第4章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

主講：何宜軍2/5/2023管理信息系統(tǒng)（第5版）ManagementInformationSystems（5e）經(jīng)濟(jì)與管理系第4章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)4.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)算機(jī)的創(chuàng)始與發(fā)展（現(xiàn)代史）1945年,美國數(shù)學(xué)家馮.諾依曼博士發(fā)表《電子計(jì)算工具邏輯設(shè)計(jì)》論文，提出二進(jìn)制表達(dá)方式和存儲(chǔ)程序控制計(jì)算機(jī)構(gòu)想。1946年,美國賓西法尼亞大學(xué)研制成功電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC,重30噸，耗電150kW，占地170平米，造價(jià)40萬美元，用電子管18000個(gè)，每秒5000次加法。ENIAC(1946)掌上電腦(2000)電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡史第一代電子管時(shí)代(1946-1958)耗電高，體積大，定點(diǎn)計(jì)算，機(jī)器語言，匯編語言第二代晶體管時(shí)代(1959-1963)

變集中處理為分級(jí)處理，浮點(diǎn)運(yùn)算、高級(jí)語言、體積小第三代中小規(guī)模集成電路時(shí)代(1964-1979)存儲(chǔ)容量大，運(yùn)算速度快，幾十至幾百萬次/秒第四代大規(guī)模集成電路時(shí)代(1979至今)向大型機(jī)和微型機(jī)兩個(gè)方向發(fā)展現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展方向巨型化，微型化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，多媒體化根據(jù)摩爾定律，集成電路大體上每18個(gè)月翻一番。4.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展4.1.2計(jì)算機(jī)的分類及應(yīng)用1.計(jì)算機(jī)的分類（1）根據(jù)用戶需求及一些技術(shù)特征微型計(jì)算機(jī)小型計(jì)算機(jī)主干計(jì)算機(jī)根據(jù)應(yīng)用主干計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器工作站注意微型機(jī)計(jì)算能可能超過小型機(jī)，而某些小型機(jī)的能力超過主干計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的六大分類（2）巨型機(jī)世界幾家公司生產(chǎn)，最快1.4萬億次，9千個(gè)CPU組成。Cray-1,Cray-2,Cray-3,國產(chǎn)銀河I,銀河II,銀河III。小巨型機(jī)功能同巨型機(jī)相近，價(jià)格相對(duì)便宜，發(fā)展十分迅速。美國Convex公司的C系列機(jī)為其代表產(chǎn)品。大型機(jī)大中型企事業(yè)單位作為計(jì)算中心的主機(jī)使用，統(tǒng)一調(diào)度主機(jī)資源。代表產(chǎn)品有IBM360，370，4300等。4.1.2計(jì)算機(jī)的分類及應(yīng)用

2008年，曙光5000Ａ———“魔方”，實(shí)現(xiàn)峰值速度230萬億次、Ｌｉｎｐａｃｋ值180萬億次。作為面向國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的重大需求的網(wǎng)格超級(jí)服務(wù)器，曙光５０００Ａ可以完成各種大規(guī)?？茖W(xué)工程計(jì)算、商務(wù)計(jì)算。

2009年10月29日，中國首臺(tái)千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河一號(hào)”誕生。這臺(tái)計(jì)算機(jī)每秒1206萬億次的峰值速度和每秒563.1萬億次的Ｌｉｎｐａｃｋ實(shí)測性能，使中國成為繼美國之后世界上第二個(gè)能夠研制千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)的國家?！疤旌右惶?hào)”安裝了由國防科技大學(xué)自主研制的“天河”高性能CPU芯片，全系統(tǒng)的整體計(jì)算處理能力大幅提升，在信息安全方面有更強(qiáng)的技術(shù)保障。我國巨型計(jì)算機(jī)“天河一號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河二號(hào)”天河2由16000個(gè)浪潮的節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有2顆基于IveBridge-EXeonE52692處理器和3個(gè)XeonPhi,累計(jì)共有32000顆IveBridge處理器和48000個(gè)XeonPhi,總計(jì)有312萬個(gè)計(jì)算核心。世界巨型計(jì)算機(jī)根據(jù)TOP500組織2009年11月18日發(fā)布的一年兩度的全球最高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)榜單，基于AMD六核皓龍?zhí)幚砥鞯摹癑aguar”（美洲豹）系統(tǒng)成為全球最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)。安置在美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的關(guān)鍵任務(wù)型CrayXT5系統(tǒng)最近從AMD四核皓龍?zhí)幚砥魃?jí)到AMD六核皓龍?zhí)幚砥?，可提供每?.3千萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算的理論峰值性能，在Linpack基準(zhǔn)測試中可提供每秒1.75千萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算的性能。由國防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院研制的我國首臺(tái)千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)“天河一號(hào)”名列全球第五、亞洲第一?！癑aguar”（美洲豹）

