A1-1.1.1
计算机发展及分类，软件概述，硬件概述。
精编讲义 v1#
计算机发展四代演进历程（按主要电子元器件划分，必考）
必记第一代
- 时间范围
- 1946 - 1958 年
- 主要电子元器件
- 真空电子管（Vacuum Tube）
- 内存与外存介质
- 汞延迟线/磁鼓、穿孔纸带
- 典型软件与特点
- 机器语言、汇编语言，主要用于军事与科学计算
第二代
- 时间范围
- 1959 - 1964 年
- 主要电子元器件
- 晶体管（Transistor）
- 内存与外存介质
- 磁芯内存、磁带/磁鼓
- 典型软件与特点
- 高级程序设计语言（FORTRAN、COBOL），出现监控程序
第三代
- 时间范围
- 1965 - 1970 年
- 主要电子元器件
- 中小规模集成电路（SSI / MSI）
- 内存与外存介质
- 半导体存储器、磁盘
- 典型软件与特点
- 操作系统（分时与批处理）与结构化程序设计普及
第四代
- 时间范围
- 1971 年至今
- 主要电子元器件
- 大规模和超大规模集成电路（LSI / VLSI）
- 内存与外存介质
- 半导体 RAM、硬盘、光盘、SSD
- 典型软件与特点
- 微处理器诞生、微型计算机普及、网络化与智能化
| 发展代际 | 时间范围 | 主要电子元器件 | 内存与外存介质 | 典型软件与特点 |
|---|---|---|---|---|
| 第一代 | 1946 - 1958 年 | 真空电子管（Vacuum Tube） | 汞延迟线/磁鼓、穿孔纸带 | 机器语言、汇编语言，主要用于军事与科学计算 |
| 第二代 | 1959 - 1964 年 | 晶体管（Transistor） | 磁芯内存、磁带/磁鼓 | 高级程序设计语言（FORTRAN、COBOL），出现监控程序 |
| 第三代 | 1965 - 1970 年 | 中小规模集成电路（SSI / MSI） | 半导体存储器、磁盘 | 操作系统（分时与批处理）与结构化程序设计普及 |
| 第四代 | 1971 年至今 | 大规模和超大规模集成电路（LSI / VLSI） | 半导体 RAM、硬盘、光盘、SSD | 微处理器诞生、微型计算机普及、网络化与智能化 |
计算机历史标志性人物与机器
必记| 标志性人物 / 机器 | 历史贡献与称号 | 核心技术要点 |
|---|---|---|
| ENIAC（1946 年） | 人类第一台电子数字计算机 | 美国宾夕法尼亚大学研制，占地 170 平方米，主要元器件为电子管，采用十进制计算 |
| 约翰·冯·诺依曼 | 现代计算机之父 | 提出“存储程序控制”原理与五大逻辑部件体系架构 |
| 阿兰·图灵 | 计算机科学之父、人工智能之父 | 提出图灵机数学模型（定义可计算性极限）与图灵测试 |
冯·诺依曼架构五大逻辑部件
必记易错陷阱
专转本常考单选：冯·诺依曼型计算机由五大基本逻辑部件组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备；指令和数据均以二进制形式存放在同一个存储器中，由 CPU 顺序执行。
随堂自测（3 题 · 共 437 道关联题）展开作答
填空2 分自测不计入学习进度
按________所使用的_________，将计算机划分成_____代。
填空2 分自测不计入学习进度
运算器、控制器、存储器、I/O控制与接口电路都集成在一片VLSI上的计算机称为__________
填空2 分自测不计入学习进度
“____”原理即一个问题的解算步骤（程序）连同它所处理的数据都使用二进制位表示，并预先存放在存储器中。
A1-1.1.2
常见的输入设备和输出设备，中央处理器。
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中央处理器（CPU）内部核心构成
必记| CPU 组成部件 | 英文标识 | 主要功能与内部核心寄存器 |
|---|---|---|
