第1章（計(jì)算機(jī)概述）.ppt

1、第1章 計(jì)算機(jī)概述,計(jì)算機(jī)的類型 微型計(jì)算機(jī) 中、大型計(jì)算機(jī) 巨型計(jì)算機(jī) 微處理器 計(jì)算機(jī)的性能與發(fā)展趨勢 基本技術(shù)指標(biāo) 微型化、巨型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化 摩爾定律 計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 馮諾依曼模型 計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu),1.1計(jì)算機(jī)類型,微型計(jì)算機(jī)普及使用的通用計(jì)算機(jī)，包括桌面計(jì)算機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、掌上計(jì)算機(jī) 特點(diǎn)：廉價、網(wǎng)絡(luò)/多媒體、人性化 中、大型計(jì)算機(jī)用于大型企業(yè)、事業(yè)單位，研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)、金融機(jī)構(gòu)作為集中計(jì)算和信息處理的計(jì)算機(jī) 特點(diǎn)：高速度、高可靠性、大容量 巨型計(jì)算機(jī)用于尖端科學(xué)技術(shù)研究、國家機(jī)構(gòu)、軍事 特點(diǎn)：超高速度 微處理器作為其他設(shè)備的控制中心 體積小、低功耗、專用化,1.1計(jì)算機(jī)類型微

2、型計(jì)算機(jī),微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn) 體積桌面化掌上化 通用化，滿足多種使用要求 操作簡單化，用戶平民化，維護(hù)簡單化 價格低廉化 多媒體化 網(wǎng)絡(luò)化,1.1計(jì)算機(jī)類型中大型計(jì)算機(jī),中大型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)：為多個機(jī)柜，主機(jī)系統(tǒng)、硬盤機(jī)、磁帶機(jī)、打印機(jī)、通信處理機(jī)等。 性能：一般具備高速處理能力，大容量內(nèi)存和外存儲系統(tǒng)。大容量的存儲系統(tǒng)可能要求磁盤陣列。 可靠性：要求連續(xù)運(yùn)行不能停機(jī)，在要求可靠性很高的場合要有（異地）雙（多）主機(jī)熱備份。定時數(shù)據(jù)備份。 聯(lián)網(wǎng)：一般要求具備快速 的網(wǎng)絡(luò)、通道處理能力。,1.1計(jì)算機(jī)類型巨型計(jì)算機(jī),1.1.3 巨型計(jì)算機(jī) 超高速度，目前的水平是每秒上百萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算(FLOPS

3、： Floating point number Operations Per Second ) 結(jié)構(gòu)上為多處理器結(jié)構(gòu)：單指令多數(shù)據(jù)流(SIMD)機(jī)，并行向量處理機(jī)(PVP)，對稱多處理機(jī)(SMP)，大規(guī)模并行處理機(jī)(MPP)，工作站群(COW)，以及分布共享存儲器(DSM)多處理機(jī) 。 主要應(yīng)用領(lǐng)域是仿真（如氣象預(yù)測）、實(shí)時控制（如飛行器控制）、模式識別、密碼運(yùn)算、基因工程等。,目前世界上最快的巨型計(jì)算機(jī)： IBM的藍(lán)色基因/L，每秒367萬億次，65536個PowerPC處理器,1.1計(jì)算機(jī)類型微處理器,1.1.4 微處理器 微型化的、計(jì)算機(jī)化的控制部件，通過指令的執(zhí)行完成設(shè)備的控制或信號處

4、理。 功能上類似計(jì)算機(jī)的核心部分，加上簡單化、專用化的接口。包括CPU、存儲器以及必須的外圍接口。 單片機(jī)在一塊芯片中集成了CPU、存儲器、定時器、外部接口單元等，可以通過編程完成很多系統(tǒng)的控制功能的集成電路器件。 微處理器包括針對不同應(yīng)用的多種類型，包括面向控制的（主要是單片機(jī)），面向信號處理的（數(shù)字信號處理器），也有可以構(gòu)成通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的。,1.2 計(jì)算機(jī)的性能與發(fā)展趨勢性能,1.2.1 計(jì)算機(jī)的容量與速度 計(jì)算機(jī)速度的度量單位一般是MIPS（Million Instruction Per Second），但MIPS和指令復(fù)雜度沒有關(guān)系，為了描述浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算速度，另一個指標(biāo)是FLOPS

5、(FLOPS：Floating point number Operations Per Second ) 影響計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的主要因素 CPU時鐘頻率 指令系統(tǒng) CPU的構(gòu)造技術(shù)，流水線、Cache、超標(biāo)量、超線程等 多CPU并行技術(shù) 存儲器速度,1.2 計(jì)算機(jī)的性能與發(fā)展趨勢性能,計(jì)算機(jī)的存儲容量以二進(jìn)制位為最小存儲單位（bit）以字節(jié)為最小訪問單位（Byte），8位構(gòu)成一個字節(jié)1KB = 1024B 1MB = 1024KB 1GB = 1024MB 內(nèi)存和外存內(nèi)部存儲器由半導(dǎo)體器件構(gòu)成易失性存儲器運(yùn)行期間的臨時存儲器外部存儲器由磁性存儲器和光存儲器構(gòu)成非易失性存儲器永久性存儲器,1.2

6、計(jì)算機(jī)的性能與發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢,微型化和巨型化微型化滿足更廣泛的應(yīng)用，更高的集成度和更低的功耗使得計(jì)算機(jī)進(jìn)一步微型化。巨型化實(shí)現(xiàn)更高速度的運(yùn)算能力 智能化使計(jì)算機(jī)具備學(xué)習(xí)、推理、判斷的能力，實(shí)現(xiàn)自然語言能力和視覺能力，讓計(jì)算機(jī)來模擬人的感覺、行為、思維過程的機(jī)理 。 網(wǎng)絡(luò)化多種接入方式在目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)比較普及的情況下，逐步普及無線接入方式（無線公網(wǎng)或無線局域網(wǎng)）主干通信實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)合一整合計(jì)算機(jī)網(wǎng)、電信網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包交換。,1.2 計(jì)算機(jī)的性能與發(fā)展趨勢摩爾定律,Intel公司的創(chuàng)辦人之一摩爾發(fā)現(xiàn)了一個具有歷史意義的現(xiàn)象：“在相等面積(制作成本)的晶片上集成的晶體管數(shù)量以每18個月增加一倍的趨勢增加，執(zhí)行性能的提升大體也符合這個趨勢?！边@就是著名的摩爾定律 。,1.3計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)馮諾依曼模型,什么是計(jì)算機(jī)？ 以美籍匈牙利數(shù)學(xué)家約翰馮諾依曼（1903-1957 ，電子計(jì)算機(jī)之父）為首的研制小組提出了“存儲程序控制”的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)(即諾依曼機(jī)），奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。 馮諾依曼模型的主要思想 計(jì)算機(jī)（指硬件）由五大基本部件組成運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備； 計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制來表示指令和數(shù)據(jù)； 將編好的程序和原始數(shù)據(jù)事先存入存儲器中，然后再執(zhí)行程序。,1.3計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的模塊結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件和軟件 計(jì)算機(jī)硬