《计算机导论第二章》PPT课件VIP

1,第二章计算机系统的组成2.1四大功能部件2.2程序存储原理2.3计算机系统,2,计算机系统的组成,系统软件应用软件,计算机系统分为：硬件+软件,硬件,软件,3,2.1四大功能部件,主存/内存（Mainmemory）CPU外部设备/IO设备总线（BUS）,外设,4,2.1.1内存（Mainmemory）,1内存单元（Memorycell）Bit位最基本的存储单位，1B存放一个o或1Word字内存单元中存放的数据内容(形式：二进制数)Wordsize字长一个字包含的位数，常为：8、16、32、64,5,Byte字节数据存储单位，一个汉字需要二个字节，1Byte=8BitsAddress地址内存单元的编号，标识要访问的单元Capacity容量存储器的单元数或字节数（计数单位：K,M,G,T,P）1K=10241M(兆)=1024K1G=1024M1T=1024G1P=1024T,6,例2-1一个容量为120GB的磁盘可以存放多少汉字？例2-2计算机字长32位，内存容量512MB，内存单元的地址至少要有多少位？例2-3计算机内存容量为1G，它一共有多少个二进制位？,7,2内存读写,Read/write读操作：把单元存放的数据内容复制传送出来写操作：更新单元中存放的数据内容,8,例2-4怎样把地址为2的单元内容和地址为3的单元内容交换存储？,9,3种类,RAM随机存取存储器按指定地址读写数据、断电丢失数据,动态DRAM，周期性刷新,静态SRAM，通电保存,10,DDR内存条,SDRAM：同步动态随机存取存储器DDR=DoubleDataRate双倍速内存现在常用的内存是DDRSDRAM，简称DDR微机里的内存做成条状，故称内存条,11,ROM只读存储器断电后数据可保存PROM写入一次后只读;EPROM可用光擦洗、再写入后只读;EEPROM可用电信号擦洗,12,Cachememory高速缓冲存储器存取如同RAM，但速度更快、价格更贵；和RAM、ROM共同组成内存体系;存储内存一小部分内容的副本；可达M字节级；,13,Flashmemory闪存有断电保存数据能力相对高的读写速度仍较少用作内存RAM多用作数据的保存和转移（外存、“U盘”）,14,2.1.2CPU(中央处理机/器）CentralProcessingUnit,作用运算：执行对数据的基本操作控制：协调计算机所有部件的处理动作(指令控制、总线控制、中断控制、时序控制）,15,CPU,早期使用过的微处理器,16,CPU,Pentium4微处理器和Itanium微处理器内部结构照片,17,国产CPU龙芯,2002年8月，“龙芯”1号研制成功，标志着我国在现代通用微处理器设计方面实现了“零”的突破，打破了我国长期依赖国外CPU产品的无芯的历史。,18,处理器processor微处理器microprocessor（PC机的）协处理器coprocessor（一种芯片，用于减轻系统微处理器的特定处理任务。例如，数学协处理器可以控制数字处理；图形协处理器可以处理视频绘制）芯片chip、microchip处理器集成电路主板systemboard/motherboard安装CPU、内存条的电路板,19,20,主要组成部件ALU算术逻辑运算器执行算术操作和逻辑操作Controlunit控制器控制操作的执行过程,21,寄存器Register存取极高速，暂存数据，配合ALU、CU工作。可分：数据寄存器，指令寄存器，地址寄存器，通用寄存器（GR），累加器accumulator，程序计数器（ProgramCounter/PC),22,处理速度较大型机：专用CPU，MIPS（百万条指令/每秒）微机：通用CPU（系统时钟电路）主频单位MHz（兆赫）1MHz即1百万个时钟周期/每秒，每条机器指令（操作）要若干个机器周期（MachineCycle)才能完成，每个机器周期又由若干个时钟周期组成。,23,第一次作业,一、P5（1、3、5、9）；P14（7、8、10、14）；P18（3、4、12）；P39（4、6）二、假设你需要购买一台计算机，请通过互联网搜集资料，虚拟组装一台个人兼容计算机，要求如下：所组装的计算机要完整，要买回来装上软件就能用。整机的定位以及价格请根据自己的实际情况来处理要给出清单，列出各个部件的名称、品牌、主要性能指标以及参考报价（给出日期）（要做到另一个人拿着清单就可以去购买）。对于CPU、内存、硬盘、主板、显示器等主要部件要给出购买的理由给整机一个你自己的评价,24,作业提交方式,采用电子邮件方式提交，请发邮件至Hq-huang2注意事项：1，邮件主题格式：107*#第一次作业补，其中*表示你的两位数座号，例如13，07；#表示你的姓名。正确的主题示例：10706张三第一次作业，10706张三第一次作业补，邮件主题不正确将不能顺利接收。2，作业内容直接粘贴在邮件正文，不要作为附件提交3，最迟第三周结束前提交。,25,主要的外部设备外存储器（external/secondarystorage）输入设备（Inputdevice）输出设备（Outputdevice）终端设备（terminal）,2.1.3外部设备,26,（1）外存（储器）external/secondarystorage存储量大、成本低、存取速度比内存慢用于长期保存数据磁盘,1外存,disk,软盘diskette（floppydisk）,硬盘harddisk,27,硬盘(harddisk)存储量大，几十个GB以上；盘片密封，工作寿命长；用作数据长期保存；软盘(diskette/floppydisk)存储量小，如3”盘为1.44MB；盘片可拆卸，多用作数据迁移；价格便宜、寿命较短；几乎被“U盘”等较新存储器淘汰。