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1、2008/11/29殷凯1第第2章 计算机组成原理章 计算机组成原理2008/11/29殷凯2能指示计算机完成特定任务的、以电子格式存储的能指示计算机完成特定任务的、以电子格式存储的程序程序、数据数据和相关的和相关的文档文档完整的计算机系统 =硬件硬件+软件软件软 件软 件组成计算机各种物理设备的总称组成计算机各种物理设备的总称组成计算机各种物理设备的总称组成计算机各种物理设备的总称硬 件硬 件2008/11/29殷凯3微型计算机系统的基本组成微型计算机系统的基本组成控制器控制器控制器控制器 中央处理器中央处理器中央处理器中央处理器CPU CPU 运算器运算器运算器运算器 主机主机主机主机RO
2、MROM（只读存储器）只读存储器）只读存储器）只读存储器） 内存内存内存内存RAMRAM（读写存储器）读写存储器）读写存储器）读写存储器） 硬件系统硬件系统硬件系统硬件系统CacheCache（高速缓冲存储器）高速缓冲存储器）高速缓冲存储器）高速缓冲存储器） 计计计计输入设备输入设备输入设备输入设备键盘、鼠标、扫描仪等键盘、鼠标、扫描仪等键盘、鼠标、扫描仪等键盘、鼠标、扫描仪等 算算算算外设外设外设外设输出设备输出设备输出设备输出设备显示器、打印机、音响等显示器、打印机、音响等显示器、打印机、音响等显示器、打印机、音响等 机机机机外存外存外存外存硬盘、软盘、光盘、闪存等硬盘、软盘、光盘、闪存等
3、硬盘、软盘、光盘、闪存等硬盘、软盘、光盘、闪存等 系系系系操作系统操作系统操作系统操作系统 统统统统系统软件系统软件系统软件系统软件编译程序和解释程序编译程序和解释程序编译程序和解释程序编译程序和解释程序 软件系统软件系统软件系统软件系统数据库管理数据库管理数据库管理数据库管理 各种字处理系统各种字处理系统各种字处理系统各种字处理系统应用软件应用软件应用软件应用软件各种软件包各种软件包各种软件包各种软件包2008/11/29殷凯4第二章主要内容第二章主要内容2.1 计算机的组成和分类2.1 计算机的组成和分类计算机的逻辑结构计算机的逻辑结构2.2 CPU的结构和原理2.2 CPU的结构和原理个
4、人计算机中的中央处理器个人计算机中的中央处理器2.3 PC机的主机2.3 PC机的主机个人计算机的物理结构个人计算机的物理结构2.4 常用输入设备2.4 常用输入设备个人计算机的输入设备个人计算机的输入设备2.5 常用输出设备2.5 常用输出设备个人计算机的输出设备个人计算机的输出设备2.6 外存储器2.6 外存储器个人计算机的外存储设备个人计算机的外存储设备2008/11/29殷凯52.1 计算机的组成与分类2.1 计算机的组成与分类2008/11/29殷凯6计算机的诞生与发展计算机的诞生与发展 第一台第一台电子电子计算机诞生计算机诞生 ENIACENIAC ：电子数字积分机与计算机电子数字
5、积分机与计算机（E Electronic lectronic N Numerical umerical I Integratorntegrator A And nd C Computer）omputer） 时间：1946年2月时间：1946年2月 地点：美国宾夕法尼亚大学地点：美国宾夕法尼亚大学 用途：军事计算用途：军事计算1943年由年由 John Brainered领导领导 ENIAC开始研 究。图为开始研 究。图为 John Mauchly 及及J. Presper Eckert 负责这计划的 执行者负责这计划的 执行者2008/11/29殷凯7计算机的诞生与发展计算机的诞生与发展?以计
6、算机使用的基本电子元件作为划分依据，计算机的发展经历了四个阶段。以计算机使用的基本电子元件作为划分依据，计算机的发展经历了四个阶段。?基本电子元件的演变：基本电子元件的演变：?以计算机使用的基本电子元件作为划分依据，计算机的发展经历了四个阶段。以计算机使用的基本电子元件作为划分依据，计算机的发展经历了四个阶段。?基本电子元件的演变：基本电子元件的演变：电子管电子管电子管电子管电子管电子管晶体管晶体管晶体管晶体管晶体管晶体管中小规模集成电路芯片中小规模集成电路芯片中小规模集成电路芯片中小规模集成电路芯片中小规模集成电路芯片中小规模集成电路芯片大规模超大规模集成电路芯片大规模超大规模集成电路芯片大
7、规模超大规模集成电路芯片大规模超大规模集成电路芯片大规模超大规模集成电路芯片大规模超大规模集成电路芯片2008/11/29殷凯8计算机的诞生与发展计算机的诞生与发展 按主要元器件分代按主要元器件分代?第一代（约第一代（约1946-1957）电子管计算机）电子管计算机?几十次几十次/秒秒几万次几万次/秒，秒，?水银延迟线内存，千字水银延迟线内存，千字?外设：磁鼓、纸带、卡片、磁带外设：磁鼓、纸带、卡片、磁带?机器语言编程机器语言编程?图为美国于图为美国于20世纪世纪50年代生产 的年代生产 的IBM704型采用电子管的第一 代电子计算机型采用电子管的第一 代电子计算机图为在第一代电子计算机中使用
8、的磁鼓图为在第一代电子计算机中使用的磁鼓图为第一代电子计算机图为第一代电子计算机EDVACUNIVACIBM70X代 表 机 型代 表 机 型2008/11/29殷凯9计算机的诞生与发展计算机的诞生与发展 按主要元器件分代按主要元器件分代 第二代（约第二代（约1957-1964） 晶体管计算机） 晶体管计算机 几十万次几十万次/秒秒 1948年年Bell实验室发明晶体管实验室发明晶体管 磁芯十万字，磁盘磁芯十万字，磁盘 汇编语言或高级语言编程汇编语言或高级语言编程 代表机型：代表机型：TRADIC、IBM7090图为晶体管图为晶体管IBM 70902008/11/29殷凯10计算机的诞生与发展
