计算机的组成与分类.ppt

第二章,计算机组成原理,2.1计算机的组成与分类,2.1.1计算机的发展与作用,计算机的诞生与发展,对计算机的诞生和发展做出重大贡献的两个人：阿兰图灵（AlanTuring）冯诺依曼（JohnVonNeumman）,图为AlanTuring,阿兰.图灵(1912-1954),英国数学家、哲学家、密码破译家30年代初，发表了一篇著名的论文论数字计算在决断难题中的应用，他提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到的可计算函数。图灵的思想奠定了现代计算机科学的理论基础。图灵机有限状态自动机,.uk/turing//S-Z/detailsz/Turning.htm,计算机之父冯诺依曼,1945年VonNeuuman、H.H.Goldstin、A.W.Burks发表了一篇论文电子计算机装置逻辑结构初探提出了两个主要论点:*使用二进制*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、存储器、输入设备、输出设备等组成的结构体系。,冯诺依曼教授（JohnVonNeumman）和他设计的“存储程序式”计算机EDVAC（埃德瓦克）,第一台电子计算机诞生,ENIAC：电子数字积分机与计算机（ElectronicNumericalIntegratorAndComputer）时间：1946年2月地点：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,计算机的诞生与发展,此后，计算机速度提高、功能增加、体积缩小、成本降低、应用扩大，其发展之快，不断改写预测。推动力：微电子技术的进展和计算机应用需求为计算机划代：按主机所使用的元器件,1-4代计算机主要特点对比,图为美国于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,图为在第一代电子计算机中使用的磁鼓,图为晶体管,图为第一代电子计算机,二、计算机的巨大作用：（1）开发了人类认识自然、改造自然的新资源（2）增添了人类发展科学技术的新手段（3）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的变化,计算机有什么负面影响？,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信息欺骗和计算机犯罪增加知识产权保护更加困难个人隐私受到威胁不良和有害信息肆意传播和泛滥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理和心理带来严重危害,国际计算机界的重要奖项,ACM图灵奖1966年由ACM（美国计算机学会）创建，该奖有计算机界的诺贝尔奖之称。IEEE计算机先驱奖1980年由IEEE-CS(美国电气与电子工程师学会-计算机学会)创建，是世界范围内计算机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。,2.1.2计算机的逻辑组成,组成：计算机系统由硬件与软件组成硬件：物理装置的总称软件：程序+数据+文档,计算机硬件的逻辑结构(经典)(冯.诺依曼计算机),（注：逻辑结构意指概念上（即功能上）的结构）,计算机硬件的逻辑结构(现代),与经典计算机结构相比的3个变化：,集中控制分散控制存储器内存储器外存储器通过CPU通信通过总线进行通信,1、输入设备（Input）,功能：将信息送入计算机的设备；分类：字符输入：键盘、手写板；位置输入：鼠标、触摸屏、数字化仪；图像输入：扫描仪、数码相机；声音输入：麦克风、MIDI演奏器；视频输入：摄像机、录像机；温度、压力输入：相应的传感器。,硬件各部件描述：,数据在计算机内部是二进制表示,2、中央处理器(运算控制器),什么是处理器(processor)？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：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(仅几个平方厘米)，称为“微处理器”(microprocessor),Intel4004chip,Intel8080chip,什么是中央处理器(CPU)？