專轉(zhuǎn)本計(jì)算機(jī)課件-計(jì)算機(jī)組成原理

第2章計(jì)算機(jī)組成原理2.1

計(jì)算機(jī)的組成與分類

2.2CPU的結(jié)構(gòu)與原理2.3PC機(jī)的主機(jī)2.4常用輸入設(shè)備2.5常用輸出設(shè)備2.6外存儲(chǔ)器2.1計(jì)算機(jī)的組成與分類第1臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)1946年ENIAC計(jì)算機(jī)公布

ENIAC（電子數(shù)字積分機(jī)與計(jì)算機(jī)）：研制單位：美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)用途：軍事計(jì)算（研制原子彈）運(yùn)算速度：5000次/秒體積價(jià)格：170平方米，30噸，140千瓦，40萬(wàn)美元計(jì)算機(jī)的分代(按使用的元器件)第一代（約1946-1957）電子管計(jì)算機(jī)

●速度：幾十～幾萬(wàn)次/秒

●內(nèi)存：磁鼓，千字

●外設(shè)：磁帶

●機(jī)器語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編程美國(guó)于20世紀(jì)50年代生產(chǎn)的IBM704型采用電子管的第一代電子計(jì)算機(jī)第一代電子計(jì)算機(jī)中使用的磁鼓存儲(chǔ)器第二代（約1957-1964）晶體管計(jì)算機(jī)

●速度：幾十萬(wàn)次/秒，

●內(nèi)存：磁芯，十萬(wàn)字

●外設(shè)：磁盤 ●高級(jí)語(yǔ)言編程電子管晶體管計(jì)算機(jī)的分代(按使用的元器件)第三代（約1965-1973）中小規(guī)模集成電路(SSI,MSI)計(jì)算機(jī)

速度：幾十萬(wàn)次～幾百萬(wàn)次/秒

內(nèi)存：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

高級(jí)語(yǔ)言,OS,DBMS第四代（1974年起）大規(guī)模(LSI)和VLSI計(jì)算機(jī) 速度：幾百萬(wàn)次～億次/秒

內(nèi)存：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

軟件工程，分布式處理等第1～4代計(jì)算機(jī)的對(duì)比代

別年

代使用的元器件使用的軟件類型主要應(yīng)用領(lǐng)域第1代20世紀(jì)40-50年代CPU：電子管使用機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編寫程序科學(xué)計(jì)算第2代20世紀(jì)50～60年代CPU：晶體管使用FORTRAN等高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言數(shù)據(jù)處理第3代20世紀(jì)60～70年代初期CPU：SSI，MSI操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等開始使用科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制第4代20世紀(jì)70年代以后CPU：LSI、VLSI軟件開發(fā)工具和平臺(tái)、分布式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)軟件等開始廣泛使用深入到各行各業(yè)，家庭和個(gè)人開始使用計(jì)算機(jī)2.1.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用你能舉例說(shuō)明計(jì)算機(jī)在當(dāng)今社會(huì)中的應(yīng)用么?教育金融政府醫(yī)療科研出版旅行工業(yè)制造2.1.5計(jì)算機(jī)的分類計(jì)算機(jī)的分類（1）按內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)分類8位/16位/32位/64位單CPU/多CPU···按性能和價(jià)格分類巨型計(jì)算機(jī)(supercomputer)大型計(jì)算機(jī)小型計(jì)算機(jī)個(gè)人計(jì)算機(jī)(personalcomputer)筆記本PC臺(tái)式PC工作站(workstation)作為服務(wù)器(server)使用獨(dú)立使用或作為客戶機(jī)(client)使用個(gè)人電腦PCMac電腦中的藝術(shù)品蘋果的優(yōu)勢(shì)？軟硬件的兼容性更好，Unix核心。圖像處理功能近乎完美。幾乎不受病毒攻擊。已知的蘋果病毒有400種，而PC機(jī)是75,000種。蘋果本身就是件藝術(shù)品。MacBook個(gè)人電腦家族的新成員—平板電腦計(jì)算機(jī)的分類（2）按計(jì)算機(jī)服務(wù)的對(duì)象和作用劃分：類型服務(wù)對(duì)象應(yīng)用性質(zhì)主要特點(diǎn)分類或應(yīng)用舉例軟件特點(diǎn)個(gè)人計(jì)算機(jī)服務(wù)器嵌入式計(jì)算機(jī)直接為用戶服務(wù)通用性能/價(jià)格比高多媒體性能好有通用性和可擴(kuò)展性

工作站臺(tái)式機(jī)筆記本種類多,功能豐富,用戶可自行裝卸為其它計(jì)算機(jī)服務(wù)半通用吞吐率(throughput)高可用性(availability)好有可擴(kuò)展性(scalability)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器Web服務(wù)器打印服務(wù)器(企業(yè)級(jí),部門級(jí)··)實(shí)時(shí)處理和并發(fā)工作能力強(qiáng)，可靠性和安全性好為其它設(shè)備服務(wù)專用價(jià)格便宜功耗低實(shí)時(shí)(realtime)處理軟件固化,擴(kuò)展性差

