专转本计算机第2章2.1 计算机的组成与分类.ppt

1、第第2章章 计算机组成原理计算机组成原理2.1 计算机的组成与分类计算机的组成与分类 2.2 CPU的结构与原理的结构与原理2.3 PC机的主机机的主机2.4 常用输入设备常用输入设备2.5 常用输出设备常用输出设备2.6 外存储器外存储器22.1 计算机的组成与分类2.1 计算机的组成与分类计算机的组成与分类32.1 计算机的组成与分类2.1.1 计算机的发展与作用计算机的发展与作用42.1 计算机的组成与分类计算机的发展计算机的发展n19461946年研制成功第年研制成功第1 1台台数字电子数字电子计算机计算机n6060年来发展速度之快大大超出人们的预料：年来发展速度之快大大超出人们的预料

2、：n性能、体积、价格、性能、体积、价格、n应用领域和装机数量应用领域和装机数量n软件技术和软件产品软件技术和软件产品n使用的元器件使用的元器件n第第1 1代：电子管磁鼓代：电子管磁鼓n第第2 2代：晶体管磁芯代：晶体管磁芯n第第3 3代：中、小规模集成电路代：中、小规模集成电路n第第4 4代：大、超大规模集成电路代：大、超大规模集成电路n 应用模式：应用模式：n 集中计算模式集中计算模式n 分散计算模式分散计算模式n 网络计算模式网络计算模式n 普适计算模式（？）普适计算模式（？）问题：问题：60年来没变的是什么？年来没变的是什么？基本工作原理基本工作原理52.1 计算机的组成与分类第第1台数

3、字电子计算机台数字电子计算机1946年年ENIAC计算机公布计算机公布 ENIAC（电子数字积分机与计算机）电子数字积分机与计算机）：研制单位：美国宾夕法尼亚大学研制单位：美国宾夕法尼亚大学用用 途：途：军事计算军事计算运算速度：运算速度：5000次次/秒秒体积价格：体积价格：170平方米，平方米，30吨，吨，140千瓦，千瓦，40万美元万美元62.1 计算机的组成与分类计算机的分代计算机的分代(按使用的元器件按使用的元器件)u第一代（约第一代（约1946-19571946-1957）电子管计算机）电子管计算机 速度：几十几万次速度：几十几万次/秒秒 内存：磁鼓，千字内存：磁鼓，千字 外设：磁

4、带外设：磁带 机器语言或汇编语言编程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u第二代（约第二代（约1957-19641957-1964）晶体管计算机晶体管计算机 速度：几十万次速度：几十万次/秒，秒，内存：磁芯，十万字内存：磁芯，十万字 外设：磁盘外设：磁盘 高级语言编程高级语言编程电子管晶体管72.1 计算机的组成与分类计算机的分代计算机的分代(按使用的元器件按使用的元器件)第三代（约第三代（约1965-19731965-1973）中小规模集成电路）中小规模集成电路(SSI,MSI)SSI,MSI)计算机计

5、算机 速度：几十万次几百万次速度：几十万次几百万次/秒秒 内存：半导体存储器内存：半导体存储器 高级语言高级语言,OS,DBMSOS,DBMS第四代（第四代（19741974年起）大规模年起）大规模(LSI)LSI)和和VLSIVLSI计算机计算机 速度：几百万次亿次速度：几百万次亿次/秒秒 内存：半导体存储器内存：半导体存储器 软件工程，分布式处理等软件工程，分布式处理等82.1 计算机的组成与分类第第14代计算机的对比代计算机的对比 代代 别别年年 代代使用的元器件使用的元器件使用的软件类型使用的软件类型主要应用领域主要应用领域第第1代代20世纪世纪40年代年代中期中期50年代年代末期末期

6、CPU：电子管：电子管内存：内存：磁鼓磁鼓使用机器语言和使用机器语言和汇编语言编写程汇编语言编写程序序科学和工程计科学和工程计算算第第2代代20世纪世纪50年代年代中、后期中、后期60年代中期年代中期CPU：晶体管：晶体管内存：内存：磁芯磁芯使用使用FORTRAN等等高级程序设计语高级程序设计语言言开始广泛应用开始广泛应用于数据处理领于数据处理领域域第第3代代20世纪世纪60年代年代中期中期70年代年代初期初期CPU：SSI，MSI内存：内存：SSI，MSI的半导体存储器的半导体存储器操作系统、数据操作系统、数据库管理系统等开库管理系统等开始使用始使用在科学计算、在科学计算、数据处理、工数据处

