《计算机的组成与分类.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机的组成与分类.ppt（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章第二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2.1.1 计算机的发展与作用计算机的发展与作用 计算机的诞生与发展计算机的诞生与发展对对计计算算机机的的诞诞生生和和发发展展做做出出重重大贡献的两个人：大贡献的两个人： 阿兰阿兰阿兰阿兰图灵图灵图灵图灵（Alan TuringAlan Turing） 冯冯冯冯诺诺诺诺依依依依曼曼曼曼（John John Von Von NeummanNeumman ）图为Alan Turing阿兰阿兰.图灵图灵(1912-1954) 英国数学家、哲学家、密码破译家英国数学家、哲学家、密码破译家 3030年代初，发表了一篇著名的
2、论文年代初，发表了一篇著名的论文论论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，他提出了一种十分简单但运算能力极强的理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想计算装置，用它来计算所有能想象得到的可计算函数。到的可计算函数。图灵的思想图灵的思想奠定了现奠定了现代计算机科学的理论基础。代计算机科学的理论基础。 图灵机图灵机有限状态自动机有限状态自动机http:/www.turing.org.uk/turing/http:/www.longen.org/S-Z/detailsz/Turning.htm计算机之父计算机之父冯冯诺依曼诺依曼uu1945194
3、5年年Von Von NeuumanNeuuman、H.H.GoldstinH.H.Goldstin、A.W.BurksA.W.Burks发表了一篇论文发表了一篇论文电子计算机装置电子计算机装置逻辑结构初探逻辑结构初探提出了两个主要论点提出了两个主要论点: :* * 使用二进制使用二进制* * 存储程序和程序控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、输出设备等组成的结构存储器、输入设备、输出设备等组成的结构体系。体系。冯冯冯冯 诺依曼教授（诺依曼教授（诺依曼教授（诺依曼教授（John Von John Von Neumm
4、anNeumman）和他设计和他设计和他设计和他设计的的的的“ “存储程序式存储程序式存储程序式存储程序式” ”计算机计算机计算机计算机EDVACEDVAC（埃德瓦克）埃德瓦克）埃德瓦克）埃德瓦克）第一台电子计算机诞生第一台电子计算机诞生ENIACENIAC ：电子数字积分机与计算机（电子数字积分机与计算机（Electronic Electronic Numerical Integrator And ComputerNumerical Integrator And Computer）时时 间：间：19461946年年2 2月月地地地地 点：美国宾夕法尼亚大学点：美国宾夕法尼亚大学点：美国宾夕法
5、尼亚大学点：美国宾夕法尼亚大学用用 途：军事计算途：军事计算运算速度：运算速度：50005000次次/ /秒秒体积价格：体积价格：170170平方米，平方米，3030吨，吨，140140千瓦，千瓦，4040万美元万美元计算机的诞生与发展计算机的诞生与发展此此此此后后后后，计计计计算算算算机机机机速速速速度度度度提提提提高高高高、功功功功能能能能增增增增加加加加、体体体体积积积积缩缩缩缩小小小小、成成成成本本本本降降降降低低低低、应应应应用用用用扩扩扩扩大大大大，其其其其发发发发展展展展之之之之快快快快，不不不不断断断断改改改改写写写写预预预预测。测。测。测。推动力推动力推动力推动力：微电子技术
6、的进展和计算机应用需求：微电子技术的进展和计算机应用需求：微电子技术的进展和计算机应用需求：微电子技术的进展和计算机应用需求为计算机划代为计算机划代为计算机划代为计算机划代：按主机所使用的元器件：按主机所使用的元器件：按主机所使用的元器件：按主机所使用的元器件 1-4代计算机主要特点对比代计算机主要特点对比图为美国于图为美国于图为美国于图为美国于2020世纪世纪世纪世纪5050年代生产的年代生产的年代生产的年代生产的IBM704IBM704型采用电子管的第一代电型采用电子管的第一代电型采用电子管的第一代电型采用电子管的第一代电子计算机子计算机子计算机子计算机图为在第一代电子计算机中使用的磁图为
