第04章计算机系统和硬件

1、第2篇 技术篇信息技术信息技术计算机硬件计算机硬件计算机软件计算机软件网络网络数据库数据库第4章 计算机系统和硬件4.1 计算机的发展4.2 计算机的运算基础4.3 网络计算的模式4.4 计算机硬件4.1计算机的发展 4.1.1计算机的创始与发展 从原始计数法到机械计算机 电子计算机时代 4.1.2计算机的分类及应用用户需求及技术特征微型计算机小型计算机主干计算机4.1.3计算机的发展趋势项目项目第一代第一代第二代第二代第三代第三代第四代第四代第五代第五代大小大小（典型计算机）（典型计算机）房间大小房间大小（主干计算机）（主干计算机）储藏室大小储藏室大小（主干计算机）（主干计算机）桌子大小桌子

2、大小(小型计算机小型计算机)台式和便携式台式和便携式(微型计算机微型计算机)信用卡大小信用卡大小(微型计算机微型计算机)器件器件电真空管电真空管晶体管晶体管半导体半导体集成电路集成电路大规模大规模集成电路集成电路超大规模集成电超大规模集成电路，超导电路路，超导电路密度（密度（器件数器件数/每每个线路）个线路）单个单个上百个上百个几千个几千个成千上万成千上万几百万个几百万个速度（执行指令速度（执行指令数数/每秒）每秒）几百条几百条几千条几千条几百万条几百万条几千万条几千万条几亿条几亿条可靠性（线路的可靠性（线路的失误率）失误率）几小时几小时几天几天几星期几星期几个月几个月几年几年存储存储（字符容

3、量）（字符容量）上千上千上万上万成千上万成千上万几兆几兆几亿几亿价格（美元价格（美元/每百每百万条指令）万条指令）1010.10.0010.00014.2 计算机的运算基础 4.2.1计算机系统原理 冯诺依曼计算机结构的基本思想 存储程序 二进制 计算机系统的基本结构4.2.2 计算机中数据表示方法 数值型数据的表示 二进制二进制 Binary Bit 0, 1 十进制十进制 Decimal 0,1,.,9 十六进制十六进制 Hexadecimal 0,1,.,9,A,.,F 1 110 +1 101 10 110 000 110 11110 8 7 6 5 4 3 2 1 0 2 2 2 2

4、 2 2 2 2 2 256 128 64 32 16 8 4 2 1八位叫八位叫 Byte 汉字要汉字要16位位ASCII ( American Standard Code for Information Interchange)EBCDIC (Extended BCD Interchange Code)字符型数据的表示ArithmeticUnit 运算器运算器Control Unit 控制器控制器Storage存储存储器器 I /O计算机部件结构计算机部件结构ADD006str008124747运算器运算器Arithmetic Unit35 + 12ADD006控制器控制器Control

5、UnitADD oo6001003002指令指令执行过程执行过程4.3网络计算的模式C/S结构 C/S（client/server computing）。 在C/S结构中，计算机的处理工作分配给客户端与服务器端共同完成。B/S结构 B/S（browser/server）结构即浏览器/服务器结构。 在这种结构下，用户工作界面是通过WWW浏览器来实现，极少部分事务逻辑在前端（browser）实现，但是主要事务逻辑在服务器端（server）实现，形成所谓三层3-tier结构。网络计算 网格计算（grid computing）是指综合利用分散在网络各处的大量独立的计算资源，组成一种分布式系统，共同完成

6、某个计算任务。云计算 云计算（Cloud computing）是一种通过计算机网络按需提供计算资源的模式，其中计算资源包括计算能力、存储、应用和服务等。 类似于C/S结构和B/S结构，云计算模式也分为用户端（客户端）和“云”端（服务提供方）。 要求资料与服务客户端服务器端使用者界面应用程序功能资料应用程序功能网络资源啊主从主从式运算结构式运算结构 图4.8主从式运算的种类 界面资料运算逻辑运算逻辑运算逻辑界面界面界面界面界面资料运算逻辑运算逻辑运算逻辑资料资料资料资料服务器端客户端asd主从主从式运算的种类式运算的种类 B/SB/S结构结构 C/SC/S结构结构B/SB/S结构与结构与C/SC

7、/S结构的比较结构的比较 4.4计算机硬件 硬件是计算机物理设备的总称，也叫做硬件设备。图图4-10 微型计算机系统结构图微型计算机系统结构图4.4.1 中央处理器 中央处理器由两个主要部件组成：运算器和控制器。图图4-124-12控制器的结构图控制器的结构图 图图4-114-11带寄存器组的运算器带寄存器组的运算器CPU的发展 影响计算机运行速度的因素：机器字长的长度、晶片振荡频率、数据总线的宽度。名称名称机器字长机器字长(bit)总线宽度总线宽度(bit)晶片振荡频率晶片振荡频率(MHz)制造厂商制造厂商计算机机种计算机机种Pentium326475-200IntelPCPentium(M

8、Mx) 3264166-233IntelPC,工作站工作站PentiumIII3264450-500Intel高级计算机高级计算机,工作站工作站Corei764642.8-3.4GHzIntel四、六核，高级计算机，四、六核，高级计算机，工作站工作站Athlon3264P R 1 5 0 0 -2100AMDPCPhenom64641.8-2.6GHzAMD双、三核，高级计算机双、三核，高级计算机Opteron64641.4-2.5GHzAMD四、六核，工作站四、六核，工作站龙芯龙芯13232200-266MHz中科院计算所中科院计算所PC，工作站，工作站龙芯龙芯264642 5 0 - 1

9、2 0 0MHz中科院计算所中科院计算所PC，工作站，工作站龙芯龙芯364641.0GHz中科院计算所中科院计算所四、八核四、八核PC，工作站，工作站表表4-3 微型处理器种类微型处理器种类图图4-13 循序处理与并行处理循序处理与并行处理4.4.2 存储系统 第一代第一代第二代第二代第三代第三代第四代第四代第五代第五代第六代第六代一级存储一级存储磁鼓磁鼓磁芯磁芯磁芯磁芯LSI半导体存储器半导体存储器VLSI半导体存半导体存储器储器WSI三维集三维集成存储器成存储器发展趋势发展趋势利用更小的微电子线路向高速大容量能力发展利用更小的微电子线路向高速大容量能力发展二级二级磁带磁带磁带磁带磁盘磁盘磁盘磁盘光盘光盘光盘、磁盘光盘、磁盘存储存储磁鼓磁鼓磁盘磁盘磁带磁带光盘光盘磁盘磁盘闪存闪存发展趋势发展趋势利用磁、光和电介质，向海量存储能力发展利用磁、光和电介质，向海量存储能力发展价格价格速度速度容量容量用途用途存取特性存取特性磁带磁带磁带磁带闪存闪存二级存储二级存储直接直接低低磁盘磁盘低低磁盘磁盘大大光盘光盘二级存储二级存储直接直接光盘光盘光盘光盘磁盘磁盘二级存储二级存储直接直接闪存闪存闪存闪存磁带磁带二级存储二级存储顺序顺序高高半导体存储半导体存储器器高高半导体存储半导体存储器器小小半导体存储半导体存储器器一级存储一