2019【课件】计算机的组成与分类.pptx

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1、第2章 计算机组成原理 2.1 计算机的组成与分类 2.2 CPU的结构与原理 2.3 PC机的主机 2.4 常用输入设备 2.5 常用输出设备 2.6 外存储器 http:/ 2 2.1 计算机的组成与分类 2.1 计算机的组成与分类 3 2.1 计算机的组成与分类 2.1.1 计算机的发展与作用 n计算机是一种工具 n不是交通运输工具 n不是机械加工工具 n不是工具 n计算机是一种信息处理工具 什么是计算机？ 4 2.1 计算机的组成与分类 对计算机的简单描述 n计算机(电脑)是一种能够接收信息，并按照存储在 其内部的程序（程序表达了某种规则）对输入信息 进行处理，并产生输出结果的高度自动

2、化的数字电 子设备。 处 理 输 入 输 出 输入信息 计算机 输出信息 5 2.1 计算机的组成与分类 计算机是通用的信息处理工具 n计算机的信息处理功能： n信息的收集（信息获取） n信息的储存（信息存储） n信息的加工（信息处理） n信息的传递（通信） n信息的施用（展现与控制） 6 2.1 计算机的组成与分类 计算机有哪些特性？ n计算机的特性： （1）速度快 （2）存储容量大 （3）通用性好 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 行处理 n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 （4）计算机与计算机

3、具有互连、互通和互操作的能力 7 2.1 计算机的组成与分类 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： n计算机应用于科学研究，大大增强了人类认识自然、开发 自然、改造和利用自然的能力，促进了科学技术的发展。 n计算机应用于工农业生产，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。 n计算机应用于社会服务，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。 n计算机应用于社会文化，为人类创造文化提供了现代化工 具，改变了人们创造文化和传播文化的方式和方法，扩展 了人类文化活动的领域、丰富了内容、提高了质量。 8 2.1 计算机的组成与分类

4、 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： n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 n知识产权保护更加困难 n个人隐私受到威胁 n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 n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 9 2.1 计算机的组成与分类 计算机的发展 n1946年研制成功第1台数字电子计算机 n66年来发展速度之快大大超出人们的预料： n性能、体积、价格、 n应用领域和装机数量 n软件技术和软件产品 n使用的元器件 n第1代：电子管磁鼓 n第2代：晶体管磁芯 n第3代：中、小规模集

5、成电路 n第4代：大、超大规模集成电路 n 应用模式： n 集中计算模式 n 分散计算模式 n 网络计算模式 n 普适计算模式（？） 问题：60年来没变的是什么？ 基本工作原理 10 2.1 计算机的组成与分类 第1台数字电子计算机 1946年ENIAC计算机公布 ENIAC（电子数字积分机与计算机）： 研制单位：美国宾夕法尼亚大学 用 途： 军事计算 运算速度：5000次/秒 体积价格：170平方米，30吨，140千瓦，40万美元 11 2.1 计算机的组成与分类 计算机的分代(按使用的元器件) u第一代（约1946-1957）电子管计算机 速度：几十几万次/秒 内存：磁鼓，千字 外设：磁带

6、 机器语言或汇编语言编程 美国于20世纪50年代生产的 IBM704型采用电子管的第一代 电子计算机 第一代电子计算机中使用的磁 鼓存储器 u第二代（约1957-1964） 晶体管计算机 速度：几十万次/秒， 内存：磁芯，十万字 外设：磁盘 高级语言编程 开始广泛应用于数据处理 l 电子管晶体管 12 2.1 计算机的组成与分类 计算机的分代(按使用的元器件) 第三代（约1965-1973）中小规模集成电路(SSI,MSI)计算机 速度：几十万次几百万次/秒 内存：半导体存储器 高级语言, OS, DBMS 科学计算、数据处理、工业控制 第四代（1974年起）大规模(LSI)和VLSI计算机

