典型微型计算机组成结构图微处理器
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第2章微型计算机硬件系统-PPT精选文档
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第2章 微型计算机硬件系统
第一代：8086和8088
时间
1978～1981年
1978年-- 8086
16位微处理器 寄存器和数据总线均为16位 地址总线为20位 设置了6字节的指令预取队列
1979年– 8088
外部数据总线为8位 设置了4字节的指令预取队列。
芯片组产品：
Intel芯片(如865、915、945、955、975系列等） VIA（威盛，中国台湾） nVIDIA（美国） ATI（加拿大） AMD（美国）
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第2章 微型计算机硬件系统
2.1 微型计算机的主要性能指标
基本字长
指参与运算的数的基本长度，用二进制数位的长度来衡量
决定着寄存器、加法器、数据总线等部件的位数，直接影响着硬件 的代价
主存容量
以字节为单位来计算
1B=8bit
1KB=1024B
1MB=1024KB 1GB=1024MB
运算速度
用每秒能执行的指令条数来表示
单位—MIPS (Million Instructions Per Second, 每 秒百万条指令)
28
内存储器(简称内存或主存) 存取速度快 成本高、容量相对较小
直接与CPU连接，CPU(指令)可以 对内存中的指令及数据进行读、写 操作
属于挥发性存储器(volatile)，用 于临时存放正在运行的程序和数据
第2章 微型计算机硬件系统
2.3.1 存储器的结构
三级存储结构
（1）高速缓冲存储器 （2）主存储器 （3）外存储器
第2章 微型计算机硬件系统
台式PC机(立式)的主机箱
微型计算机的硬件组成PPT课件
▪ 1982年的80286芯片虽然是16位芯片，但是其内部已包含13.4万个晶体 管，时钟频率也达到了前所未有的20MHz。其内、外部数据总线均为 16位，地址总线为24位，可以使用16MB内存，可使用的工作方式包括 实模式和保护模式两种。
▪ 三十二位微处理器的代表产品首推Intel公司1985年推出的80386，这是 一种全三十二位微处理器芯片，也是X86家族中第一款三十二位芯片， 其内部包含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，后逐步提高到 33MHz。8 0386的内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位， 可以寻址到4GB内存。它除了具有实模式和保护模式 以外，还增加了 一种虚拟86的工作方式，可以通过同时模拟多个8086处理器来提供多 任务能力。1989年Intel公 司又推出准三十二位处理器芯片80386SX。 它的内部数据总线为三十二位，与80386相同，外部数据总线为十六 位。 也就是说，80386SX的内部处理速度与80386接近，也支持真正的多任 务操作，而它又可以接受为80286开发 输入/输出接口芯片。80386SX 的性能优于80286，而价格只是80386的三分之一。386处理器没有内 置协处理器，因此不能执行浮点运算指令，如果您需要进行浮点运算时， 必须额外购买昂贵的80387协处理器芯片。
2.1.1 CPU的发展
▪ CPU从最初发展至今已经有二十多年的历史了，这期间，按照其处理 信息的字长，CPU可以分为：四位微处 理器、八位微处理器、十六位
微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等等。
➢ INTEL
▪ 1971年，早期的Intel公司推出了世界上第一台微处理器4004，这便是 第一个用于计算机的四位微处理器， 它包含2300个晶体管
