工業(yè)信息管理課件 第三章 計算機系統(tǒng)

1、第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)13.1 3.1 計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展3.2 3.2 計算機的運算基礎(chǔ)計算機的運算基礎(chǔ)3.3 3.3 計算機硬件計算機硬件3.4 3.4 計算機軟件計算機軟件本章小結(jié)本章小結(jié)第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)2 19451945年年, , 美國數(shù)學(xué)家馮美國數(shù)學(xué)家馮. .諾依曼博士諾依曼博士發(fā)表電子計算工具邏輯設(shè)計論文發(fā)表電子計算工具邏輯設(shè)計論文提出二進制表達方式和存儲程序控制計算機構(gòu)想提出二進制表達方式和存儲程序控制計算機構(gòu)想 19461946年年, , 美國賓西法尼亞大學(xué)美國賓西法尼亞大學(xué)研制成功電子數(shù)字計算機研制成功電

2、子數(shù)字計算機 ENIACENIAC重重2828噸，耗電噸，耗電150150kWkW占地占地170170平米平米用電子管用電子管1880018800個個每秒每秒50005000次加法次加法3.1 3.1 計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展 產(chǎn)生產(chǎn)生第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)3 第一代第一代 電子管時代電子管時代(1946-1958)(1946-1958) 耗電高，體積大，定點計算，機器語言，匯編語言耗電高，體積大，定點計算，機器語言，匯編語言 第二代第二代 晶體管時代晶體管時代(1958-1965)(1958-1965) 變集中處理為分級處理，浮點運算，高級語言變集中處理為分級處理，浮點運算，高級

3、語言 第三代第三代 中小規(guī)模集成電路時代中小規(guī)模集成電路時代(1965-1970)(1965-1970) 存儲容量大，運算速度快，幾十至幾百萬次存儲容量大，運算速度快，幾十至幾百萬次/ /秒秒 第四代第四代 大規(guī)模集成電路時代大規(guī)模集成電路時代(1971(1971至今至今) ) 向大型機和微型機兩個方向發(fā)展向大型機和微型機兩個方向發(fā)展 現(xiàn)代計算機的發(fā)展方向現(xiàn)代計算機的發(fā)展方向 巨型化，微型化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，多媒體化巨型化，微型化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，多媒體化3.1 3.1 計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展 發(fā)展簡史發(fā)展簡史第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)4 巨型機巨型機 幾家公司生產(chǎn)，最快超過幾家公司

4、生產(chǎn)，最快超過1 1億億次，上萬個億億次，上萬個CPUCPU組成組成 IBMIBM的的SequoiaSequoia , ,國產(chǎn)天河一號國產(chǎn)天河一號A A 小巨型機小巨型機 功能同巨型機相近，價格相對便宜功能同巨型機相近，價格相對便宜 美國美國ConvexConvex公司的公司的C C系列機為其代表產(chǎn)品系列機為其代表產(chǎn)品 大型機大型機 大中型企事業(yè)單位作為計算中心的主機使用大中型企事業(yè)單位作為計算中心的主機使用 代表產(chǎn)品有代表產(chǎn)品有IBM360IBM360，370370，43004300等等3.1 3.1 計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展 分類分類1 1第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)5 小型機小型機

5、 可以滿足部門性的需求，供小型企事業(yè)單位使用，可以滿足部門性的需求，供小型企事業(yè)單位使用， 典型產(chǎn)品有典型產(chǎn)品有IBM-AS/400IBM-AS/400，DEC-VAXDEC-VAX系列系列 工作站工作站 用于特殊的專業(yè)領(lǐng)域，例如圖象處理和輔助設(shè)計等用于特殊的專業(yè)領(lǐng)域，例如圖象處理和輔助設(shè)計等 典型產(chǎn)品有典型產(chǎn)品有SUNSUN工作站等工作站等 微型機微型機 個人或家庭使用，個人或家庭使用，PCPC機機/ /個人計算機，價格低廉個人計算機，價格低廉3.1 3.1 計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展 分類分類2 2第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)6 科學(xué)計算科學(xué)計算 密碼破譯，天氣預(yù)報，地質(zhì)勘探，衛(wèi)星軌道

6、計算密碼破譯，天氣預(yù)報，地質(zhì)勘探，衛(wèi)星軌道計算 過程控制過程控制 機器人以及各種自動化裝備，溫度調(diào)節(jié)，閥門控制機器人以及各種自動化裝備，溫度調(diào)節(jié)，閥門控制 輔助設(shè)計輔助設(shè)計/ /分析分析/ /制造制造/ /教學(xué)教學(xué) 機械機械CAD，建筑建筑CAD，CAE，CAM，CAI 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)庫管理，企業(yè)信息管理，統(tǒng)計匯總，辦公自動化數(shù)據(jù)庫管理，企業(yè)信息管理，統(tǒng)計匯總，辦公自動化 智能模擬智能模擬 人工智能，專家系統(tǒng)，自學(xué)習(xí)人工智能，專家系統(tǒng)，自學(xué)習(xí)3.1 3.1 計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域返回返回第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)7 馮馮. .諾依曼機計算機結(jié)構(gòu)的基本思想諾依