7、速度：几百万次亿次/秒 内存：半导体存储器 软件工程，分布式处理等 深入到各行各业，家庭和个人开始使用计算机 13 2.1 计算机的组成与分类 计算机的分代(按使用的元器件) 第五代计算机，我们使用的计算机第几代？ 1 第1代第4代计算机的说法是20年以前的提法， 自20世纪80年代日本的第5代计算机研制项目失败之后 ，学术界和工业界已不再沿用“第x代计算机”的说 法。 2 现在，人们正在研究开发的计算机系统，主要着 眼于计算机的智能化，它以知识处理为核心，可以越 来越多地模拟和替代人的一些智能活动，并具有自然 的人机通信能力。不过，这是一个需要长期努力才能 实现的目标 。 14 2.1 计算

8、机的组成与分类 2.1.2 计算机的组成 15 2.1 计算机的组成与分类 计算 机系 统 计算 机硬 件 运算 器 控制 器 存储 器 输入 设备 输出 设备 计算 机软 件 系统 软件 操作 系统 数据 库管 理系 统 程序 语言 处理 系统 应用 软件 文字 处理 通信 娱乐 计算机是一个复杂系统 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 n计算机是一个复杂的系统 n复杂性：硬件由数以亿计的元器件组成，软件由数以亿计的指令组成 n多样性：硬件与光、机、电、声等有关，软件与数学、逻辑等有关 n层次性：分层(hi

9、erarchical) 结构 16 2.1 计算机的组成与分类 计算机硬件的逻辑结构 1 n经典计算机的逻辑结构（冯.诺依曼计算机） 运算器和控制器 输入设备输出设备 存储器 （注：逻辑结构意指概念上（即功能上）的结构） 17 2.1 计算机的组成与分类 计算机硬件的逻辑结构 2 n现代计算机的逻辑结构 n与经典计算机结构相比的3个变化： n集中控制分散控制 n存储器内存储器外存储器 n通过CPU通信通过总线进行通信 中央处理器 (运算器及其控制) 外存储器 内存储器 输出设备 总线(bus) 输入设备 I/O接口I/O接口 外存储器接口 控制器控制器控制器 CPU 控制器 memory st

10、orage I/O设备通过I/O接 口与各自的控制器 连接，然后由控制 器与I/O总线相连 18 2.1 计算机的组成与分类 (1) 输入设备 n输入(input)的双重含义： 1.把信息送入计算机的过程; 2.向计算机输入内容 n输入设备(input devices) n功能：用来向计算机输入信息 n输入设备有多种，例如: n键 盘 输入文字、符号和命令 n鼠标器输入鼠标器移动的位置信息及按钮命令 n扫描仪输入图片 n麦克风输入声音（要求正确判断以上设备） n输入设备的共性：不论信息的原始形态如何，输入到计算机中 的信息都使用二进位来表示（判断题） 19 2.1 计算机的组成与分类 (2)

11、中央处理器(运算控制器) n什么是处理器(processor)？ n能高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑 运算和数据传送等操作的部件，特点是： n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(仅几 个平方厘米)，称为“微处理器” (microprocessor) Intel 4004 chip Intel 8080 chip 20 2.1 计算机的组成与分类 什么是中央处理器(CPU)？ n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 n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 n多数个人计算机只有1个CPU，

12、但有一些计算机包 含有2个、4个、8个甚至成百上千个CPU。使用多 个CPU实现超高速计算的技术称为“并行处理”，采 用这种技术的计算机系统称为“多处理器系统 ”。 21 2.1 计算机的组成与分类 (3) 存储器 n功能： n储存以二进位形式表示的程序和数据 n分类：内存储器/外存储器 内存储器 (简称内存或主存) 外存储器 (简称外存或辅存) 存取速度很快较慢 存储容量较小(因单位成本较高) 很大(因单位成本较低) 性质断电后信息消失断电后信息保持 用途存放已经启动运行的程序 和需要立即处理的数据 长期存放计算机系统中几乎所有 的信息 与CPU关 系 CPU所处理的指令及数据 直接从内存中