9、计算机的诞生与发展 按主要元器件分代按主要元器件分代 第三代（约第三代（约1965-1972）中小规模集成电路计算 机(SSI,MSI-Medium Scale Integration)）中小规模集成电路计算 机(SSI,MSI-Medium Scale Integration) 1958年，基尔比和诺伊斯发明集成电路年，基尔比和诺伊斯发明集成电路 几十万次几十万次/秒秒几百万次几百万次/秒秒 半导体存储器半导体存储器 操作系统、数据库系统操作系统、数据库系统HP-2115中小规模集成电路中小规模集成电路2008/11/29殷凯11计算机的诞生与发展计算机的诞生与发展 按主要元器件分代按主要元
10、器件分代 第四代（第四代（1971年起）是大规模、超大规模集成 电路计算机(Very Large Scale Integration) 年起）是大规模、超大规模集成 电路计算机(Very Large Scale Integration) 几百万次几百万次/秒秒亿次亿次/秒秒 软件开发工具和平台软件开发工具和平台 分布式计算软件分布式计算软件Apple II大规模、超大规模集成电路大规模、超大规模集成电路2008/11/29殷凯12第第14代计算机的对比代计算机的对比代 别年 代使用的元器件使用的软件类型主要应用领域代 别年 代使用的元器件使用的软件类型主要应用领域第第1代代20世纪世纪40年代
11、中 期年代中 期50年代末期年代末期CPU：电子管 内存：磁鼓：电子管 内存：磁鼓使用机器语言和汇编 语言编写程序使用机器语言和汇编 语言编写程序科学和工程计算第科学和工程计算第2代代20世纪世纪50年代中、 后期年代中、 后期60年代中 期年代中 期CPU：晶体管 内存：磁芯：晶体管 内存：磁芯使用使用FORTRAN等高 级程序设计语言等高 级程序设计语言开始广泛应用于 数据处理领域第开始广泛应用于 数据处理领域第3代代20世纪世纪60年代中 期年代中 期70年代初期年代初期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、数据库管 理系统等开始使用
12、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代代20世纪世纪70年代中 期以来年代中 期以来CPU：LSI、VLSI 内存：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2008/11/29殷凯13计算机的应用模式计算机的应用模式2008/11/29殷凯14计算技术的主流趋势主机计算
13、技术的主流趋势主机PC 普适 计算普适 计算2008/11/29殷凯15计算机的发展方向（补）计算机的发展方向（补）计算机以不可阻挡的速度向各个领域，各个部门飞速渗透、扩展：?用于体现一个国家的经济和科学技术实力的巨型化?便于普及的微型化?足不出户便可知天下的网络化?图声文并存的多媒体化 ?可帮助人类完成更多危险、复杂的工作的智能化计算机。2008/11/29殷凯162.1.1 计算机的发展与作用2.1.1 计算机的发展与作用 1、计算机的发展、计算机的发展 2、计算机的巨大作用、计算机的巨大作用 积极作用积极作用 开拓了人类认识自然、改造自然的新资源开拓了人类认识自然、改造自然的新资源 增添
14、人类发展科学技术的新手段增添人类发展科学技术的新手段 提供了人类创造文化的新工具提供了人类创造文化的新工具 引起人类的工作与生活方式的变化引起人类的工作与生活方式的变化 消极作用消极作用 带来新的社会问题、引发潜在的危机带来新的社会问题、引发潜在的危机200811月29日星期殷凯17 不良、有害信息肆意传播泛滥不良、有害信息肆意传播泛滥 电子垃圾污染环境破坏生态电子垃圾污染环境破坏生态 沉迷计算机游戏、网络聊天沉迷计算机游戏、网络聊天 个人隐私受到威胁个人隐私受到威胁 信息欺诈信息欺诈 计算机犯罪计算机犯罪 知识产权保护（盗版）知识产权保护（盗版） 计算机系统崩溃计算机系统崩溃计算机的消极作用
15、计算机的消极作用2008/11/29殷凯182.1.2 计算机的组成2.1.2 计算机的组成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硬件是计算 机系统中所有实际 物理装置的总称计算机硬件是计算 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20
16、08/11/29殷凯19计算机硬件的逻辑结构计算机硬件的逻辑结构 1 经典计算机的逻辑结构（冯经典计算机的逻辑结构（冯.诺依曼计算机）诺依曼计算机）运算器和控制器运算器和控制器输入设备输入设备输出设备输出设备存储器存储器注：逻辑结构意指概念上 （即功能上）的结构注：逻辑结构意指概念上 （即功能上）的结构冯冯.诺依曼诺依曼（John Von Neumman） 美籍匈牙利数学家美籍匈牙利数学家 冯冯.诺依曼计算机的主要特点是：诺依曼计算机的主要特点是： 1）由五大逻辑部件组成（运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备）由五大逻辑部件组成（运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备） 2）存储程序控制）存储程序控制计算机的所有操作均由存储在存储器中的程序进行控制计