7、在第一代电子计算机中使用的磁图为在第一代电子计算机中使用的磁图为在第一代电子计算机中使用的磁鼓鼓鼓鼓图为晶体管图为晶体管图为晶体管图为晶体管图为第一代电子计算机图为第一代电子计算机图为第一代电子计算机图为第一代电子计算机二、计算机的巨大作用：二、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、改造自然的新资源然的新资源（2）增添了人类发展科学技术的新）增添了人类发展科学技术的新手段手段（3）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（4）引起了人类的工作与生活方式）引起了人类的工作与生活方式的变化的变化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
8、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信息欺骗和计算机犯罪增加信息欺骗和计算机犯罪增加信息欺骗和计算机犯罪增加知识产权保护更加困难知识产权保护更加困难知识产权保护更加困难知识产权保护更加困难个人隐私受到威胁个人隐私受到威胁个人隐私受到威胁个人隐私受到威胁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大量电子垃圾污染
9、环境、破坏生态大量电子垃圾污染环境、破坏生态大量电子垃圾污染环境、破坏生态大量电子垃圾污染环境、破坏生态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、网络聊天等给青少年生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、网络聊天等给青少年生理和心理带来严重危害理和心理带来严重危害理和心理带来严重危害理和心理带来严重危害 国际计算机界的重要奖项国际计算机界的重要奖项ACM ACM ACM ACM 图灵奖图灵奖图灵奖图灵奖 1966196619661966年由年由年由年由ACMACMACMACM（美国计算机学会）创建，美国计算机学会）创建，美国计算机学会）创建，美国
10、计算机学会）创建，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。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 IEEE IEEE IEEE 计算机先驱奖计算机先驱奖计算机先驱奖计算机先驱奖 1980198019801980年由年由年由年由IEEE-CS(IEEE-CS(IEEE-CS(IEEE-CS(美国电气与电子工程师美国电气与电子工程师美国电气与电子工程师美国电气与电子工程师学会学会学会学会- - - -计算机学会计算机学会计算机学会计算机学会) ) ) )创建，是世界范围内计算机创建，是世界范围内计算机创建，是世界范围内计算机创建，是世界范围内计算机
11、科学技术领域另一个最重要的奖项，和图灵奖科学技术领域另一个最重要的奖项，和图灵奖科学技术领域另一个最重要的奖项，和图灵奖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。是互为补充的。是互为补充的。 2.1.2 2.1.2 计算机的逻辑组成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计算机系统由硬件与软件组成 硬件：物理装置的总称硬件：物理装置的总称 软件：程序软件：程序+ +数据数据+ +文档文档计算机硬件的逻辑结构计算机硬件的逻辑结构 (经典经典)(冯冯. .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（
12、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）中央处理器中央处理器(运算器及其控制运算器及其控制)外存储器外存储器内存储器内存储器输出设备输出设备总线总线(bus)输入设备输入设备I/O接口接口I/O接口接口外存储器接口外存储器接口控制器控制器控制器控制器控制器控制器CPU控制器控制器memorystorageI/O设备通过设备通过I/O接接口口与各自的控制器与各自的控制器连接，然后由控制连接，然后由控制器与器与I/O总线相连总线相连计算机硬件的逻辑结构计算机硬件的逻辑结构(现代现代)与经典计算机结构相比的3个变化：集中控制集中控制分散控制分散控制存储器
13、存储器内存储器外存储器内存储器外存储器通过通过CPU通信通信通过总线进行通信通过总线进行通信1、输入设备（、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；图像输入：扫描仪、数码相机；图像输入：扫描仪、数码相机；声音输入：麦克风、声音输入：麦克风、MIDI演奏器；演奏器；视频输入：摄像机、录像机；视频输入：摄像机、录像机；温度、压力输入：相应的传感器温度、压力输入：相应的传感器。硬件各部件描述：硬件各部件描述：数数据据在在计计算算机机
