计算机联锁硬件
第一章 计算机系统简介
第一节 计算机的软硬件概念
一、计算机发展简介
计算机是一种自动、高速、精确地进行信息处理的现代化电子设备。1946年第一台计算机诞生以来，计算机已经由电子管时代，晶体管时代，中小规模集成电路时代，发展到大规模、超大规模集成电路时代，现正在向第五代计算机发展。70年代初由大规模集成电路组成的微型计算机问世，它将运算器、控制器集成在一片芯片上，称为微处理器(CPU)。30年来，微型计算机发展迅速，微处理器已经推出了4位、8位，16位、32位和64位等产品，存储芯片的容量也从几K发展到64M以上，采用了指令流水技术，增加了更加复杂的高速缓冲存储器Cache、片内Cache和分级Cache，主频也由几MHz发展到1GHz以上。在计算机硬件发展的同时，软件系统也得到了迅速的发展。现在一台高性能的微型计算机已经超过了70年代中型计算机的水平。计算机的应用范围已从科学计算、数据处理等传统领域扩展到工业控制、仪器仪表、办公自动化、人工智能等各个方面。
二、计算机的软硬件概念
计算机系统由“硬件”和“软件”两大部分组成。
所谓“硬件”即指计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电子元器件、各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外设等等。
所谓“软件”，它是看不见摸不着的，由人们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成。通常把这些信息，诸如各类程序寄寓于各类媒体中，如RAM、ROM、磁带、磁盘、光盘、甚至纸带等。它们通常被作为计算机的主存或者辅存的内容。由于“软件”的发展，它不仅可以充分发挥计算机的“硬件”功能，提高计算机的工作效率，而且已经发展到能局部模拟人类的思维活动，因此在整个计算机系统内，“软件”的地位和作用已经成为评价计算机系统性能好坏的重要标志。当然，“软件”的发挥，必须依托“硬件”的支撑。因此，概括而言，计算机性能的好坏，取决于“软”、“硬”件功能的总合。
计算机系统的硬件由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成，其结构如图1—1所示，图中实线为数据线，虚线为控制线和反馈线。整个系统在控制器的统一指挥下，实现有条不紊地自动工作。由于运算器和控制器在逻辑关系和电路结构上联系十分紧密，尤其在大规模集成电路制作工艺出现后，这两大部件往往制作在同一芯片上，因此，通常将它们合起来统称为中央处理器(Central Processing Unit)，简称CPU。把输入设备与输出设备简称为I/O设备(Input/Output equipment)。这样，现代计算机可认为由三大部分组成：CPU、I/O设备及主存储器M.M(Main Memory),如图１—.2所示。CPU与M.M和起来又可称为主机，I/O设备可叫作外部设备。CPU中的运算器用于对信息进行处理和运算，控制器根据程序的要求发出各种控制命令，协调各部件之间的工作，存储器的作用是存储程序、数据和运算的结果，输入和输出设备用于计算机与外部交换信息。
计算机的软件通常又可以分为两大类：系统软件和应用软件。
系统软件又称为系统程序，主要用来管理整个计算机系统，监视服务，使系统资源得到合理调度，确保高效运行。它包括：标准程序库、语言处理程序(如将汇编语言翻译成机器语言的汇编程序)、操作系统(如批处理系统、分时系统、实时系统)、服务性程序(如诊断程序、调试程序、连接程序等)、数据库管理系统、网络软件等等。
应用软件又称为应用程序，它是用户根据任务需要所编制的各种程序。如科学计算程序，数据处理程序，过程控制程序，事物管理程序等等。
实际上早期的计算机只有机器语言(即用０、１代码表示的语言)，用户必须用二进制0、1代码来编写程序(即机器语言程序)。这就要求程序员对他们所使用的计算机硬件及指令系统十分熟悉，编写程序难度很大，操作过程也极容易出错。但用户编写的机器语言程序，可以直接在机器上执行。20世纪60年代开始出现了各种面向问题的高级语言，这类高级语言对问题的描述十分接近人们的习惯，且具有较强的通用性。程序员完全可以不必了解掌握实际机器的机型、内部的具体组成及其自身的指令系统，只要掌握这类高级语言本身所赋予的语法和语义，便可直接用这种高级语言来编程(一般称作源程序)，然后将它和数据一起送入计算机内，再由计算机将其翻译成机器能识别的机器语言程序(称作目标程序)，机器自动运行该机器语言程序，并将计算机结果输出。其过程如图１—3所示。
第二节 总线技术
一、总线的基本概念
计算机系统的硬件由五大部件组成，它们之间的互连方式有两种，一种是各部件之间通过单独的连线，叫做分散连接；另一种是将各部件连到一组公共信息传输线上，叫做总线连接。
早期的计算机大多数用分散连接方式，其内部连线十分复杂，不仅影响CPU的工作效率，也无法解决I/O设备与主机之间连接的灵活性，随着计算
