第2章2.1计算机组成与分类

第2章计算机组成原理2.1

计算机的组成与分类

2.2CPU的结构与原理2.3

PC机的主机2.4常用输入设备2.5常用输出设备2.6外存储器2.1计算机的组成与分类2.1.1计算机的发展与作用2.1.2计算机的逻辑组成2.1.3计算机的分类2.1.1计算机的发展与作用过去的计算工具随着生产的发展和社会的进步，计算工具的发展过程从简单到复杂、从低级到高级计算工具相继出现了如：算盘计算尺手摇计算器电动计算器我国研制第1颗原子弹时使用的飞鱼牌手摇计算机（新华网图片）

帕斯卡的加法机1642年，法国数学家B.Pascal用钟表元件制造了一种能够做两个十进制数加减法的机器上世纪30年代的机械式计算器电动式计算器（1930）手摇式计算器第1台数字电子计算机诞生1946年美国宾州大学研制成功第1台数字电子计算机-ENIACPhoto:vanPeltLibrary,

UPenn.18000电子管,6000开关占地面积:150m2重量:30吨功耗:140KW运算速度:5000次/s平均无故障时间7min外部程序控制第1代数字电子计算机时间：约1946-1957使用的元器件：电子管

●速度：几十～几万次/秒

●内存：磁鼓，千字

●外设：磁带

●机器语言或汇编语言编程美国于20世纪50年代生产的IBM704型电子管计算机磁鼓存储器第2代数字电子计算机时间：约1957-1964使用的元器件：晶体管●速度：几十万次/秒，

●内存：磁芯，十万字

●外设：磁盘 ●高级语言编程电子管晶体管第3代数字电子计算机时间：约1965-1973使用的元器件：中小规模集成电路

速度：几十万次～几百万次/秒内存：半导体存储器软件：高级编程语言

操作系统,数据库第4代数字电子计算机时间：从1974年起使用的元器件：大规模和超大规模集成电路（VLSI）速度：几百万次～亿次/秒内存：半导体存储器软件工程，分布式处理等第1～4代计算机的对比代别年代使用的元器件使用的软件类型主要应用领域第1代20世纪40年代中期～50年代末期CPU：电子管内存：磁鼓使用机器语言和汇编语言编写程序科学和工程计算第2代20世纪50年代中、后期～60年代中期CPU：晶体管内存：磁芯使用FORTRAN等高级程序设计语言开始广泛应用于数据处理领域第3代20世纪60年代中期～70年代初期CPU：SSI，MSI内存：SSI，MSI的半导体存储器操作系统、数据库管理系统等开始使用在科学计算、数据处理、工业控制等领域得到广泛应用第4代20世纪70年代中期以来CPU：LSI、VLSI内存：LSI、VLSI的半导体存储器软件开发工具和平台、分布式计算、网络软件等开始广泛使用深入到各行各业，家庭和个人开始使用计算机计算机的发展大大超出人们预料由于集成电路技术的发展和微处理器的出现，计算机发展速度之快，大大超出人们的预料：性能不断提高体积不断变小功耗不断降低价格越来越便宜软件越来越丰富使用越来越容易应用领域越来越普遍计算机数量不断增加上述趋势不仅仍在继续，且节奏进一步加快已不再沿用“第x代计算机”的说法。正在研究开发智能化的计算机系统，它以知识处理为核心，可以模拟或部分替代人的智能活动，具有自然的人机通信能力选讲：

未来可能的新型计算机目前计算机用的几乎都是半导体集成电路，但现在人们也在努力研究基于其他材料的计算机，如：量子计算机：建立在量子力学基础上，可以同时使用多个不同的量子态来处理和存储信息

光学计算机：以光子代替电子，光互连代替导线互连，光硬件代替计算机中的电子硬件，光运算代替电运算。生物计算机：蛋白质分子与周围物理化学介质的相互作用过程。计算机的转换开关由酶来充当，而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中极其明显地表示出来。预计10～20年后，DNA计算机将进入实用阶段这些技术现在还都不成熟，与实际应用有很大差距，但可以预计这些技术的发展必将使计算机的前景更加美好计算机的特点与作用什么是计算机？计算机是一种工具不是交通运输工具不是机械加工工具不是···工具计算机是一种信息处理工具！计算机有哪些特性？计算机的特性：（1）速度快（2）存储容量大（3）通用性好不仅能处理数字和文字，而且能对图像、声音等多种形式的信息进行处理不仅能进行数学运算，而且能进行逻辑运算不仅能进行运算，而且具有信息的获取、存储、传输、展现等功能（4）计算机与计算机具有互连、互通和互操作的能力计算机对社会的进步与发展有