14、内内部部是是二二进进制制表表示示2 、中央处理器、中央处理器(运算控制器运算控制器)什么是处理器什么是处理器(processor)？能能能能高速执行指令，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：的部件，特点是：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，结构非常复杂由数字电路组成，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( (仅几仅几仅几仅
15、几个平方厘米个平方厘米个平方厘米个平方厘米) )，称为，称为，称为，称为“ “微处理器微处理器微处理器微处理器” ” (microprocessor)(microprocessor)Intel 4004 chipIntel 8080 chip什么是中央处理器什么是中央处理器(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，各有不同的分工和任务的分工和任务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，但有一些计
16、算机，但有一些计算机包含有包含有2个、个、4个、个、8个甚至成百上千个个甚至成百上千个CPU3、存储器（、存储器（Memory）存储器的样子：存储器的样子：内存条；内存条；内存条；内存条；硬盘、光盘、软盘；硬盘、光盘、软盘；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）；移动存储器（优盘）；移动存储器（优盘）；看不见的看不见的看不见的看不见的CacheCache；内、外存储器划分：是否直接与内、外存储器划分：是否直接与CPU交换交换信息信息不依存储介质；不依存储介质；不依存储介质；不依存储介质；半导体的优盘也是外存半导体的优盘也是外存半导体的优盘也是外存半导体的优盘
17、也是外存4、输出设备、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；打印机、绘图仪、音箱、显示器；打印机、绘图仪、音箱、显示器；输入设备和输出设备通称为输入设备和输出设备通称为I/O设备；设备；5 5、BUSBUS系统总线与系统总线与I/OI/O端口端口（1 1）BUSBUS功能：硬件各部分的公共信息通道功能：硬件各部分的公共信息通道（2 2）BUSBUS组成：控制器组成：控制器+ +公共传输线公共传输线（3 3）BUSBUS的位置：的位置：PCPC机的
18、主板上机的主板上（4 4）BUSBUS的类型：的类型： 系统总线系统总线（CPUCPU总线、前端总线）：连接总线、前端总线）：连接CPUCPU和内存和内存 I/O总线总线：连接内存和：连接内存和I/O设备（包括外存）设备（包括外存）I/OI/O端口的作用：端口的作用： 海纳百川各种海纳百川各种I/OI/O设备；设备； 信息的缓冲处理等。信息的缓冲处理等。I/OI/O端口的位置：端口的位置：BUSBUS与外设之间与外设之间I/OI/O端口的类型：并、串、视频、端口的类型：并、串、视频、USBUSB等（不等（不同设备，不同规则）同设备，不同规则）例题例题1.判断正误：计算机可以连接许多不同种类判断
19、正误：计算机可以连接许多不同种类的的I/O设备，不同的设备，不同的I/O设备往往需要使用设备往往需要使用不同的不同的I/O接口，因此，同一种接口，因此，同一种I/O接口只接口只能连接同一种设备。能连接同一种设备。2.判断正误：并行处理系统能够把多项任务判断正误：并行处理系统能够把多项任务分配给不同的分配给不同的CPU同时执行，且保持系同时执行，且保持系统正常有效地工作。统正常有效地工作。2.1.3计算机的分类计算机的分类 按内部逻辑结构分类按内部逻辑结构分类按内部逻辑结构分类按内部逻辑结构分类 8 8位位位位/16/16位位位位/32/32位位位位/64/64位位位位 单单单单CPU/CPU/
20、多多多多CPUCPU 按性能和价格分类按性能和价格分类按性能和价格分类按性能和价格分类 巨型计算机巨型计算机巨型计算机巨型计算机 (supercomputer)(supercomputer) 大型计算机大型计算机大型计算机大型计算机 小型计算机小型计算机小型计算机小型计算机 个人计算机个人计算机个人计算机个人计算机 (personal computer)(personal computer) 笔记本笔记本笔记本笔记本PCPC 台式台式台式台式PCPC 工作站工作站工作站工作站 (workstation)(workstation) 嵌入式计算机嵌入式计算机嵌入式计算机嵌入式计算机作为服务器作为服
