第2章2.1计算机的组成与分类

3、存储器（Memory） 存储器（Memory）
• 存储器的样子： 存储器的样子：
– – – – 内存条； 内存条； 硬盘、光盘、软盘； 硬盘、光盘、软盘； 移动存储器（优盘）； 移动存储器（优盘）； 看不见的Cache； 看不见的Cache；
• 内、外存储器划分：是否直接与CPU交换 外存储器划分：是否直接与CPU交换 信息
使用 FORTRAN 等高 开始广泛应用于 数据处理领域 在科学计算、 数据 操作系统、数据库管 处理、 工业控制等 理系统等开始使用 领域得到广泛应 用 软件工程、分布式计 深入到各行各业， 广泛使用 使用计算机
第3 代
第4 代
20世纪70年代中 期以来
内存：LSI、VLSI 的 算、网络软件等开始 家庭和个人开始
•地 点：美国宾夕法尼亚大学
•用 途：军事计算 • 运算速度：5000次/秒 运算速度：5000次 • 体积价格：170平方米，30吨，140千瓦，40 体积价格：170平方米 30吨 140千瓦 平方米， 千瓦， 万美元
计算ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的诞生与发展
• 此后 ， 计算机速度提高 、 功能增加 、 体积缩小 、 此后， 计算机速度提高、 功能增加、 体积缩小、 成本降低、 应用扩大， 其发展之快， 成本降低 、 应用扩大 ， 其发展之快 ， 不断改写 预测。 预测。 • 推动力：微电子技术的进展和计算机应用需求 推动力： • 为计算机划代：按主机所使用的元器件 为计算机划代：
• I/O端口的作用： I/O端口的作用： 端口的作用 海纳百川各种I/O设备； I/O设备 海纳百川各种I/O设备； 信息的缓冲处理等。 信息的缓冲处理等。 • I/O端口的位置：BUS与外设之间 I/O端口的位置 BUS与外设之间 端口的位置： • I/O端口的类型：并、串、视频、USB等（不 I/O端口的类型 端口的类型： 视频、USB等 同设备，不同规则） 同设备，不同规则）
数 据 在 计 算 机 内 部 是 二 进 制 表 示
2 、中央处理器(运算控制器) 中央处理器(运算控制器)
• 什么是处理器(processor)？ 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 高速执行指令， 的部件，特点是： 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 由数字电路组成， • 所有电路都制作在大规模集成电路芯片上(仅几 所有电路都制作在大规模集成电路芯片上( 个平方厘米) 称为“微处理器” 个平方厘米)，称为“微处理器” (microprocessor)
第二章
计算机组成原理
2.1计算机的组成与分类 2.1计算机的组成与分类
2.1.1 计算机的发展与作用
计算机的诞生与发展
• 对计算机的诞生和发展做出重 大贡献的两个人： 阿兰·图灵（ 阿兰·图灵（Alan Turing） Turing） 冯 · 诺 依 曼 （ John Neumman ） Von
– 不依存储介质； 不依存储介质； – 半导体的优盘也是外存
4、输出设备(Output) 输出设备(Output)
功能： • 功能： 将计算机处理的结果以人们要求的形式输出； 将计算机处理的结果以人们要求的形式输出； • 举例： 举例：
– 打印机、绘图仪、音箱、显示器； 打印机、绘图仪、音箱、显示器；
国际计算机界的重要奖项
• ACM 图灵奖 1966年由ACM（美国计算机学会）创建， 1966年由ACM（美国计算机学会）创建， 年由ACM 该奖有计算机界的诺贝尔奖之称。 该奖有计算机界的诺贝尔奖之称。 • IEEE 计算机先驱奖 1980年由IEEE-CS(美国电气与电子工程师 1980年由IEEE-CS(美国电气与电子工程师 年由IEEE 学会-计算机学会)创建， 学会-计算机学会)创建，是世界范围内计算机 科学技术领域另一个最重要的奖项， 科学技术领域另一个最重要的奖项，和图灵奖 是互为补充的。 是互为补充的。
图为Alan Turing
阿兰.图灵(1912阿兰.图灵(1912-1954)
英国数学家、哲学家、密码破译家 30年代初，发表了一篇著名的论文《论 30年代初，发表了一篇著名的论文《 数字计算在决断难题中的应用》 数字计算在决断难题中的应用》，他提 出了一种十分简单但运算能力极强的理 想计算装置，用它来计算所有能想象得 到的可计算函数。图灵的思想奠定了现 到的可计算函数。图灵的思想奠定了现 代计算机科学的理论基础。 • 图灵机——有限状态自动机 图灵机——有限状态自动机
计算机有什么负面影响？ 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 大量电子垃圾污染环境、 – 长期沉迷于计算机游戏、网络聊天等给青少年生 长期沉迷于计算机游戏、 理和心理带来严重危害
