第1节 计算机发展

§1.1　计算机的发展

　　一般计算机(Computer)的发展：

　　第一代(1946~1956)：计算机的基本电路采用电子管，故称为电子管计算机时代。

　　第二代(1956~1962)：计算机的基本电路采用晶体管，故称为晶体管计算机时代。

　　第三代(1962~1970)：计算机采用集成电路。

　　第四代(1970~1992)：计算机采用大规模、超大规模集成电路。

　　微型计算机的发展：

　　微型计算机(Microcomputer，简称微机)，它把计算机中核心部件运算器和控制器集成在一块集成电路芯片上，该芯片称为中央处理单元(Central Processing Unit, 简称CPU)，又称微处理器。CPU的发展可以分为以下几个阶段：

　　第一阶段(1971~1973)：典型的CPU有Intel 4004、Intel 8008。采用PMOS工艺制造。字长4~8位，并行处理，多总线结构，平均指令周期为2μs, 时钟2.5~5MHZ，集成度为2000器件/片，16~18引脚。

　　第二阶段(1973~1975)：典型的CPU有Intel 8080，Motorola M6800。采用NMOS工艺制造。字长8位，并行处理，单总线结构，平均指令周期为2μs, 时钟2MHZ，集成度为5000器件/片，40引脚。

　　第三阶段(1975~1977)：典型的CPU有Intel 8085，Motorola M6801、M6803,Zilog Z80。采用E/D MOS工艺制造。字长8位，平均指令周期为1μs, 时钟2.5~5MHZ，集成度为1万器件/片。

　　第四阶段(1978~1980)：微处理器制造进入超大规模集成电路时代，典型的CPU有Intel 8086、8088，Motorola M6809，Zilog Z8000。采用HMOS工艺制造。字长16位，平均指令周期为0.5μs, 时钟5~10MHZ，集成度为3万器件/片。

　　第五阶段：典型的CPU有Intel 80386(1985年)、80486(1989年)，Motorola MC68010、MC68020。字长32位，时钟 16~100MHZ，集成度为10万器件/片。

　　第六阶段：典型的CPU有Intel Pentium(中文名"奔腾"，开发代号P54C，1993年)、Pentium with MMX(具有多媒体扩 展功能的奔腾，中文名"多能奔腾"， 开发代号P55C，1997年)， AMD K5， Cyrix 6X86。字长32位，时钟75~233MHZ，集成度为310万器件 /片以上。俗称"586"就是指功能与这一代相近的CPU。

　　第七阶段：典型的CPU有Intel Pentium Ⅱ(中文名"奔腾2代"，1997年，集成度为750万器件/片)、Intel Pentium Pro(中文 名"高能奔腾")，Intel Celeron(中文名"赛扬")， Intel Xeon(中文名"志强"); AMD K6、K6-2。字长32位，时钟233~450MHZ。俗称"686"就是指功能与这一代相近的CPU。

　　§1.2　计算机的信息编码原理

　　本节概要

　　计算机是一种信息处理工具。

　　从人的角度看，“信息”有数、符号、汉字、声音、图形/图象、电压、电流、温度、压力、位移、速度等。信息在计算机中只能用二进制0和1来表示。二进制只有两个基本数字0和1，可以非常方便地表示和运算

　　使用编码方式表达各种信息。

　　计算机对信息的处理包括运算、存储、传输。计算机通常把各种信息以"文件"的方式进行存储。

　　计算机对信息的处理是通过硬件和软件联合工作实现的。硬件是基础，软件是关键。

　　本节内容

　　1.数的进位制

　　2.各种进制数的转换

　　3.带符号数的编码表示方式

　　4.实数的编码表示方式

　　5.数的运算中的溢出问题

　　6.十进制数的二进制编码

　　7.符号的二进制编码

　　8.电压的编码方式

　　9.声音、图象的编码方式

§1.2.1 数的进位制

1.十进制
　　1992.5=1×10³+9×10²+9×10¹+2×10⁰+5×10^-1
　　任意一个十进制数X都可以表示为：
　　　X=x_m10^m+...+x₀10⁰+x_-110^-1+...+x_-n10^-n
        
　其中，10称为十进制的"基数"，所在数位i的"权"为 。
　　十进制的特点如下：
　　（1） 有10个基本数字0~9。
　　（2） 逢10进1，借1当10。
2.二进制 
任意一个二进制数X都可以表示为：
　　　X=x_m2^m+...+x₀2⁰+x_-12^-1+...+x_-n2^-n
        
其中，2称为二进制的"基数"，第i位xⁱ =0或1，其"权"为2ⁱ。 二进制的特点如下：
　　（1） 有2个基本数字0和1。 
　　（2） 逢2进1，借1当2。
例如:
　　二进制1011.0101可以展开为：
　　1011．0101 =1×2³+1×2¹+1×2⁰+1×2^-2+1×2^-4
3.十六进制 
　　为了书写方便，在程序设计中常使用十六进制数。 
　　任意一个十六进制数X都可以表示为：
　　　　X=x_m16^m+...+x₀16⁰+x_-116^-1+...+x_-n16^-n
         
　　其中，16称为十进制的"基数"，所在数位i的"权"为16ⁱ。
十六进制的特点如下： 
　（1） 有16个基本数字0~9，A，B，C，D，E，F。
　（2） 逢16进1，借1当16。 
为了便于区分，在数字后面加一个表示进制的后缀，
如： 
　155D （后缀D表示十进制） 
　155 （无后缀表示十进制） 
　10011011B （后缀B表示二进制） 
　9BH （后缀H表示十六进制）