计算机的组成与分类.ppt

第2章计算机组成原理,2.1计算机的组成与分类2.2CPU的结构与原理2.3PC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2.1.2计算机的逻辑组成2.1.3计算机的分类,2.1.1计算机的发展与作用,过去的计算工具,计算工具相继出现算盘计算尺手搖计算器电动计算器,我国研制第1颗原子弹时使用的飞鱼牌手摇计算机（新华网图片）,Pascals加法机,1642年，法国数学家B.Pascal用钟表元件制造了一种能够做两个十进制数加减法的机器,巴贝奇的分析机,1821年，英国数学家C.Babbage（1791-1871）设计了差分机，这是第一台可自动进行公式演算的多功能机器，然而，这台计算机在他有生之年始终未能问世,上世纪30年代的机械式计算器,电动式计算器（1930）,手摇式计算器,第1台数字电子计算机诞生,1946年美国宾州大学研制成功第1台数字电子计算机-ENIAC,Photo:vanPeltLibrary,UPenn.,18000电子管,6000开关占地面积:150m2重量:30吨功耗:140KW运算速度:5000次/s平均无故障时间7min外部程序控制,第1代数字电子计算机,时间：约1946-1957使用的元器件：电子管速度：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型电子管计算机,磁鼓存储器,旋风1号(WhirlwindI)数字计算机,WhirlwindI数字计算机，当时的售价是1750万美元，美国国防部使用,我国第1台数字电子计算机,1956年，华罗庚受命筹建中国科学院计算技术研究所。1958年中国第一台计算机103型机研制成功，中国科学院计算所与北京有线电厂共同研制。字长31位，内存容量为1024字节，运算速度每秒450次。1958年8月1日该机可以表演短程序运行，标志着我国第一台电子计算机诞生。该机在738厂开始小量生产，改名为103型计算机(即DJS-1型)，共生产38台,我国第1台大型电子计算机,1959年4月104机完成调试,第一道题目是“五一”节天气预报，9月交付用户使用。无故障稳定运行时间达到2小时该机有22个机柜，占地200平方米。全机共用4200个电子管，4000个晶体二极管。字长39位，容量4K，每秒运算1万次,第2代数字电子计算机,时间：约1957-1964使用的元器件：晶体管速度：几十万次/秒，内存：磁芯，十万字外设：磁盘高级语言编程,第2代计算机的内存：磁芯存储器,Thisisa50 xphotographofmagneticcorerandomaccessmemoryfroma4KiBmemoryplane,上世纪50年代末安装在美国宇航局的IBM7090计算机,290万美元。内存容量：128KB；存取周期：2微妙,我国的第2代电子计算机,1964年我国华北计算所先后研制成功108乙机(DJS-6)、121机(DJS-21)和320机(DJS-6)，并在738厂等五家工厂生产；哈军工（国防科大前身）研制成功441B全晶体管计算机，小批量生产了40多台。,当时我国研发出的计算机，仅有小批量生产，由国家分配到各个科研院所使用。研发和生产计算机的单位，全部是军工企业。具备极高的保密措施，每一个元件，每一张设计图纸都被严格看管,第3代数字电子计算机,时间：约1965-1973使用的元器件：中小规模集成电路速度：几十万次几百万次/秒内存：半导体存储器软件：高级语言,OS,DBMS,第3代计算机,1965年IBM推出的System360大型主机，被美国航天局用于首次载人登月任务,上世纪60年代的存储容量为5MB的硬盘,（27Kg重）,上世纪70年代我国的集成电路计算机,DJS-180系列超级小型计算机,天津DJS130小型机参展“1975年广交会”,第4代数字电子计算机,时间：从1974年起使用的元器件：大规模和超大规模集成电路（VLSI）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,计算机的发展大大超出人们预料,由于集成电路技术的发展和微处理器的出现，计算机发展速度之快，大大超出人们的预料：性能不断提高体积不断变小功耗不断降低价格越来越便宜软件越来越丰富使用越来越容易应用领域越来越普遍计算机数量不断增加,上述趋势不仅仍在继续，且节奏进一步加快已不再沿用“第x代计算机”的说法。正在研究开发智能化的计算机系统，它以知识处理为核心，可以模拟或部分替代人的智能活动，具有自然的人机通信能力,计算机的特点与作用,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,计算机对社会的进步与发展有巨大作用,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劳动生产效率，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，为人类传承并创造知识与文化提供了现代化工具，改变了人们创造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,2.1.2计算机的逻辑组成,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1,经典计算机的逻辑结构（冯.诺依曼计算机）,（注：逻辑结构意指概念上（即功能上）的结构）,中央处理器CPU(CentralProcessingUnit),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,(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(inputdevices)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),Intel4004chip,Intel8080chip,关于(微)处理器和中央处理器(CPU),现代计算机中一般包含有多个(微)处理器，它们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完成其它功能的处理器举例：显卡包含的绘图处理器（用于加速图形绘制）声卡包含的DSP（用于数字声音信号的处理）过去，个人计算机通常只有1个CPU；现在，大部分PC机虽然仍只有1个CPU芯片，但其内部却包含有2个、4个、6个甚至更多个CPU，目的是提高系统性能,(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,存储单元,(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(outputdevices)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(personalcomputer)笔记本PC台式PC工作站(workstation)嵌入式计算机,巨型计算机（Supercomputer）,也称超级计算机，有极强的运算处理能力，速度达到每秒运算数万、数十万亿次以上采用大规模并行处理的结构，由数以百计、千计、万计的CPU共同完成系统软件和应用软件运行任务大多使用在军事、科研、气象预报、石油勘探、飞机设计模拟、生物信息处理、破解密码等领域国际上：美国IBM公司的GeneL系统，运算速度为280.6万亿次秒美国Cray公司XT4巨型计算机(3万处理器)250万亿次秒日本NEC公司的“地球模拟器”我国：江南计算技术研究所；“神威”巨型机中科院计算所(曙光计算机公司)：“曙光”巨型计算机国防科技大学：“银河”巨型机、“天河一号”千万亿次/秒联想集团公司：“深腾”巨型机,多种多样的个人计算机,台式个人计算机(立式),便携式(笔记本)个人计算机,台式个人计算机(卧式),TabletPC(平板式电脑),个人数字助理(PDA),上网本,关于“服务器”,服务器的英文名是“server”，指的是在计算机网络中专门用于为其他计算机提供服务和资源（数据、存储空间、处理能力、软件等）的一类计算机原理上任何计算机都可以作为服务器使用巨型机和大型机可以作为企业级服务器专用的服务器可作为部门级服务器一般的PC也可以作为工作组服务器或打印服务器由于需要大量服务器，一些计算机厂家专门设计制造了称为“服务器”的一类计算机产品，其特点是：存储容量大，存取速度快，网络通信功能强，可靠性好,计算机的分类（2）,按计算机服务的对象和作用划分：,关于嵌入式计算机,把运算器、控制器、存储器、输入/输出控制、接口电路全都集成在一块芯片上，这样的超大规模集成电路称为“单片计算机”或“嵌入式计算机”用途举例：内嵌在其他设备中作为信息处理的核心装置，例如数码相机、MP3播放器、手机、计算机外设、汽车、机顶盒等产品举例：全球市场份额最大的是英国ARM公司的ARM处理器，现在绝大部分手机使用的都是采用ARM技术的微处理器,