计算机原理辅导资料 主 题：第一章 计算机系统概论内 容：这周我们将学习第一章，计算机系统概论。一、学习要求本章的学习要求及需要掌握的重点内容如下：1．了解计算机的语言；2．掌握计算机的硬件；3．掌握计算机系统的层次结构；4. 理解电子计算机的发展简史；5. 了解计算机的应用。二、主要内容（一）计算机的发展及应用1.计算机的发展1946 年 2 月，世界上第一台通用电子数学计算机 ENIAC 在美国宾夕法尼亚大学诞生。它犹如一个庞然大物，它重达 30 吨，占地 170 平方米，内装 18000 个电子管，而且为了防止温升还使用了 30 吨重的冷却装置，运算速度只有 5000 次／秒。 第一代电子管计算机(1945-1958) 几千 几万（次/秒）。主要逻辑元件是电子管，特点：使用电子管做主要电子器件，体积庞大、运算速度低、成本高、可靠性差、内存容量小。主要用于科学计算，从事军事和科学研究方面的工作。第二代晶体管计算机(1958-1964) 几万几十万（次/秒）。主要逻辑元件是电子管，特点：体积小、速度快、功耗低、性能更稳定。应用扩展到数据处、自动控制等方面。第三代集成电路计算机(1965-1971) 几十万几百万（次/秒）。可靠性和存储容量进一步提高，运算速度更快，价格更低，外部设备种类繁多，与通信密切结合起来。广泛用于科学计算、数据处理、事务管理、工业控制等领域。 第四代大规模集成电路计算机(1971-现在) 千万万亿（次/秒）。计算机的存储容量和可靠性又有了很大提高，功能更加完备。计算机的类型除小型、中型、大型机外，开始向巨型机和微型机（个人计算机）两个方面发展。使计算机开始进入了办公室、学校和家庭。第五代智能计算机。它是一种有知识，会学习，能推理的计算机，具有能理解自然语言，声音，文字和图像的能力，并且具有说话的能力，使人机能够用自然语言直接对话，它可以利用已有的和不断学习到的知识，进行思维，联想，推理，并得出结论，能解决复杂问题，具有汇集，记忆，检索有关知识的能力。第六代生物计算机。借助生物工程技术（特别是蛋白质工程）生产的蛋白质分子，以它作为生物集成电路生物芯片。计算机发展的总趋势：巨型化 我国的银河系列巨型计算机微型化 笔记本电脑、掌上电脑、手表电脑的出现网络化 把各地区的计算机互联起来实现资源共享多媒体化 能综合处理声音、图像、文字、视频和音频信号智能化 计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力2.计算机的应用早期概括为： 现代发展：计算机在科学计算、数据处理、计算机控制、计算机辅助设计 /计算机辅助制造(CAD/CAM)、人工智能、企业管理等方面有着广泛的应用，渗透到国民经济各个领域。(二)计算机的组成—硬件和软件1.计算机的硬件组成计算机的基本部件有中央处理器 CPU（运算器和控制器）、存储器和输入输出设备。 图 1.1 数字计算机的主要组成结构 运算器的主要功能是进行加、减、乘、除、求绝对值等算术运算和比较大小、移位、逻辑乘、逻辑加等逻辑运算，因此通常称为算术逻辑运算部件（ALU）。在计算机中，一些复杂的运算往往被分解成一系列算术运算和逻辑运算。计算机中通常采用二进制数，即以 2 为基数来计数，也就是“逢二进一”。在运算中，当数的位数越多时，计算的精度就越高，但是位数越多，所需的电子器件也越多，因此计算机的运算器长度一般是 8 位、16 位、32 位、64 位。控制器是计算机中发号施令的部件，它控制计算机的各部件有条不紊地进行工作。控制器的任务是按照计算程序所排的指令序列，先从存储器取出一条指令放到控制器中，对该指令的操作码由译码器进行分析辨别，然后根据指令性质，执行这条指令，进行相应的操作，接着从存储器取出第二条指令，再执行这第二条指令。由于计算机仅使用 0 和 1 两个二进制数字，所以使用“位”（bit）作为数字计算机的最小信息单位。一个“字节”由 8 位二进制信息组成，而一个“字”则至少由一个以上的字节组成。通常把组成一个字的二进制位数叫做字长。存储器用来存放程序和数据，是计算机各种信息的存储和交流中心。目前采用半导体器件进行存储。一个半导体触发器可以记忆一个二进制代码，通常在存储器中把保存一个数的 16 个触发器称为一个存储单元。