计算机硬件基础 第1章 硬件技术概论

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1、本章主要内容：微电子器件和计算机硬件的发展史、摩尔定律、计算机发展过程中的重要里程碑和现代计算机的特点及未来计算机的发展趋势。最后简要介绍计算机系统的组成。要求掌握和了解：微电子器件和计算机硬件的发展史计算机的特点及分类计算机的发展趋势计算机硬件系统的组成第一章计算机硬件技术概述计算机硬件技术基础1.1.1从微电子器件的发展看电子计算机发展史1.微电子器件的发展电子管（真空管）（20世纪初）半导体晶体管（晶体管）（1948年）集成电路（Integratedcircuits）芯片（IC）（1959年）超大规模集成电路（1970年）计算机硬件技术基础电子管（真空管）（20世

2、纪初）1904年英国电气工程师弗莱明（J.Fleming）研制出世界上第一只电子管，也就是人们所说的真空二极管。1906年，德·福雷斯特在弗莱明的玻璃管内添加了栅栏式的金属网，形成第三个极。发明真空三极管。特点：体积大、功耗高、寿命短、可靠性差。计算机硬件技术基础半导体晶体管（晶体管）（1948年）由贝尔实验室的科学家肖克利（W.Shockley）、布拉顿（W.Brattain）和巴丁（J.Bardeen）发明。特点：体积小、功耗低、可靠性高。计算机硬件技术基础集成电路（Integratedcircuits）芯片（IC）（1959年）1959年由德克萨斯仪器公司（TI）

3、的基尔比（J.kilby）和诺依斯为首的仙童（Fairchild）半导体公司同时发明。基尔比被誉为“第一块集成电路的发明家”，而诺依斯被誉为“提出了适合于工业生产的集成电路理论”的人。特点：速度快、功耗低、可靠性高等。计算机硬件技术基础SSI（小规模集成电路）晶体管数100个以下MSI（中规模集成电路）晶体管数100～3000个LSI（大规模集成电路）晶体管数3000～30000个VLSI（超大规模集成电路）晶体管数100000～100000000个ULSI（甚大规模集成电路）晶体管数100000000以上分类：集成度计算机硬件技术基础1.1.1从微电子器件的发展看电子

4、计算机发展史2.计算机的发展史电子管计算机（1946年到50年代后期）存储器：延迟线、磁芯无高级语言，甚至没有汇编器科学计算、为军事与国防尖端科技服务。晶体管计算机（50年代中期到60年代后期）磁芯存储器运算速度从每秒几千次提高到几十万次；内存的存储量从几千单元提高到10万单元以上。在军事与尖端技术、气象、工程设计、数据处理以及其他科学研究等领域。计算机硬件技术基础1.1.1从微电子器件的发展看电子计算机发展史中、小规模集成电路集成电路计算机（从60年代中期到70年代前期）功耗、体积、价格等进一步下降。速度及可靠性相应的提高范围进一步扩大大、超大规模集成电路计算机（70

5、年代初到至今）20世纪60年代后，半导体存储器取代了磁芯存储器，并不断向大容量、高集成度、高速度发展。70年代初，出现了以包含CPU的单片IC（微处理器）为核心的电子计算机——微型计算机。计算机进入了几乎所有的行业。计算机硬件技术基础1.1.2摩尔定律摩尔定律1965年，Intel公司的创办人之一摩尔发现：“在相等面积(制作成本)上，CPU上的晶体管数量以每18个月倍增的趋势增加，执行性能的提升大体也符合这个趋势。”微处理器的发展计算机硬件技术基础1.1.3计算机发展过程中的重要里程碑1.第一台电子数字计算机1946年在美国诞生的ENIAC是举世公认的第一台电子计算机。

6、设计的目的是为阿贝丁陆军试炮场进行弹道计算。主要研制者宾夕法尼亚大学莫尔学院的莫契利（J.Mauchiy）和埃克特（P.Eckert）。ENIAC共使用了18000个电子管，另加1500个继电器以及其它器件，其总体积约90立方米，重达30吨，占地170平方米。这台耗电量为140千瓦的计算机，运算速度为每秒5000次加法，或者400次乘法，至多只能存20个10位的十进制数，无程序存储器。计算机硬件技术基础1.1.3计算机发展过程中的重要里程碑2.存储程序概念的提出1945年6月，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼（JohnVonNaumann）与参与研制ENIAC主要人员联名发表

7、了一篇长达101页纸的报告，即计算机史上著名的“101页报告”，提出了“存储程序控制计算机结构”(即诺依曼机），奠定了现代计算机的体系结构。“101页”报告明确规定：计算机（指硬件）由五大基本部件组成；计算机内部采用二进制来表示指令和数据；将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再启动计算机工作。计算机硬件技术基础1.1.3计算机发展过程中的重要里程碑3.第一台存储程序计算机1949年5月，英国剑桥大学威尔克斯（M.Wilkes）教授主持制成了一台由3000只电子管为主要元件的存储结构的计算机EDSAC（电子储存程序计算机）。1952