,28,29,盘片disk和驱动器Driver,磁道,Track,Sector扇区,Accessarm(R/W)读写臂,Head磁头,Cylinder圆柱/柱面,磁盘组,stack/pack,Spindle轴,盘片,30,硬盘的磁道、扇区、柱面,硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成读写硬盘时，磁性圆盘高速旋转产生的托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面硬盘容量视具体类型而定,硬盘,31,随机存取存储器direct/randomaccessstorage可以在相同的时间数量级内,按指定的任意磁盘地址（柱号、道号、扇区号）存取数据。毫秒级（存取动作涉及机械运动）;,Seektime寻道时间Latency（旋转)延迟时间,32,因此,存取时间=寻道时间+延迟时间,例2-5假设硬盘的转速是每秒240圈，平均寻道时间是10毫秒，那么它的平均存取时间是多少毫秒？,33,Tape磁带,tape,Cartridge盒式,Reel卷式,tapeunit磁带机/驱动器,79track磁轨顺序存取设备Sequentialstorage沿磁带长度方向依次存取数据；平均存取速度为秒级；价低，主要用为数据备份（backup）设备,34,compactdisk光盘原理：激光在金属面的反射状态0/1CD-ROM只读光盘速度1X40X150KB/S6MB/S标准存储容量650MBCD-Rrecordable可刻录光盘空白；写入一次后只读；CD-RW可重写光盘容量M级；价格较贵；DVD-ROMdigitalvideo容量G级（4.717GB）,35,FlashMemory闪存电子器件、无驱动器、存取速度快；存储容量较大、兆级到G级；工作时要通电、断电后数据能长期保存；多通过USB接口作机外连接；“热插拔”，但注意执行操作系统的断开USB设备命令后方可拔走；已取代软盘的使用；“U盘”是常见的一种商业名称。,36,2Inputdevice输入设备Keyboard键盘用作输入字符数据；字符键的语义最终由程序解释；,37,Pointingdevice定位设备（“选择输入”）mouse鼠标主要操作包括：point定位,click单击/双击,drag拖动等touch-screen触摸屏touchpad触摸板trackball定位球“固定的mouse”joystick游戏杆用作游戏、机器人控制lightpen光笔使用渐少pen-basedsystem输入笔如PDA（掌上电脑）的手写输入,38,Scanningdevice扫描设备bar-codereader条码阅读器MICR磁性墨水阅读器（银行支票读入）OMR铅笔记号光学读入器（试卷读入）OCR印刷体/手写体字符光学读入器image/graphicsscanner扫描仪dpi点/英寸video-input影像输入设备如数码相机DCvoice-recognitionsystem声音输入设备sensor传感器(其他物理量的电子输入)human-biologyinput体征输入设备如fingerprint指纹输入器捕捉人体活动的传感器,39,3Outputdevice输出设备Monitor/display显示器阴极射线管CRT液晶LCD参数：,resolution解象度如1024*768pixels（象素）dotpitch点距0.28mmrefreshrate刷新速度72HzColor颜色（种数）standard显示标准VGA,SVGA,XGA等工作方式字符方式/图象方式,40,Printer打印机击打式injectprinter字符打印机character针式行式打印机line上千行/每分钟非击打式non-injectprinter激光打印机laser喷墨打印机ink-jetPlotter（X-Y)绘图仪,41,4terminal终端泛指应用的I/O设备哑终端Dumb一般意义的I/O设备，如键盘显示器智能终端intelligent带CPU的终端，一种I/O处理机如POS销售收款ATM银行自动柜员机SmartcardIC卡读写器,42,5Interface接口外设和CPU之间的连接电路,如显示卡port端口外设连接插口传输方式Parallelport（并口）如打印机端口Serialport（串口）如RS-232通讯端口，（插接modem等）标准SCSI（一种并行接口）、USB（一种串行接口）、等,43,2.4总线BUS信息的机内传送通道，把CPU、内存、I/O设备连接起来按传送内容的分类：数据总线；地址总线；控制总线；总线结构单总线；多总线性能参数总线时钟频率；总线宽度（位）总线标准ISA、EISA、PCI、PCMCIA、USB,44,系统主板,内存,总线插槽,接口卡,CPU,串行接口,USB接口,45,总线,微处理器,微处理器、总线、存储器、接口电路和外设逻辑关系,46,CMOS与BIOS,CMOS是主板上的一块可读写的RAM芯片，主要用来保存当前系统的硬件配置和操作人员对某些参数的设定，保存需要电力主板上一颗纽扣电池，叫CMOS电池。