7、曼機計算機結(jié)構(gòu)的基本思想 計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分組成設(shè)備五部分組成 采用存儲程序的方式，程序和數(shù)據(jù)放在同一存儲器中，采用存儲程序的方式，程序和數(shù)據(jù)放在同一存儲器中，由指令組成的程序可以修改由指令組成的程序可以修改 數(shù)據(jù)以二進制碼表示數(shù)據(jù)以二進制碼表示 指令由操作碼和地址碼組成指令由操作碼和地址碼組成 指令在存儲器中按執(zhí)行順序存放，由指令計數(shù)器指明指令在存儲器中按執(zhí)行順序存放，由指令計數(shù)器指明要執(zhí)行的指令所在的單元地址，一般按順序遞增要執(zhí)行的指令所在的單元地址，一般按順序遞增3.2 3.2 計算機的運算基礎(chǔ)計算機的運

8、算基礎(chǔ) 系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理1 1第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)8 馮馮. .諾依曼計算機的工作原理可概述為：諾依曼計算機的工作原理可概述為： “存儲程序存儲程序” + “” + “程序控制程序控制”3.2 3.2 計算機的運算基礎(chǔ)計算機的運算基礎(chǔ) 系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理2 2輸輸入入設(shè)設(shè)備備控制器控制器輸輸出出設(shè)設(shè)備備 CPUCPU存儲器存儲器運算器運算器ALUALU0110+10016+915第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)93.2 3.2 計算機的運算基礎(chǔ)計算機的運算基礎(chǔ) 系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理3 3 執(zhí)行任何機器指令包括兩個階段執(zhí)行任何機器指令包括兩個階段 指令階段和執(zhí)行階段指令階段和執(zhí)行階段

9、指令階段：取指令、指令譯碼指令階段：取指令、指令譯碼 執(zhí)行階段：執(zhí)行指令、存儲結(jié)果執(zhí)行階段：執(zhí)行指令、存儲結(jié)果第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)10 數(shù)字化信息編碼的概念：數(shù)字化信息編碼的概念： 信息信息：用數(shù)值、文字、語音、圖形和圖像表示用數(shù)值、文字、語音、圖形和圖像表示 在計算機內(nèi)一切信息必須進行數(shù)字化編碼（即在計算機內(nèi)一切信息必須進行數(shù)字化編碼（即用二進制代碼形式），才能在機內(nèi)傳送、存儲用二進制代碼形式），才能在機內(nèi)傳送、存儲和處理和處理3.2 3.2 計算機的運算基礎(chǔ)計算機的運算基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)表示方法數(shù)據(jù)表示方法1 1第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)11例：數(shù)例：數(shù)2343.432343

10、.43可以分解為：可以分解為： 2103310241013100410 -1310 -2 數(shù)值的表示數(shù)值的表示 一個數(shù)值各位數(shù)字表示的值不僅與該數(shù)字有關(guān)，且一個數(shù)值各位數(shù)字表示的值不僅與該數(shù)字有關(guān)，且與該數(shù)字所在的位置有關(guān)與該數(shù)字所在的位置有關(guān)位權(quán)位權(quán)位權(quán)位權(quán)位權(quán)位權(quán)位權(quán)位權(quán)位權(quán)位權(quán)位權(quán)位權(quán)基數(shù)：相鄰位權(quán)之比基數(shù)：相鄰位權(quán)之比每個數(shù)位上的數(shù)字所表示的值每個數(shù)位上的數(shù)字所表示的值= =該數(shù)字位權(quán)該數(shù)字位權(quán)位權(quán)：基數(shù)的位權(quán)：基數(shù)的 i 次方次方 ( i 為與位置對應(yīng)的自然數(shù)）為與位置對應(yīng)的自然數(shù)） 3.2 3.2 計算機的運算基礎(chǔ)計算機的運算基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)表示方法數(shù)據(jù)表示方法2 2第三章第三章 計算機

11、系統(tǒng)計算機系統(tǒng)12 K K進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) 位權(quán)展開法位權(quán)展開法 例例：將下列數(shù)值轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)將下列數(shù)值轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) (101.01)2 (205.4)8 (AF.8)16 解：解： (101.01)2= 12202112002 -112-2 =(5.25)10 (205.4)8= 28208158 048 1 =(133. 5)10 (AF.8)16= 1016 1 15160816 -1 =(175. 5)103.2 3.2 計算機的運算基礎(chǔ)計算機的運算基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)表示方法數(shù)據(jù)表示方法3 3第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)13 十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為K K

12、進制數(shù)，進制數(shù)，將整數(shù)部分與小數(shù)部分將整數(shù)部分與小數(shù)部分分開來算分開來算 整數(shù)部分：整數(shù)部分：除以除以K K取余數(shù)，直到商為取余數(shù)，直到商為0 0，余數(shù)從，余數(shù)從自下而上排列自下而上排列 小數(shù)部分：小數(shù)部分：以小數(shù)部分乘以以小數(shù)部分乘以K K取積的整數(shù)，并取積的整數(shù)，并將其自上而下排列，直到小數(shù)部分為將其自上而下排列，直到小數(shù)部分為0 0或規(guī)定或規(guī)定精度為準(zhǔn)精度為準(zhǔn)3.2 3.2 計算機的運算基礎(chǔ)計算機的運算基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)表示方法數(shù)據(jù)表示方法4 4第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)14 例：將（例：將（100.345）10 轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)整數(shù)部分整數(shù)部分小數(shù)部分小數(shù)部分3.2 3.2

