第4章 计算机系统

主讲：何宜军2/5/2023管理信息系统（第5版）ManagementInformationSystems（5e）经济与管理系第4章计算机系统4.1计算机的发展计算机的创始与发展（现代史）1945年,美国数学家冯.诺依曼博士发表《电子计算工具逻辑设计》论文，提出二进制表达方式和存储程序控制计算机构想。1946年,美国宾西法尼亚大学研制成功电子数字计算机ENIAC,重30吨，耗电150kW，占地170平米，造价40万美元，用电子管18000个，每秒5000次加法。ENIAC(1946)掌上电脑(2000)电子计算机的发展简史第一代电子管时代(1946-1958)耗电高，体积大，定点计算，机器语言，汇编语言第二代晶体管时代(1959-1963)

变集中处理为分级处理，浮点运算、高级语言、体积小第三代中小规模集成电路时代(1964-1979)存储容量大，运算速度快，几十至几百万次/秒第四代大规模集成电路时代(1979至今)向大型机和微型机两个方向发展现代计算机发展方向巨型化，微型化，网络化，智能化，多媒体化根据摩尔定律，集成电路大体上每18个月翻一番。4.1计算机的发展4.1.2计算机的分类及应用1.计算机的分类（1）根据用户需求及一些技术特征微型计算机小型计算机主干计算机根据应用主干计算机网络服务器工作站注意微型机计算能可能超过小型机，而某些小型机的能力超过主干计算机。计算机的六大分类（2）巨型机世界几家公司生产，最快1.4万亿次，9千个CPU组成。Cray-1,Cray-2,Cray-3,国产银河I,银河II,银河III。小巨型机功能同巨型机相近，价格相对便宜，发展十分迅速。美国Convex公司的C系列机为其代表产品。大型机大中型企事业单位作为计算中心的主机使用，统一调度主机资源。代表产品有IBM360，370，4300等。4.1.2计算机的分类及应用

2008年，曙光5000Ａ———“魔方”，实现峰值速度230万亿次、Ｌｉｎｐａｃｋ值180万亿次。作为面向国民经济建设和社会发展的重大需求的网格超级服务器，曙光５０００Ａ可以完成各种大规模科学工程计算、商务计算。

2009年10月29日，中国首台千万亿次超级计算机“天河一号”诞生。这台计算机每秒1206万亿次的峰值速度和每秒563.1万亿次的Ｌｉｎｐａｃｋ实测性能，使中国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。“天河一号”安装了由国防科技大学自主研制的“天河”高性能CPU芯片，全系统的整体计算处理能力大幅提升，在信息安全方面有更强的技术保障。我国巨型计算机“天河一号”超级计算机“天河二号”天河2由16000个浪潮的节点组成，每个节点有2颗基于IveBridge-EXeonE52692处理器和3个XeonPhi,累计共有32000颗IveBridge处理器和48000个XeonPhi,总计有312万个计算核心。世界巨型计算机根据TOP500组织2009年11月18日发布的一年两度的全球最高性能计算机系统榜单，基于AMD六核皓龙处理器的“Jaguar”（美洲豹）系统成为全球最强大的超级计算机。安置在美国橡树岭国家实验室的关键任务型CrayXT5系统最近从AMD四核皓龙处理器升级到AMD六核皓龙处理器，可提供每秒2.3千万亿次浮点运算的理论峰值性能，在Linpack基准测试中可提供每秒1.75千万亿次浮点运算的性能。由国防科技大学计算机学院研制的我国首台千万亿次超级计算机系统“天河一号”名列全球第五、亚洲第一。“Jaguar”（美洲豹）

----CrayXT5系统

世界巨型计算机

新华网华盛顿2010年11月14日电（记者任海军毛磊）国际TOP500组织14日在网站上公布了最新全球超级计算机前500强排行榜，中国首台千万亿次超级计算机系统“天河一号”（天河-1A系统）雄居第一。