| 运算器（ALU） | Arithmetic Logic Unit | 负责算术运算（加减乘除）和逻辑运算（与或非、移位）；包含累加器（AC）、通用寄存器、状态标志寄存器（PSW） |
| 控制器（CU） | Control Unit | 指挥全机神经中枢，协调各部件工作；包含程序计数器（PC，存放下一条指令地址）、指令寄存器（IR，存放当前指令）、指令译码器（ID）、时序发生器 |
| 高速缓存（Cache） | Cache Memory | 位于 CPU 内部、由 SRAM 构成，缓解高速 CPU 与低速内存之间的速度鸿沟（L1/L2/L3） |
| 寄存器组 | Registers | CPU 内部容量极小但存取速度最快的临时数据存放单元 |
程序计数器 PC 的功能常考点
必记易错陷阱
专转本必考题：程序计数器（PC）的作用是“存放 CPU 即将执行的下一条指令在内存中的地址”，指令取出后 PC 自动加 1（指向紧随其后的下一条指令）。
随堂自测（3 题 · 共 500 道关联题）展开作答
填空2 分自测不计入学习进度
显示器、打印机、绘图仪、音箱都属于_____（填写：输入或输出）设备。
填空2 分自测不计入学习进度
输入设备与输出设备的总称，记为______
填空2 分自测不计入学习进度
从计算机外部向内部输入信息的设备称为________
A1-1.1.3
计算机内存储器、外存储器概述，系统总线，I/O 总线。
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计算机多级存储体系层次（按速度与成本自顶向下）
必记CPU 内部寄存器
- 典型介质
- 触发器/寄存器
- 存取速度
- 最快（纳秒以下）
- 相对容量与成本
- 极小（几十字节），成本最高
- CPU 是否可直接寻址访问
- 直接访问
高速缓冲存储器（Cache）
- 典型介质
- 静态随机存取存储器（SRAM）
- 存取速度
- 极快（几纳秒）
- 相对容量与成本
- 小（几 MB ~ 几十 MB），昂贵
- CPU 是否可直接寻址访问
- 直接访问（硬件透明调度）
内存储器（主存 RAM）
- 典型介质
- 动态随机存取存储器（DRAM）
- 存取速度
- 较快（几十纳秒）
- 相对容量与成本
- 中等（8GB ~ 64GB），适中
- CPU 是否可直接寻址访问
- 直接通过系统总线按字节寻址访问
外存储器（辅存）
- 典型介质
- 机械硬盘 HDD、固态硬盘 SSD、光盘
- 存取速度
- 最慢（毫秒级至微秒级）
- 相对容量与成本
- 极大（TB 级），成本极低
- CPU 是否可直接寻址访问
- 不可直接访问，必须先调入内存再给 CPU
| 存储层级 | 典型介质 | 存取速度 | 相对容量与成本 | CPU 是否可直接寻址访问 |
|---|---|---|---|---|
| CPU 内部寄存器 | 触发器/寄存器 | 最快（纳秒以下） | 极小（几十字节），成本最高 | 直接访问 |
| 高速缓冲存储器（Cache） | 静态随机存取存储器（SRAM） | 极快（几纳秒） | 小（几 MB ~ 几十 MB），昂贵 | 直接访问（硬件透明调度） |
| 内存储器（主存 RAM） | 动态随机存取存储器（DRAM） | 较快（几十纳秒） | 中等（8GB ~ 64GB），适中 | 直接通过系统总线按字节寻址访问 |
| 外存储器（辅存） | 机械硬盘 HDD、固态硬盘 SSD、光盘 | 最慢（毫秒级至微秒级） | 极大（TB 级），成本极低 | 不可直接访问，必须先调入内存再给 CPU |
计算机系统三大总线体系（系统总线）
必记数据总线
- 英文缩写
- DB（Data Bus）
- 传输方向与内容
- 双向传输实际的数据和指令代码
- 主要决定指标
- 数据总线宽度决定了 CPU 一次读写的字长大小
地址总线
- 英文缩写
- AB（Address Bus）
- 传输方向与内容
- 单向传输（由 CPU 发出内存或 I/O 地址）
- 主要决定指标