13、 計算機的運算基礎(chǔ)計算機的運算基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)表示方法數(shù)據(jù)表示方法5 5第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)15 十六進制與二進制相互轉(zhuǎn)換十六進制與二進制相互轉(zhuǎn)換 法則：法則：以小數(shù)點為界，每個八進制數(shù)對應(yīng)三位二進制以小數(shù)點為界，每個八進制數(shù)對應(yīng)三位二進制數(shù)，每個十六進制數(shù)對應(yīng)四位二進制數(shù)數(shù)，每個十六進制數(shù)對應(yīng)四位二進制數(shù) 注意：注意：小數(shù)部分不足之處應(yīng)補零小數(shù)部分不足之處應(yīng)補零例：例：(2C1.D)16=(0010 1100 0001. 1101)2 2 C 1 D例例 ：(71.23)8=( 111 001 . 010 011)2 7 1 2 3 例例：( 11 0110 1110 . 1101

14、01)2 = (36E.D4)16 3 6 E D 43.2 3.2 計算機的運算基礎(chǔ)計算機的運算基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)表示方法數(shù)據(jù)表示方法6 6第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)16 二進制數(shù)的簡單運算二進制數(shù)的簡單運算-算術(shù)運算算術(shù)運算加法：加法：逢逢2 2進進1 1 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10 （進位）（進位）減法：減法：借借1 1當(dāng)當(dāng)2 2 0-0=0 1-0=1 1-1=0 0-1=1 0-0=0 1-0=1 1-1=0 0-1=1（借位）（借位）乘法：乘法：加法加法+ +移位移位 0 0 * * 0=0 0 0=0 0*

15、*1=0 11=0 1* *0=0 10=0 1* *1=11=1除法：除法：減法減法+ +移位移位 0 01=0 11=0 11=11=1 3.2 3.2 計算機的運算基礎(chǔ)計算機的運算基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)表示方法數(shù)據(jù)表示方法7 7第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)17 二進制數(shù)的簡單運算二進制數(shù)的簡單運算-邏輯運算邏輯運算與運算：與運算：都是都是1 1時才為時才為1 1，運算符：，運算符：AB AB 、A AB B 或運算：或運算：都是都是0 0時才為時才為0 0，運算符：，運算符：AB AB 、A AB B非運算：非運算：0 0變變1 1，1 1變變0 0，運算符：，運算符：A A異或運算：異或運算

16、：相異為相異為1, 1, 相同為相同為0 0，運算符：，運算符：ABAB例：設(shè)例：設(shè)A=1101A=1101，B=1001B=1001，求：求：AB AB 、 AB AB、ABAB、A A。3.2 3.2 計算機的運算基礎(chǔ)計算機的運算基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)表示方法數(shù)據(jù)表示方法4 4第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)18 字符（數(shù)碼、符號、漢字）編碼字符（數(shù)碼、符號、漢字）編碼 BCD BCD碼（二碼（二- -十進制編碼）十進制編碼） 每位十進制數(shù)碼用每位十進制數(shù)碼用4 4位二進制編碼表示位二進制編碼表示 如：如： (25) (25)1010=(0010 0101)=(0010 0101)BCDBCD 比較

17、：比較：(00100101)2 =(37)10(00100101)2 =(37)103.2 3.2 計算機的運算基礎(chǔ)計算機的運算基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)表示方法數(shù)據(jù)表示方法5 5第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)19 ASCIIASCII碼（美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼）：碼（美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼）： 常用西文字符（常用西文字符（128128個）的二進制編碼個）的二進制編碼 每個字符用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的每個字符用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的7 7位二進制數(shù)表示，位二進制數(shù)表示，在機內(nèi)在機內(nèi) 則占一個字節(jié)（最高位為則占一個字節(jié)（最高位為0 0） 如：字符如：字符“A”A”的的ASCIIASCII碼為：碼為：(01000001)(01000001)

18、2 2 或或 （6565）1010 字符字符“0”“0”的的ASCIIASCII碼為：碼為：(00110000)(00110000)2 2 或或 （4848）10103.2 3.2 計算機的運算基礎(chǔ)計算機的運算基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)表示方法數(shù)據(jù)表示方法6 6第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)20 漢字編碼（由漢字編碼（由GB2312-80GB2312-80規(guī)定，即國標(biāo)碼）規(guī)定，即國標(biāo)碼） 共對共對67636763個常用漢字的二進制編碼作了規(guī)定個常用漢字的二進制編碼作了規(guī)定 其中：一級漢字其中：一級漢字37553755個，按拼音排序（最常用字）個，按拼音排序（最常用字） 二級漢字二級漢字30083008個，

