同方 第2章2.1 计算机的组成与分类

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,2.1,计算机的组成与分类,第2,章 计算机组成原理,2.,1,计算机的组成与分类,2.,2,CPU,的结构与原理,2.,3,PC,机的主机,2.4,常用输入设备,2.5,常用输出设备,2.6,外存储器,2.1,计算机的组成与分类,2.1.1,计算机的发展与作用,（熟悉一下）,计算机是,通用的,信息处理工具,计算机的信息处理功能：,信息的收集（信息获取）,信息的储存（信息存储）,信息的加工（信息处理）,信息的传递（通信）,信息的施用（展现与控制）,计算机有哪些特性？,计算机的特性：,（,1,）速度,快,（2,）存储容量,大,（3,）,通用性,好,不仅能处理数字和文字，而且能对图像、声音等多种形式的信息进行处理,不仅能进行数学运算，而且能进行逻辑运算,不仅能进行运算，而且具有信息的获取、存储、传输、展现等功能,（,4,）计算机与计算机具有互连、互通和互操作的能力,计算机的巨大作用,计算机,对社会的进步与发展产生了巨大的,作用：,计算机应用于,科学研究,，大大增强了人类认识自然、开发自然、改造和利用自然的能力，促进了科学技术的发展。,计算机应用于,工农业生产,，大大提高了人类物质生产水平和社会生产率，促进了经济的飞跃发展。,计算机应用于,社会服务,，大大扩展和改善了服务范围与质量，提高了工作效率，推动了社会进步。,计算机应用于,社会文化,，为人类创造文化提供了现代化工具，改变了人们创造文化和传播文化的方式和方法，扩展了人类文化活动的领域、丰富了内容、提高了质量。,计算机有什么负面影响？,计算机引发的社会问题和某些潜在的危机：,计算机系统崩溃给社会带来不可预测的严重后果,信息欺骗和计算机犯罪增加,知识产权保护更加困难,个人隐私受到威胁,不良和有害信息肆意传播和泛滥,大量电子垃圾污染环境、破坏生态,长期沉迷于计算机游戏、网络聊天等给青少年生理和心理带来严重危害,计算机的发展,1946,年研制成功第,1,台,数字电子,计算机,60,年来发展速度之快大大超出人们的预料：,性能、体积、价格、,应用领域和装机数量,软件技术和软件产品,使用的元器件,第,1,代：电子管磁鼓,第,2,代：晶体管磁芯,第,3,代：中、小规模集成电路,第,4,代：大、超大规模集成电路,应用模式：,集中计算模式,分散计算模式,网络计算模式,普适计算模式（？）,问题：,60,年来没变的是什么？,基本工作原理,第1台数字电子计算机,1946年,ENIAC,计算机公布,ENIAC,（,电子数字积分机与计算机）,：,研制单位：美国宾夕法尼亚大学,用 途：军事计算,运算速度：5000次/秒,体积价格：170平方米，30吨，140千瓦，,40万美元,计算机的分代,(按使用的元器件),第一代（约1946-1957）电子管计算机,速度：几十几万次/秒,内存：磁鼓，千字,外设：磁带,机器语言或汇编语言编程,美国于20世纪50年代生产的,IBM704,型采用电子管的第一代电子计算机,第一代电子计算机中使用的磁鼓存储器,第二代（约1957-1964）晶体管计算机,速度：几十万次/秒，,内存：磁芯，十万字,外设：磁盘,高级语言编程,电子管,晶体管,计算机的分代,(按使用的元器件),第三代（约1965-1973）中小规模集成电路(,SSI,MSI),计算机,速度：几十万次几百万次/秒 内存：半导体存储器 