计算机组成与发展课件

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1、第第3讲讲 计算机及其发展计算机及其发展1计算机的发展与作用计算机的发展与作用（2.1）2计算机的分类计算机的分类（2.1）3计算机的组成计算机的组成（2.3）4CPU和计算机的性能和计算机的性能（2.2）第3讲 计算机及发展21. 计算机的发展与作用计算机的发展与作用 1. 1. 计算机的发展过程大体是怎样的，未来的发展趋势计算机的发展过程大体是怎样的，未来的发展趋势如何？如何？ 2. 2. 为什么说计算机是一种通用的信息处理工具？它有为什么说计算机是一种通用的信息处理工具？它有哪些特点？哪些特点？ 3. 3. 计算机对社会的发展与进步有什么作用？它又有哪计算机对社会的发展与进步有什么作用？

2、它又有哪些负面影响？些负面影响？第3讲 计算机及发展3过去的计算工具过去的计算工具n隨著生產的發展和社會的進步，計算工具的發展過隨著生產的發展和社會的進步，計算工具的發展過程從簡單到複雜、從低級到高級程從簡單到複雜、從低級到高級n計算工具相繼出現了如計算工具相繼出現了如：n算盤算盤n計算尺計算尺n手搖计算器手搖计算器n電動计算器電動计算器我国研制第1颗原子弹时使用的飞鱼牌手摇计算机（新华网图片） 第3讲 计算机及发展4 Pascals 加法机加法机l1642年，法国数学家年，法国数学家B.Pascal用钟表用钟表元件制造了一种能够做两个十进制数加元件制造了一种能够做两个十进制数加减法的机器减法

3、的机器第3讲 计算机及发展5上世纪上世纪30年代的机械式计算器年代的机械式计算器电动式计算器（电动式计算器（1930）手摇式计算器手摇式计算器第3讲 计算机及发展6第第1 1台数字电子计算机台数字电子计算机诞生诞生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- -ENIACPhoto: van Pelt Library, U Penn.18,000 电子管，电子管，6,000 开关开关占地面积占地面积: 150 m2重量重量: 30 ton功耗功耗: 140 KW运算速度运算速度: 5000 bits/sec平均无故障时间平均无故障时间 7 min第3讲 计

4、算机及发展7我国第我国第1台数字电子计算机台数字电子计算机n1956年，华罗庚受命筹建中国科年，华罗庚受命筹建中国科学院计算技术研究所。学院计算技术研究所。n1958年中国第一台计算机年中国第一台计算机103型型机研制成功，中国科学院计算所机研制成功，中国科学院计算所与北京有线电厂共同研制。字长与北京有线电厂共同研制。字长31位，位，内存内存容量为容量为1024字节，运字节，运算速度每秒算速度每秒450次。次。1958年年8月月1日该机可以表演短程序运行，标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。志着我国第一台电子计算机诞生。该机在该机在738厂开始小量生产，改名厂开始小量生

5、产，改名为为103型计算机型计算机(即即DJS-1型型)，共，共生产生产38台台第3讲 计算机及发展8第第1代数字电子计算机代数字电子计算机uu时间：约时间：约时间：约时间：约1946-19571946-19571946-19571946-1957uu使用的元器件：电子管使用的元器件：电子管使用的元器件：电子管使用的元器件：电子管 速度：几十几万次速度：几十几万次速度：几十几万次速度：几十几万次/ / / /秒秒秒秒 内存：磁鼓，千字内存：磁鼓，千字内存：磁鼓，千字内存：磁鼓，千字 外设：磁带外设：磁带外设：磁带外设：磁带 机器语言或汇编语言编程机器语言或汇编语言编程机器语言或汇编语言编程机器

6、语言或汇编语言编程美国于美国于2020世纪世纪5050年代生产年代生产的的IBM704IBM704型电子管计算机型电子管计算机磁鼓存储器磁鼓存储器第3讲 计算机及发展9第第2代数字电子计算机代数字电子计算机uu时间：约时间：约时间：约时间：约1957-19641957-19641957-19641957-1964uu使用的元器件：晶体管使用的元器件：晶体管使用的元器件：晶体管使用的元器件：晶体管速度：几十万次速度：几十万次速度：几十万次速度：几十万次/ / / /秒，秒，秒，秒， 内存：磁芯，十万字内存：磁芯，十万字内存：磁芯，十万字内存：磁芯，十万字 外设：磁盘外设：磁盘外设：磁盘外设：磁盘

7、高级语言编程高级语言编程高级语言编程高级语言编程电子管电子管晶体管晶体管第3讲 计算机及发展10磁芯存储器磁芯存储器This is a 50x photograph of magnetic core random access memory from a 4 KiB memory plane第3讲 计算机及发展11安装在安装在NASA的的IBM 7090计算机计算机第3讲 计算机及发展12我国的第我国的第2代电子计算机代电子计算机n1964年我国华北计算所先后研制成功年我国华北计算所先后研制成功108乙机乙机(DJS-6)、121机机(DJS-21)和和320机机(DJS-6)，并在，并在73