13、取出 程序及相关数据必须先送入内 存后才能被CPU使用 01101001 10101010 00001 00000 00010 00011 00100 11110 11111 存储内容 地 址 22 2.1 计算机的组成与分类 (4) 输出设备 n输出(output)的双重含义： 1.把信息送出计算机的过程; 2.从计算机输出的内容 n输出设备(output devices) n功能：从计算机输出信息 n输出设备有多种，例如: n显示器输出文字、符号和图形 n打印机打印文字、符号和图形 n扬声器输出声音（正确判断） n(多数)输出设备的共性：把计算机中的二进位信息转换成人可 感知的形式(文字、

14、符号、图形、声音等) 23 2.1 计算机的组成与分类 (5) 总线(bus) n功能： n用于连接CPU、内存、外存和各种I/O设备并在它们 之间传输信息的一组共享的传输线及其控制电路 n分类： nCPU总线（或前端总线） ：用于连接CPU和内存的 总线 nI/O总线：连接内存和I/O设备（包括外存）的总线 24 2.1 计算机的组成与分类 2.1.3 计算机的分类 25 2.1 计算机的组成与分类 计算机的分类（1） n按内部逻辑结构分类 n8位/16位/32位/64位 n单CPU/多CPU n n按性能和价格分类 n巨型计算机 (supercomputer) n大型计算机 n小型计算机

15、n个人计算机 (personal computer) n笔记本PC n台式PC n工作站 (workstation) 作为服务器 (server)使用 独立使用或作为 客户机(client)使用 2008年6月，我国曙光公司研制成功“曙光 5000A”巨型计算机，它包含6600个AMD公司的 4核处理器，运算速度达到每秒160万亿次，在当 年全球巨型计算机500强排行榜中可进入前十位 26 2.1 计算机的组成与分类 计算机的分类（2） n按计算机服务的对象和作用划分： 类 型 服务 对象 应用 性质 主要特点 分类或应用 举例 软件特点 个人 计算 机 服务 器 嵌入 式计 算机 直接为 用

16、户服 务 通用性能/价格比高 多媒体性能好 有通用性和可扩展性 工作站 台式机 笔记本 种类多,功 能丰富,用 户可自行装 卸 为其它 计算机 服务 半通 用 吞吐率(throughput)高 可用性(availability)好 有可扩展性 (scalability) 数据库服务器 Web服务器 打印服务器 (企业级,部门级) 实时处理和并 发工作能力强 ，可靠性和安 全性好 为其它 设备服 务 专用价格便宜 功耗低 实时(real time)处理 软件固化, 扩展性差 手机 数码相机 MP3播放器 功能专用、单 一、结构紧凑 ，固化在芯片 中，不易修改 和扩充 27 2.1 计算机的组成与

17、分类 2.1.4 微处理器 和嵌入式计算机 28 2.1 计算机的组成与分类 什么是微处理器？ n微处理器（P ）是使用单片大规模集成电路制成的、具 有运算和控制功能的电子部件，例如: nP是各种类型计算机的核心组成部分 n用于执行系统软件和应用软件的P 称为“CPU” n目前几乎所有计算机的CPU使用的都是微处理器 n除了用作CPU的通用微处理器之外， 还有许多专用的微 处理器产品：绘图处理器、通信处理器等 Intel 4004Intel 8086Intel 奔腾4Intel 酷睿2 29 2.1 计算机的组成与分类 Intel公司微处理器的发展变化 n30多年来其主要产品的发展过程为： n

18、8088（8086） 802868038680486 Pentium Pentium PROPentium II Pentium III Pentium 4 赛扬赛扬D 赛扬双核 奔腾M Mobil奔腾 赛扬M Pentium DCore 2 （便携机） （经济型） （台式主流） 30 2.1 计算机的组成与分类 什么是嵌入式计算机？ n把运算器、控制器、存储器、输入/输出控制、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 “单片计算机”或“嵌入式计算机” n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 n数码相机、MP3播放器、手机、计算机外围设备、汽车、 机顶盒等 n特点： n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 n以最低成本满足应用要求 n能适应恶劣工作环境