高级语言,OS,DBMS,第四代（1974年起）大规模(,LSI),和,VLSI,计算机,速度：几百万次亿次/秒,内存：半导体存储器,软件工程，分布式处理等,第14,代计算机的对比,代,别,年,代,使用的元器件,使用的软件类型,主要应用领域,第,1,代,20,世纪,40,年代中期,50,年代末期,CPU：,电子管,内存：,磁鼓,使用机器语言和汇编语言编写程序,科学和工程计算,第,2,代,20,世纪,50,年代中、后期,60,年代中期,CPU：,晶体管,内存：,磁芯,使用,FORTRAN,等高级程序设计语言,开始广泛应用于数据处理领域,第,3,代,20,世纪,60,年代中期,70,年代初期,CPU：,SSI,，,MSI,内存：,SSI,，,MSI,的半导体存储器,操作系统、数据库管理系统等开始使用,在科学计算、数据处理、工业控制等领域得到广泛应用,第,4,代,20,世纪,70,年代中期以来,CPU：,LSI,、,VLSI,内存：,LSI,、,VLSI,的半导体存储器,软件开发工具和平台、分布式计算、网络软件等开始广泛使用,深入到各行各业，家庭和个人开始使用计算机,2.1.2,计算机的组成,计算机是一个复杂系统,计算机硬件是计算机系统中所有实际物理装置的总称,计算机软件是指在计算机中运行的各种程序及其处理的数据和相关的文档,计算机是一个复杂的系统,复杂性：硬件由数以亿计的元器件组成，软件由数以亿计的指令组成,多样性：硬件与光、机、电、声等有关，软件与数学、逻辑,等有关,层次性：分层,(,hierarchical),结构,计算机硬件的逻辑结构,经典计算机的逻辑结构（,冯,.,诺依曼计算机,）,运算器和控制器,输入设备,输出设备,存储器,（注：逻辑结构意指概念上（即功能上）的结构）,计算机硬件的逻辑结构,2,现代计算机的逻辑结构,与经典计算机结构相比的,3,个变化：,集中控制分散控制,存储器内存储器外存储器,通过,CPU,通信通过总线进行通信,中央处理器,(,运算器及其控制,),外存储器,内存储器,输出设备,总线,(,bus),输入设备,I/O,接口,I/O,接口,外存储器接口,控制器,控制器,控制器,CPU,控制器,memory,storage,I/O,设备通过,I/O,接口,与各自的控制器,连接，然后由控制器与,I/O,总线相连,(1),输入设备,输入,(,input),的双重含义：,1.,把信息送入计算机的过程,;2.,向计算机输入的内容,输入设备,(,input devices),功能：用来向计算机输入信息,输入设备有多种，例如,:,键 盘,输入文字、符号和命令,鼠标器,输入鼠标器移动的位置信息及按钮命令,扫描仪,输入图片,麦克风,输入声音,输入设备的共性：不论信息的原始形态如何，输入到计算机中的信息都使用二进位来表示,(2),中央处理器,(,运算控制器,),什么是处理器,(,processor)？,能,高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑运算和数据传送等操作,的部件，特点是：,由数字电路组成，结构非常复杂,所有电路都制作在大规模集成电路芯片上,(,仅几个平方厘米,),，称为“微处理器”,(,microprocessor),Intel 4004 chip,Intel 8080 chip,什么是中央处理器,(,CPU)？,计算机中通常有多个不同的处理器，各有不同的分工和任务,用于执行系统软件和应用软件的处理器,称为,CPU，CPU,是计算机必不可少的核心组成部件,多数个人计算机只有,1个,CPU，,但有一些计算机包含有,2,个、,4,个、,8,个甚至成百上千个,CPU,问题：,除了,CPU,之外，计算机中还有哪些处理器？,(3),存储器,功能：,储存以二进位形式表示的程序和数据,分类：内存储器,/,外存储器,内存储器,(,简称内存或主存,),外存储器,(,简称,外存,或辅存,),存取速度,很快,较慢,存储容量,较小,(,因单位成本较高,),很大,(,因单位成本较低,),性质,断电后信息消失,断电后信息保持,用途,存放已经启动运行的程序和需要立即处理的数据,长期存放计算机系统中几乎所有的信息,与,CPU,关系,CPU,所处理的指令及数据直接从内存中取出,程序及相关数据必须先送入内存后才能被,CPU,使用,01101001,10101010,00001,00000,00010,00011,00100,11110,11111,存储内容,地 