巨大作用计算机应用于科学研究，大大增强了人类认识自然、开发自然、改造和利用自然的能力，促进了科学技术的发展。计算机应用于工农业生产，大大提高了人类物质生产水平和劳动生产效率，促进了经济的飞跃发展。计算机应用于社会服务，大大扩展和改善了服务范围与质量，提高了工作效率，推动了社会进步。计算机应用于社会文化，为人类传承并创造知识与文化提供了现代化工具，改变了人们创造和传播文化的方式和方法，扩展了人类文化活动的领域、丰富了内容、提高了质量。计算机有什么负面影响？计算机引发的社会问题和某些潜在的危机：计算机系统崩溃给社会带来不可预测的严重后果信息欺骗和计算机犯罪增加知识产权保护更加困难个人隐私受到威胁不良和有害信息肆意传播和泛滥大量电子垃圾污染环境、破坏生态长期沉迷于计算机游戏、网络聊天等给青少年生理和心理带来严重危害2.1.2计算机的逻辑组成计算机系统计算机硬件运算器控制器存储器输入设备输出设备计算机软件系统软件操作系统数据库管理系统程序语言处理系统应用软件文字处理通信···娱乐计算机是一个复杂系统计算机硬件是计算机系统中所有实际物理装置的总称计算机软件是指在计算机中运行的各种程序及其处理的数据和相关的文档计算机是一个复杂的系统复杂性：硬件由数以亿计的元器件组成，软件由数以亿计的指令组成多样性：硬件与光、机、电、声等有关，软件与数学、逻辑···等有关层次性：分层(hierarchical)结构计算机硬件的逻辑结构1经典计算机的逻辑结构（冯.诺依曼计算机）运算器和控制器输入设备输出设备存储器（注：逻辑结构意指概念上（即功能上）的结构）中央处理器CPU(CentralProcessing

Unit)计算机硬件的逻辑结构2现代计算机的逻辑结构与经典计算机结构相比的3个变化：集中控制→分散控制存储器→内存储器＋外存储器通过CPU通信→通过总线进行通信中央处理器(运算器及其控制)外存储器内存储器输出设备总线(bus)输入设备I/O接口I/O接口外存储器接口控制器控制器控制器CPU控制器memorystorageI/O设备通过I/O接口与各自的控制器连接，然后由控制器与I/O总线相连(1)输入设备输入(input)的双重含义：1.把信息送入计算机的过程;2.向计算机输入的内容输入设备(inputdevices)功能：用来向计算机输入信息输入设备有多种，例如:键盘——

输入文字、符号和命令鼠标器——输入鼠标器移动的位置信息及按钮命令扫描仪——输入图片麦克风——输入声音输入设备的共性：不论信息的原始形态如何，输入到计算机中的信息都使用二进位来表示(2)中央处理器(运算控制器)什么是处理器(processor)？能高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑运算和数据传送等操作的部件，特点是：由数字电路组成，结构非常复杂所有电路都制作在大规模集成电路芯片上(仅几个平方厘米)，称为“微处理器”

(microprocessor)Intel4004chipIntel8080chip(3)存储器功能：储存以二进位形式表示的程序和数据分类：内存储器/外存储器内存储器(简称内存或主存)外存储器(简称外存或辅存)存取速度很快较慢存储容量较小(因单位成本较高)

很大(因单位成本较低)

性质断电后信息消失断电后信息保持用途存放已经启动运行的程序和需要立即处理的数据长期存放计算机系统中几乎所有的信息与CPU关系CPU所处理的指令及数据直接从内存中取出程序及相关数据必须先送入内存后才能被CPU使用·····011010011010101000001000000001000011001001111011111·······存储内容地址存储单元(4)输出设备输出(output)的双重含义：1.把信息送出计算机的过程;2.从计算机输出的内容输出设备(outputdevices)功能：从计算机输出信息输出设备有多种，例如:显示器——输出文字、符号和图形打印机——打印文字、符号和图形扬声器——输出声音(多数)输出设备的共性：把计算机中的二进位信息转换成人可感知的形式(文字、符号、图形、声音等)(5)总线(bus)功能：用于连接CPU、内存、外存和各种I/O设备并在它们之间传输信息的一组共享的传输线及其控制电路分类：CPU总线（或前端总线）：用于连接CPU和内存储器的总线I/O总线：连接内存和I/O设备（包括外存）的总线2.1.3计算机的分类计算机的分类（1）按内部逻辑结构分类8位/16位/32位/64位单CPU/多CPU···按性能和价格分类巨型计算机(puter)大型计算机小型计算机(服务器)个人计算机(personalcomputer)台式PC笔记本PC平板电脑等嵌入式计算机作为服务器(server)使用独立使用或作为客户机(client)使用巨型计算机（puter）也称超级计算机，有极强的运算处理能力，速度达到每秒运算数万、数十万亿次以上采用大规模并行处理的结构，由数以百计、千计、万计的CPU共同完成系统软件和应用软件运行任务大多使用在军事、科研、气象预报、石油勘探、飞机设计模拟、生物信息处理、破解密码等领域国际上：美国IBM公司的Gene／L系统，运算速度为280.6万亿次／秒美国Cray公司XT4巨型计算机(3万处理器)250万亿次／秒日本NEC公司的“地球模拟器”

我国：江南计算技术研究所；“神威”巨型机中科院计算所(曙光计算机公司)：“曙光”巨型计算机国防科技大学：“银河”巨型机、“天河一号”千万亿次/秒联想集团公司：“深腾”巨型机关于“个人计算机”台式个人计算机(卧式)台式个人计算机(立式)便携式(笔记本)个人计算机iMac一体机

Sony一体机

关于“服务器”服务器的英文名是“server”，指的是在计算机网络中专门用于为其他计算机提供服务和资源（数据、存储空间、处理能力、软件等）的一类计算机原理上任何计算机都可以作为服务器使用巨型机和大型机可以作为企业级服务器专用的服务器可作为部门级服务器一般的PC也可以作为工作组服务器或打印服务器由于需要大量服务器，一些计算机厂家专门设计制造了称为“服务器”的一类计算机产品，取代了传统的小型计算机。其特点是：存储容量大，存取速度快，网络通信功能强，可靠性好计算机的分类（2）按计算