21、务器作为服务器作为服务器(server)(server)使用使用使用使用独立使用或作为独立使用或作为独立使用或作为独立使用或作为客户机客户机客户机客户机(client)(client)使用使用使用使用巨型计算机（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，速度达到每秒也称超级计算机，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，速度达到每秒运算数万、数十万亿次以上运算数万、数十万亿次以上运算数万、数十万亿次以上运算数万、数十万亿次以上 采用大规模采用大规模采用大规模采用大规模并行处理
22、并行处理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CPUCPU共同完成系统软件和应用软件运行任务共同完成系统软件和应用软件运行任务共同完成系统软件和应用软件运行任务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、飞机设计大多使用在军事、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、飞机设计模拟、生物信息处理、破解密码等领域模拟、生物信息处理、破解密码等领域模拟、生物信息处理、破解密码等
23、领域模拟、生物信息处理、破解密码等领域 国际上：国际上：国际上：国际上： 美国美国美国美国IBMIBM公司的公司的公司的公司的GeneGeneL L系统，运算速度为系统，运算速度为系统，运算速度为系统，运算速度为280.6280.6万亿次秒万亿次秒万亿次秒万亿次秒 美国美国美国美国CrayCray公司公司公司公司XT4XT4巨型计算机巨型计算机巨型计算机巨型计算机(3(3万处理器万处理器万处理器万处理器) 250) 250万亿次秒万亿次秒万亿次秒万亿次秒 日本日本日本日本NECNEC公司的公司的公司的公司的“ “地球模拟器地球模拟器地球模拟器地球模拟器” ” 我国：我国：我国：我国： 江南计算
24、技术研究所江南计算技术研究所江南计算技术研究所江南计算技术研究所；“ “神威神威神威神威” ”巨型机巨型机巨型机巨型机 中科院计算所中科院计算所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计算机公司曙光计算机公司) ) ：“ “曙光曙光曙光曙光” ”巨型计算机巨型计算机巨型计算机巨型计算机 国防科技大学：国防科技大学：国防科技大学：国防科技大学： “ “银河银河银河银河” ”巨型机、巨型机、巨型机、巨型机、“ “天河一号天河一号天河一号天河一号” ”千万亿次千万亿次千万亿次千万亿次/ /秒秒秒秒 联想集团公司：联想集团公司：联想集团公司：联想集团公司：“ “深腾深腾深腾深腾”
25、 ”巨型机巨型机巨型机巨型机 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）IBM Blue Gene/L supercomputer Cray 巨型计算机巨型计算机银河巨型计算机银河巨型计算机2009年全球第年全球第5名名天河一号巨型计算机天河一号巨型计算机“天河一号天河一号”峰值性能峰值性能1.206千万亿次双精度浮点运算千万亿次双精度浮点运算;有有6144个通用处理器和个通用处理器和5120个加速处理器个加速处理器;内存总容内存总容量量98TB，点点通信带宽，点点通信带宽40Gbps;共享磁盘总容量共享磁盘总容量1PB，是中国国家网格计算主结点，是中国国家网格计算主结点 大
26、型机大型机大型机大型机小型机小型机小型机小型机多种多样的个人计算机多种多样的个人计算机台式个人计算机台式个人计算机台式个人计算机台式个人计算机( (立式立式立式立式) )便携式便携式便携式便携式( (笔记本笔记本笔记本笔记本) )个人计算个人计算个人计算个人计算机机机机台式个人计算机台式个人计算机台式个人计算机台式个人计算机( (卧式卧式卧式卧式) )Apple Workstation Apple Workstation 一体式个人计算机一体式个人计算机一体式个人计算机一体式个人计算机Tablet PCTablet PC( (平板式电脑平板式电脑平板式电脑平板式电脑) ) 个人数字助理个人数字
27、助理个人数字助理个人数字助理(PDA)(PDA)上网本上网本上网本上网本UMPCUMPC PC的新品种：的新品种：UMPC个人计算机分成个人计算机分成个人计算机分成个人计算机分成: : 台式机、便携机（笔记本电脑）、台式机、便携机（笔记本电脑）、台式机、便携机（笔记本电脑）、台式机、便携机（笔记本电脑）、工作站、工作站、工作站、工作站、超级便携机超级便携机超级便携机超级便携机UMPC(UltraUMPC(Ultra-Mobile PC)-Mobile PC)UMPCUMPC的另一个名称是的另一个名称是的另一个名称是的另一个名称是MID (MID (Mobile Internet DeviceM