8、8厂等五家工厂生产；厂等五家工厂生产；哈军工（国防科大前身）研制成功哈军工（国防科大前身）研制成功441B全晶体管计算机，小全晶体管计算机，小批量生产了批量生产了40多台。多台。当时我国研发出的计当时我国研发出的计算机，仅有小批量算机，仅有小批量生生产，由国家分配到各产，由国家分配到各个科研院所使用。研个科研院所使用。研发和生产计算机的单发和生产计算机的单位，全部是军工企业。位，全部是军工企业。具备极高的保密措施，具备极高的保密措施，每一个元件，每一张每一个元件，每一张设计图纸都被严格看设计图纸都被严格看管管 第3讲 计算机及发展13第第3代数字电子计算机代数字电子计算机时间：约时间：约196

9、5-1973使用的元器件：中小规模集成电路使用的元器件：中小规模集成电路 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 软件：高级语言软件：高级语言, OS, DBMS第3讲 计算机及发展14第第3代计算机代计算机 n1965年年IBM推出的推出的System360大型主机，被美国航大型主机，被美国航天局用于首次载人登月任务天局用于首次载人登月任务第3讲 计算机及发展15存储容量为存储容量为5MB的硬盘的硬盘 （27Kg重）重）第3讲 计算机及发展16我国的集成电路计算机我国的集成电路计算机DJS-180系列超级小型系列超级小型计算机计算机天津天津生

10、产的生产的DJS130DJS130小型机，参展小型机，参展“1975“1975年广交会年广交会”（二进制定点（二进制定点16位；内存容量：位；内存容量：4-32k；存存取周期：取周期：2微秒）微秒）第3讲 计算机及发展17第第4代数字电子计算机代数字电子计算机n时间：从时间：从19741974年起年起n使用的元器件：大规模和超大规模集成电路（使用的元器件：大规模和超大规模集成电路（VLSIVLSI）u速度：几百万次亿次速度：几百万次亿次/ /秒秒u内存：半导体存储器内存：半导体存储器u软件工程，分布式处理等软件工程，分布式处理等第3讲 计算机及发展18计算机的发展大大超出人们预料计算机的发展大

11、大超出人们预料n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：度之快，大大超出人们的预料：n性能不断提高性能不断提高n体积不断变小体积不断变小n功耗不断降低功耗不断降低n价格越来越便宜价格越来越便宜n软件越来越丰富软件越来越丰富n使用越来越容易使用越来越容易n应用领域越来越普遍应用领域越来越普遍n计算机数量不断增加计算机数量不断增加 上述趋势不仅仍在继续，上述趋势不仅仍在继续，且节奏进一步加快且节奏进一步加快 已不再沿用已不再沿用“第第x x代计算机代计算机”的说法。的说法。 正在研究开发智能化的计正在研究开

12、发智能化的计算机系统，它以知识处理为算机系统，它以知识处理为核心，可以模拟或部分替代核心，可以模拟或部分替代人的智能活动，具有自然的人的智能活动，具有自然的人机通信能力人机通信能力 第3讲 计算机及发展19未来电脑或将拥有感情未来电脑或将拥有感情,能够察言观色能够察言观色n大力研究神经细胞的大力研究神经细胞的工作原理，促进计算工作原理，促进计算机视觉处理和听觉处机视觉处理和听觉处理功能的飞跃进步理功能的飞跃进步n英国普利茅斯大学计英国普利茅斯大学计算机专家正在尝试模算机专家正在尝试模拟在大脑中起重要作拟在大脑中起重要作用的神经细胞的生理用的神经细胞的生理学特征，使未来计算学特征，使未来计算机能

13、具有与人相当的机能具有与人相当的视觉和听觉功能视觉和听觉功能（2010-08-01科技日报报道）科技日报报道）第3讲 计算机及发展20未来可能的新型计算机未来可能的新型计算机(1)n量子计算机量子计算机：建立在量子力学基础上，与传统计算机的主要：建立在量子力学基础上，与传统计算机的主要区别是，可以同时使用多个不同的量子态来处理和存储信息，区别是，可以同时使用多个不同的量子态来处理和存储信息，被认为是未来计算机发展的方向被认为是未来计算机发展的方向20102010年初科学时报报道，美国国家标准年初科学时报报道，美国国家标准技术研究院研制的可处理两个量子比特技术研究院研制的可处理两个量子比特数据的

14、量子计算机数据的量子计算机 加拿大加拿大D-Wave SystemsD-Wave Systems公司公司的代号为的代号为“Orion”Orion”的量的量子计算机子计算机, ,包含包含1616个量子比特，是传统计算机的补充，个量子比特，是传统计算机的补充，能大幅增强现有计算机的能力。它通过液氦冷却在能大幅增强现有计算机的能力。它通过液氦冷却在零下零下273.145273.145摄氏度下（距绝对零度仅摄氏度下（距绝对零度仅0.0050.005度）度）第3讲 计算机及发展21未来可能的新型计算机未来可能的新型计算机(2)奥林巴斯光学工业公司开发出的生物计算机奥林巴斯光学工业公司开发出的生物计算机英

15、国女王大学的英国女王大学的AnatolyZayats教授教授他是他是光计算机项目的负责人光计算机项目的负责人光学计算机光学计算机：以光子代替电子，光互：以光子代替电子，光互连代替导线互连，光运算代替电运算连代替导线互连，光运算代替电运算DNA(生物生物)计算机计算机：蛋白质分子与周围环境相：蛋白质分子与周围环境相互作用，由互作用，由“酶酶”来充当计算机的电子开关。来充当计算机的电子开关。预计预计20年后年后DNA计算机将进入实用阶段计算机将进入实用阶段第3讲 计算机及发展22计算机的特点与作用计算机的特点与作用第3讲 计算机及发展23计算机是通用的信息处理工具计算机是通用的信息处理工具n计算机