存储器是由许多存储单元组成的，每个存储单元都有编号，称为地址。向存储器中存数或者从存储器中取数，都要按给定的地址来寻找所选的存储单元。目前常用的输入设备是键盘、鼠标、数字扫描仪以及模数转换器等。它们的作用是把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接受和识别的二进制信息形式。常用的输出设备有激光印字机、绘图仪、CRT 显示器等，它们的作用是把计算机处理的结果变换为人或其他机器设备所能接收和识别的信息形式。计算机的输入/输出设备通常称为外围设备，它们通过适配器部件与主机相联系。适配器的作用相当于一个转换器，它可以保证外围设备用计算机系统特性所要求的形式发送或接收信息。除了上述各部件外，计算机系统中还必须有总线。系统总线是构成计算机系统的骨架，是多个系统部件之间进行数据传送的公共通路。借助系统总线，计算机在各系统部件之间实现传送地址、数据和控制信息的操作。 “诺依曼结构”的主要特点：① “存储程序控制”；要求计算机完成的功能，必须事先编制好相应的程序，并输入到存储器中，计算机的工作过程是运行程序的过程。② 程序由指令构成，程序和数据都是用二进制数表示；③ 指令由操作码和地址码构成；④ 机器以 CPU 为中心。2.计算机的软件计算机软件一般分为两大类：一类叫做系统程序，一类叫应用程序。系统程序用来简化程序，简化使用方法，提高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能及用途。它包括以下四类：① 各种服务性程序，如诊断程序、排错程序、练习程序等；② 语言程序，如汇编程序、编译程序、解释程序等；③ 操作系统；④ 数据库管理系统。应用程序是用户利用计算机来解决某些问题而编制的程序，如工程设计程序、数据处理程序、自动控制程序、企业管理程序、情报检索程序、科学计算程序等等。随着计算机的广泛应用，这类程序的种类越来越多。(三)计算机系统的层级结构现代计算机解题的一般过程：用户用高级语言编写程序，连同数据一起送入计算机(用户程序一般称为源程序)，然后由计算机将其翻译成机器语言程序(称为目标程序)，在计算机上运行后输出结果，其过程如图 1.2 所示。 图 1.2 计算机的解题过程计算机通常由五个以上不同的级组成，每一级都能进行程序设计，如图 1.3 所示。 图 1.3 计算机系统的层次结构第 0 级是微程序设计级或逻辑电路级。由硬件直接执行，如果某一个应用程序直接用微指令来编写 ，那么可在这一级上运行应用程序。第 1 级是一般机器级，也称为机器语言级，它由微程序解释机器指令系统。这一级也是硬件级。第 2 级是操作系统级，它由操作系统程序实现。这些操作系统由机器指令和广义指令组成，广义指令是操作系统定义和解释的软件指令，所以这一级也称为混合级。第 3 级是汇编语言级，它给程序人员提供一种符号形式语言，以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程序支持和执行。如果应用程序采用汇编语言编写时，则机器必须要由这一级的功能；如果应用程序不采用汇编语言编写，则这一级可以不要。第 4 级是高级语言级，它是面向用户的，为方便用户编写应用程序而设置的。这一级由各种高级语言编译程序支持和执行。第 5 级是应用语言级，面向用户的，用各种高级语言编写的软件包。三、习题（一）单选题1.通常把组成一个字的二进制的位数叫做( )。A．字长 B.字C. 字节 D.位答案：A2.计算机中的所有信息仍以二进制方式表示，其理由是( )。A 节约元件 B 运算速度快C 物理器件性能决定 D 信息处理方便答案：C（二）多选题 下面的选项属于系统软件的是（ ）。A.操作系统B.汇编语言C.编译程序D.用户编写的各种软件答案：ABC注：多选题的答案少选错选一个都是错误的。（三）简答题1.简述计算机软件的分类。答案：计算机软件一般分为两大类：一类叫做系统程序，一类叫应用程序。2.简述系统程序的分类。答案：它包括以下四类：① 各种服务性程序，如诊断程序、排错程序、练习程序等；② 语言程序，如汇编程序、编译程序、解释程序等；③ 操作系统；④ 数据库管理系统。