“天河一号”由国防科学技术大学研制，部署在国家超级计算天津中心，其实测运算速度可以达到每秒2570万亿次。

美国橡树岭国家实验室的“美洲虎”超级计算机此前排名第一，在新榜单中，其排名下滑一位。“美洲虎”的实测运算速度可达每秒1750万亿次。

排名第三的是中国曙光公司研制的“星云”高性能计算机，其实测运算速度达到每秒1270万亿次。新华社称，天津市气象局和中海油(CNOOC)已开始试用这台新型超级计算机。计算机的六大分类（2）小型机可以满足部门性的需求，供小型企事业单位使用，典型产品有IBM-AS/400，DEC-VAX系列，国产太级工作站用于特殊的专业领域，例如图象处理和辅助设计等。典型产品有HP-APOLLO，SUN工作站等。微型机个人或家庭使用，PC机/个人计算机，价格低廉4.1.2计算机的分类及应用2.微型计算机及其应用（1）个人计算机（personalcomputer，PC)功能特点价格低、数学运算、CAD、图形、图像、多媒体应用领域文字处理决策支持数据库管理绘图通信应用开发工程个人与家庭使用4.1.2计算机的分类及应用2.微型计算机及其应用（2）移动计算机功能特点便携、体积小、液晶屏、稳定应用领域移动办公PC的功能4.1.2计算机的分类及应用2.微型计算机及其应用（3）网络计算机(networkcomputer,NC)功能特点局域网，只需一台PC，一个键盘、一个屏幕等设备便于集中管理与更新应用领域无盘网吧企业局域网证券、保险、财务、零售业4.1.2计算机的分类及应用2.微型计算机及其应用（4）超级计算机(supercomputer)功能特点精密功能强大价格高并行处理多CPU应用领域科学与军事研究航空航天石油气象预测4.1.2计算机的分类及应用3.小型计算机及其应用功能特点介于主干计算机与微型计算机之间操作简单，无需专家应用领域科学研究建设系统工程分析工业控制CAM部门或办公室4.1.2计算机的分类及应用4.主干计算机及其应用功能特点性能比小型机、微型机强多CPU处理速度快应用领域大规模集团股市证券网站服务器电子商务网站服务器4.1.2计算机的分类及应用计算机的应用领域科学研究计算密码破译，天气预报，地质勘探，卫星轨道计算过程控制机器人以及各种自动化装备，温度调节，阀门控制辅助设计/分析/制造/教学机械CAD，建筑CAD，CAE，CAM，CAI数据处理数据库管理，企业信息管理，统计汇总、办公自动化智能模拟人工智能、专家系统、自学习4.1.2计算机的分类及应用体积更小速度更快性能更强更可靠购买和维护成本更低4.1.3计算机的发展趋势联想最新ideacentreB5系列“一体机”￥3899

～￥7150联想最新ideacentreA6系列“一体机”￥4999～￥10999北京时间2010年01月28日凌晨2点，苹果公司在美国旧金山正式推出平板电脑iPad，苹果iPad分别有支持WIFI和支持WIFI+3G两张版本，存储容量分别为16GB、32GB和64GB三种，其中最便宜的WIFI版16GB容量的iPad售价仅为499美元，并于2月后全球销售。苹果iPad主要参数：

1、处理器苹果A4处理器1GHz主频

2、存储空间，分为16G、32G、64GB3、屏幕9.7英寸IPS显示屏幕

4、机身大小0.5英寸厚(1.27cm)、1.5磅重(680g)5、电池续航：10小时，最长待机可达1个月9.7英寸多点触控屏苹果iPad平板电脑

9.7英寸多点触控屏苹果iPad平板电脑

9.7英寸多点触控屏苹果iPad平板电脑￥2800~￥63004.2计算机的运算基础4.2.1计算机系统原理1、冯.诺依曼计算机的基本思想计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。采用存储程序的方式，程序和数据放在同一存储器中，由指令组成的程序可以修改。数据以二进制码表示。指令由操作码和地址码组成。指令在存储器中按执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址，一般按顺序替增。机器以运算器为中心，数据传送都经过运算器2、计算机系统基本结构（诺依曼计算机工作原理）“存储程序”+“程序控制”要点：1．以二进制表示数据和指令(程序)2.先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行输入设备控制器输出设备

