以稱(chēng)為軟件或軟設(shè)備。比方說(shuō),用算盤(pán)進(jìn)行運(yùn)算,算盤(pán)本身就是硬件,而運(yùn)算法則和解題步驟等就是軟件。事實(shí)上,利用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算、控制或作其他工作時(shí),需要有各種用途的程序。因此,凡是用于一臺(tái)計(jì)算機(jī)的各種程序,統(tǒng)稱(chēng)為這臺(tái)計(jì)算機(jī)的程序或軟件系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)軟件一般分為兩大類(lèi)：一類(lèi)叫系統(tǒng)程序,一類(lèi)叫應(yīng)用程序

系統(tǒng)程序用來(lái)簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì),簡(jiǎn)化使用方法,提高計(jì)算機(jī)的使用效率,發(fā)揮和擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的功能及用途。它包括以下四類(lèi):

各種服務(wù)性程序,如診斷程序排錯(cuò)程序練習(xí)程序等；語(yǔ)言程序,如匯編程序編譯程序解釋程序等；操作系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

應(yīng)用程序是用戶(hù)利用計(jì)算機(jī)來(lái)解決某些問(wèn)題所編制的程序,如工程設(shè)計(jì)程序、數(shù)據(jù)處理程序、自動(dòng)控制程序、企業(yè)管理程序、情報(bào)檢索程序、科學(xué)計(jì)算程序等等。隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用,這類(lèi)程序的種類(lèi)越來(lái)越多。第23頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.3.2軟件的發(fā)展演變

如同硬件一樣,計(jì)算機(jī)軟件也是在不斷發(fā)展的。下面以系統(tǒng)程序?yàn)槔?簡(jiǎn)要說(shuō)明軟件的發(fā)展演變過(guò)程。1.目的程序早期計(jì)算機(jī)中,人們直接用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)程序,這種編寫(xiě)程序的方式稱(chēng)為手編程序。這種用機(jī)器語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)的程序,計(jì)算機(jī)完全可以“識(shí)別”并能執(zhí)行,所以又叫做目的程序。但是,用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)程序很繁瑣,又耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間,容易出錯(cuò),出錯(cuò)后尋找錯(cuò)誤也相當(dāng)費(fèi)事,這就大大限制了計(jì)算機(jī)的使用。2.匯編程序?yàn)榱司帉?xiě)程序方便翻譯和提高機(jī)器的使用效率,人們用一些約定的文字、符號(hào)和數(shù)字按規(guī)定的式來(lái)表示各種不同的指令,然后再用這些特殊符號(hào)表示的指令來(lái)編寫(xiě)程序,這就是所謂的匯編語(yǔ)言。借助于匯編程序,計(jì)算機(jī)本身自動(dòng)地把符號(hào)語(yǔ)言表示的程序(稱(chēng)為匯編源程序)翻譯成用機(jī)器語(yǔ)言表示的目的程序。第24頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.源程序?yàn)榱诉M(jìn)一步實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)化和便于程序交流,使不熟悉具體計(jì)算機(jī)的人也能很方便地使用計(jì)算機(jī),人們又創(chuàng)造了各種接近于數(shù)學(xué)語(yǔ)言的算法語(yǔ)言。算法語(yǔ)言是指按實(shí)際需要規(guī)定好的一套基本符號(hào)以及由這套基本符號(hào)構(gòu)成程序的規(guī)則。比較接近數(shù)學(xué)語(yǔ)言,直觀通用,與具體機(jī)器無(wú)關(guān),只要稍加學(xué)習(xí)就能掌握,便于推廣使用計(jì)算機(jī)。用算法語(yǔ)言編寫(xiě)的程序稱(chēng)為源程序，這種源程序是不能由機(jī)器直接識(shí)別和執(zhí)行的,必須給計(jì)算機(jī)配備一個(gè)即懂算法語(yǔ)言又懂機(jī)器語(yǔ)言的“翻譯”,才能把源程序翻譯為機(jī)器語(yǔ)言。通常采用下面兩種方法：

a.計(jì)算機(jī)配置一套用機(jī)器語(yǔ)言寫(xiě)的編譯程序,它把源程序翻譯成目的程序,然后機(jī)器執(zhí)行目的程序,得出計(jì)算結(jié)果。但由于目的程序一般不能獨(dú)立運(yùn)行,還需要一種叫做運(yùn)行系統(tǒng)的輔助軟件來(lái)幫助。通常,把編譯程序和運(yùn)行系統(tǒng)和稱(chēng)為編譯系統(tǒng)。

b.使源程序通過(guò)所謂的解釋系統(tǒng)進(jìn)行解釋執(zhí)行,即逐個(gè)解釋并立即執(zhí)行源程序的語(yǔ)句,它不是編出目的程序后再執(zhí)行,而是直接逐一解釋語(yǔ)句并得出計(jì)算結(jié)果。第25頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.操作系統(tǒng)

為了擺脫用戶(hù)直接使用機(jī)器并獨(dú)占機(jī)器這種情況,依靠計(jì)算機(jī)來(lái)管理自己和管理用戶(hù),于是人們又創(chuàng)造出一類(lèi)程序,叫做操作系統(tǒng)。它是隨著硬件和軟件不斷發(fā)展而逐漸形成的一套軟件系統(tǒng),用來(lái)管理計(jì)算機(jī)資源(如處理器、內(nèi)存、外部設(shè)備和各種編譯、應(yīng)用程序)和自動(dòng)調(diào)度用戶(hù)的作業(yè)程序,而使多個(gè)用戶(hù)能有效地共用一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。根據(jù)不同使用環(huán)境要求,操作系統(tǒng)目前大致分為批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等多種。5.數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)隨著計(jì)算機(jī)在信息處理、情報(bào)檢索及各種管理系統(tǒng)中應(yīng)用的發(fā)展,要求大量處理某些數(shù)據(jù),建立和檢索大量的表格。這些數(shù)據(jù)和表格按一定的規(guī)律組織起來(lái),使得處理更方便,檢索更迅速,用戶(hù)使用更方便,于是出現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)。所謂數(shù)據(jù)庫(kù)就是實(shí)現(xiàn)有組織地、動(dòng)態(tài)地存儲(chǔ)大量相關(guān)數(shù)據(jù),方便多用戶(hù)訪問(wèn)的計(jì)算機(jī)軟、硬件資源組成的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件一起,組成了數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。第26頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.4計(jì)算機(jī)