16、是信息处理工具：计算机是信息处理工具：n信息的收集（信息获取）信息的收集（信息获取）n信息的储存（信息存储）信息的储存（信息存储）n信息的加工（信息处理）信息的加工（信息处理）n信息的传递（通信）信息的传递（通信）n信息的施用（展现与控制）信息的施用（展现与控制）n计算机是一种工具计算机是一种工具n不是交通运输工具不是交通运输工具n不是机械加工工具不是机械加工工具n不是不是工具工具第3讲 计算机及发展24计算机能做许多不同的事计算机能做许多不同的事l算题（科学计算）算题（科学计算）l制作图案制作图案l处理文字处理文字l管理数据管理数据l控制其他机器控制其他机器l游戏游戏l收发邮件收发邮件l收看

17、电视收看电视l播放音乐播放音乐l设计产品设计产品l帮助决策帮助决策l模拟世界上的事物模拟世界上的事物l制作影视特技制作影视特技l寻找信息寻找信息l与人聊天与人聊天l 问题：大多数机器只能做一类事，为什么计算机能够做许多种问题：大多数机器只能做一类事，为什么计算机能够做许多种不同的事？为什么计算机可以同时做许多不同的事？是不是计不同的事？为什么计算机可以同时做许多不同的事？是不是计算机什么事都能做？算机什么事都能做？第3讲 计算机及发展25计算机计算机(硬件硬件)很笨，但是很笨，但是n计算机计算机( (硬件硬件) )只能进行基本的四则运算与逻辑运算，只能进行基本的四则运算与逻辑运算，很笨，能力十

18、分有限，但是：很笨，能力十分有限，但是：n速度极快速度极快n容量很大容量很大n其内部存储的程序指示它做什么和如何做其内部存储的程序指示它做什么和如何做n程序是由人开发的，人是程序是由人开发的，人是“万物之灵万物之灵”n简而言之，是千万人的聪明才智通过计算机的简而言之，是千万人的聪明才智通过计算机的“高高速度、大容量速度、大容量”特性在为人们服务！特性在为人们服务！第3讲 计算机及发展26计算机的主要特性计算机的主要特性n计算机的特性：计算机的特性：（1）速度）速度快快（2）存储容量）存储容量大大（3）通用性通用性好好n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不仅能处理数字和文

19、字，而且能对图像、声音等多种形式的信息进行处理行处理n不仅能进行数学运算，而且能进行逻辑运算不仅能进行数学运算，而且能进行逻辑运算n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）计算机与计算机具有互连、互通和互操作的能力第3讲 计算机及发展27计算机的巨大作用计算机的巨大作用n计算机对社会的进步与发展产生了巨大的作用：计算机对社会的进步与发展产生了巨大的作用：n计算机应用于计算机应用于科学研究科学研究，大大增强了人类认识自然、开发自然、，大大增强了人类认识自然、开发自然、改造

20、和利用自然的能力，促进了科学技术的发展。改造和利用自然的能力，促进了科学技术的发展。n计算机应用于计算机应用于工农业生产工农业生产，大大提高了人类物质生产水平和社，大大提高了人类物质生产水平和社会生产率，促进了经济的飞跃发展。会生产率，促进了经济的飞跃发展。n计算机应用于计算机应用于社会服务社会服务，大大扩展和改善了服务范围与质量，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。提高了工作效率，推动了社会进步。n计算机应用于计算机应用于教育文化教育文化，为人类创造知识与文化提供了现代化，为人类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，扩展了人们工具，

21、改变了人们创造和传播文化的方式和方法，扩展了人们文化活动的领域、丰富了人类文化的内容、提高了质量。文化活动的领域、丰富了人类文化的内容、提高了质量。第3讲 计算机及发展28计算机有什么负面影响？计算机有什么负面影响？n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：n计算机系统崩溃给社会带来不可预测的严重后果计算机系统崩溃给社会带来不可预测的严重后果n信息欺骗和计算机犯罪增加信息欺骗和计算机犯罪增加n知识产权保护更加困难知识产权保护更加困难n个人隐私受到威胁个人隐私受到威胁n不良和有害信息肆意传播和泛滥不良和有害信息肆意传播和泛滥n大量电子垃圾污染环境、破坏生态大量

22、电子垃圾污染环境、破坏生态n长期沉迷于计算机游戏、网络聊天等给青少年生理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和心理带来严重危害第3讲 计算机及发展292. 计算机的分类计算机的分类 1. 1. 计算机是如何分类的？当前计算机产品分成计算机是如何分类的？当前计算机产品分成哪些类型？哪些类型？ 2. 2. 有一种计算机称为服务器，它与上述几种计有一种计算机称为服务器，它与上述几种计算机是什么关系？算机是什么关系？ 3. 3. 嵌入式计算机的作用与特点是什么？嵌入式计算机的作用与特点是什么？ 第3讲 计算机及发展30计算机的分类计算机的分类n按内部的逻辑结构分类按内部的逻辑

23、结构分类n8位位/16位位/32位位/64位位n单单CPU/多多CPUnn按性能、用途和价格分类按性能、用途和价格分类n巨型计算机巨型计算机(supercomputer)n大型计算机大型计算机(mainframe)n小型计算机小型计算机(minicomputer)n个人计算机个人计算机(personalcomputer)n笔记本笔记本PC(notebookPC)n台式台式PC(desktopPC)n平板电脑平板电脑/上网本上网本n嵌入式计算机嵌入式计算机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)使用使用第3讲 计算机及发展31巨型计算机