19、按偏旁部首排序（次常用字）個，按偏旁部首排序（次常用字） 國標(biāo)碼規(guī)定每個漢字用兩個七位二進制代碼表示國標(biāo)碼規(guī)定每個漢字用兩個七位二進制代碼表示 機內(nèi)碼機內(nèi)碼( (內(nèi)碼內(nèi)碼) ) ：用兩個字節(jié)表示（最高位置為用兩個字節(jié)表示（最高位置為1 1） 外碼（輸入碼）：外碼（輸入碼）：區(qū)位碼、拼音碼、五筆字型碼等區(qū)位碼、拼音碼、五筆字型碼等 漢字點陣（漢字庫，用于打印或顯示）漢字點陣（漢字庫，用于打印或顯示） 3.2 3.2 計算機的運算基礎(chǔ)計算機的運算基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)表示方法數(shù)據(jù)表示方法7 7第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)21 程序程序 是用戶在使用計算機時，為了要解決的問題，用一是用戶在使用計算機時，為

20、了要解決的問題，用一條條指令編寫的指令序列。條條指令編寫的指令序列。 構(gòu)成程序的指令在存儲器中一般都是順序存放構(gòu)成程序的指令在存儲器中一般都是順序存放 要破壞這種順序性，必須由轉(zhuǎn)移指令操作要破壞這種順序性，必須由轉(zhuǎn)移指令操作 指令指令 是是CPU能執(zhí)行的一個基本操作。能執(zhí)行的一個基本操作。 如：取數(shù)、加、減、乘、除、存數(shù)如：取數(shù)、加、減、乘、除、存數(shù) 等等 3.2 3.2 計算機的運算基礎(chǔ)計算機的運算基礎(chǔ) 程序的運行程序的運行1 1第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)22 計算機能夠執(zhí)行的各種不同類型指令的總和稱為該機計算機能夠執(zhí)行的各種不同類型指令的總和稱為該機的指令系統(tǒng)的指令系統(tǒng) 指令系統(tǒng)決

21、定了計算機的功能，指令越多，計算機功指令系統(tǒng)決定了計算機的功能，指令越多，計算機功能越強，線路也就越復(fù)雜。以下是幾類基本指令：能越強，線路也就越復(fù)雜。以下是幾類基本指令： 數(shù)據(jù)傳送指令數(shù)據(jù)傳送指令 算術(shù)運算指令算術(shù)運算指令 邏輯運算指令邏輯運算指令 程序控制指令程序控制指令 輸入輸入/輸出指令輸出指令 其他指令其他指令3.2 3.2 計算機的運算基礎(chǔ)計算機的運算基礎(chǔ) 程序的運行程序的運行2 2返回返回第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)23輸入設(shè)備輸入設(shè)備 鍵盤鍵盤 鼠標(biāo)鼠標(biāo) 觸摸屏觸摸屏輸出設(shè)備輸出設(shè)備 打印機打印機 顯示屏顯示屏 繪圖儀繪圖儀外存外存 磁盤磁盤 磁帶磁帶 光盤光盤中央控制單元

22、（中央控制單元（CPU）算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元控制單元控制單元（Control Unit）Register(寄存器寄存器)Cache（高速緩存）高速緩存）總線總線RAM(內(nèi)存內(nèi)存)主存主存3.3 3.3 計算機硬件計算機硬件 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)24 中央處理器一般功能中央處理器一般功能 進行算術(shù)邏輯運算進行算術(shù)邏輯運算 接收和發(fā)送數(shù)據(jù)接收和發(fā)送數(shù)據(jù) 暫存少量數(shù)據(jù)暫存少量數(shù)據(jù) 提供控制信號提供控制信號 對指令解碼對指令解碼3.3 3.3 計算機硬件計算機硬件 中央處理器中央處理器1 1第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)25 CPUCPU的發(fā)展：摩爾定律：一塊芯的

23、發(fā)展：摩爾定律：一塊芯片上的晶體管的密集程度每片上的晶體管的密集程度每1818個月將會增長一倍。個月將會增長一倍。 輔助處理器輔助處理器 對偶處理器對偶處理器 并行處理器并行處理器 RISC RISC處理器處理器 MMX MMX處理器處理器 Pentium Pentium系列系列3.3 3.3 計算機硬件計算機硬件 中央處理器中央處理器2 2第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)26 存儲器分類存儲器分類3.3 3.3 計算機硬件計算機硬件 存儲器存儲器1 1半導(dǎo)體存儲半導(dǎo)體存儲器器隨機存儲器隨機存儲器RAMRAM只讀存儲器只讀存儲器ROMROM掩膜式掩膜式ROMROM可編程可編程PROMPROM

24、可擦式可擦式EPROMEPROM電可擦式電可擦式EPROMEPROM閃速閃速Flash ROMFlash ROM雙極型雙極型RAMRAMMOSMOS型型RAMRAM靜態(tài)靜態(tài)RAMRAM動態(tài)動態(tài)RAMRAM第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)27 主存儲器主存儲器 只讀存儲器（只讀存儲器（ROM） 隨機存儲器（隨機存儲器（RAM）3.3 3.3 計算機硬件計算機硬件 存儲器存儲器2 2第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)283.3 3.3 計算機硬件計算機硬件 存儲器存儲器4 4 存儲容量：存儲容量： B、KB、MB、GB、TB、PB第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)29 存儲設(shè)備存儲設(shè)備 磁盤、磁