手機(jī)數(shù)碼相機(jī)

MP3播放器

···功能專用、單一、結(jié)構(gòu)緊湊，固化在芯片中，不易修改和擴(kuò)充2.1.6計(jì)算機(jī)的組成計(jì)算機(jī)硬件的邏輯結(jié)構(gòu)1經(jīng)典計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)（馮.諾依曼計(jì)算機(jī)）運(yùn)算器和控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器（注：邏輯結(jié)構(gòu)意指概念上（即功能上）的結(jié)構(gòu)）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)算器控制器輸入設(shè)備存儲(chǔ)器輸出設(shè)備系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)程序語(yǔ)言處理系統(tǒng)文字處理通信···娛樂(lè)計(jì)算機(jī)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所有實(shí)際物理裝置的總稱計(jì)算機(jī)軟件是指在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的各種程序及其處理的數(shù)據(jù)和相關(guān)的文檔計(jì)算機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)復(fù)雜性：硬件由數(shù)以億計(jì)的元器件組成，軟件由數(shù)以億計(jì)的指令組成層次性：分層(hierarchical)結(jié)構(gòu)(1)輸入設(shè)備輸入(input)的含義：把信息送入計(jì)算機(jī)的過(guò)程;輸入設(shè)備(inputdevices)輸入設(shè)備的共性：不論信息的原始形態(tài)如何，輸入到計(jì)算機(jī)中的信息都使用二進(jìn)位來(lái)表示那些是輸入設(shè)備？(2)輸出設(shè)備輸出(output)的含義：把信息送出計(jì)算機(jī)(3)中央處理器(運(yùn)算控制器)什么是處理器(processor)？能高速執(zhí)行指令，完成二進(jìn)制數(shù)據(jù)的算術(shù)或邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送等操作的部件。由數(shù)字電路組成，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。Intel、AMD所有電路都制作在大規(guī)模集成電路芯片上稱為“微處理器”(microprocessor)Intel4004chipIntel8080chip什么是中央處理器(CPU)？計(jì)算機(jī)中通常有多個(gè)不同的處理器，各有不同的分工和任務(wù)用于執(zhí)行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的處理器稱為CPU，CPU是計(jì)算機(jī)必不可少的核心組成部件多數(shù)個(gè)人計(jì)算機(jī)只有1個(gè)CPU，但有一些計(jì)算機(jī)包含有2個(gè)、4個(gè)、8個(gè)甚至成百上千個(gè)CPU。使用多個(gè)CPU實(shí)現(xiàn)高速計(jì)算的技術(shù)成為“并行處理”問(wèn)題：除了CPU之外，計(jì)算機(jī)中還有別的處理器？GPU(4)存儲(chǔ)器功能：儲(chǔ)存以二進(jìn)位形式表示的程序和數(shù)據(jù)分類：內(nèi)存儲(chǔ)器/外存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱內(nèi)存或主存)外存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱外存或輔存)存取速度很快較慢存儲(chǔ)容量較小(因單位成本較高)很大(因單位成本較低)性質(zhì)斷電后信息消失斷電后信息保持用途存放已經(jīng)啟動(dòng)運(yùn)行的程序和需要立即處理的數(shù)據(jù)長(zhǎng)期存放計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中幾乎所有的信息與CPU關(guān)系CPU所處理的指令及數(shù)據(jù)直接從內(nèi)存中取出程序及相關(guān)數(shù)據(jù)必須先送入內(nèi)存后才能被CPU使用·····011010011010101000001000000001000011001001111011111·······存儲(chǔ)內(nèi)容地址(5)總線(bus)功能：用于連接CPU、內(nèi)存、外存和各種I/O設(shè)備并在它們之間傳輸信息的一組共享的傳輸線及其控制電路分類：CPU總線（或前端總線）：用于連接CPU和內(nèi)存的總線I/O總線：連接內(nèi)存和I/O設(shè)備（包括外存）的總線總線信號(hào)包括：地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)、控制信號(hào)2.1.6.2微處理器

和嵌入式計(jì)算機(jī)什么是微處理器？微處理器（μP

）是使用單片大規(guī)模集成電路制成的、具有運(yùn)算和控制功能的電子部件，例如:μP是各種類型計(jì)算機(jī)的核心組成部分用于執(zhí)行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的μP

稱為“CPU”目前幾乎所有計(jì)算機(jī)的CPU使用的都是微處理器除了用作CPU的通用微處理器之外，還有許多專用的微處理器產(chǎn)品：繪圖處理器、通信處理器等Intel4004Intel8086Intel奔騰4Intel酷睿2什么是嵌入式計(jì)算機(jī)？把運(yùn)算器、控制器、存