24、（巨型计算机（Supercomputer）n也称超级计算机，有极强的运算能力，速度达数百万亿次运算也称超级计算机，有极强的运算能力，速度达数百万亿次运算/秒以上秒以上n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、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、电子对抗等领域破解密码、电子对抗等领域n采用大规模采用大规模并行处理并行处理的结构，由数以百计、千计、万计的的结构，由数以百计、千计、万计的CPU共同完成系统软件共同完成系统软件和应用软件运行任务和应用软件运行任务n国际上：国际上：n美国美国IBM公司的公司的GeneL系统，运算速

25、度为系统，运算速度为280.6万亿次秒万亿次秒n美国美国Cray公司公司XT4巨型计算机巨型计算机(3万处理器万处理器)250万亿次秒万亿次秒n日本日本NEC公司的公司的“地球模拟器地球模拟器”n我国：我国：n江南计算技术研究所江南计算技术研究所；“神威神威”巨型机巨型机n中科院计算所中科院计算所(曙光计算机公司曙光计算机公司)：“曙光曙光”巨型计算机巨型计算机n联想集团公司：联想集团公司：“深腾深腾”巨型机巨型机n国防科技大学：国防科技大学：“银河银河”巨型机、巨型机、“天河一号天河一号”千万亿次千万亿次/秒秒第3讲 计算机及发展32神威巨型计算机神威巨型计算机巨型计算机（续）巨型计算机（续

26、）IBMBlueGene/LsupercomputerCray巨型计算机巨型计算机银河巨型计算机银河巨型计算机2010.11.17国际超级计算机组织正式发布第届世界超级计算机国际超级计算机组织正式发布第届世界超级计算机500强排名中，中国强排名中，中国“天河一号天河一号”和和“曙光星云曙光星云”分别位列第分别位列第1和第和第3名名天河一号巨型计算机天河一号巨型计算机“天河一号”峰值性能4700万亿次、持续速度 2566万亿次，有14000个通用处理器和上万个图形加速处理器;内存总容量98TB，磁盘总容量2PB，安装在天津国家超级计算中心第3讲 计算机及发展33天河天河1号号A (TH-1A )

27、巨型计算机巨型计算机140个机柜，在个机柜，在700平方米的机房内整整齐齐排成平方米的机房内整整齐齐排成13排排,每小时耗电每小时耗电4040度度部分采用了自主研制的飞腾部分采用了自主研制的飞腾-1000中央处理器中央处理器,运行自主研制的麒麟操作系统运行自主研制的麒麟操作系统第3讲 计算机及发展34关于关于“服务器服务器”n服务器的英文名是服务器的英文名是“server”，指的是在计算机网络中专门，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）的一类计算机能力、软件等）的一类计算机n原理上任何计算

28、机都可以作为服务器使用原理上任何计算机都可以作为服务器使用n巨型机和大型机可以作为企业级服务器巨型机和大型机可以作为企业级服务器n专用的服务器可作为部门级服务器专用的服务器可作为部门级服务器n一般的一般的PC也可以作为工作组服务器或打印服务器也可以作为工作组服务器或打印服务器n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“服务器服务器”的一类计算机产品，其特点是：的一类计算机产品，其特点是：n存储容量大，存取速度快，网络通信功能强，可靠性好存储容量大，存取速度快，网络通信功能强，可靠性好(7x24)第3讲 计算机及发展35例：例：HP

29、公司的公司的ProLiant 服务器服务器 第3讲 计算机及发展36关于关于“个人计算机个人计算机”台式个人计算机台式个人计算机(卧式卧式)台式个人计算机台式个人计算机(立式立式)便携式便携式(笔记本笔记本)个人计算机个人计算机iMac一体机一体机Sony一体机一体机第3讲 计算机及发展37个人计算设备走向多元化个人计算设备走向多元化eBook（电子书）（电子书）UMPC(超级移动超级移动PC)智能手机智能手机iPhone4TabletPC（平板式电脑）（平板式电脑）第3讲 计算机及发展38 Apple的的iPad平板电脑平板电脑Height: 9.56 inches (242.8 mm) W

30、idth: 7.47 inches (189.7 mm) Depth: 0.5 inch (13.4 mm) Weight: 1.5 pounds (0.68 kg) Wi-Fi model; 1.6 pounds (0.73 kg) Wi-Fi + 3G model 9.7-inchdisplaywithIPStechnology1024-by-768-pixelresolution第3讲 计算机及发展39第第2代代iPad平板电脑平板电脑16GB32GB64GBWi-Fi$499$599$699Wi-Fi + 3G$629$729$829Dual-Core 双核 A5 芯片，快，双倍的快图

31、形处理超快双摄像头陀螺仪、加速感应器、指南针相互配合，游戏操控跟方便厚度比之前薄了 33%，重量减轻了 15%第3讲 计算机及发展40平板电脑的趋势平板电脑的趋势三星三星Galaxy联想乐联想乐Pad华硕华硕EeePad摩托罗拉摩托罗拉Xoom宏基宏基IconiaTab万利达万利达ZpadT8GartnerGartner报告指出，报告指出，20102010年年全球总共卖出了全球总共卖出了17601760万台平板电脑，其中主要是万台平板电脑，其中主要是苹果的苹果的iPadiPad，销售平均价格为每台，销售平均价格为每台543543美元。美元。GartnerGartner预测，预测，2011201

