第2章2.1計算機的組成與分類

第2章計算機組成原理2.1計算機的組成與分類

2.2CPU的結構與原理2.3

PC機的主機2.4常用輸入設備2.5常用輸出設備2.6外存儲器2.1計算機的組成與分類2.1.1計算機的發(fā)展與作用2.1.2計算機的邏輯組成2.1.3計算機的分類2.1.1計算機的發(fā)展與作用過去的計算工具隨著生產的發(fā)展和社會的進步，計算工具的發(fā)展過程從簡單到複雜、從低級到高級計算工具相繼出現(xiàn)了如：算盤計算尺手搖計算器電動計算器我國研制第1顆原子彈時使用的飛魚牌手搖計算機（新華網(wǎng)圖片）

Pascal’s加法機1642年，法國數(shù)學家B.Pascal用鐘表元件制造了一種能夠做兩個十進制數(shù)加減法的機器巴貝奇的分析機1821年，英國數(shù)學家C.Babbage（1791-1871）設計了差分機，這是第一臺可自動進行公式演算的多功能機器，然而，這臺計算機在他有生之年始終未能問世上世紀30年代的機械式計算器電動式計算器（1930）手搖式計算器第1臺數(shù)字電子計算機誕生1946年美國賓州大學研制成功第1臺數(shù)字電子計算機-ENIACPhoto:vanPeltLibrary,UPenn.18000電子管,6000開關占地面積:150m2重量:30噸功耗:140KW運算速度:5000次/s平均無故障時間7min外部程序控制第1代數(shù)字電子計算機時間：約1946-1957使用的元器件：電子管

●速度：幾十～幾萬次/秒

●內存：磁鼓，千字

●外設：磁帶

●機器語言或匯編語言編程美國于20世紀50年代生產的IBM704型電子管計算機磁鼓存儲器旋風1號(WhirlwindI)數(shù)字計算機WhirlwindI數(shù)字計算機，當時的售價是1750萬美元，美國國防部使用我國第1臺數(shù)字電子計算機1956年，華羅庚受命籌建中國科學院計算技術研究所。1958年中國第一臺計算機103型機研制成功，中國科學院計算所與北京有線電廠共同研制。字長31位，內存容量為1024字節(jié)，運算速度每秒450次。1958年8月1日該機可以表演短程序運行，標志著我國第一臺電子計算機誕生。該機在738廠開始小量生產，改名為103型計算機(即DJS-1型)，共生產38臺我國第1臺大型電子計算機1959年4月104機完成調試,第一道題目是“五一”節(jié)天氣預報，9月交付用戶使用。無故障穩(wěn)定運行時間達到2小時該機有22個機柜，占地200平方米。全機共用4200個電子管，4000個晶體二極管。字長39位，容量4K，每秒運算1萬次第2代數(shù)字電子計算機時間：約1957-1964使用的元器件：晶體管●速度：幾十萬次/秒，

●內存：磁芯，十萬字

●外設：磁盤 ●高級語言編程電子管晶體管第2代計算機的內存：磁芯存儲器Thisisa50xphotographofmagneticcorerandomaccessmemoryfroma4KiBmemoryplane

上世紀50年代末

安裝在美國宇航局的IBM7090計算機290萬美元。內存容量：128KB；存取周期：2微妙我國的第2代電子計算機1964年我國華北計算所先后研制成功108乙機(DJS-6)、121機(DJS-21)和320機(DJS-6)，并在738廠等五家工廠生產；哈軍工（國防科大前身）研制成功441B全晶體管計算機，小批量生產了40多臺。當時我國研發(fā)出的計算機，僅有小批量生產，由國家分配到各個科研院所使用。研發(fā)和生產計算機的單位，全部是軍工企業(yè)。具備極高的保密措施，每一個元件，每一張設計圖紙都被嚴格看管