7、理、工业控制等领域业控制等领域得到广泛应用得到广泛应用第第4代代20世纪世纪70年代年代中期以来中期以来CPU：LSI、VLSI内存：内存：LSI、VLSI的半导体存的半导体存储器储器软件开发工具和软件开发工具和平台、分布式计平台、分布式计算、网络软件等算、网络软件等开始广泛使用开始广泛使用深入到各行各深入到各行各业，家庭和个业，家庭和个人开始使用计人开始使用计算机算机92.1 计算机的组成与分类2.1.2 计算机的组成计算机的组成102.1 计算机的组成与分类计算机系统计算机系统计算机硬件计算机硬件计算机软件计算机软件运算器运算器控制器控制器输入设备输入设备存储器存储器输出设备输出设备系统软

8、件系统软件应用软件应用软件操作系统操作系统数据库管理系统数据库管理系统程序语言处理系统程序语言处理系统文字处理文字处理通信通信娱乐娱乐计算机是一个复杂系统计算机是一个复杂系统计算机硬件是计算计算机硬件是计算机系统中所有实际机系统中所有实际物理装置的总称物理装置的总称计算机软件是指在计算机中计算机软件是指在计算机中运行的各种程序及其处理的运行的各种程序及其处理的数据和相关的文档数据和相关的文档n计算机是一个复杂的系统计算机是一个复杂的系统n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n多样性：硬件与光、机、电、声等有关，

9、软件与数学、逻辑多样性：硬件与光、机、电、声等有关，软件与数学、逻辑等有关等有关n层次性：分层层次性：分层(hierarchical)结构结构112.1 计算机的组成与分类(1)输入设备输入设备n输入输入(input)的双重含义：的双重含义：1.把信息送入计算机的过程把信息送入计算机的过程;2.向计算机输入的内容向计算机输入的内容n输入设备输入设备(input devices)n功能：用来向计算机输入信息功能：用来向计算机输入信息n输入设备有多种，例如输入设备有多种，例如:n键键 盘盘 输入文字、符号和命令输入文字、符号和命令n鼠标器鼠标器输入鼠标器移动的位置信息及按钮命令输入鼠标器移动的位置

10、信息及按钮命令n扫描仪扫描仪输入图片输入图片n麦克风麦克风输入声音输入声音n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的信息都使用二进位来表示122.1 计算机的组成与分类(2)中央处理器中央处理器(运算控制器运算控制器)n什么是处理器什么是处理器(processor)？n能能高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑运算和数据传送等操作运算和数据传送等操作的部件，特点是：的部件，特点是：n由数字电路组成，结构非常复杂由数字电路组成，结构非常复杂n所有电路都制作在大规

11、模集成电路芯片上所有电路都制作在大规模集成电路芯片上(仅几仅几个平方厘米个平方厘米)，称为，称为“微处理器微处理器”(microprocessor)Intel 4004 chipIntel 8080 chip132.1 计算机的组成与分类什么是中央处理器什么是中央处理器(CPU)？n计算机中通常有多个不同的处理器，各有不同的分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工和任务n用于执行系统软件和应用软件的处理器用于执行系统软件和应用软件的处理器称为称为CPU，CPU是计算机必不可少的核心组成部件是计算机必不可少的核心组成部件n多数个人计算机只有多数个人计算机只有1个个CPU，但有一些

12、计算机包，但有一些计算机包含有含有2个、个、4个、个、8个甚至成百上千个个甚至成百上千个CPUn问题：问题：n除了除了CPU之外，计算机中还有哪些处理器？之外，计算机中还有哪些处理器？142.1 计算机的组成与分类(3)存储器存储器n功能：功能：n储存以二进位形式表示的程序和数据储存以二进位形式表示的程序和数据n分类：内存储器分类：内存储器/外存储器外存储器内存储器内存储器(简称内存或主存简称内存或主存)外存储器外存储器(简称简称外存外存或辅存或辅存)存取速度存取速度很快很快较慢较慢存储容量存储容量较小较小(因单位成本较高因单位成本较高)很大很大(因单位成本较低因单位成本较低)性质性质断电后信

13、息消失断电后信息消失断电后信息保持断电后信息保持用途用途存放已经启动运行的程序存放已经启动运行的程序和需要立即处理的数据和需要立即处理的数据长期存放计算机系统中几乎所长期存放计算机系统中几乎所有的信息有的信息与与CPU关关系系CPU所处理的指令及数所处理的指令及数据直接从内存中取出据直接从内存中取出程序及相关数据必须先送入内程序及相关数据必须先送入内存后才能被存后才能被CPU使用使用011010011010101000001000000001000011001001111011111存储内容存储内容地地 址址152.1 计算机的组成与分类(4)输出设备输出设备n输出输出(output)的双重含

14、义：的双重含义：1.把信息送出计算机的过程把信息送出计算机的过程;2.从计算机输出的内容从计算机输出的内容n输出设备输出设备(output devices)n功能：从计算机输出信息功能：从计算机输出信息n输出设备有多种，例如输出设备有多种，例如:n显示器显示器输出文字、符号和图形输出文字、符号和图形n打印机打印机打印文字、符号和图形打印文字、符号和图形n扬声器扬声器输出声音输出声音n(多数多数)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感知的形式(文字、符号、图形、声音等文字、符号、图形、声音等)162.1 计算机的组成与分类(5