▪ 三十二位微处理器的代表产品首推Intel公司1985年推出的80386，这是 一种全三十二位微处理器芯片，也是X86家族中第一款三十二位芯片， 其内部包含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，后逐步提高到 33MHz。8 0386的内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位， 可以寻址到4GB内存。它除了具有实模式和保护模式 以外，还增加了 一种虚拟86的工作方式，可以通过同时模拟多个8086处理器来提供多 任务能力。1989年Intel公 司又推出准三十二位处理器芯片80386SX。 它的内部数据总线为三十二位，与80386相同，外部数据总线为十六 位。 也就是说，80386SX的内部处理速度与80386接近，也支持真正的多任 务操作，而它又可以接受为80286开发 输入/输出接口芯片。80386SX 的性能优于80286，而价格只是80386的三分之一。386处理器没有内 置协处理器，因此不能执行浮点运算指令，如果您需要进行浮点运算时， 必须额外购买昂贵的80387协处理器芯片。
2.1.1 CPU的发展
▪ CPU从最初发展至今已经有二十多年的历史了，这期间，按照其处理 信息的字长，CPU可以分为：四位微处 理器、八位微处理器、十六位
微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等等。
➢ INTEL
▪ 1971年，早期的Intel公司推出了世界上第一台微处理器4004，这便是 第一个用于计算机的四位微处理器， 它包含2300个晶体管
微机原理 第三章 微处理器
青岛理工大学琴岛学院
表3.1 通用寄存器的特定用法
寄存器 操作 寄存器 操作 在移位指令中作 移位次数计数器
AX
字乘，字除，字I/O
CL
AL
字节乘，字节除，字节I/O， 查表转换，十进制运算
字节乘，字节除
DX
字乘，字除指令 中作辅助累加器
堆栈操作，做堆 栈指针
AH
SP
BX
查表转换,做基址寄存器
SI
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2）逻辑地址与物理地址
逻辑地址（LA）和物理地址（PA）：
物理地址：就是存储器的实际地址，它是指CPU和存储器 进行数据交换时所使用的地址（20位）。
逻辑地址：是在程序中使用的地址，它由段基址和偏移地
址两部分组成（16位）。
物理地址=段基址（左移4位）＋偏移量
形成20位段 起始地址 16位
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2 . 8086/8088CPU的寄存器结构
8086/8088CPU中可供编程使用的有14个16位寄存器， 按其用途可分为3类：通用寄存器、段寄存器、指针和标 志寄存器，如所示。
AH BH CH DH SP BP SI DI FLAGS IP CS DS SS ES AL BL CL DL 累加器 基址寄存器 计数寄存器 数据寄存器 数据寄存器 通用寄存器 地址指针和 变址寄存器
2
3 4 5
6
存取一般变量（除3、4、5项外）
DS
有效地址EA
根据寻址方式计算出来的偏移量又叫操作数的有效地址EA
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4. CPU对堆栈的设置与操作
堆栈的功能：用于暂存数据和现场保护 （特别是在过程调用或中断处理时暂存断 点信息） 堆栈的解释：实际上是由特定存储单元 构成的一个存储区，只是在这个存储区中 信息的出入严格按照“先进后出”或“后 进先出”的规则进行。
七年级信息技术上册 第一章 微型计算机概述课件课件
微处理器具有运算和控制功能，是整个微型计算机的核心，也称中央处理器CPU（Central Processing Unit）。
注意，微处理器并不是一台完整的计算机，要构成一台完整的计算机（主机），还需要有： 存储器、I/O接口及系统总线。
微处理器的主要功能部件 （1）算术逻辑部件（ALU）：用来进行算术和逻辑运算。
1985年
80386
32万
1990年
80486
120万
1993年
Pentium 320万
1996年
Pentium Pro 550万
1997年2月 Pentium II 750万，300MHz
1999年
Pentium III
2000年(4季度) Pentium IV 4200万，1.4GHz(0.18um工艺)
四.微处理器、微型计算机和微型计算机系统（续）
（Microprocessor,Microcomputer,Microcomputer System）
1.Moore定律： “晶体管的大小将以指数速率变小，