我國第一顆原子彈1964年10月16日下午3時，新疆羅布泊上空，我國第一顆原子彈爆炸成功，成為繼美蘇英法后第五個擁有核武器的國家。電子計算機是核計劃的關鍵工具。高等物理的公式計算主要依靠人工使用計算尺和手搖計算機，只有非常復雜的計算才能用到昂貴的電子計算機前蘇聯(lián)派出大批科學家，在核武器及電子計算機方面提供了技術支持。第3代數(shù)字電子計算機時間：約1965-1973使用的元器件：中小規(guī)模集成電路

速度：幾十萬次～幾百萬次/秒

內存：半導體存儲器

軟件：高級語言,OS,DBMS第3代計算機1965年IBM推出的System360大型主機，被美國航天局用于首次載人登月任務上世紀60年代的

存儲容量為5MB的硬盤（27Kg重）上世紀70年代

我國的集成電路計算機DJS-180系列超級小型計算機天津DJS130小型機參展“1975年廣交會”第4代數(shù)字電子計算機時間：從1974年起使用的元器件：大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路（VLSI）速度：幾百萬次～億次/秒內存：半導體存儲器軟件工程，分布式處理等第1～4代計算機的對比計算機的發(fā)展大大超出人們預料由于集成電路技術的發(fā)展和微處理器的出現(xiàn)，計算機發(fā)展速度之快，大大超出人們的預料：性能不斷提高體積不斷變小功耗不斷降低價格越來越便宜軟件越來越豐富使用越來越容易應用領域越來越普遍計算機數(shù)量不斷增加上述趨勢不僅仍在繼續(xù)，且節(jié)奏進一步加快已不再沿用“第x代計算機”的說法。正在研究開發(fā)智能化的計算機系統(tǒng)，它以知識處理為核心，可以模擬或部分替代人的智能活動，具有自然的人機通信能力選講：

未來可能的新型計算機目前計算機用的幾乎都是半導體集成電路，但現(xiàn)在人們也在努力研究基于其他材料的計算機，如：量子計算機：基于量子效應開發(fā)，利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開關的狀態(tài)，利用激光脈沖來改變分子的狀態(tài)，使信息沿著聚合物移動，從而進行運算光學計算機：以光子代替電子，光互連代替導線互連，光硬件代替計算機中的電子硬件，光運算代替電運算。生物計算機：蛋白質分子與周圍物理化學介質的相互作用過程。計算機的轉換開關由酶來充當，而程序則在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質的結構中極其明顯地表示出來。預計10～20年后，DNA計算機將進入實用階段這些技術現(xiàn)在還都不成熟，與實際應用有很大差距，但可以預計這些技術的發(fā)展必將使計算機的前景更加美好選講：

光計算機和生物計算機奧林巴斯光學工業(yè)公司開發(fā)出的生物計算機

英國女王大學的AnatolyZayats教授他是光計算機項目的負責人

計算機的特點與作用什么是計算機？計算機是一種工具不是交通運輸工具不是機械加工工具不是···工具計算機是一種信息處理工具為什么說

計算機是通用的信息處理工具？計算機具有多方面的信息處理功能：信息的收集（信息獲?。┬畔⒌膬Υ妫ㄐ畔⒋鎯Γ┬畔⒌募庸ぃㄐ畔⑻幚恚┬畔⒌膫鬟f（通信）信息的施用（展現(xiàn)與控制）計算機能做許多不同的工作算題（科學計算）制作圖案處理文字管理數(shù)據(jù)控制其他機器游戲收發(fā)郵件收看電視播放音樂設計產品幫助決策模擬世界上的事物制作影視特技尋找信息與人聊天……問題：為什么計算機能做許多不同的工作？為什么計算機可以同時做許多不同的工作？是不是計算機什么都能做？計算機有哪些特性？計算機的特性：（1）速度快（2）存儲容量大（3）通用性好不僅能處理數(shù)字和文字，而且能對圖像、聲音等多種形式的信息進行處理不僅能進行數(shù)學運算，而且能進行邏輯運算不僅能進行運算，而且具有信息的獲取、存儲、傳輸、展現(xiàn)等功能（4）計算機與計算機具有互連、互通和互操作的能力計算機對社會的進步與發(fā)展有