Intel 4004 chip
Intel 8080 chip
什么是中央处理器(CPU)？ 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 计算机中通常有多个不同的处理器， 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 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 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 多数个人计算机只有1 CPU， 包含有2 个甚至成百上千个CPU 包含有2个、4个、8个甚至成百上千个CPU
作为服务器 (server)使用 (server)使用
独立使用或作为 客户机(client)使用
巨型计算机（Supercomputer） 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 也称超级计算机，有极强的运算处理能力， 运算数万、 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 采用大规模并行处理的结构，由数以百计、千计、 并行处理的结构 CPU共同完成系统软件和应用软件运行任务 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 大多使用在军事、科研、气象预报、石油勘探、 模拟、生物信息处理、 模拟、生物信息处理、破解密码等领域 • 国际上： 国际上：
1-4代计算机主要特点对比
图为第一代电子计算机
图为美国于20世纪 年代生产的 图为美国于20世纪50年代生产的 世纪50 IBM704型采用电子管的第一代电 IBM704型采用电子管的第一代电 子计算机
图为晶体管
图为在第一代电子计算机中使用的 磁鼓
二、计算机的巨大作用： 计算机的巨大作用：
（1）开发了人类认识自然、改造自 ）开发了人类认识自然、 然的新资源 （2）增添了人类发展科学技术的新 ） 手段 （3）提供了人类创造文化的新工具 ） （4）引起了人类的工作与生活方式 ） 的变化
2.1.3计算机的分类 2.1.3计算机的分类
• 按内部逻辑结构分类 – 8位/16位/32位/64位 /16位/32位/64位 – 单CPU/多CPU CPU/多 – ··· • 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 笔记本PC • 台式PC 台式PC • 工作站 (workstation) – 嵌入式计算机
硬件各部件描述： 硬件各部件描述：
1、输入设备（Input） 输入设备（Input） •功能：将信息送入计算机的设备； 功能：将信息送入计算机的设备； •分类： 分类： – 字符输入：键盘、手写板； 字符输入：键盘、手写板； – 位置输入：鼠标、触摸屏、数字化仪； 位置输入：鼠标、触摸屏、数字化仪； – 输入： 描仪、 机； 输入： 描仪、数 机； – 输入： 输入： 、MIDI ； – 输入： 机、 机； 输入： 机、 机； – 、 输入： 输入： 的
/turing/ /S-Z/details~z/Turning.htm
计算机之父— 计算机之父—冯·诺依曼
1945年 1945年Von Neuuman、H.H.Goldstin、 Neuuman、H.H.Goldstin、 A.W.Burks发表了一篇论文 发表了一篇论文《 A.W.Burks发表了一篇论文《电子计算机装置 逻辑结构初探》提出了两个主要论点: 逻辑结构初探》提出了两个主要论点: * 使用二进制 * 存储程序和程序控制 奠定了当代计算机硬件由控制器、运算器、 奠定了当代计算机硬件由控制器、运算器、 存储器、输入设备、 存储器、输入设备、输出设备等组成的结构 体系。 体系。
• 输入设备和输出设备通称为I/O设备； 输入设备和输出设备通称为I/O设备； 设备
5、BUS系统总线与I/O端口 BUS系统总线与I/O端口 系统总线与I/O
（1）BUS功能：硬件各部分的公共信息通道 BUS功能： 功能 BUS组成 控制器+ 组成： （2）BUS组成：控制器+公共传输线 BUS特点： 特点： 特点 BUS的位置 PC机的主板上 的位置： （3）BUS的位置：PC机的主板上 共享与高速 BUS的类型 的类型： （4）BUS的类型： 系统总线（CPU总线 前端总线）：连接CPU 总线、 ）：连接 系统总线（CPU总线、前端总线）：连接CPU 和内存 I/O总线：连接内存和I/O设备（包括外存） I/O总线 连接内存和I/O设备 包括外存） 总线： 设备（
2.1.2 计算机的逻辑组成
组成： 组成： 计算机系统由硬件与软件组成 硬件： 硬件：物理装置的总称 软件：程序+数据+ 软件：程序+数据+文档