而集成到芯片上的晶体管数目将2－3年【18－24个月】翻 一番。”
－－Gordon Moore，1965
总线是计算机的部件与部件之间传输信息的公共通路，它 能分时地发送和接收各部件的信息。总线不仅仅是一组传输 线，它还包括与数据传输有关的控制逻辑。所以，在一个计 算机系统中，总线应被看成一个独立的部件。
五.微型计算机（续）
4.微型计算机的主要技术指标 (1)字长:参与运算的数的位数.它决定着计算机的内部寄存器、 加法器及数据总线（数据通路）的位数。有4位，8位，16位， 32位，64位等。 (2)主存容量:主存储器所能存储信息的总量。通常以字节数 (Byte)来表示。例：内存128MB。有时也用到“位容量”---2pXq. (3)运算速度:有不同的计量方法和测试标准。 MIPS(Million Instruction Per Second) (4)平均无故障运行时间(可靠性) MTBF(Mean Time Between Failures),平均无故障间隔时间 (5)性能/价格比
注意，微处理器并不是一台完整的计算机，要构成一台完整的计算机（主机），还需要有： 存储器、I/O接口及系统总线。
微处理器的主要功能部件 （1）算术逻辑部件（ALU）：用来进行算术和逻辑运算。
1985年
80386
32万
1990年
80486
120万
1993年
Pentium 320万
1996年
Pentium Pro 550万
1997年2月 Pentium II 750万，300MHz
1999年
Pentium III
2000年(4季度) Pentium IV 4200万，1.4GHz(0.18um工艺)
四.微处理器、微型计算机和微型计算机系统（续）
（Microprocessor,Microcomputer,Microcomputer System）
1.Moore定律： “晶体管的大小将以指数速率变小，
而集成到芯片上的晶体管数目将2－3年【18－24个月】翻 一番。”
－－Gordon Moore，1965
总线是计算机的部件与部件之间传输信息的公共通路，它 能分时地发送和接收各部件的信息。总线不仅仅是一组传输 线，它还包括与数据传输有关的控制逻辑。所以，在一个计 算机系统中，总线应被看成一个独立的部件。
五.微型计算机（续）
4.微型计算机的主要技术指标 (1)字长:参与运算的数的位数.它决定着计算机的内部寄存器、 加法器及数据总线（数据通路）的位数。有4位，8位，16位， 32位，64位等。 (2)主存容量:主存储器所能存储信息的总量。通常以字节数 (Byte)来表示。例：内存128MB。有时也用到“位容量”---2pXq. (3)运算速度:有不同的计量方法和测试标准。 MIPS(Million Instruction Per Second) (4)平均无故障运行时间(可靠性) MTBF(Mean Time Between Failures),平均无故障间隔时间 (5)性能/价格比
2微型计算机基础
❖2.1.2 微处理器（CPU）
运算器、控制器和一组寄存器，合在一个芯 片上称之为CPU （Central Processing Unit）。
功能：进行算术运算、逻辑运算。 ❖下图是各种类型的CPU。
图2-6 8086
图2-7 8088
Sunday, April 12, 2020
计算机基础教研室
图2-8 80286
Company Lo2g1o
2.2 外存储器
❖外存储器用于存储暂时不用的程序和数据，外存储器有 磁存储器、光存储器、和U盘存储器等。它们存储容量大， 访问时间相对内存也要慢得多。
图2-16 硬盘
图2-17 光驱
图2-18 U盘
Sunday, April 12, 2020
计算机基础教研室
Company Lo2g2o
计算机基础教研室
Company Lo3g0o
2.3 输出输入设备
❖外围设备中显示器、键盘和鼠标是必须选择的部件。 除了这些还有其他的一些设备如下图：
图2-19 显示器
图2-20 键盘
图2-21 鼠标
Sunday, April 12, 2020
计算机基础教研室
Company Lo3g1o
图2-22 打印机
Sunday, April 12, 2020
计算机基础教研室
Company Lo2g9o
其他外存
❖2.U盘（优盘）或Flash盘（闪盘）： ❖是利用Flash闪存芯片为存储介质，采用USB接口， 可擦写100万次的新型移动存储产品。 ❖存储容量由256MB-1GB等