25、帶、光盤（磁盤、磁帶、光盤（CD、DVD）、）、RAID、存儲區(qū)域、存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、磁光盤、可擴展存儲器網(wǎng)絡(luò)、磁光盤、可擴展存儲器3.3 3.3 計算機硬件計算機硬件 存儲器存儲器3 3第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)30 輸入設(shè)備輸入設(shè)備鍵盤、掃描儀、鼠標(biāo)、條形碼閱讀器、語音鍵盤、掃描儀、鼠標(biāo)、條形碼閱讀器、語音識別設(shè)備、光數(shù)據(jù)讀入器、磁性墨水字符識識別設(shè)備、光數(shù)據(jù)讀入器、磁性墨水字符識別器、電子收款設(shè)備、輸入筆、光筆、觸摸別器、電子收款設(shè)備、輸入筆、光筆、觸摸屏等屏等 輸出設(shè)備輸出設(shè)備打印機、顯示器、繪圖儀、聲音設(shè)備等打印機、顯示器、繪圖儀、聲音設(shè)備等3.3 3.3 計算機硬件計算機硬件

26、輸入輸入/ /輸出設(shè)備輸出設(shè)備第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)31(1) (1) CPUCPU(2) (2) 存儲設(shè)備存儲設(shè)備(3) (3) 輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備 處理速度處理速度更快更快 存儲容量存儲容量更大更大 價格價格更低更低 尺寸尺寸-更小更小 人機界面多媒體化人機界面多媒體化3.3 3.3 計算機硬件計算機硬件 發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢1 1第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)323.3 3.3 計算機硬件計算機硬件 發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢2 2多多CPU s將問題分工給各將問題分工給各CPU并行求解。并行求解。單單CPU串行處理串行處理多多CPU并行處理并行處理磁帶用于日常數(shù)據(jù)后備，磁帶用于

27、日常數(shù)據(jù)后備，磁盤發(fā)展出由多張磁盤迭起來的磁盤陣列，磁盤發(fā)展出由多張磁盤迭起來的磁盤陣列，磁盤還發(fā)展出移動硬盤。磁盤還發(fā)展出移動硬盤。第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)33 CPUCPU計算速度越來越快，將達到每秒計算速度越來越快，將達到每秒100100萬億次萬億次如：如：“白色白色ASCI”ASCI”超級計算機：超級計算機：ASCIASCI全稱高級戰(zhàn)略計算計劃，是為美國能源部核武器庫全稱高級戰(zhàn)略計算計劃，是為美國能源部核武器庫 管理而制訂的，目的是實現(xiàn)對核武器的檢查和測試。管理而制訂的，目的是實現(xiàn)對核武器的檢查和測試。造價造價1.11.1億美元，占地億美元，占地2 2個籃球場，重量個籃球場，

28、重量=17=17頭大象頭大象IBMIBM公司制造，主要用途是進行模擬核武器試驗公司制造，主要用途是進行模擬核武器試驗計算速度為每秒計算速度為每秒12.312.3萬億次，是普通計算機萬億次，是普通計算機10001000萬年才萬年才能完成的工作量能完成的工作量3.3 3.3 計算機硬件計算機硬件 發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢3 3第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)34存儲設(shè)備：體積小，容量大存儲設(shè)備：體積小，容量大 2020年前，年前，IBM-XTIBM-XT個人電腦剛問世時，電腦個人電腦剛問世時，電腦硬盤容量最大只有硬盤容量最大只有1010MBMB；而最近個人電腦而最近個人電腦硬盤容量已達到硬盤容量已達到5

29、00GB500GB，軟驅(qū)從計算機的軟驅(qū)從計算機的標(biāo)準(zhǔn)配置中標(biāo)準(zhǔn)配置中“抹去抹去”，以推動，以推動USBUSB接口存接口存儲設(shè)備的推廣儲設(shè)備的推廣3.3 3.3 計算機硬件計算機硬件 發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢4 4第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)35輸入輸出設(shè)備發(fā)展趨勢輸入輸出設(shè)備發(fā)展趨勢 聲音識別器聲音識別器 0101年年7 7月月3131日，日，AT&TAT&T公司發(fā)布新的語音軟件公司發(fā)布新的語音軟件 01 01年年8 8月月1313日日, , 我國推出會說漢語的語音芯片我國推出會說漢語的語音芯片 圖象識別技術(shù)圖象識別技術(shù) 0101年年8 8月月2828日日, , 康柏電腦宣布采購