28、obile Internet Device) )特点：特点：特点：特点：与与与与PCPC兼容，具有通用性兼容，具有通用性兼容，具有通用性兼容，具有通用性随时携带随时携带随时携带随时携带 (5(59 9英寸屏，英寸屏，英寸屏，英寸屏，500500克左右克左右克左右克左右) )其它功能：其它功能：其它功能：其它功能：GPS, GPS, webcams(webcams(网络摄影网络摄影网络摄影网络摄影), ), fingerprint readersfingerprint readers（指纹识别）（指纹识别）（指纹识别）（指纹识别）, stereo , stereo speakers, TV tu
29、ners, memory card speakers, TV tuners, memory card readersreaders， Bluetooth, Wi-Fi Bluetooth, Wi-Fi Samsung Q1 UREN A1UREN A1采用采用采用采用AMD Geode AMD Geode LX800LX800处理器，处理器，处理器，处理器，7 7英寸英寸英寸英寸WVGAWVGA触摸屏幕，触摸屏幕，触摸屏幕，触摸屏幕，800*480800*480像素，像素，像素，像素，256MB256MB内存、内存、内存、内存、30G30G硬盘，硬盘，硬盘，硬盘，802.11b/g802.11
30、b/g无线模块，内置无线模块，内置无线模块，内置无线模块，内置GPSGPS功能，功能，功能，功能，2 2个个个个USBUSB接口，重量接口，重量接口，重量接口，重量695695克，预装克，预装克，预装克，预装Windows XPWindows XP UMPC产品产品Apple公司的公司的iPad平板电脑平板电脑Height: 9.56 inches (242.8 mm) Width: 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 (0.7
31、3 kg) Wi-Fi + 3G model 微处理器与嵌入式计算机微处理器与嵌入式计算机1 1、VLSIVLSI技术产生了微处理器技术产生了微处理器( (简称为简称为 P P或或MP)MP)概念概念: :通常指使用单片大规模集成电路制通常指使用单片大规模集成电路制 成的、具有运算和控制功能的部件。成的、具有运算和控制功能的部件。Intel 4004Intel 8086Intel 奔腾奔腾4Intel 酷睿酷睿2微处理器的主要参数微处理器的主要参数字长（字长（2 2n n）：）：一次处理数据的宽度一次处理数据的宽度 工作频率工作频率发展情况参见阅读材料发展情况参见阅读材料2.12.1 讨论讨论
32、:计算机的处理速度与与计算机的处理速度与与CPU主频有主频有什么关系？什么关系？n n原则上主频越高速度越快，但不是原则上主频越高速度越快，但不是正比关系！正比关系！2、什么是嵌入式计算机？、什么是嵌入式计算机？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、输出控制、接口电路全都集成在一块芯片上，这样的超大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规模集成电路称为“单片计算机单片计算机”或或“嵌入式嵌入式计算机计算机” 用途举例：内嵌在其他设备中作为信息处理的用途举例：内嵌在其他设备中作为信息处理的核心装置，例如核心装置，例如数码相机、数码相机、MP4播
33、放器、手机、计算机外围播放器、手机、计算机外围设备、汽车、机顶盒等设备、汽车、机顶盒等特点特点？功能固定、专用，软件固化在芯片上，通常功能固定、专用，软件固化在芯片上，通常不能改变不能改变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以最低成本满足应用要求以最低成本满足应用要求能适应恶劣工作环境能适应恶劣工作环境3 3、生产微处理器厂家、生产微处理器厂家 IntelIntel公司公司 AMD AMD公司公司 Cyrix Cyrix公司公司 Motorola Motorola公司公司 AppleApple公司公司.练习练习: :下面关于个人计算机下面关于个人计算机(PC)的叙述中，错误的是的叙述中，错误的是 _。A .个人计算机属于个人使用，一般不能多人同时个人计算机属于个人使用，一般不能多人同时使用使用B. 个人计算机价格较低，性能不高，一般不应用个人计算机价格较低，性能不高，一般不应用于工作于工作(商用商用)领域领域C. 目前目前PC机中广泛使用的一种微处理器是机中广泛使用的一种微处理器是Pentium 4D. Intel公司是国际上研制和生产微处理器最有名公司是国际上研制和生产微处理器最有名的公司的公司 B