Sunday, April 12, 2020
2.2.1 硬盘存储器
❖硬盘 ❖硬盘的盘片由多个平行的圆形磁盘片组成。每片 磁盘都有读写磁头，在控制器的统一控制下沿着磁 盘表面径向同步移动。 ❖柱面：将几层盘片上具有相同半径的磁道看成是 一个柱面。
第一章 微型计算机系统的基本组成
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4
CMOS
主板
ISA插槽
主板电池 控制芯片 PCI插槽 / 串行 并口插 槽 Socket7 插槽 键盘插座 CACHE 内存插槽
Pentium （奔腾）主板 奔腾）
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外围设备连接口
PS/2 鼠标接口 打印机接口(25 针孔)
键盘接口
COM1 USB 接口 (9 针孔)
COM2 (9 针孔)
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1．系统软件
系统软件是管理、监控、维护计算机 系统软件是管理、 监控 、 资源（包括硬件与软件）的软件。包括： 资源（包括硬件与软件）的软件。包括： ⑴ 操作系统 ⑵ 程序设计语言 ⑶ 各种程序设计语言的处理程序 ⑷ 工具软件
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2．应用软件 ．
应用软件是用户为了解决实际问题 而编制的各种程序。如各种工程计算、 而编制的各种程序。如各种工程计算、模 拟过程、辅助设计和管理程序、文字处理 拟过程、辅助设计和管理程序、 和各种图形处理软件等等。 和各种图形处理软件等等。
光盘驱动器
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DVD外形 外形
返回本节
6 输入设备 键盘
功能键 主键盘和 打字键 控制键 小数字键 编辑键 状态显示灯
104键盘 键盘
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键 Shift
名
功
能
又称上档键， 又称上档键，利用此键来输入上档字符 大写字母锁定键， 大写字母锁定键，利用此键来输入大写字母 位于键盘最下面的一个最长的键，按下空格键， 位于键盘最下面的一个最长的键，按下空格键，将输入一个空 格字符 按下此键可使光标回退一格， 按下此键可使光标回退一格，删除光标左边的一个字符 回车键。按下此键，表示前面的输入结束 回车键。按下此键， 制表定位键 转换键， 转换键，此键通常和其他键组成特殊功能键 控制键， 控制键，通常和其他键组合在一起使用 系统的热启动， 使用的方法是： 按住Ctrl和 Alt键不放 ， 再击 键不放， 系统的热启动 ， 使用的方法是 ： 按住 和 键不放 打Del键 键 返回本节
微型计算机组成计算机硬件结构图
从前端表面上可以分为 球面、柱面、平面、平面直 角和完全平面等类型。 ■
评价显示器指标
（1）分辨率 指像素数，在屏幕上共有多少行扫描线，每一 行扫描线中共有多少个点 如 640×480 800×600 1024×768 1280×1024等 （2）点距 像素中心与像素中心之间的距离，电子束每扫描 两 个 点 之 间 的 距 离 , 一 般 有 0.31mm 0.28mm 0.26mm 0.25mm等 （3）扫描方式 逐行扫描 （有绿色环保标志，同时可防静电低发热防幅射 消磁） 隔行扫描 （4）尺寸(指屏幕对角线长度) 一般有14，15，17，19、21 英寸或更大 ■
位置
主机箱内
（内存条）
机箱内（硬盘） 机箱外（磁盘/ 光盘/ 散存 / 移动硬盘…）
半导体 物理介质 (电子设备) 临时存放 存储时效 断电后信息消失 快 存取速度
与CPU直接交换信息
容量
较小
磁设备 光设备 永久存储 信息不受电源影响 慢 难与CPU速度匹配 大（无限）
功能
存放系统当前正在 处理和执行的信息
I/O总线
DB 数据总线 AB 地址总线 CB 控制总线
总线
I/O控制器
外存储器
输入设备
输出设备
系统板 上有多个扩 展槽，用来 连接各种接 口板，扩展 槽与Ｉ/O总 线相连。
中央处理器 CPU
（Central Processing Unit）