32、1年全球平板电脑销售数量将达到年全球平板电脑销售数量将达到69506950万台，平均售价则万台，平均售价则为为423423美元。美元。GartnerGartner表示，平板电脑平均售价将持续走跌，在表示，平板电脑平均售价将持续走跌，在20132013年达到年达到300300美元，美元，20152015年则降到年则降到263263美元，届时卖出的数量将达到美元，届时卖出的数量将达到2 2亿亿95009500万台。万台。厦门厦门35Pad第3讲 计算机及发展41关于关于“嵌入式计算机嵌入式计算机”n把计算机的各个组成部分（运算器、控制器、存储器、输把计算机的各个组成部分（运算器、控制器、存储器、输

33、入入/输出控制等）全都集成在一块芯片上，这样的计算机称输出控制等）全都集成在一块芯片上，这样的计算机称为为“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：内嵌在其他设备中作为信息处理的核心装置，例如用途：内嵌在其他设备中作为信息处理的核心装置，例如n数码相机、数码相机、MP3播放器、手机、交换机、路由器、汽车、机顶播放器、手机、交换机、路由器、汽车、机顶盒、洗衣机、空调等盒、洗衣机、空调等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

34、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第3讲 计算机及发展42嵌入式计算机之例：嵌入式计算机之例：MP3播放器播放器程序程序存储器存储器存储卡存储卡(闪烁存储器闪烁存储器)液晶显示液晶显示D/A转换转换嵌入式处理器嵌入式处理器声音输出声音输出控制按键控制按键USB接口接口嵌入式处理器用于运行控制程序，控制各个部嵌入式处理器用于运行控制程序，控制各个部件协调工作：它接收控制按键的操作命令，从件协调工作：它接收控制按键的操作命令，从存储卡读取存储卡读取MP3音乐数据、进行解码、音乐数据、进行解码、还原还原出数字声音信号出数字声音信号存放存放MP3音乐数音乐数据，容量越大，据，容

35、量越大，可存放的歌曲数可存放的歌曲数目就越多目就越多 存放存放MP3播放播放器的控制程序器的控制程序与解码程序与解码程序显示显示MP3播放器的播放器的工作状态工作状态和歌曲的和歌曲的歌词歌词负责与主机负责与主机连接并下载连接并下载MP3歌曲等歌曲等把数字声音转换为把数字声音转换为模拟声音信号，用模拟声音信号，用户即可听到声音户即可听到声音第3讲 计算机及发展433. 计算机硬件的组成计算机硬件的组成1. 计算机硬件由哪些部分组成？计算机硬件由哪些部分组成？2. 什么是什么是PC的主板？什么是芯片组？的主板？什么是芯片组？3. CPU是什么？在计算机中起什么作用？是什么？在计算机中起什么作用？4

36、. 什么是存储器？内存和外存有什么不同的特什么是存储器？内存和外存有什么不同的特性？性？第3讲 计算机及发展44计算机硬件的概念结构计算机硬件的概念结构n(冯冯诺依曼诺依曼)计算机在概念上由计算机在概念上由5个部分组成：个部分组成：中央处理器中央处理器CPU(CentralProcessingUnit)运算器和控制器运算器和控制器输入输入设备设备输出输出设备设备存储器存储器第3讲 计算机及发展45中央处理器中央处理器(运算控制器运算控制器)n什么是中央处理器什么是中央处理器(CPU)？n能能高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑运高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑运算和数据传送等操作算

37、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(仅几个平方仅几个平方厘米厘米)，称为，称为“微处理器微处理器”(microprocessor)Intel4004chipIntel8080chip第3讲 计算机及发展46CPU是一个超大规模集成电路是一个超大规模集成电路2000:IntelPentium4Processor42milliontransistors，0.18microns工艺工艺第3讲 计算机及发展47存储器存储器中央中央处理器处理器存储数据和指令存

38、储数据和指令执行指令、处理数据执行指令、处理数据指令，数据指令，数据处理结果处理结果CPU的任务的任务(1)计算机的工作由程序控制，程序是一个指令序列，指令是能被计算机的工作由程序控制，程序是一个指令序列，指令是能被CPU理解和执行的操作命令；理解和执行的操作命令；(2)程序程序(指令指令)和数据以二进制表示，均存放在存储器中；和数据以二进制表示，均存放在存储器中；(3)CPU的任务是从存储器中读出指令和数据，按指令要求对数据的任务是从存储器中读出指令和数据，按指令要求对数据进行运算，把运算结果写回存储器进行运算，把运算结果写回存储器第3讲 计算机及发展48 存储器的任务存储器的任务n功能：功

39、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和存放已经启动运行的程序和需要立即处理的数据需要立即处理的数据长期存放计算机系统中几乎所有长期存放计算机系统中几乎所有的信息的信息与与CPU关关系系CPU所处理的指

40、令及数据直所处理的指令及数据直接从内存中取出接从内存中取出程序及相关数据必须先送入内存程序及相关数据必须先送入内存后才能被后才能被CPU使用使用011010011010101000001000000001000011001001111011111存储内容存储内容地地址址存储单元存储单元第3讲 计算机及发展49计算机的工作过程计算机的工作过程n“存储程序控制存储程序控制”原理：原理：n将问题的解算步骤编制成为将问题的解算步骤编制成为程序程序，程序连同它所处理的数据都，程序连同它所处理的数据都用用二进位表示二进位表示并并预先预先存放在存储器存放在存储器中中n程序运行时，程序运行时，CPUCPU从内