15、)总线总线(bus)n功能：功能：n用于连接用于连接CPU、内存、外存和各种、内存、外存和各种I/O设备并在它们设备并在它们之间传输信息的一组之间传输信息的一组共享的共享的传输线及其控制电路传输线及其控制电路n分类：分类：nCPU总线（或前端总线）总线（或前端总线）：用于连接：用于连接CPU和内存的和内存的总线总线nI/O总线：连接内存和总线：连接内存和I/O设备（包括外存）的总线设备（包括外存）的总线172.1 计算机的组成与分类2.1.3 计算机的分类计算机的分类182.1 计算机的组成与分类计算机的分类（计算机的分类（1）n按内部逻辑结构分类按内部逻辑结构分类n8位位/16位位/32位位

16、/64位位n单单CPU/多多CPUnn按性能和价格分类按性能和价格分类n巨型计算机巨型计算机(supercomputer)n大型计算机大型计算机n小型计算机小型计算机 n个人计算机个人计算机(personal computer)n笔记本笔记本PCn台式台式PCn工作站工作站(workstation)作为服务器作为服务器(server)使用使用独立使用或作为独立使用或作为客户机客户机(client)使用使用2008年6月，我国曙光公司研制成功“曙光5000A”巨型计算机，它包含6600个AMD公司的4核处理器，运算速度达到每秒160万亿次，在当年全球巨型计算机500强排行榜中可进入前十位192.

17、1 计算机的组成与分类计算机的分类（计算机的分类（2）n按计算机服务的对象和作用划分：按计算机服务的对象和作用划分：类类型型服务服务对象对象应用应用性质性质主要特点主要特点分类或应用分类或应用举例举例软件特点软件特点个人个人计算计算机机服务服务器器嵌入嵌入式计式计算机算机直接为直接为用户服用户服务务通用通用性能性能/价格比高价格比高多媒体性能好多媒体性能好有通用性和可扩展性有通用性和可扩展性 工作站工作站 台式机台式机 笔记本笔记本种类多种类多,功功能丰富能丰富,用用户可自行装户可自行装卸卸为其它为其它计算机计算机服务服务半通半通用用吞吐率吞吐率(throughput)(throughput)

18、高高可用性可用性(availability)(availability)好好有可扩展性有可扩展性(scalability)(scalability)数据库服务器数据库服务器WebWeb服务器服务器打印服务器打印服务器(企业级企业级,部门级部门级)实时处理和并实时处理和并发工作能力强，发工作能力强，可靠性和安全可靠性和安全性好性好为其它为其它设备服设备服务务专用专用价格便宜价格便宜功耗低功耗低实时实时(real time)(real time)处理处理软件固化软件固化,扩展性差扩展性差 手机手机 数码相机数码相机 MP3 MP3播放器播放器 功能专用、单功能专用、单一、结构紧凑，一、结构紧凑，固

19、化在芯片中，固化在芯片中，不易修改和扩不易修改和扩充充 202.1 计算机的组成与分类2.1.4 微处理器微处理器和嵌入式计算机和嵌入式计算机212.1 计算机的组成与分类什么是微处理器？什么是微处理器？n微处理器（微处理器（P）是使用单片大规模集成电路制成的、）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，例如具有运算和控制功能的电子部件，例如:nP是各种类型计算机的核心组成部分是各种类型计算机的核心组成部分n用于执行系统软件和应用软件的用于执行系统软件和应用软件的P 称为称为“CPU”n目前几乎所有计算机的目前几乎所有计算机的CPU使用的都是微处理器使用的都是微处理器n除了

20、用作除了用作CPU的通用微处理器之外，的通用微处理器之外，还有许多专用的微还有许多专用的微处理器产品：绘图处理器、通信处理器等处理器产品：绘图处理器、通信处理器等Intel 4004Intel 8086Intel 奔腾奔腾4Intel 酷睿酷睿2222.1 计算机的组成与分类什么是嵌入式计算机？什么是嵌入式计算机？n把运算器、控制器、存储器、输入把运算器、控制器、存储器、输入/输出控制、接口电路输出控制、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“单片计算机单片计算机”或或“嵌入式计算机嵌入式计算机”n用途举例：内嵌在其他设备中作为信息处理的核心装置，用途举例：内嵌在其他设备中作为信息处理的核心装置，例如例如n数码相机、数码相机、MP3播放器、手机、计算机外围设备、汽车、播放器、手机、计算机外围设备、汽车、机顶盒等机顶盒等n特点：特点：n功能固定、专用，软件固化在芯片上，通常不能改变功能固定、专用，软件固化在芯片上，通常不能改变n大多应满足实时信息处理的要求大多应满足实时信息处理的要求n以最低成本满足应用要求以最低成本满足应用要求n能适应恶劣工作环境能适应恶劣工作环境