**章 计算机系统概论
计算机系统不同于一般的电子设备,它是一个由硬件、软件组成的复杂的自动化设备。本章先说明计算机的分类,然后采用自上而下的方法,简要地介绍硬件、软件的概念和组成,目的在于使读者先有一个粗略的总体概念,以便于展开后续各章内容。
1.1 计算机的分类
电子计算机从总体上来说分为两大类。一类是电子模拟计算机。“模拟”就是相似的意思,例如计算尺是用长度来标示数值;时钟是用指针在表盘上转动来表示时间;电表是用角度来反映电量大小,这些都是模拟计算装置。模拟计算机的特点是数值由连续量来表示,运算过程也是连续的。
另一类是电子数字计算机,它是在算盘的基础上发展起来的,是用数目字来表示数量的大小。数字计算机的主要特点是按位运算,并且不连续地跳动计算。表1.1列出了电子数字计算机与电子模拟计算机的主要区别。
电子模拟计算机由于精度和解题能力都有限,所以应用范围较小。电子数字计算机则与模拟计算机不同,它是以近似于人类的“思维过程”来进行工作的,所以有人把它叫做电脑。它的发明和发展是20世纪人类*伟大的科学技术成就之一,也是现代科学技术发展水平的主要标志。习惯上所称的电子计算机,一般是指现在广泛应用的电子数字计算机。
数字计算机进一步又可分为专用计算机和通用计算机。专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。专用机是*有效、*经济和*快速的计算机,但是它的适应性很差。通用计算机适应性很大,但是牺牲了效率、速度和经济性。
通用计算机可分**计算机、大型机、服务器、工作站、微型机和单片机六类,它们的区别在于体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格,见图1.1。一般来说,**计算机主要用于科学计算,其运算速度在每秒万亿次以上,数据存储容量很大,结构复杂,价格昂贵。而单片计算机是只用一片集成电路做成的计算机,体积小,结构简单,性能指标较低,价格便宜。介于**计算机和单片机之间的是大型机、服务器、工作站和微型机,它们的结构规模和性能指标依次递减。但是随着超大规模集成电路的迅速发展,微型机、工作站等彼此之间的概念也在发生变化,因为今天的工作站可能就是明天的微型机,而今天的微型机可能就是明天的单片机。专用计算机是针对某一任务设计的计算机,一般来说,其结构要比通用机简单。目前已经出现了多种型号的单片专用机及嵌人式单片机,用于测试或控制。
1.2 计算机的发展简史
1.2.1 计算机的五代变化
世界上**台电子数字计算机是1946年在美国宾夕法尼亚大学制成的。这台机器用了18000多个电子管,占用长度超过30米的房间,重量达30吨,而运算速度只有5000次/秒。从今天的眼光来看,这台计算机耗费既大又不完善,但却是科学史上一次划时代的创新,它奠定了电子计算机的基础。自从这台计算机问世60多年来,从使用的器件角度来说,计算机的发展大致经历了五代的变化:
**代为1946—1957年,电子管计算机。计算机运算速度为每秒几千次至几万次,体积庞大,成本很高,可靠性较低。在此期间,形成了计算机的基本体系,确定了程序设计的基本方法,数据处理机开始得到应用。
第二代为1958—1964年,晶体管计算机。运算速度提高到几万次至几十万次,可靠性提高,体积缩小,成本降低。在此期间,工业控制机开始得到应用。
第三代为1965—1971年,中小规模集成电路计算机。可靠性进一步提高,体积进一步缩小,成本进一步下降,运算速度提高到几十万次至几百万次。在此期间形成机种多样化,生产系列化,使用系统化,小型计算机开始出现。
第四代为1972—1990年,大规模和超大规模集成电路计算机,可靠性更进一步提高,体积更进一步缩小,成本更进一步降低,速度提高到每秒1000万次至1亿次。由几片大规模集成电路组成的微型计算机开始出现。
第五代为1991年开始的巨大规模集成电路计算机,运算速度提高到每秒10亿次。由一片巨大规模集成电路实现的单片计算机开始出现。
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