巨大作用計算機應用于科學研究，大大增強了人類認識自然、開發(fā)自然、改造和利用自然的能力，促進了科學技術的發(fā)展。計算機應用于工農業(yè)生產，大大提高了人類物質生產水平和勞動生產效率，促進了經濟的飛躍發(fā)展。計算機應用于社會服務，大大擴展和改善了服務范圍與質量，提高了工作效率，推動了社會進步。計算機應用于社會文化，為人類傳承并創(chuàng)造知識與文化提供了現(xiàn)代化工具，改變了人們創(chuàng)造和傳播文化的方式和方法，擴展了人類文化活動的領域、豐富了內容、提高了質量。計算機有什么負面影響？計算機引發(fā)的社會問題和某些潛在的危機：計算機系統(tǒng)崩潰給社會帶來不可預測的嚴重后果信息欺騙和計算機犯罪增加知識產權保護更加困難個人隱私受到威脅不良和有害信息肆意傳播和泛濫大量電子垃圾污染環(huán)境、破壞生態(tài)長期沉迷于計算機游戲、網(wǎng)絡聊天等給青少年生理和心理帶來嚴重危害2.1.2計算機的邏輯組成計算機系統(tǒng)計算機硬件計算機軟件運算器控制器輸入設備存儲器輸出設備系統(tǒng)軟件應用軟件操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)程序語言處理系統(tǒng)文字處理通信···娛樂計算機是一個復雜系統(tǒng)計算機硬件是計算機系統(tǒng)中所有實際物理裝置的總稱計算機軟件是指在計算機中運行的各種程序及其處理的數(shù)據(jù)和相關的文檔計算機是一個復雜的系統(tǒng)復雜性：硬件由數(shù)以億計的元器件組成，軟件由數(shù)以億計的指令組成多樣性：硬件與光、機、電、聲等有關，軟件與數(shù)學、邏輯···等有關層次性：分層(hierarchical)結構計算機硬件的邏輯結構1經典計算機的邏輯結構（馮.諾依曼計算機）運算器和控制器輸入設備輸出設備存儲器（注：邏輯結構意指概念上（即功能上）的結構）中央處理器CPU(CentralProcessingUnit)計算機硬件的邏輯結構2現(xiàn)代計算機的邏輯結構與經典計算機結構相比的3個變化：集中控制→分散控制存儲器→內存儲器＋外存儲器通過CPU通信→通過總線進行通信中央處理器(運算器及其控制)外存儲器內存儲器輸出設備總線(bus)輸入設備I/O接口I/O接口外存儲器接口控制器控制器控制器CPU控制器memorystorageI/O設備通過I/O接口與各自的控制器連接，然后由控制器與I/O總線相連(1)輸入設備輸入(input)的雙重含義：1.把信息送入計算機的過程;2.向計算機輸入的內容輸入設備(inputdevices)功能：用來向計算機輸入信息輸入設備有多種，例如:鍵盤——輸入文字、符號和命令鼠標器——輸入鼠標器移動的位置信息及按鈕命令掃描儀——輸入圖片麥克風——輸入聲音輸入設備的共性：不論信息的原始形態(tài)如何，輸入到計算機中的信息都使用二進位來表示(2)中央處理器(運算控制器)什么是處理器(processor)？能高速執(zhí)行指令，完成二進制數(shù)據(jù)的算術或邏輯運算和數(shù)據(jù)傳送等操作的部件，特點是：由數(shù)字電路組成，結構非常復雜所有電路都制作在大規(guī)模集成電路芯片上(僅幾個平方厘米)，稱為“微處理器”(microprocessor)Intel4004chipIntel8080chip教師參考：

