计算机原理
第一章 计算机系统概论
人类在长期的劳动中建立了自己的知识体系，并开发和创造了工具，用工具扩展和延伸自己的功能。
机械工具 -> 肢体
检测工具 -> 感官
计算机工具 -> 大脑
电子计算机式一种能够自动、高速、精确地对各种信息进行处理和存储的电子设备，从总体上可分为两大类：
电子模拟计算机机 和 电子数字计算机。
电子模拟计算机中处理的信息式连续变化的模拟量，而电子数字计算机中处理的信息式在时间上离散的数字量。
通常所说的计算机都是指电子计算机。
1.1 计算机发展简史
计算机最初式作为一种计算工具而问世的。
早在计算机问世之前，就有各种各样的计算工具。
纵观计算工具的发展历史，人类的计算工具已经经过了
算筹、算盘、计算尺、手摇计算机、电动计算机、真空管计算机、晶体管计算机、大规模集成电路计算机
正在向 生物计算、光计算、量子计算 等方向探索。
人类从记数、计数到计算，经历了漫长的历史阶段，即从手工阶段、机械阶段，一直发展到现今的电子阶段。
分析其发展的动力，主要来自两个方面的需求：提高计算能力（计算速度和精度等）和提高计算的可用性（方便性等）。
分析计算机技术，还可以看出，它的发展是从两个方面不断向前推进的：计算机体系结构的进步和元器件技术的进步。
1.1.1 手工计算阶段
记数、穴石、结绳、刻木、十进制计数法、算筹、算盘、计算尺。
1.1.2 机械机选阶段
| 年份 | 人员 | 备注 |
|---|---|---|
| 1642年 | 布莱茨.帕斯卡 | 用齿轮计算的 机械加法器 |
| 1666年 | 赛缪尔.莫兰 | 可以加、减的机械计算器 |
| 1673年 | 戈特弗里德.莱布尼茨 | 可以加、减、乘、除运算的计算器，被称为乘法器 |
| 1822年 | 查尔斯.巴贝奇 | 首先提出了整个计算过程自动化的概念，但技术上未能制造出来 |
| 1854年 | 乔治.布尔 | 第一次把运算和逻辑理论建立在“0”和“1”两种值以及“与”、“或”，“非”三种基本逻辑运算的基础上 |
巴贝奇 提出的 自动计算机 必须具有 输入、输出、处理、存储、控制 五大功能，以及计算机只有具备记忆功能，能记住数据和操作操作步骤，并按这些步骤规定对机器进行自动控制，才能实现自动计算的思想，是对现在电子计算机的最伟大贡献之一。因此人们称 巴贝奇 为现在计算机之父。
布尔代数为二进制的数字计算机奠定了理论基础，它是现在一切数字设备的理论基础。
1.1.3 电子计算阶段
| 年份 | 人员 | 备注 |
|---|---|---|
| 1939 | 约翰.阿塔纳索夫 | 首次使用电子元件按二进制原理制造了一台电子管计算机 |
| 1942 | 克利夫.贝瑞 | 制造出一台电子管计算机ABC（Atanasoff-Berry Computer） |
| 1943 | 美军 | 虏获了德军著名的Leopold重炮。 |
| 1945 | 宾夕法尼亚 | ENIAC（Electonic Numerical Integrator and Computer，电子数字积分计算机）开始试运行。十进制计数法。 |
| 1949 | 剑桥大学 | EDSAC（Electronic Delay Storage Automatic Calculator，电子延迟存储自动计算机）被认为是世界上第一台存储程序电子计算机。二进制计数法。 |
1.2 计算机系统
一个完整的计算机系统包含硬件和软件两大部分。
硬件是指组成计算机的所有器件或装置的总称，它们是“看得见、摸得着”的有形设备。
软件是相对硬件而言的，是指在计算机硬件上运行的各种程序以及有关的文档资料，例如操作系统、汇编程序、编译程序、诊断程序、数据库管理系统、专用软件包、各种维护使用手册、程序流程图和说明等，是无形的东西。
硬件是计算机系统的物质基础，没有硬件对软件的支持，软件的功能就无从谈起，也就无法计算、处理某一方面的问题。
同样，软件是计算机系统的灵魂，是硬件功能的完善与扩充。没有软件，计算机是个“死”东西，根本无法工作。
因此，计算机的硬件与软件是相互渗透、相互依存、互相配合、互相促进的关系，两者缺一不可。
所以计算机系统性能的好坏取决于软、硬件功能的总和。
1.2.1 计算机系统的硬件
冯.诺依曼思想体制主要包括：
采用二进制数字代码形式表示各种信息。
采用存储程序控制工作方式。
计算机硬件由五大部件组成。运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。总线：数据总线（Data Bus，DB）、地址总线（Address Bus，AB）、控制总线（Control Bus，CB）。
1.2.2 计算机系统的层次结构
数字逻辑层、微程序设计层、机械语言层、操作系统层、汇编语言层、高级语言层
1.3 计算机系统的技术指标
机器字长、内存容量、运算速度
课程内容与考核要求
课程内容
计算机发展简史。
计算机的基本组成及冯.诺依曼思想。
计算机软件、硬件的基本概念。
计算机系统的层次结构。
计算机系统的性能指标。
学习目的与要求
通过本章学习，要求考生了解计算机的发展简史，从宏观（或总体）上了解计算机的基本组成及工作原理，熟悉计算机硬件的五大部件及其关系描述，理解硬件、软件的基本概念，掌握计算机系统的层次结构及计算机系统的性能指标。
本章重点：计算机的基本组成及冯.诺依曼思想，计算机各部件的相互联系及总线结构。
本章难点：计算机系统的层次结构，软件与硬件在逻辑上等价的概念。
考核内容与考核要求
- 识记
计算机发展简史
计算机软件、硬件的基本概念
计算机系统的层次结构
计算机软件与硬件在逻辑上等价的概念
- 领会
计算机的基本组成及冯.诺依曼思想
计算机各部件的相互联系及总线结构
计算主机与CPU的概念
计算机系统的性能指标
