计算机的组成与分类

第2章计算机组成原理,2.1计算机的组成与分类2.2CPU的结构与原理2.3PC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,2.1计算机的组成与分类,2.1.1计算机的发展与作用,计算机是一种工具不是交通运输工具不是机械加工工具不是工具计算机是一种信息处理工具,什么是计算机？,对计算机的简单描述,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化的数字电子设备。,计算机是通用的信息处理工具,计算机的信息处理功能：信息的收集（信息获取）信息的储存（信息存储）信息的加工（信息处理）信息的传递（通信）信息的施用（展现与控制）,计算机有哪些特性？,计算机的特性：（1）速度快（2）存储容量大（3）通用性好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不仅能进行数学运算，而且能进行逻辑运算不仅能进行运算，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,计算机的巨大作用,计算机对社会的进步与发展产生了巨大的作用：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。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。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。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。,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,计算机的发展,1946年研制成功第1台数字电子计算机66年来发展速度之快大大超出人们的预料：性能、体积、价格、应用领域和装机数量软件技术和软件产品使用的元器件第1代：电子管磁鼓第2代：晶体管磁芯第3代：中、小规模集成电路第4代：大、超大规模集成电路,应用模式：集中计算模式分散计算模式网络计算模式普适计算模式（？）,问题：60年来没变的是什么？,基本工作原理,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,计算机的分代(按使用的元器件),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,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。,2.1.2计算机的组成,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,计算机是一个复杂的系统复杂性：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多样性：硬件与光、机、电、声等有关，软件与数学、逻辑等有关层次性：分层(hierarchical)结构,计算机硬件的逻辑结构1,经典计算机的逻辑结构（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2,现代计算机的逻辑结构,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,输入(input)的双重含义：1.把信息送入计算机的过程;2.向计算机输入内容输入设备(inputdevices)功能：用来向计算机输入信息输入设备有多种，例如:键盘输入文字、符号和命令鼠标器输入鼠标器移动的位置信息及按钮命令扫描仪输入图片麦克风输入声音（要求正确判断以上设备）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）,(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。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”。,(3)存储器,功能：储存以二进位形式表示的程序和数据分类：内存储器/外存储器,(4)输出设备,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输出设备(outputdevices)功能：从计算机输出信息输出设备有多种，例如:显示器输出文字、符号和图形打印机打印文字、符号和图形扬声器输出声音（正确判断）(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、符号、图形、声音等),(5)总线(bus),功能：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分类：CPU总线（或前端总线）：用于连接CPU和内存的总线I/O总线：连接内存和I/O设备（包括外存）的总线,2.1.3计算机的分类,计算机的分类（1）,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),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,计算机的分类（2）,按计算机服务的对象和作用划分：,2.1.4微处理器和嵌入式计算机,什么是微处理器？,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:,P是各种类型计算机的核心组成部分用于执行系统软件和应用软件的P称为“CPU”目前几乎所有计算机的CPU使用的都是微处理器除了用作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公司微处理器的发展变化,30多年来其主要产品的发展过程为：8088（8086）802868038680486PentiumPentiumPROPentiumIIPentiumIIIPentium4,什么是嵌入式计算机？,把运算器、控制器、存储器