,计算机中通常有多个不同的处理器，各有不同的分工和任务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多数个人计算机只有1个CPU，但有一些计算机包含有2个、4个、8个甚至成百上千个CPU,3、存储器（Memory）,存储器的样子：内存条；硬盘、光盘、软盘；移动存储器（优盘）；看不见的Cache；内、外存储器划分：是否直接与CPU交换信息不依存储介质；半导体的优盘也是外存,4、输出设备(Output),功能：将计算机处理的结果以人们要求的形式输出；举例：打印机、绘图仪、音箱、显示器；输入设备和输出设备通称为I/O设备；,5、BUS系统总线与I/O端口（1）BUS功能：硬件各部分的公共信息通道（2）BUS组成：控制器+公共传输线（3）BUS的位置：PC机的主板上（4）BUS的类型：系统总线（CPU总线、前端总线）：连接CPU和内存I/O总线：连接内存和I/O设备（包括外存）,BUS特点：共享与高速,I/O端口的作用：海纳百川各种I/O设备；信息的缓冲处理等。I/O端口的位置：BUS与外设之间I/O端口的类型：并、串、视频、USB等（不同设备，不同规则）,例题,判断正误：计算机可以连接许多不同种类的I/O设备，不同的I/O设备往往需要使用不同的I/O接口，因此，同一种I/O接口只能连接同一种设备。判断正误：并行处理系统能够把多项任务分配给不同的CPU同时执行，且保持系统正常有效地工作。,2.1.3计算机的分类,按内部逻辑结构分类8位/16位/32位/64位单CPU/多CPU按性能和价格分类巨型计算机(supercomputer)大型计算机小型计算机个人计算机(personalcomputer)笔记本PC台式PC工作站(workstation)嵌入式计算机,巨型计算机（Supercomputer）,也称超级计算机，有极强的运算处理能力，速度达到每秒运算数万、数十万亿次以上采用大规模并行处理的结构，由数以百计、千计、万计的CPU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、飞机设计模拟、生物信息处理、破解密码等领域国际上：美国IBM公司的GeneL系统，运算速度为280.6万亿次秒美国Cray公司XT4巨型计算机(3万处理器)250万亿次秒日本NEC公司的“地球模拟器”我国：江南计算技术研究所；“神威”巨型机中科院计算所(曙光计算机公司)：“曙光”巨型计算机国防科技大学：“银河”巨型机、“天河一号”千万亿次/秒联想集团公司：“深腾”巨型机,神威巨型计算机,巨型计算机（续）,IBMBlueGene/Lsupercomputer,Cray巨型计算机,银河巨型计算机,“天河一号”峰值性能1.206千万亿次双精度浮点运算;有6144个通用处理器和5120个加速处理器;内存总容量98TB，点点通信带宽40Gbps;共享磁盘总容量1PB，是中国国家网格计算主结点,大型机,小型机,多种多样的个人计算机,台式个人计算机(立式),便携式(笔记本)个人计算机,台式个人计算机(卧式),TabletPC(平板式电脑),个人数字助理(PDA),上网本UMPC,PC的新品种：UMPC,个人计算机分成:台式机、便携机（笔记本电脑）、工作站、超级便携机UMPC(Ultra-MobilePC)UMPC的另一个名称是MID(MobileInternetDevice),特点：与PC兼容，具有通用性随时携带(59英寸屏，500克左右)其它功能：GPS,webcams(网络摄影),fingerprintreaders（指纹识别）,stereospeakers,TVtuners,memorycardreaders，Bluetooth,Wi-Fi,SamsungQ1,URENA1采用AMDGeodeLX800处理器，7英寸WVGA触摸屏幕，800*480像素，256MB内存、30G硬盘，802.11b/g无线模块，内置GPS功能，2个USB接口，重量695克，预装WindowsXP,UMPC产品,Apple公司的iPad平板电脑,Height:9.56inches(242.8mm)Width:7.47inches(189.7mm)Depth:0.5inch(13.4mm)Weight:1.5pounds(0.68kg)Wi-Fimodel;1.6pounds(0.73kg)Wi-Fi+3Gmodel,微处理器与嵌入式计算机,1、VLSI技术产生了微处理器(简称为P或MP)概念: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。,微处理器的主要参数,字长（2n）：一次处理数据的宽度工作频率发展情况参见阅读材料2.1,讨论:计算机的处理速度与与CPU主频有什么关系？,原则上主频越高速度越快，但不是正比关系！,2、什么是嵌入式计算机？,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”用途举例：内嵌在其他设备中作为信息处理的核心装置，例如数码相机、MP4播放器、手机、计算机外围设备、汽车、机顶盒等,特点？,功能固定、专用，软件固化在芯片上，通常不能改变大多应满足实时信息处理的要求以最低成本满足