30、星創(chuàng)科技開發(fā)的康柏電腦宣布采購星創(chuàng)科技開發(fā)的FaceOnPC SuiteFaceOnPC Suite臉部辨識軟件，搭配康柏臉部辨識軟件，搭配康柏PresarioPresario桌桌上型電腦隨機銷售，宣告以生物科技及辨識科技提升上型電腦隨機銷售，宣告以生物科技及辨識科技提升個人電腦安全及隱私的時代正式來臨個人電腦安全及隱私的時代正式來臨 虛擬現(xiàn)實（虛擬現(xiàn)實（Virtual RealityVirtual Reality）技術(shù)技術(shù)3.3 3.3 計算機硬件計算機硬件 發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢5 5第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)36 據(jù)據(jù)科學(xué)時報科學(xué)時報: 在納米尺度上對微小物體進在納米尺度上對微小物體進

31、行組裝，可不是一件容易的事，現(xiàn)有的平版印行組裝，可不是一件容易的事，現(xiàn)有的平版印刷等技術(shù)基本上無計可施。刷等技術(shù)基本上無計可施。 不過，細菌也許是一個理想的不過，細菌也許是一個理想的“裝配工裝配工”，因，因為美國科學(xué)家最新研究發(fā)現(xiàn)，某些細菌產(chǎn)生的為美國科學(xué)家最新研究發(fā)現(xiàn)，某些細菌產(chǎn)生的蛋白質(zhì)可以用作模板，將納米微粒等組裝成次蛋白質(zhì)可以用作模板，將納米微粒等組裝成次序井然的結(jié)構(gòu)。序井然的結(jié)構(gòu)。上海科技 2002年12月6日案例案例3.1 3.1 細菌有望成為納米結(jié)構(gòu)的細菌有望成為納米結(jié)構(gòu)的“裝配工裝配工”第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)37芝田硫化葉菌芝田硫化葉菌轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因操作操作額外附加如

32、何與金屬或半導(dǎo)額外附加如何與金屬或半導(dǎo)體結(jié)合的新信息體結(jié)合的新信息 無害大腸桿菌無害大腸桿菌 改造后改造后的基因的基因 迅速迅速繁殖繁殖新型蛋白質(zhì)新型蛋白質(zhì) 具備規(guī)具備規(guī)則結(jié)構(gòu)則結(jié)構(gòu) 結(jié)晶結(jié)晶特定的納米結(jié)構(gòu)特定的納米結(jié)構(gòu) 組裝納米微粒的模板組裝納米微粒的模板 金微粒或半導(dǎo)金微?；虬雽?dǎo)體微粒附著體微粒附著案例案例3.1 3.1 細菌有望成為納米結(jié)構(gòu)的細菌有望成為納米結(jié)構(gòu)的“裝配工裝配工”第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)38 形成特定的納米結(jié)構(gòu)，其中金微粒的直徑不超形成特定的納米結(jié)構(gòu)，其中金微粒的直徑不超過納米，半導(dǎo)體微粒的直徑約為納米，過納米，半導(dǎo)體微粒的直徑約為納米，整個納米結(jié)構(gòu)僅相當(dāng)于頭發(fā)

33、絲的，整個納米結(jié)構(gòu)僅相當(dāng)于頭發(fā)絲的，有望成為未來微型計算機內(nèi)存和邏輯器件等的有望成為未來微型計算機內(nèi)存和邏輯器件等的基礎(chǔ)?；A(chǔ)。 是具有突破性意義的成果，如果該技術(shù)能得到是具有突破性意義的成果，如果該技術(shù)能得到改進和完善，那么將來制造超微型計算機芯片，改進和完善，那么將來制造超微型計算機芯片，說不定就像說不定就像“釀造啤酒釀造啤酒”那樣便宜和簡單。那樣便宜和簡單。案例案例3.1 3.1 細菌有望成為納米結(jié)構(gòu)的細菌有望成為納米結(jié)構(gòu)的“裝配工裝配工”第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)39 康奈爾大學(xué)和哈佛大學(xué)分別開發(fā)出有開關(guān)功能的康奈爾大學(xué)和哈佛大學(xué)分別開發(fā)出有開關(guān)功能的納米晶體管，體積比現(xiàn)有晶體

34、管小納米晶體管，體積比現(xiàn)有晶體管小100倍，相當(dāng)倍，相當(dāng)于單個分子大小。于單個分子大小。 這一突破將有利于開發(fā)在單個分子上裝配電子器這一突破將有利于開發(fā)在單個分子上裝配電子器件的化學(xué)技術(shù)。還有可能使計算機電路再縮小件的化學(xué)技術(shù)。還有可能使計算機電路再縮小6萬倍，造出僅有句號大小的超微型計算機，進而萬倍，造出僅有句號大小的超微型計算機，進而開發(fā)出攜帶超微型計算機的醫(yī)用納米機械。開發(fā)出攜帶超微型計算機的醫(yī)用納米機械。 2002世界科技發(fā)展回顧（六），上?？萍?2003年1月7日案例案例3.2 IT3.2 IT發(fā)展發(fā)展 句號大小的超微型計算機句號大小的超微型計算機第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)4