----CrayXT5系統(tǒng)

世界巨型計(jì)算機(jī)

新華網(wǎng)華盛頓2010年11月14日電（記者任海軍毛磊）國際TOP500組織14日在網(wǎng)站上公布了最新全球超級(jí)計(jì)算機(jī)前500強(qiáng)排行榜，中國首臺(tái)千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)“天河一號(hào)”（天河-1A系統(tǒng)）雄居第一。

“天河一號(hào)”由國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制，部署在國家超級(jí)計(jì)算天津中心，其實(shí)測運(yùn)算速度可以達(dá)到每秒2570萬億次。

美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的“美洲虎”超級(jí)計(jì)算機(jī)此前排名第一，在新榜單中，其排名下滑一位?！懊乐藁ⅰ钡膶?shí)測運(yùn)算速度可達(dá)每秒1750萬億次。

排名第三的是中國曙光公司研制的“星云”高性能計(jì)算機(jī)，其實(shí)測運(yùn)算速度達(dá)到每秒1270萬億次。新華社稱，天津市氣象局和中海油(CNOOC)已開始試用這臺(tái)新型超級(jí)計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的六大分類（2）小型機(jī)可以滿足部門性的需求，供小型企事業(yè)單位使用，典型產(chǎn)品有IBM-AS/400，DEC-VAX系列，國產(chǎn)太級(jí)工作站用于特殊的專業(yè)領(lǐng)域，例如圖象處理和輔助設(shè)計(jì)等。典型產(chǎn)品有HP-APOLLO，SUN工作站等。微型機(jī)個(gè)人或家庭使用，PC機(jī)/個(gè)人計(jì)算機(jī)，價(jià)格低廉4.1.2計(jì)算機(jī)的分類及應(yīng)用2.微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用（1）個(gè)人計(jì)算機(jī)（personalcomputer，PC)功能特點(diǎn)價(jià)格低、數(shù)學(xué)運(yùn)算、CAD、圖形、圖像、多媒體應(yīng)用領(lǐng)域文字處理決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫管理繪圖通信應(yīng)用開發(fā)工程個(gè)人與家庭使用4.1.2計(jì)算機(jī)的分類及應(yīng)用2.微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用（2）移動(dòng)計(jì)算機(jī)功能特點(diǎn)便攜、體積小、液晶屏、穩(wěn)定應(yīng)用領(lǐng)域移動(dòng)辦公PC的功能4.1.2計(jì)算機(jī)的分類及應(yīng)用2.微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用（3）網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)(networkcomputer,NC)功能特點(diǎn)局域網(wǎng)，只需一臺(tái)PC，一個(gè)鍵盤、一個(gè)屏幕等設(shè)備便于集中管理與更新應(yīng)用領(lǐng)域無盤網(wǎng)吧企業(yè)局域網(wǎng)證券、保險(xiǎn)、財(cái)務(wù)、零售業(yè)4.1.2計(jì)算機(jī)的分類及應(yīng)用2.微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用（4）超級(jí)計(jì)算機(jī)(supercomputer)功能特點(diǎn)精密功能強(qiáng)大價(jià)格高并行處理多CPU應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)與軍事研究航空航天石油氣象預(yù)測4.1.2計(jì)算機(jī)的分類及應(yīng)用3.小型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用功能特點(diǎn)介于主干計(jì)算機(jī)與微型計(jì)算機(jī)之間操作簡單，無需專家應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)研究建設(shè)系統(tǒng)工程分析工業(yè)控制CAM部門或辦公室4.1.2計(jì)算機(jī)的分類及應(yīng)用4.主干計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用功能特點(diǎn)性能比小型機(jī)、微型機(jī)強(qiáng)多CPU處理速度快應(yīng)用領(lǐng)域大規(guī)模集團(tuán)股市證券網(wǎng)站服務(wù)器電子商務(wù)網(wǎng)站服務(wù)器4.1.2計(jì)算機(jī)的分類及應(yīng)用計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)研究計(jì)算密碼破譯，天氣預(yù)報(bào)，地質(zhì)勘探，衛(wèi)星軌道計(jì)算過程控制機(jī)器人以及各種自動(dòng)化裝備，溫度調(diào)節(jié)，閥門控制輔助設(shè)計(jì)/分析/制造/教學(xué)機(jī)械CAD，建筑CAD，CAE，CAM，CAI數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)庫管理，企業(yè)信息管理，統(tǒng)計(jì)匯總、辦公自動(dòng)化智能模擬人工智能、專家系統(tǒng)、自學(xué)習(xí)4.1.2計(jì)算機(jī)的分類及應(yīng)用體積更小速度更快性能更強(qiáng)更可靠購買和維護(hù)成本更低4.1.3計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢聯(lián)想最新ideacentreB5系列“一體機(jī)”￥3899