电脑开机自检时，屏幕上的很多数据就是保存在CMOS芯片里的。要设置CMOS的参数，必须通过BIOS程序来读写。所以有时CMOS设置也叫BIOS设置。一般电脑进入BIOS设置程序的方法，都是开机自检时，按住Delete键不放，就能进入。BIOS就是(BasicInput/OutputSystem，基本输入/输出系统的缩写),47,程序存储原理,控制一台机器，可以在机器外部设置开关，但只能进行简单的控制算法是任务的操作过程，需要使得每一步计算机都能执行，因此需转换为程序计算机程序：计算机能够完成的操作所组成的动作序列。20世纪40年代，冯诺依曼提出程序存储原理：程序预先存储在计算机内部，运行时计算机自行提取程序中的每一条操作指令来执行。,48,2.2程序存储原理,2.2.1Instruction（机器）指令CPU直接识别和执行的基本操作的表示。1机器指令的编码表示形式：二进制数!构成：操作码地址码指令系统：和（计算机）CPU有关的指令集合。,49,2指令集的大致分类：算术运算类加、减、乘、除逻辑运算类比较、判断、与、或、非传送类如CPU内存单元I/O类CPU接口外设控制转移类,50,CPU体系结构的主要种类CISC复杂指令集计算机指令繁多，包括完成复杂操作的指令。RISC精简指令集计算机指令种类少，每条指令只执行简单操作。MPPmassiveparallelprocession多CPU并行计算机,51,2.2.2程序存贮原理1Program程序：机器指令序列，算法的最终表现形式。2程序存贮（编写好的）程序存入内存（指令内存单元）指定首地址（第一条执行指令的内存地址）启动CPU，逐条执行程序中的指令(运行程序）按内存单元地址顺序执行指令，遇到转移指令时，改变执行次序意义：使控制提供速度和操作执行速度匹配。,52,53,例求任意两个整数的最大公约数的程序(假想指令集、单字长（16位）指令)1512110操作码地址码4位12位,54,单元地址单元内容指令含义0201010216取数（216）AC取M0202040217减法（AC)-(217)ACM-N0203100205条件转移如（AC）0转02050204050202无条件转移再去减N0205030217加法+N恢复MN的余数R0206060215条件转移如（AC）=0转02150207020220存数（AC）0220暂存0的R0210010217取数（217)AC取N0211020216存数(AC)0216NM0212010220取数(0220)AC取R0213020217存数(AC)0217RN0214050201无条件转移“碾转相除”直到R=00215000000停机,55,0216000100无符号整数M640217000014无符号整数N120220000000余数R的暂存单元程序：13条机器指令+3个数据单元首地址：0201终地址：0215顺序程序的控制结构分支（0203、0206）循环（02020204内循环）（02010214外循环）,56,2.2.3VonNeumann冯.纽曼结构体系程序存储原理多级存储体系寄存器高速缓存内存外存加法线路为基础的运算器并行处理原理（一个字的多个位同时处理）,57,二进制记号一切数据和指令在机内最终表示形式为二进数！数据的信息含义由程序解释；指令的含义由CPU分析、处理；如何区分数据和指令？只能依靠程序本身的正确性！,58,2.3计算机系统Computersystem,2.3.1Hardware&Software硬件：组成计算机的电子、电磁、光学、机械等设备部件总称软件：（传统观点）完成计算任务需要的各种程序（现代观点）程序、文档、数据、开发规范的集合,59,硬件、软件的关系：协同实现数据处理任务；界面浮动；如浮点运算：程序实现或硬件协处理器机器指令：硬件组合逻辑或CPU微程序“软件固化”两者技术相互推动；如磁盘文件/DB数据组织中断机制操作系统,60,主机,CPU内存Memory其他,外设,外存EXT.I/O设备,总线Bus,硬件,61,System系统软件,操作系统OS实用程序Utility,语言处理DBMS网络通信防病毒程序,Applications应用软件,软件包：如文字处理、Package自行开发的,软件,62,2.3.2常用的系统应用模式1主机终端模式2C/S方式客户机（Client)服务器（Server),单CPUCPU阵列（并行处理机系统）,Micro微机Mainframe主机,63,3B/S方式浏览器（browser)服务器（server）4对等模式(P2P/peertopeer)两台计算机平等连接5分布式系统多台计算机由网络连接支持透明的全局访问,64,客户机/服务器系统Client/serversystem简称C/S系统。是一类按新的应用模式运行的分布式计算机系统。在这个应用模式中，用户只关心完整地解决自己的应用问题，而不关心这些应用问题由系统中哪台或哪几台计算机来完成。在C/S系统中，能为应用提供服务（如文件服务，打印服务，拷贝服务，图象服务，通信管理服务等）的计算机或处理器，当其被请求服务时就成为服务器。一台计算机可能提供多种