41、存中一条一条地取出指令和相应的数据，从内存中一条一条地取出指令和相应的数据，按指令操作码的规定按指令操作码的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止毕为止任任务务启启动动时时，执执行行该该任任务务的的程程序序和和数数据据从从外外存存成成批批传传送送到到内内存存CPU从从内内存存中中逐逐条条读读取取该该程程序序的的指指令令及及相关的数据相关的数据将将指指令令的的运运算算处处理理结果送回内存保存结果送回内存保存任任务务完完成成后后，将将处处理理得得到到的的全全部部结结果果成成批批传传送送到到外外存存以以长长久久保存保存外存储器外存储器指令1指令2指令k指令

42、n程程序序数据1数据2数据m数数据据内内存存储储器器CPUCPU逐逐 条条执执行行指指令令,按按指指令令要要求求完完成成对对数数据据的的运算和处理运算和处理第3讲 计算机及发展50计算机硬件的物理结构计算机硬件的物理结构第3讲 计算机及发展511音箱音箱5CPU2调制解调器调制解调器6键盘键盘3麦克风麦克风7鼠标器鼠标器4内存条内存条8CD驱动器驱动器9软驱软驱10硬盘驱动器硬盘驱动器11打印机打印机12I/O接口接口13CRT显示器显示器14扩展卡扩展卡主板主板第3讲 计算机及发展52 (1) 台式台式PC的物理组成的物理组成台式台式PC主机主机外部设备外部设备机箱机箱,电源电源主板主板CP

43、U内存条内存条显示卡显示卡芯片组芯片组BIOSROMCMOSPCI插槽插槽网卡网卡输入设备输入设备外存储器外存储器键盘键盘鼠标器鼠标器麦克风麦克风摄像头摄像头输出设备输出设备U盘、移动硬盘盘、移动硬盘显示器显示器打印机打印机音箱音箱/耳机耳机声卡声卡插头和插座插头和插座(I/O接口接口)硬盘硬盘光盘驱动器光盘驱动器第3讲 计算机及发展53(2) 主板布局示意图主板布局示意图n主板的作用：安装所有的电子器件、电路与连接件主板的作用：安装所有的电子器件、电路与连接件nROMBIOS：存放最基础的软件：存放最基础的软件基本输入基本输入/输出系统输出系统(BIOS)nCMOS存储器：存放系统的基本参数

44、（日期、时间、口令等）存储器：存放系统的基本参数（日期、时间、口令等） 存储器插座存储器插座 处理器处理器插槽插槽外部设备插口外部设备插口(I/O接口接口)硬盘及光驱的硬盘及光驱的IDE连接器连接器电源连接器电源连接器 PCI总线槽总线槽 CPU插座插座显示卡的显示卡的插槽插槽南桥南桥芯片芯片 ROM BIOS CMOS 存储器存储器北桥北桥芯片芯片第3讲 计算机及发展54例：华硕例：华硕P5Q主板主板CPUCPU插座插座内存条插座内存条插座硬盘硬盘IDEIDE连接器连接器PCIPCI插槽插槽芯片组芯片组各种各种I/OI/O插口插口显卡插槽显卡插槽PCI-EPCI-E插槽插槽第3讲 计算机及发

45、展55安装了安装了CPU和内存条的主板和内存条的主板第3讲 计算机及发展56 (3) 芯片组的作用芯片组的作用n北桥芯片：北桥芯片：1.存储器控制功能；存储器控制功能；2.连接连接CPU、存储器、显卡、南桥芯片的枢纽、存储器、显卡、南桥芯片的枢纽n南桥芯片：南桥芯片：1.多种多种I/O设备的控制功能；设备的控制功能；2.I/O总线总线(PCI总线总线)功能；功能；3.提供了各种提供了各种I/O接口接口Pentium 4CPU前端总线前端总线北桥北桥MCH图形卡接口图形卡接口双通道双通道南桥南桥ICH5USB 2.0接口接口(x8)以太网接口以太网接口PCI 插槽插槽(6个个)ROM BIOS硬

46、盘接口硬盘接口(x2)音频音频CodecSuper I/O键键盘盘,鼠鼠标标,软软驱驱,并并口口,串口等串口等电话电话ModemDDR 2电源管理、时钟生成电源管理、时钟生成DDR 2存存储储器器CPU第3讲 计算机及发展57(4) 台式台式PC机箱后部的机箱后部的I/O设备接口设备接口显示器显示器接口接口麦克风麦克风音音 箱箱键盘接口键盘接口HDMI接口接口USB接口接口以太网以太网RJ-45接口接口鼠标器鼠标器接口接口数字音频接口数字音频接口(同轴电缆接口同轴电缆接口)数字音频接口数字音频接口（光纤接口）（光纤接口）e-SATA接口接口第3讲 计算机及发展58关于关于USB接口接口n通用串