CPU都集成在 一块芯片上称之为 微处理器，它是微 机的核心部件。
打印机
• 针式打印机 点阵 9针 16针 24针 • 喷墨打印机 使用专用墨水 • 激光打印机 无噪声 、 分 辨 率 高、 打 印速度快
微型计算机组成
微型计算机的硬件组成
微型计算机的硬件组成一、CPU、内存、接口和总线的概念点击折叠视频：CPU、内存、接口和总线的概念1微型计算机的结构微型计算机包含了多种系列、档次和型号等。
这些计算机的共同特点是体积小，适合放在办公桌上使用，而且每个时刻只能一人使用，因此又称为个人计算机（PC）。
图1-3是PC的典型结构。
2主板主板是固定在微型计算机主机箱箱体上的一块电路板。
主板上装有大量的有源电子元件。
其中主要组件有CMOS、基本输入输出系统（BIOS）、高速缓冲存储器（cache）、内存插槽、CPU插槽、键盘接口、软盘驱动器接口、硬盘驱动器接口、总线扩展插槽（提供ISA、PCI 等扩展槽）、串行接口（COM1、COM2）、并行接口（打印机接口LPT1）、USB接口等。
因此，主板是计算机各种部件相互连接的纽带和桥梁。
3中央处理器中央处理器（CPU）是计算机的核心，包括运算器、控制器和寄存器等。
计算机的运转是在CPU的指挥控制下实现的，所有的算术运算和逻辑运算都是由它完成的。
因此，CPU是决定计算机速度、处理能力和产品档次的关键部件。
图1-3 PC的典型结构4内存储器存储器分为内存储器和外存储器，通常分别简称为内存和外存。
内存是计算机的主要工作存储器，是计算机用于直接存取程序和数据的地方。
计算机在执行程序前必须将程序和数据装入内存中，这种装入信息的操作称为“写入”；所执行的指令及处理的数据，也必须从内存取出，这种取出信息的操作称为“读出”。
存储器读出信息后，原内容保持不变；向存储器写入信息，则原内容被新内容所代替。
由于内存是由半导体器件构成的，没有机械装置，所以内存的读写速度远远高于外存，但容量也相对较小，主要用来存放计算机正在使用的程序和数据。
内存又分如下两种：（1）只读存储器ROM只读存储器（Read Only Memory，ROM）存储的内容由厂家一次性写入，并永久保存下来，用户只能从ROM读出原有内容，不能再向其写入新内容，因此称为只读存储器。
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课程内容与学时分配
章 节 内 容 绪论 8086系统结构 8086的寻址方式和指令系统 学 时 4 6 12 第一章 第二章 第三章
第四章
第五章 第六章
汇编语言程序设计
存储器 输入/输出接口
10
6 2
第七章
第八章 第九章 第十一章
微型计算机中断系统
可编程计数器/定时器8253及 其应用 可编程外围接口芯片8255A及 其应用 模数和数模转换
6
4 4 自学
第一章
微型计算机概述
1.1 微型计算机的发展概况 1.2 微型计算机的基本结构 1.3 微型计算机系统 1.4 微型计算机的应用
1.1
微型计算机的发展概况
微型计算机的发展历史
计算机是20世纪发展最为迅速，普及程度最高、应 用最为广泛的科学技术之一。自1946年世界第一台计算 机在美国诞生至今，经过半个多世纪的发展，计算机已 经渗透到国民经济和社会生活的各个领域，极大地改变 着人们的工作方式和生活方式，转化为推动社会前进的 巨大的生产力。
大型机：指令多、速度快、存储容量大、可连接数以百 计终端机，快速处理巨量的资料
中型机、小型机：规模小、结构简单、便于推广
微型机：体积小、重量轻、价格低廉 ；
采用大规模和超大规模集成电路；
可靠性好、结构灵活；内部元件少、、仪表、
教学、医疗、家电
在50多年的发展历史中，计算机经历了采用电 子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路以及超 大规模集成电路的发展历程。未来将为人工智能计 算机，模拟人脑的思维。 但是计算机真正的辉煌时期是从1971年第一片 微处理器（Microprocessor）诞生之日起，计算机 便以惊人的速度发展，在此后的30多年时间里，微 处理器发展：从美国Intel公司的4004、8008、 8080、8085、8086、80186、80286、80386、80486 发展到Pentium、 Pentium Pro、PentiumⅡ、 Pentium Ⅲ、 Pentium Ⅳ、Itanium 等。