35、0 利用簡單的利用簡單的 DNA計算機，在實驗中為一個有計算機，在實驗中為一個有24個變量、個變量、100萬種可能結(jié)果的數(shù)學(xué)難題找到了答萬種可能結(jié)果的數(shù)學(xué)難題找到了答案。這是迄今用非電子化計算手段解出的最復(fù)雜案。這是迄今用非電子化計算手段解出的最復(fù)雜數(shù)學(xué)問題，表明數(shù)學(xué)問題，表明 DNA計算機又邁出重要一步。計算機又邁出重要一步。 但但 DNA計算機錯誤率還是太高，要想真正超越計算機錯誤率還是太高，要想真正超越電子計算機，還需在電子計算機，還需在 DNA大分子操縱技術(shù)等方大分子操縱技術(shù)等方面有大突破。面有大突破。 2002世界科技發(fā)展回顧（六），上海科技 2003年1月7日案例案例3.2 IT3

36、.2 IT發(fā)展發(fā)展 DNA DNA計算機計算機第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)41 “2005年中國高性能計算機性能年中國高性能計算機性能TOP100排行榜排行榜” 中國氣象局引進的中國氣象局引進的IBM超級計算機以超級計算機以21萬億次萬億次秒的峰值運算能力奪冠。秒的峰值運算能力奪冠。 去年落戶上海超級計算中心的國產(chǎn)去年落戶上海超級計算中心的國產(chǎn)“曙光曙光4000A”以以11萬億次秒的最高運算速度排名第二。萬億次秒的最高運算速度排名第二。 超級計算機百強出爐 上海超級計算中心排名全國第二，上?？萍?2005年11月17日案例案例3.2 IT3.2 IT發(fā)展發(fā)展 曙光曙光4000A4000A

37、超級計算機超級計算機第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)42 所謂所謂“超級計算機超級計算機”是指那些用于科學(xué)技術(shù)研是指那些用于科學(xué)技術(shù)研究的超大型運算系統(tǒng)，其領(lǐng)域包括數(shù)值氣象研究的超大型運算系統(tǒng)，其領(lǐng)域包括數(shù)值氣象研究、生物信息、地震地質(zhì)（油氣勘探）等各個究、生物信息、地震地質(zhì)（油氣勘探）等各個方面。方面。 此次國產(chǎn)服務(wù)器品牌以此次國產(chǎn)服務(wù)器品牌以51的微弱優(yōu)勢首次超的微弱優(yōu)勢首次超過國外品牌，曙光、聯(lián)想、浪潮、神威、上海過國外品牌，曙光、聯(lián)想、浪潮、神威、上海大學(xué)、清華大學(xué)等單位榜上有名。大學(xué)、清華大學(xué)等單位榜上有名。案例案例3.2 IT3.2 IT發(fā)展發(fā)展 曙光曙光4000A4000A超級

38、計算機超級計算機第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)43返回返回案例案例3.2 IT3.2 IT發(fā)展發(fā)展 曙光曙光4000A4000A超級計算機超級計算機第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)44 在計算機系統(tǒng)中，軟件是相對于硬件而言的另一在計算機系統(tǒng)中，軟件是相對于硬件而言的另一類必不可少的組成部件類必不可少的組成部件 軟件包括了使計算機運行所需要的各種程序及其軟件包括了使計算機運行所需要的各種程序及其有關(guān)的資料，承擔(dān)著為計算機運行服務(wù)的全部技有關(guān)的資料，承擔(dān)著為計算機運行服務(wù)的全部技術(shù)支持術(shù)支持 只有硬件的裸機甚至不可能啟動運行，必須要有只有硬件的裸機甚至不可能啟動運行，必須要有軟件的支持，計算

39、機才能去實現(xiàn)與完成應(yīng)用任務(wù)軟件的支持，計算機才能去實現(xiàn)與完成應(yīng)用任務(wù)和從事信息處理和從事信息處理3.4 3.4 計算機軟件計算機軟件 概念概念1 1第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)453.4 3.4 計算機軟件計算機軟件 概念概念2 2工具軟件工具軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件硬件硬件系統(tǒng)軟件：系統(tǒng)軟件： 管理計算機系統(tǒng)管理計算機系統(tǒng)資源及操作。操作資源及操作。操作系統(tǒng)、實用軟件、系統(tǒng)、實用軟件、工具軟件：工具軟件： 用于開發(fā)應(yīng)用軟用于開發(fā)應(yīng)用軟件或管理數(shù)據(jù)。編件或管理數(shù)據(jù)。編程語言、開發(fā)軟件程語言、開發(fā)軟件應(yīng)用軟件：應(yīng)用軟件： 用于具體領(lǐng)域的用于具體領(lǐng)域的問題，事務(wù)處理軟問題，事務(wù)處

40、理軟件、分析決策軟件件、分析決策軟件第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)46 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)：是計算機最基本、最重要的軟件包，它是計算機最基本、最重要的軟件包，它控制控制CPUCPU的操作，控制計算機系統(tǒng)的輸入的操作，控制計算機系統(tǒng)的輸入/ /輸出，資輸出，資源分配，為應(yīng)用程序提供各種服務(wù)與接口源分配，為應(yīng)用程序提供各種服務(wù)與接口 操作系統(tǒng)版本：操作系統(tǒng)版本： 單機操作系統(tǒng)單機操作系統(tǒng)：Windows 98Windows 98、Windows XPWindows XP、 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)：網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)：Windows 2000Windows 2000、Windows 2003Windows 200