關于(微)處理器和中央處理器(CPU)現(xiàn)代計算機中一般包含有多個(微)處理器，它們各有不同的分工和任務：用于執(zhí)行系統(tǒng)軟件和應用軟件的處理器稱為CPU，CPU是計算機必不可少的核心組成部件完成其它功能的處理器舉例：顯卡包含的繪圖處理器（用于加速圖形繪制）聲卡包含的DSP（用于數(shù)字聲音信號的處理）過去，個人計算機通常只有1個CPU；現(xiàn)在，大部分PC機雖然仍只有1個CPU芯片，但其內部卻包含有2個、4個、6個甚至更多個CPU，目的是提高系統(tǒng)性能存儲器中央處理器存儲數(shù)據(jù)和指令執(zhí)行指令處理數(shù)據(jù)指令，數(shù)據(jù)處理結果CPU的任務CPU的主要任務是執(zhí)行指令，它按指令的規(guī)定對數(shù)據(jù)進行操作(3)存儲器功能：儲存以二進位形式表示的程序和數(shù)據(jù)分類：內存儲器/外存儲器·····011010011010101000001000000001000011001001111011111·······存儲內容地址存儲單元(4)輸出設備輸出(output)的雙重含義：1.把信息送出計算機的過程;2.從計算機輸出的內容輸出設備(outputdevices)功能：從計算機輸出信息輸出設備有多種，例如:顯示器——輸出文字、符號和圖形打印機——打印文字、符號和圖形揚聲器——輸出聲音(多數(shù))輸出設備的共性：把計算機中的二進位信息轉換成人可感知的形式(文字、符號、圖形、聲音等)(5)總線(bus)功能：用于連接CPU、內存、外存和各種I/O設備并在它們之間傳輸信息的一組共享的傳輸線及其控制電路分類：CPU總線（或前端總線）：用于連接CPU和內存的總線I/O總線：連接內存和I/O設備（包括外存）的總線2.1.3計算機的分類計算機的分類（1）按內部邏輯結構分類8位/16位/32位/64位單CPU/多CPU···按性能和價格分類巨型計算機(supercomputer)大型計算機小型計算機個人計算機(personalcomputer)筆記本PC臺式PC工作站(workstation)嵌入式計算機作為服務器(server)使用獨立使用或作為客戶機(client)使用巨型計算機（Supercomputer）也稱超級計算機，有極強的運算處理能力，速度達到每秒運算數(shù)萬、數(shù)十萬億次以上采用大規(guī)模并行處理的結構，由數(shù)以百計、千計、萬計的CPU共同完成系統(tǒng)軟件和應用軟件運行任務大多使用在軍事、科研、氣象預報、石油勘探、飛機設計模擬、生物信息處理、破解密碼等領域國際上：美國IBM公司的Gene／L系統(tǒng)，運算速度為280.6萬億次／秒美國Cray公司XT4巨型計算機(3萬處理器)250萬億次／秒日本NEC公司的“地球模擬器”我國：江南計算技術研究所；“神威”巨型機中科院計算所(曙光計算機公司)：“曙光”巨型計算機國防科技大學：“銀河”巨型機、“天河一號”千萬億次/秒聯(lián)想集團公司：“深騰”巨型機神威巨型計算機巨型計算機（續(xù)）IBMBlueGene/LsupercomputerCray巨型計算機銀河巨型計算機2009年全球第5名天河一號巨型計算機“天河一號”峰值性能1.206千萬億次雙精度浮點運算;有6144個通用處理器和5120個加速處理器;內存總容量98TB，點點通信帶寬40Gbps;共享磁盤總容量1PB，是中國國家網(wǎng)格計算主結點

多種多樣的個人計算機臺式個人計算機(立式)便攜式(筆記本)個人計算機臺式個人計算機(臥式)AppleWorkstation

一體式個人計算機TabletPC(平板式電腦)

個人數(shù)字助理(PDA)上網(wǎng)本

Apple公司的iPad平板電腦Height:9.56inches(242.8mm)Width:7.47inches(189.7mm)Depth:0.5inch(13.4mm)Weight:1.5pounds(0.68kg)Wi-Fimodel;1.6pounds(0.73kg)Wi-Fi+3Gmodel9.7-inchdisplaywithIPStechnology1024-by-768-pixelresolution

關于“服務器”