47、行总线式接口（通用串行总线式接口（Universal Serial Bus ）n高速、可连接多个设备、串行传输高速、可连接多个设备、串行传输n传输速率：传输速率：nUSB的的1.1版：版：1.5 Mb/s和和12 Mb/snUSB2.0版：最高达版：最高达 480Mb/s（60MB/s）nUSB3.0版：最高达版：最高达 3.2Gbps（400MB/s）nUSB2.0使用使用4线连接器，体积小，符合即插即用规范（线连接器，体积小，符合即插即用规范（Plug & Play,即即PnP）n使用使用“USB集线器集线器” 扩展机器的扩展机器的USB接口，最多连接接口，最多连接127个设备个设备n可通

48、过可通过USB接口由主机向外设提供电源接口由主机向外设提供电源(5V，100500 mA) USB标识标识USB 3.0第3讲 计算机及发展59USB(2.0)接口的接口的3种类型种类型接口类型接口类型A,通常通常在在PC上出现上出现接口类型接口类型B,通常在通常在USB设备上出现设备上出现USB集线器集线器,可扩展可扩展PC机的机的USB接口接口黑黑地地GND4绿绿数据数据DATA3白白数据数据DATA2红红电源电源VCC1导线颜色导线颜色名名 称称信信 号号引引 脚脚Mini-USB,数码数码相机、移动硬盘相机、移动硬盘等设备经常使用等设备经常使用第3讲 计算机及发展60小结：小结： CP

49、U、存储器与、存储器与I/O设备等的关系设备等的关系ALU寄存器组寄存器组CPU总线接口总线接口CPU(前端前端)总线总线I/O总线总线主板扩展槽主板扩展槽PCI或或PCIE接口接口南桥芯片南桥芯片I/O总线总线主存储器主存储器0Ay磁盘控制器磁盘控制器以太网卡以太网卡USB控制器和接口控制器和接口鼠标器鼠标器键盘键盘网线网线disk声卡声卡视频卡视频卡光驱光驱RJ-45接口接口IDE接口接口SATA接口接口北桥芯片北桥芯片存储器总线存储器总线PCIEx16接口接口CPU芯片芯片内存条内存条VGA接口接口显卡显示器显示器第3讲 计算机及发展614. 关于关于CPU和计算机的性能和计算机的性能1

50、. CPU1. CPU产品有哪些类型？发展趋势如何？产品有哪些类型？发展趋势如何？2. 2. 如何提高如何提高CPUCPU和计算机的性能？和计算机的性能？第3讲 计算机及发展62存储器存储器中央中央处理器处理器存储数据存储数据和指令和指令执行指令执行指令处理数据处理数据指令，数据指令，数据处理结果处理结果复习：复习：CPU的任务的任务nCPU的主要任务是执行指令，它按指令的规定对数的主要任务是执行指令，它按指令的规定对数据进行操作据进行操作第3讲 计算机及发展63CPU与指令系统与指令系统n每种每种CPU可以执行可以执行数以百计数以百计的不同指令，的不同指令，CPU可以执行的全可以执行的全部指

51、令称为部指令称为CPU的的“指令系统指令系统”n不同品种的不同品种的CPU，通常具有不同的指令系统：，通常具有不同的指令系统：nIntel公司：公司：Pentium系列、酷睿系列、赛扬系列系列、酷睿系列、赛扬系列等等nAMD公司：独龙、闪龙、炫龙等公司：独龙、闪龙、炫龙等nIBM公司：公司：Power5、Power6等等nSUN公司：公司：UltraSPARC处理器处理器nHP公司：公司：PA-RISC、Itanium处理器处理器nA计算机的程序不能在计算机的程序不能在B计算机上直接运行，计算机上直接运行， B计算机的程序计算机的程序也不能在也不能在A计算机上直接运行计算机上直接运行互相兼容互

52、相兼容互不兼容互不兼容第3讲 计算机及发展64Intel公司公司CPU产品的发展变化产品的发展变化nIntel公司公司PC使用的使用的CPU产品发展过程为：产品发展过程为：8088（8086）802868038680486PentiumPentiumPROPentiumIIPentiumIIIPentium4奔腾奔腾DD奔腾至尊奔腾至尊酷睿酷睿酷睿酷睿2 2 酷睿酷睿i3/i5/i7i3/i5/i7n它们的指令系统是不断增强和扩展的，保持它们的指令系统是不断增强和扩展的，保持“向下兼容向下兼容”赛扬系列赛扬系列奔腾系列奔腾系列（过渡型）（过渡型）（经济型）（经济型）凌动系列凌动系列（上网本）（

53、上网本）酷睿系列酷睿系列(Core 2、Core i3/i5/i7)（主流型）（主流型）当前当前产品产品第3讲 计算机及发展65Intel 公司公司CPU集成度的发展集成度的发展n酷睿酷睿2双核双核（2006）291410M晶体管晶体管n酷睿酷睿2四核四核（2007）820M晶体管晶体管n酷睿酷睿i7六核六核（2009）超过超过10亿晶体管亿晶体管例例：IntelCPU芯片集成度的发展芯片集成度的发展1 000197019751980198519901995200010 000100 00010610x106100x10640048008808080868028680386PentiumPen

54、tium IIPentium IIIPentium 4晶体管数晶体管数8048620101000x106CORE 2 DuoCORE 2 QuadCORE i7第3讲 计算机及发展66关于计算机的性能关于计算机的性能第3讲 计算机及发展67计算机性能由哪些因素决定？计算机性能由哪些因素决定？ALU寄存器组寄存器组CPU总线接口总线接口CPU(前端前端)总线总线I/O总线总线主板扩展槽主板扩展槽PCI或或PCIE接口接口南桥芯片南桥芯片I/O总线总线主存储器主存储器0A北桥芯片北桥芯片y存储器总线存储器总线显卡磁盘控制器磁盘控制器以太网卡以太网卡USB控制器和接口控制器和接口鼠标器鼠标器键盘键盘