- 地址总线宽度 N 决定了 CPU 的最大寻址空间大小（2^N 字节）
控制总线
- 英文缩写
- CB（Control Bus）
- 传输方向与内容
- 包含单向与双向的控制信号（如读/写脉冲、中断请求、时钟同步）
- 主要决定指标
- 协调各部件之间的同步与时序
| 总线名称 | 英文缩写 | 传输方向与内容 | 主要决定指标 |
|---|---|---|---|
| 数据总线 | DB（Data Bus） | 双向传输实际的数据和指令代码 | 数据总线宽度决定了 CPU 一次读写的字长大小 |
| 地址总线 | AB（Address Bus） | 单向传输（由 CPU 发出内存或 I/O 地址） | 地址总线宽度 N 决定了 CPU 的最大寻址空间大小（2^N 字节） |
| 控制总线 | CB（Control Bus） | 包含单向与双向的控制信号（如读/写脉冲、中断请求、时钟同步） | 协调各部件之间的同步与时序 |
地址总线宽度与寻址能力计算
必记易错陷阱
若 CPU 的地址总线为 32 位，则其最大可直接寻址空间为 ==2^32 字节 = 4 GB；若地址总线为 36 位，最大寻址空间为 2^36 字节 = 64 GB==。
随堂自测（3 题 · 共 728 道关联题）展开作答
填空2 分自测不计入学习进度
在CPU中存储一个比特可用一个_______完成。
填空2 分自测不计入学习进度
一组触发器（如32个）可存储一组（如32个）比特，称为______
填空2 分自测不计入学习进度
某内存地址从2000H到6FFFH，则内存容量是____KB
A1-1.1.4
微处理器发展、字长、处理速度，指令与指令系统。
精编讲义 v1#
CPU 核心性能评价指标
必记| 性能指标名称 | 英文缩写 / 单位 | 概念与计算含义 |
|---|---|---|
| 字长（Word Size） | 位（bit） | CPU 内部一次性能够并行处理的二进制数据的位数（主流为 64 位） |
| 主频（时钟频率） | GHz / MHz | CPU 内部主时钟脉冲震荡频率，主频 = 外频 × 倍频系数 |
| 外频与前端总线 | MHz | CPU 与外部主板芯片组之间基准通信时钟频率 |
| IPC | Instructions Per Cycle | CPU 每个时钟周期能够执行的平均指令条数 |
| MIPS | 每秒百万条指令 | 衡量单字长整数运算处理速度（Million Instructions Per Second） |
| MFLOPS / TFLOPS | 每秒百万/万亿次浮点运算 | 衡量科学计算浮点运算能力（Floating Point Operations Per Second） |
CISC（复杂指令集） vs RISC（精简指令集）专转本必考对比
必记| 对比项 | CISC（复杂指令系统计算机） | RISC（精简指令系统计算机） |
|---|---|---|
| 指令数量与长度 | 指令数量庞大（数百条），指令字长不固定 | 指令条数少、指令字长固定，格式规整规范 |
| 寻址方式 | 寻址方式多且极其复杂 | 寻址方式极少，只有简单的 Load/Store 访存指令 |
| 执行效率 | 大多数指令需要多个时钟周期才能完成 | 绝大多数指令在一个时钟周期内完成（易实现流水线并行） |
| 控制逻辑实现 | 广泛采用微程序控制器（Microcode） | 以硬布线逻辑（门电路组合逻辑）为主 |
| 代表性处理器架构 | Intel / AMD 的 x86、x86-64 架构（PC 与主流服务器） | ARM、MIPS、RISC-V、Apple M 系列（手机与移动终端） |
随堂自测（3 题 · 共 668 道关联题）展开作答
填空2 分自测不计入学习进度
一台计算机至少有_____(填写：数值)个CPU.
填空2 分自测不计入学习进度
CPU内部四个组成部分：____,______,______,______。
填空2 分自测不计入学习进度
运算器完成______运算和_____运算。