计算机原理:计算机领域名词-中文百科频道

发展简史

1943——1946年美国宾夕法尼亚大学研制的电子数字积分器和计算机ENIAC（Electronic Numerical And Computer）是世界上第一台电子多用途计算机。一般认为它是现代计算机的始祖。

与ENIAC计算机研制的同时，冯·诺依曼（Von Neumann）与莫尔小组合作研制EDVAC计算机，采用了存储程序方案，其后开发的计算机都采用这种方式，称为冯·诺依曼计算机。

诺依曼机

Von Neumann具有以下特点：

（1）计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。

（2）采用存储程序的方式，程序和数据放在同一个存储器中，指令和数据一样可以送到运算器运算，即由指令组成的程序是可以修改的。

（3）数据以二进制代码表示。

（4）指令由操作码和地址码组成。

（5）指令在存储器中按执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址，一般按顺序递增，但可按运算结果或外界条件而改变。

（6）机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送都通过运算器。

现代计算机系统结构有了很大新发展，但原则上变化不大，习惯上仍称之为冯·诺依曼机。

发展阶段

根据计算机所采用的物理器件的发展，一般把电子计算机的发展分成四个阶段，习惯上称为四代。

第一代

电子管计算机时代（从1946年到50年代后期），其主要特点是采用电子管作为基础器件。代表机型IBM公司的IBM650。

第二代

晶体管计算机时代（从50年代中期到60年代后期），采用的主要器件逐步由电子管改为晶体管，缩小了体积，降低了功耗，提高了速度和可靠性，降低了价格。代表机型控制数据公司（CDC）的大型计算机系统CDC6600.

第三代

集成电路计算机时代（从60年代中期到70年代前期），计算机采用集成电路作为基本器件，功耗、体积、价格进一步下降，速度和可靠性相应的提高。代表机型IBM公司的IBM360.

第四代

大规模集成电路计算机时代（从70年代初至今），70年代初，半导体存储器问世，迅速取代了磁芯存储器，并不断向大容量、高速度发展。1984年内含2300个晶体管的Intel4004芯片问世，开启了现代计算机的篇章。

分类

大型机

大型机是反映各个时期先进计算技术的大型通用计算机，其中以IBM公司的大型机系列影响最大。60年代的IBM360系统，70年代和80年代的IBM370系统曾占领大型机的主要市场。90年代IBM推出的大型机系列为IBMS/390系列，都是大型机的代表之作。

巨型机

现代科学技术，尤其是国防技术的发展，需要有很高运算速度、很大存储容量的计算机，一般大型通用计算机不能满足要求。集成电路的进展，为制造巨型机提供了条件。微处理器的发展为阵列结构的巨型机发展带来了希望。如古德伊尔公司为美国宇航局（NASA）研制了一台处理卫星图像的计算机系统MPP，该机由16384个微处理器组成128*128方阵。

小型机

小型机规模小、结构简单所以设计试制周期短，便于及时采用先进工艺，生产量大，硬件成本低。小型机的出现打开了再控制领域应用计算机的局面，许多大型分析仪器、测量仪器使用小型机进行数据采集、整理、分析、计算等。

微型机

微型机的出现与发展，掀起计算机大普及的浪潮，利用4位微处理器Intel 4004组成的MCS-4是世界上第一台微型机，它于1971年问世。我们工作学习生活中用的PC就是微型机。1978年Intel成功开发了16位微处理器Intel8086。1981年32位微处理器Intel80386问世。随着技术的不断发展，已经进入64位双核微处理器时代。其它还有工程工作站、联机系统和计算机网络，这些就不再赘述，有兴趣的读者可以自己搜索资料。

这里所说的计算机原理，主要以微型机为主，因为微型机与我们的生活关系最为密切。

主要应用

1、科学计算

2、过程控制

3、信息管理

4、计算机网络与通信

5、计算机辅助教学、设计、制造

6、仪器仪表与家电控制

7 电子游戏，看视频，购物

计算机的主要应用

数据可分为数值数据和非数值数据两大类。从计算机所处理数据的类型这个角度来看，计算机的应用原则上应该分成科学计算和非数值计算两大类。后者包括信息处理、过程控制、计算机辅助设计、计算机辅助教学、人工智能等，其应用范围远远超过前者。计算机的应用已形成了一门专门的学科，它主要包括以下几方面的内容：

1.科学计算即纯数值计算，主要是解决科学研究领域的一些复杂的数学问题，计算量大而且精度要求高。例如：气象预报、人造卫星轨道的计算等都属于这方面的应用。

2.过程控制

过程控制是指利用计算机对生产或其他过程中的数据及时采集，并按最佳方案实现自动化。过程控制可以提高自动化程度，减轻劳动强度、提高生产效率、降低生产成本，保证产品质量的稳定。