55、网线网线disk声卡声卡 视频卡视频卡光驱光驱RJ-45接口接口IDE接接口口SATA接口接口PCIEx16接接口口VGA接口接口(1) CPU(1) CPU性能性能(2) (2) 内存容量及存储内存容量及存储器总线的传输速率器总线的传输速率(3) (3) 硬盘性能及硬盘性能及接口传输速率接口传输速率(4) (4) 显卡性能显卡性能第3讲 计算机及发展68CPU的性能指标的性能指标n衡量衡量CPU性能使用的指标有：性能使用的指标有：nCPU位数：位数：8、16、32、64位位nCPU速度：速度：n以以MIPS和和MFLOPS来衡量运算速度：来衡量运算速度：MIPS（百万条定点指令（百万条定点指

56、令/秒）、秒）、MFLOPS（百万条浮点指令（百万条浮点指令/秒）和秒）和TFLOPS（万亿条浮（万亿条浮点指令秒）点指令秒）n面向应用测试面向应用测试CPU的速度：使用基准测试程序进行测试的速度：使用基准测试程序进行测试（Benchmark）游戏性能游戏性能测试程序测试程序:3DMark整体综合性能测试程序整体综合性能测试程序:PCMark第3讲 计算机及发展6919801990200520102015198019902005201020154核核80x86Pentium80核核双核双核年代年代性性能能提高提高CPU性能的性能的3大措施大措施提高主频提高主频增加逻辑增加逻辑复杂度复杂度增加内

57、核数目增加内核数目双核多核异构的多核处理器性能与其逻辑复杂处理器性能与其逻辑复杂性的平方根成正比，若逻性的平方根成正比，若逻辑复杂性提高辑复杂性提高1倍，至多倍，至多能提高能提高40%的性能的性能最大瓶颈是散热问题：最大瓶颈是散热问题：3.2GHz的的Pentium4功耗超过功耗超过100W，温度达温度达70度！度！主频到主频到4.0GHz，功耗会达到，功耗会达到150W！采用采用2个处理器构成一个处理器构成一个双核处理器，可以提个双核处理器，可以提高高70%80%的性能的性能电路与封装技术的进电路与封装技术的进步，能把多个处理器步，能把多个处理器做在单个芯片上做在单个芯片上1 1改进改进CP

58、UCPU结构；结构； 2 2 提高提高ICIC速度速度( (主频主频) )；3 3增加增加CPUCPU内核数目内核数目第3讲 计算机及发展70什么是双核什么是双核/四核处理器？四核处理器？揭开外壳后的揭开外壳后的PentiumD处理器处理器共享的共享的L2cache2x奔腾双核奔腾双核E5000处理器处理器n单个封装包含两个功能完全单个封装包含两个功能完全相同的处理器相同的处理器(内核内核)n进一步发展为进一步发展为2个内核做在同个内核做在同一晶片上，提高性价比一晶片上，提高性价比n2个双核晶片封装在一起成为个双核晶片封装在一起成为4核处理器核处理器n4个内核做在同一晶片上，共个内核做在同一晶

59、片上，共享享L3cache（Corei7）第3讲 计算机及发展71Pipelining and Parallel ProcessingInstructionsResults aresequenced1.指令排队等指令排队等候进入候进入CPU处处理理并行处理并行处理为什么为什么“多核多核”可提高计算机性能可提高计算机性能3.每个内核负每个内核负责完成分配给责完成分配给它的指令它的指令2.哪一个内核哪一个内核空闲，就把等空闲，就把等候的指令交给候的指令交给它执行它执行(包含包含3个内核个内核)第3讲 计算机及发展72小结：提高小结：提高CPU性能的措施性能的措施n扩展扩展CPU的字长：的字长：32

60、位位64位位扩展扩展n提高提高CPU主频：从主频：从1.5GHz3GHz以上，目前最以上，目前最高已经接近高已经接近4GHz；n加快加快CPU前端总线的数据传输速率前端总线的数据传输速率n增大增大cache存储器容量、增加存储器容量、增加cache的级数的级数n改进改进CPU内部的逻辑结构内部的逻辑结构n采用多内核（多采用多内核（多CPU）结构）结构第3讲 计算机及发展73复习题复习题1.计算机的发展过程大体是怎样的，发展趋势如何？计算机的发展过程大体是怎样的，发展趋势如何？2.计算机有哪些特性？其巨大作用体现在哪些方面？计算机有哪些特性？其巨大作用体现在哪些方面？3.按照计算机的功能和规模，计算机分成哪些类型，它们各按照计算机的功能和规模，计算机分成哪些类型，它们各有哪些特点？有哪些特点？4.计算机硬件概念上由哪几个部分组成，各有什么作用？计算机硬件概念上由哪几个部分组成，各有什么作用？5.计算机内存与外存有哪些区别？计算机内存与外存有哪些区别？6.计算机有哪些常用的计算机有哪些常用的I/O设备接口？设备接口？USB接口有何特点？接口有何特点？7.CPU的任务是什么？其发展趋势如何？的任务是什么？其发展趋势如何？8.计算机硬件的性能与哪些因素有关？计算机硬件的性能与哪些因素有关？