址,(4),输出设备,输出,(,output),的双重含义：,1.,把信息送出计算机的过程,;2.,从计算机输出的内容,输出设备,(,output devices),功能：从计算机输出信息,输出设备有多种，例如,:,显示器,输出文字、符号和图形,打印机,打印文字、符号和图形,扬声器,输出声音,(,多数,),输出设备的共性：把计算机中的二进位信息转换成人可感知的形式,(,文字、符号、图形、声音等,),(5),总线,(,bus),功能：,用于连接,CPU、,内存、外存和各种,I/O,设备并在它们之间传输信息的一组,共享的,传输线及其控制电路,分类：,CPU,总线（或前端总线）：用于连接,CPU,和内存的总线,I/O,总线：连接内存和,I/O,设备（包括外存）的总线,2.1.3,计算机的分类,计算机的分类（,1,）,按内部逻辑结构分类,8位/16位/32位/64,位,单,CPU/,多,CPU,按性能和价格分类,巨型计算机,(,supercomputer),大型计算机,小型计算机,个人计算机,(,personal computer),笔记本,PC,台式,PC,工作站,(,workstation),作为服务器,(,server),使用,独立使用或作为,客户机,(,client),使用,曙光,4000,A,巨型,计算机,计算机的分类（,2,）,按计算机服务的对象和作用划分：,类型,服务对象,应用性质,主要特点,分类或应用举例,软件特点,个人计算机,服务器,嵌入式计算机,直接为用户服务,通用,性能,/,价格比高,多媒体性能好,有通用性和可扩展性,工作站,台式机,笔记本,种类多,功能丰富,用户可自行装卸,为其它计算机服务,半通用,吞吐率,(,throughput),高,可用性,(,availability),好,有可扩展性,(,scalability),数据库服务器,Web,服务器,打印服务器,(,企业级,部门级,),实时处理和并发工作能力强，可靠性和安全性好,为其它设备服务,专用,价格便宜,功耗低,实时,(,real time),处理,软件固化,扩展性差,手机,数码相机,MP3,播放器,功能专用、单一、结构紧凑，固化在芯片中，不易修改和扩充,2.1.4,微处理器和嵌入式计算机,什么是微处理器？,微处理器（,P,）,是使用单片大规模集成电路制成的、具有运算和控制功能的电子部件，例如,:,P,是各种类型计算机的核心组成部分,用于执行系统软件和应用软件的,P,称为“,CPU”,目前几乎所有计算机的,CPU,使用的都是微处理器,除了用作,CPU,的通用微处理器之外，,还有许多专用的微处理器产品：绘图处理器、通信处理器等,Intel 4004,Intel 8086,Intel,奔腾,4,Intel,酷睿,2,微处理器的发展非常迅速,处理器,主要参数,4004,8080,8086,80286,80386,80486,奔腾,高能奔腾,奔腾,奔腾,奔腾,4,推出时间,(,年,),1971,1974,1978,1982,1985,1989,19931996,19951997,1997,1998,1999,2003,2000,2006,主频,(,MHz),0.108,2,4.77,6,20,16,33,33,100,60,200,150,200,233,333,450,1400,1500,3800,前端总线频率,(,MHz),0.108,2,4.77,6,20,16,33,25或,33,50或,66,66,66,100或,133,400,533或,800,，,1066,外部数据线数目,4,8,16,16,32,32,64,64,64,64,64,地址线数目,10,16,20,24,32,32,32,36,36,36,36,存储空间大小,640B,64KB,1MB,16MB,4GB,4GB,4GB,64GB,64GB,64GB,64GB,晶体管数目,(,万,),0.23,0.45,2.9,13.4,27.5,120,310,550,750,950,4200,制造工艺,(,m),10,6,2,1.5,1.