CPU

存储器运算器ALU4.2计算机的运算基础计算机系统的功能：输入键盘、鼠标、扫描仪、光笔等数据处理与控制CPU是核心部件输出打印机、显示器等主存储主存储器：内存外存储器：硬盘、光碟、磁带等通信接口网卡、modern等4.2计算机的运算基础【例】数32343.43可以分解为：

3×104＋2×103＋3×102＋4×101＋3×100＋4×10-1＋3×10-2数字化信息编码的概念：信息：数值、文字、语音、图形和图像。在计算机内一切信息必须进行数字化编码（即用二进制代码形式），才能在机内传送、存储和处理。数值的构成一个数值各位数字（数码）表示的值不仅与该数字有关，且与所在位置有关。位权位权位权位权位权位权位权基数：相邻位权之比每个数位上的数字所表示的值=该数码×位权位权：基数的i次方(i为与位置对应的自然数）

4.2.2计算机中数据表示方法K进制数转换为十进制数位权展开法【例一】将下列数值转换为十进制数

(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】以下数值中最大的和最小的分别是哪个？

①(1234)8(1234)16(1234)5(1234)10

②(11011011)2(219)16(210)8(219)10

Windows自带计算器（科学型）——适合于整数部份,其他进制向十进制转换时，小数部分亦可用计算机求出。*4.2.2计算机中数据表示方法十进制数转换为K进制数4.2.2计算机中数据表示方法十六进制与二进制相互转换法则：以小数点为界，每个八进制数对应三位二进制数，每个十六进制数对应四位二进制数。

【注意】小数部分不足之处应补零

【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计算机中数据表示方法二进制数的简单运算（1）算术运算（加减乘除）加法：逢2进10+0=00+1=11+0=11+1=10（进位）减法：借1当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：减法+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计算机中数据表示方法二进制数的简单运算（2）逻辑运算与运算：都是1时才为1，运算符：A∧B、A×B或A·B或运算：都是0时才为0，运算符：A∨B、A＋B非运算：0变1，1变0，运算符：A异或运算：相异为1,运算符：A∞B例：设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计算机中数据表示方法字符（数码、符号、汉字）编码BCD码（二-十进制编码）

每位十进制数码用4位二进制编码表示

如25=(00100101)BCD

比较:(00100101)2=(37)10

十进制数用BCD码表示时，不能直接用于运算或位权展开。ASCII码（美国标准信息交换码）

常用西文字符（128个）的二进制编码（P17表1-2）（注：ASCII编码的基本和扩展字符集中共有256个字符。）每个字符用标准规定的7位二进制数表示，在机内则占一个字节（最高位为0）。

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

字符“0”的ASCII码为：(00110000)2或4810、608、3016要求：会比较ASCII字符的大小（按其ASCII码值）

空格＜0～9＜A～Z＜a～z

会推算同组字符ASCII码值，如A的ASCII值（十进制）为654.2.2计算机中数据表示方法字符（数码、符号、汉字）编码汉字编码（由GB2312-80规定，即国标码）

共对6763个常用汉字的二进制编码作了规定。其中：一级汉字3755个，按拼音排序（最常用字）二级汉字3008个，按偏旁部首排序（次常用字）

国标码规定每个汉字用两个七位二进制代码表示，在机内则用两个字节表示（每个字节的最高位置为1）。内码（机内码）与国标码的换算关系：

如汉字“啊”，国标码为：01100000100001（即3021H）

内码则为:1011000010100001（即B0A1H）

外码（输入码）：区位码、拼音码、五笔字型码等汉字点阵（汉字库，用于汉字的打印或显示）占用字节数的计算：

一个A×B点阵的汉字所占的字节数=A×B÷8

点阵越大，显示精度越好。4.2.2计算机中数据表示方法存储估算【例】GB2312-80中一级汉字为3755个，如果每个汉字字模采用16×16点阵，并存放在主存储器中，那么将占用存储器容量多少个字节？假设将汉字显示在屏幕上，一屏24行，每行40字，为保持一屏信息，需存储容量多少字节？解：（16×16÷8）×3755=120160字节（16×16÷8）×24×40=30720