～￥7150聯(lián)想最新ideacentreA6系列“一體機(jī)”￥4999～￥10999北京時(shí)間2010年01月28日凌晨2點(diǎn)，蘋果公司在美國舊金山正式推出平板電腦iPad，蘋果iPad分別有支持WIFI和支持WIFI+3G兩張版本，存儲(chǔ)容量分別為16GB、32GB和64GB三種，其中最便宜的WIFI版16GB容量的iPad售價(jià)僅為499美元，并于2月后全球銷售。蘋果iPad主要參數(shù)：

1、處理器蘋果A4處理器1GHz主頻

2、存儲(chǔ)空間，分為16G、32G、64GB3、屏幕9.7英寸IPS顯示屏幕

4、機(jī)身大小0.5英寸厚(1.27cm)、1.5磅重(680g)5、電池續(xù)航：10小時(shí)，最長待機(jī)可達(dá)1個(gè)月9.7英寸多點(diǎn)觸控屏蘋果iPad平板電腦

9.7英寸多點(diǎn)觸控屏蘋果iPad平板電腦

9.7英寸多點(diǎn)觸控屏蘋果iPad平板電腦￥2800~￥63004.2計(jì)算機(jī)的運(yùn)算基礎(chǔ)4.2.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理1、馮.諾依曼計(jì)算機(jī)的基本思想計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分組成。采用存儲(chǔ)程序的方式，程序和數(shù)據(jù)放在同一存儲(chǔ)器中，由指令組成的程序可以修改。數(shù)據(jù)以二進(jìn)制碼表示。指令由操作碼和地址碼組成。指令在存儲(chǔ)器中按執(zhí)行順序存放，由指令計(jì)數(shù)器指明要執(zhí)行的指令所在的單元地址，一般按順序替增。機(jī)器以運(yùn)算器為中心，數(shù)據(jù)傳送都經(jīng)過運(yùn)算器2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)（諾依曼計(jì)算機(jī)工作原理）“存儲(chǔ)程序”+“程序控制”要點(diǎn)：1．以二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令(程序)2.先將程序存入存儲(chǔ)器中，再由控制器自動(dòng)讀取并執(zhí)行輸入設(shè)備控制器輸出設(shè)備

CPU

存儲(chǔ)器運(yùn)算器ALU4.2計(jì)算機(jī)的運(yùn)算基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能：輸入鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、光筆等數(shù)據(jù)處理與控制CPU是核心部件輸出打印機(jī)、顯示器等主存儲(chǔ)主存儲(chǔ)器：內(nèi)存外存儲(chǔ)器：硬盤、光碟、磁帶等通信接口網(wǎng)卡、modern等4.2計(jì)算機(jī)的運(yùn)算基礎(chǔ)【例】數(shù)32343.43可以分解為：

3×104＋2×103＋3×102＋4×101＋3×100＋4×10-1＋3×10-2數(shù)字化信息編碼的概念：信息：數(shù)值、文字、語音、圖形和圖像。在計(jì)算機(jī)內(nèi)一切信息必須進(jìn)行數(shù)字化編碼（即用二進(jìn)制代碼形式），才能在機(jī)內(nèi)傳送、存儲(chǔ)和處理。數(shù)值的構(gòu)成一個(gè)數(shù)值各位數(shù)字（數(shù)碼）表示的值不僅與該數(shù)字有關(guān)，且與所在位置有關(guān)。位權(quán)位權(quán)位權(quán)位權(quán)位權(quán)位權(quán)位權(quán)基數(shù)：相鄰位權(quán)之比每個(gè)數(shù)位上的數(shù)字所表示的值=該數(shù)碼×位權(quán)位權(quán)：基數(shù)的i次方(i為與位置對(duì)應(yīng)的自然數(shù)）

4.2.2計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)表示方法K進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)位權(quán)展開法【例一】將下列數(shù)值轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)

(101.01)2(205.4)8(AF.8)16

解：(101.01)2=1×22＋0×21＋1×20＋0×2-1＋1×2-2=(5.25)10(205.4)8=2×82＋0×81＋5×80＋4×8–1=(133.5)10

(AF.8)16=10×161＋15×160＋8×16-1=(175.5)10【思考】以下數(shù)值中最大的和最小的分別是哪個(gè)？

①(1234)8(1234)16(1234)5(1234)10

②(11011011)2(219)16(210)8(219)10

Windows自帶計(jì)算器（科學(xué)型）——適合于整數(shù)部份,其他進(jìn)制向十進(jìn)制轉(zhuǎn)換時(shí)，小數(shù)部分亦可用計(jì)算機(jī)求出。*4.2.2計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)表示方法十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為K進(jìn)制數(shù)4.2.2計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)表示方法十六進(jìn)制與二進(jìn)制相互轉(zhuǎn)換法則：以小數(shù)點(diǎn)為界，每個(gè)八進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)三位二進(jìn)制數(shù)，每個(gè)十六進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)四位二進(jìn)制數(shù)。