本 课程是我校电气信息类非计算机专业必修的 主干专业基础课程之一，针对人才培养目标，课程 体系和教学内容紧紧围绕“厚基础，重能力”的培 养目标，强调理论与实践并重，注重培养学生知识 应用能力和适应课程特点的学习方法。通过课程学 习，不仅使学生掌握微机的基本组成结构和工作原 理，更重要的是通过实践环节的训练，加深对理论 知识理解，着重掌握计算机接口软硬件设计能力， 为学生后续专业课程的学习奠定厚实的理论基础， 培养学生分析问题、解决问题的能力。为嵌入式系 统开发打下良好的基础。
集成度：2000管/片 价格低廉、使用方便，主要应用于简单计算与控制。
第二代（1973－1978年）：中高档8位微处理器时代
1973年，Intel公司推出了性能更好的8位微处理器8080。 Motorola公司的M6800，Zilog公司的Z80，Intel公司的8085，Rockwell与 MOS Technology的6502等。 通常人们把这一时期的微处理器称为第二代微处理器。 特点 字长： 8位 时钟频率： 2～4MHz 平均执行指令时间： 1～2 μs 集成度：5000 ～ 10000管/片
这一时期推出的微型计算机，在系统设计上考虑了机器间的兼容性，接口 的标准化和通用性，外围配套电路种类齐全、功能完善。在系统软件方面， 除可使用汇编语言外，还配用高级语言和操作系统。已经广泛用于数据处 理、工业控制、汽车、电子、智能仪器仪表和家电等领域。
第三代（1978-1980年）：16位微处理器时代
Intel公司的8086/8088、Motorola公司的M68000和 Zilog 公司的Z8000 特点 字长： 16位 时钟频率： 4～40MHz 平均执行指令时间： 0.5 μs
集成度：20000 ～ 60000管/片
第四代（1983-1993年）：32位微处理器时期
Intel公司推出80186、80286 1985年， Intel公司推出能进行多任务处理的32位微处 理器80386，同时有Motorola公司的M68020 1989年， Intel公司推出80486，同期有Motorola公司的 M68040 特点 字长： 32位
课程名称 技术） 学 时
微型计算机原理（微机原理与接口 52/12（48/15）
选用教材 技术 学出版社.
主讲教师 授课对象 授课方式
吴秀清主编.微型计算机原理与接口 [M]（第三版）.合肥：中国科技大
叶爱芹 电子信息工程、机械自动化 多媒体与板书相结合
前修课程：电路原理、模拟电子电路、数字电子
课程在专业学科中的地位与作用
第六代（1997至今）：加强型Pentium时代
1997年到1999年，Intel公司的Pentium Ⅱ 、Pentium Ⅲ AMD公司的AMD-K7，这些芯片的集成度高达750万管/片， 时钟频率达到750MHz。 2000年， Intel公司的Pentium Ⅳ 2001年底， Pentium Ⅳ主频高达2GHz，具有4200万只晶 体管，主流高端32位CPU市场的佼佼者。 AMD公司的Athlon CPU，1.33GHz主频及2GHz主频。 2006年，Core系列。支持64位计算。
第一代（1971-1973年）：4位和低档8位微处理器时代
典型产品有Intel 4004(1971年、4位)和Intel 8008（1972 年、8位）。 通常人们把Intel 4004(4位)和Intel 8008（8位）称为第一 代微处理器。
特点
字长： 4位或8位 时钟频率：1MHz
平均执行指令时间：20μs
时钟频率： 10～120MHz
平均执行指令时间： 0.2μs 集成度：几十万～上百万管/片
第五代（1993～1996）：Pentium微处理器的时代
1993年3月，Intel公司的奔腾（Pentium）
时钟频率：60/66MHz
运行速度：112MIPS 集成度：310万管/片 1995年2月， Intel公司的Pentium Pro 时钟频率：166MHz以上 集成度：550万管/片 1996年 Intel公司的Pentium MMX （多能奔腾）
计算机按其性能、价格和体积等的不同，可分为巨 型机、大型机、中型机、小型机、微型机
巨型机：功能最强、精度最高、速度最快、价格最贵 高科技难题、每秒十几万亿次浮点运算（太拉级） 131万亿次 日本 模拟气候实现精确的气象预报 模拟与设计可控核聚变 模拟核武器行为及破译密码 应用纳米技术模拟与设计新的电子器件