3.信息处理

键盘

信息处理是计算机应用最广泛的领域之一。信息处理是指用计算机对各种形式的信息（如文字、图像、声音等）收集、存储、加工、分析和传送的过程。当今社会，计算机在信息处理领域的应用，对办公自动化、管理自动化乃至社会信息化都起着积极的促进作用。

4.计算机辅助系统

1）计算机辅助设计

计算机辅助设计简称为CAD（ComputerAidedDesign），它是利用计算机帮助人们进行各种工程和复杂产品的设计。CAD技术不仅提高了设计质量，而且也提高了自动化程度，大大缩短了新产品的设计与试制周期，从而成为生产现代化的重要手段。

2）计算机辅助制造计算机辅助制造简称为CAM（ComputerAidedManufacturing）。它是利用计算机直接控制零件的加工，实现无图纸加工。

3）计算机辅助教学

计算机辅助教学简称为CAI（ComputerAssistedInstruction）。它是指利用多媒体和网络技术，使得网上教学和远程教学得以实现。利用CAI，可将课程内容编成图文并茂的软件，使教学过程更加形象化。对于不同程度的学生可以自主选择不同的教学内容和教学进度，改变了教学的单一模式。

系统构成

计算机系统构成

由上图我们可以看出，计算机系统包含硬件系统和软件系统，硬件系统是计算机的基础，软件系统是计算机的上层建筑。一个完整的计算机系统必须包含硬件系统和软件系统，只有硬件系统没有软件系统的机器叫裸机。

硬件系统

硬件系统一般包括：微处理器（CPU）、内存储器、输入/输出接口、系统总线、外部设备。

其中，各部件之间的信号传输要通过系统总线来完成。

1、微处理器（CPU） CPU是电脑系统的心脏，电脑特别是微型电脑的快速发展过程，实质上就是CPU从低级向高级、从简单向复杂发展的过程。

CPU（Central Processing Unit）又叫中央处理器，其主要功能是进行运算和逻辑运算，内部结构大概可以分为控制单元、算术逻辑单元和存储单元等几个部分。按照其处理信息的字长可以分为：八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等等。

主流的CPU都是由AMD公司和Intel公司生产提供的。如AMD Athlon64 X2 5000+AM2、Intel Core 2 Duo E7200等。

2、内存储器和辅助存储器

内存储器简单的说就是我们通常说的内存。辅助存储器简单的说就是指硬盘和光驱。

内存

3、输入/输出接口

I/O接口

IDE接口，一般用于连接硬盘和光驱，这个接口逐渐被SATA接口所代替；SCSI接口主要是用作连接SCSI接口的硬盘；USB接口一种通用万能插口，支持热插拔；IEEE 1394接口比USB接口提供了更高的速率，同时也支持热插拔。AGP接口，主要是用来连接显卡，但是随着技术的发展，逐渐被PCI-E接口所取代。

4、系统总线

总线一般有两类：一类是连接计算机内部各模块的总线，如连接CPU、存储器和I/O接口的总线，常用的有ISA总线、EISA总线、PCI总线等；另一类为系统之间或系统与外部设备之间连接的总线，常用的有EIA-RS232C串行总线和IEEE-488并行总线等。

5、外部设备

外部设备一般包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。

6、运算器

运算器又称算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）。运算器的主要任务是执行各种算术运算和逻辑运算。算术运算是指各种数值运算，比如：加、减、乘、除等。逻辑运算是进行逻辑判断的非数值运算，比如：与、或、非、比较、移位等。计算机所完成的全部运算都是在运算器中进行的，根据指令规定的寻址方式，运算器从存储或寄存器中取得操作数，进行计算后，送回到指令所指定的寄存器中。运算器的核心部件是加法器和若干个寄存器，加法器用于运算，寄存器用于存储参加运算的各种数据以及运算后的结果。

软件系统

软件系统包括：系统软件和应用软件

1、系统软件

Windows系列、 Linux系列等

系统软件包括：操作系统、服务型程序、语言处理程序。

2、应用软件

应用软件包括：定制应用软件和通用应用软件。

工作过程

可以简单概括为输入、处理、输出和存储4个过程。

1.输入是指接受由输入设备（如键盘）提供的信息；

2.处理是对信息进行加工处理的过程，并按一定方式进行转换；

3.输出是将处理结果在输出设备上（如显示器等）显示或打印等操作；

4.存储是将原始数据或处理结果进行保存以便再次使用。

这4个步骤组成一个循环过程。输入、处理、输出和存储并不一定按照上述的顺序操作。在程序的指挥下，计算机根据需要决定采取哪一个步骤。个人计算机的工作过程是通过输入设备（键盘或鼠标等）输入用户的操作命令或数据，计算机的处理单元（微处理器）接受到输入命令后，进行处理并将结果在计算机的输出设备（显示器或打印机等）上输出，也可以将结果保存在计算机的存储器（硬盘或软盘）上。因此，计算机对于某种输入命令所要进行的对应操作，是由事先保存在计算机中的程序决定的。

计算机工作过程