【注意】小數(shù)部分不足之處應(yīng)補(bǔ)零

【例】(2C1.D)16=(001011000001.1101)2

2C1D【例】(71.23)8=(111001.010011)2

7123【例】(1101101110.110101)2=(36E.D4)16

36ED44.2.2計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)表示方法二進(jìn)制數(shù)的簡單運(yùn)算（1）算術(shù)運(yùn)算（加減乘除）加法：逢2進(jìn)10+0=00+1=11+0=11+1=10（進(jìn)位）減法：借1當(dāng)20-0=01-0=11-1=00-1=1（借位）乘法：加法+移位0*0=00*1=01*0=01*1=1除法：減法+移位0÷1=01÷1=1例一

1101+10110010例二

1011

－101

110例三

1110×101111011101000110例四

110101100101001004.2.2計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)表示方法二進(jìn)制數(shù)的簡單運(yùn)算（2）邏輯運(yùn)算與運(yùn)算：都是1時(shí)才為1，運(yùn)算符：A∧B、A×B或A·B或運(yùn)算：都是0時(shí)才為0，運(yùn)算符：A∨B、A＋B非運(yùn)算：0變1，1變0，運(yùn)算符：A異或運(yùn)算：相異為1,運(yùn)算符：A∞B例：設(shè)A=1101，B=1001，求：A∧B、A∨B、A∞B、A例一A∧B1101

∧10011001例二A∨B1101

∨10011101例三A∞B1101

∞10110110例四A

A=00104.2.2計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)表示方法字符（數(shù)碼、符號(hào)、漢字）編碼BCD碼（二-十進(jìn)制編碼）

每位十進(jìn)制數(shù)碼用4位二進(jìn)制編碼表示

如25=(00100101)BCD

比較:(00100101)2=(37)10

十進(jìn)制數(shù)用BCD碼表示時(shí)，不能直接用于運(yùn)算或位權(quán)展開。ASCII碼（美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼）

常用西文字符（128個(gè)）的二進(jìn)制編碼（P17表1-2）（注：ASCII編碼的基本和擴(kuò)展字符集中共有256個(gè)字符。）每個(gè)字符用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的7位二進(jìn)制數(shù)表示，在機(jī)內(nèi)則占一個(gè)字節(jié)（最高位為0）。

如字符“A”的ASCII碼為：(01000001)2或6510、1018、4116

字符“0”的ASCII碼為：(00110000)2或4810、608、3016要求：會(huì)比較ASCII字符的大小（按其ASCII碼值）

空格＜0～9＜A～Z＜a～z

會(huì)推算同組字符ASCII碼值，如A的ASCII值（十進(jìn)制）為654.2.2計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)表示方法字符（數(shù)碼、符號(hào)、漢字）編碼漢字編碼（由GB2312-80規(guī)定，即國標(biāo)碼）

共對(duì)6763個(gè)常用漢字的二進(jìn)制編碼作了規(guī)定。其中：一級(jí)漢字3755個(gè)，按拼音排序（最常用字）二級(jí)漢字3008個(gè)，按偏旁部首排序（次常用字）

國標(biāo)碼規(guī)定每個(gè)漢字用兩個(gè)七位二進(jìn)制代碼表示，在機(jī)內(nèi)則用兩個(gè)字節(jié)表示（每個(gè)字節(jié)的最高位置為1）。內(nèi)碼（機(jī)內(nèi)碼）與國標(biāo)碼的換算關(guān)系：

如漢字“啊”，國標(biāo)碼為：01100000100001（即3021H）

內(nèi)碼則為:1011000010100001（即B0A1H）

外碼（輸入碼）：區(qū)位碼、拼音碼、五筆字型碼等漢字點(diǎn)陣（漢字庫，用于漢字的打印或顯示）占用字節(jié)數(shù)的計(jì)算：

一個(gè)A×B點(diǎn)陣的漢字所占的字節(jié)數(shù)=A×B÷8

點(diǎn)陣越大，顯示精度越好。4.2.2計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)表示方法存儲(chǔ)估算【例】GB2312-80中一級(jí)漢字為3755個(gè)，如果每個(gè)漢字字模采用16×16點(diǎn)陣，并存放在主存儲(chǔ)器中，那么將占用存儲(chǔ)器容量多少個(gè)字節(jié)？假設(shè)將漢字顯示在屏幕上，一屏24行，每行40字，為保持一屏信息，需存儲(chǔ)容量多少字節(jié)？解：（16×16÷8）×3755=120160字節(jié)（16×16÷8）×24×40=30720