41、3、 Windows 2008Windows 2008、UnixUnix、LinuxLinux、Novell NetwareNovell Netware、Mac OSMac OS3.4 3.4 計算機軟件計算機軟件 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件1 1第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)47 LinuxLinux操作系統(tǒng)類似于操作系統(tǒng)類似于UNIXUNIX，可用于服務(wù)器。，可用于服務(wù)器?？煽啃愿?、可擴展性強、跨系統(tǒng)移植性好?？煽啃愿?、可擴展性強、跨系統(tǒng)移植性好。設(shè)計精簡，適用于各類計算機、設(shè)計精簡，適用于各類計算機、PDAPDA、電器等。、電器等。 LinuxLinux可免費下栽，代碼公開，可按需修改。可免費

42、下栽，代碼公開，可按需修改。是是WindowsWindows的替代品，企業(yè)用戶數(shù)不斷上升。的替代品，企業(yè)用戶數(shù)不斷上升。 LinuxLinux會成為主流嗎？會成為主流嗎？一些專家認為大企業(yè)仍然適應(yīng)一些專家認為大企業(yè)仍然適應(yīng)WindowsWindows。3.4 3.4 計算機軟件計算機軟件 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件2 2第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)48 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Database Management System，DBMS）: :是專門對數(shù)據(jù)記錄進行綜合是專門對數(shù)據(jù)記錄進行綜合管理的軟件，以數(shù)據(jù)文件結(jié)構(gòu)的定義、數(shù)據(jù)記錄管理的軟件，以數(shù)據(jù)文件結(jié)構(gòu)的定義、數(shù)據(jù)記錄的更新、數(shù)據(jù)記

43、錄的查詢以及對數(shù)據(jù)記錄的各種的更新、數(shù)據(jù)記錄的查詢以及對數(shù)據(jù)記錄的各種運算提供全面的支持運算提供全面的支持 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)產(chǎn)品：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)產(chǎn)品： Oracle、DB2 、Sybase 、SQL Server、3.4 3.4 計算機軟件計算機軟件 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件3 3第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)49 程序設(shè)計語言分類程序設(shè)計語言分類: 機器語言：由二進制指令代碼構(gòu)成機器語言：由二進制指令代碼構(gòu)成 匯編語言：由助記符作為操作指令的符號語言匯編語言：由助記符作為操作指令的符號語言 高級語言：如高級語言：如C, PasaclC, Pasacl等等 第四代語言（第四代語言（4GL）：）：如數(shù)

44、據(jù)庫中的如數(shù)據(jù)庫中的SQL語言等語言等 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言：面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言：如如 C+C+、Java Java 等等 標(biāo)記語言：標(biāo)記語言：如如HTML 、 XML等等（用于網(wǎng)頁制作）（用于網(wǎng)頁制作） 。 開發(fā)工具：開發(fā)工具：如如Dephi 6 Dephi 6 、JBuild 9 JBuild 9 等等3.4 3.4 計算機軟件計算機軟件 工具軟件工具軟件第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)50 通用應(yīng)用軟件：通用應(yīng)用軟件：指某些具有通用信息處理功能的商品指某些具有通用信息處理功能的商品化軟件。它的特點是通用性，因此可以被許多類似應(yīng)用化軟件。它的特點是通用性，因此可以被許多類似應(yīng)用需求

45、的用戶所使用。它所提供的功能往往可以由用戶通需求的用戶所使用。它所提供的功能往往可以由用戶通過選擇、設(shè)置和調(diào)配來滿足用戶的特定需求。過選擇、設(shè)置和調(diào)配來滿足用戶的特定需求。 典型的通用應(yīng)用軟件典型的通用應(yīng)用軟件： 文字處理軟件文字處理軟件 電子表格軟件電子表格軟件 繪圖軟件繪圖軟件 數(shù)值統(tǒng)計分析軟件等數(shù)值統(tǒng)計分析軟件等3.4 3.4 計算機軟件計算機軟件 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件1 1第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)51 專用應(yīng)用軟件：專用應(yīng)用軟件：滿足用戶特定要求的應(yīng)用軟件。因滿足用戶特定要求的應(yīng)用軟件。因為某些情況下，用戶對數(shù)據(jù)處理的功能需求存在很大為某些情況下，用戶對數(shù)據(jù)處理的功能需求存在很大的差異性，通用軟件不能滿足要求時，此時需要由專的差異性，通用軟件不能滿足要求時，此時需要由專業(yè)人士采取單獨開發(fā)的方法，為用戶開發(fā)具有特定要業(yè)人士采取單獨開發(fā)的方法，為用戶開發(fā)具有特定要求的專門應(yīng)用軟件求的專門應(yīng)用軟件 典型的專用應(yīng)用軟件典型的專用應(yīng)用軟件： 會計處理系統(tǒng)會計處理系統(tǒng) 銷售管理系統(tǒng)