計算機硬件與集成

計算機硬件與集成目前一頁\總數(shù)四十頁\編于十一點

成績=平時成績+試卷成績

平時成績試卷成績出勤，

課堂作業(yè)展示50%50%目前二頁\總數(shù)四十頁\編于十一點基礎(chǔ)概念普及上一頁目前三頁\總數(shù)四十頁\編于十一點微型計算機系統(tǒng)目前四頁\總數(shù)四十頁\編于十一點一臺完整的計算機系統(tǒng)包括計算機的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件（Hardware）是整個計算機系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是計算機系統(tǒng)中實際裝置的總稱。軟件（Software）則是指在計算機上運行的所有程序及其文檔資料，包括系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類。

上一頁計算機系統(tǒng)的基本組成目前五頁\總數(shù)四十頁\編于十一點從外觀上看，微型計算機系統(tǒng)硬件主要包括五大部分：⑴主機箱：計算機中幾乎所有的重要部件都在主機箱中，如中央處理器（CPU）、主板、內(nèi)存儲器、硬盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器（CD-ROM或DVD-ROM）、聲卡、顯示卡，以及電源等。⑵顯示器：是微機系統(tǒng)必須配備的信息輸出設備。⑶鍵盤：是計算機重要的信息輸入設備，是微型計算機系統(tǒng)必配的外部設備。⑷鼠標器：是現(xiàn)代微機必不可少的輸入設備。⑸音箱：計算機的發(fā)音設備。上一頁⒈微型計算機系統(tǒng)硬件的組成成分目前六頁\總數(shù)四十頁\編于十一點機箱目前七頁\總數(shù)四十頁\編于十一點顯示器目前八頁\總數(shù)四十頁\編于十一點鍵盤、鼠標目前九頁\總數(shù)四十頁\編于十一點音箱目前十頁\總數(shù)四十頁\編于十一點⑴主板（mainboard）：是PC機硬件系統(tǒng)的核心。它的作用是將計算機的各個部件有機地整合在一起。CPU、內(nèi)存儲器、顯示卡和聲卡等直接安插在主板上，硬盤驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動器、光驅(qū)、鍵盤、鼠標器等外部設備則通過纜線、接口與主板相連，主板上還安裝了組成計算機的主要電路系統(tǒng)，如I/O控制芯片、鍵盤和面板控制開關(guān)接口、指示燈接插件、擴充插槽、主板及插卡的直流電源供電接插件等元件。⑵CPU：計算機的核心部件。主要是用來進行數(shù)據(jù)的計算、處理和控制，CPU的好壞，往往反映出整個計算機系統(tǒng)性能的高低。

上一頁⒉主機箱內(nèi)安裝的主要部件目前十一頁\總數(shù)四十頁\編于十一點主板目前十二頁\總數(shù)四十頁\編于十一點目前十三頁\總數(shù)四十頁\編于十一點BIOSCMOS目前十四頁\總數(shù)四十頁\編于十一點

⑶內(nèi)存儲器：計算機的重要組成部分，是微機運行程序時用于快速存放程序和數(shù)據(jù)的載體，它都是由半導體大規(guī)模集成電路存儲芯片組（ROM和RAM）組成，做成內(nèi)存條的形式安裝在主板上的SIMM接口槽或DIMM接口槽中。⑷顯示卡：工作在CPU和顯示器之間，是直接安插在主板上的一塊印刷電路板卡，其基本作用是控制計算機的圖形輸出。顯示卡負責將CPU送來的圖像數(shù)據(jù)處理成顯示器可以了解的格式，再送到顯示器形成圖像。顯示卡簡稱顯卡，又稱圖形加速卡，它是我們從微機中獲取圖形、圖像信息的最重要途徑。上一頁⒉主機箱內(nèi)安裝的主要部件（續(xù)1）目前十五頁\總數(shù)四十頁\編于十一點內(nèi)存FPMEDOSDRAMRDRAMDDRDDR2forNotebookDDR3DDR2目前十六頁\總數(shù)四十頁\編于十一點顯示卡Nvdia8800GT/9800GTAMD（ATI）RadeonHD4850目前十七頁\總數(shù)四十頁\編于十一點

⑸聲卡：聲卡是計算機的發(fā)音設備，它與計算機箱內(nèi)置的小喇叭不一樣，小喇叭是用來發(fā)出某些警告或提示信號的，而聲卡則是為多媒體計算機配置的?，F(xiàn)在的微機幾乎都是多媒體計算機，為了讓其發(fā)出優(yōu)美的聲音，必須配置聲卡和音箱。⑹硬盤：硬盤是一種用來儲存數(shù)據(jù)的外部設備，被稱為數(shù)據(jù)倉庫。硬盤里面存放著計算機的靈魂——軟件，包括操作系統(tǒng)和各種各樣的應用軟件。硬盤的存儲容量可以說是目前存儲器中最大的存儲設備。⑺軟盤驅(qū)動器：軟盤驅(qū)動器曾是微機中常用的外存儲設備，一般簡稱為軟驅(qū)，用來存儲用戶運行的程序和文檔，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸趨于淘汰。

上一頁⒉主機箱內(nèi)安裝的主要部件（續(xù)2）目前十八頁\總數(shù)四十頁\編于十一點聲卡AUDIGY2ZSXMODSoundBlasterX-FiEliteProTankHiFi集成聲卡芯片目前十九頁\總數(shù)四十頁\編于十一點硬盤和軟驅(qū)IDE3.5HDSATA3.5HDSATA2.5HD目前二十頁\總數(shù)四十頁\編于十一點

⑻CD-ROM驅(qū)動器或DVD-ROM：簡稱光驅(qū)，是重要的存儲設備，CD-ROM的容量為650MB。⑼電源：機箱中都安裝由電源（PowerSupplyUnit），它的功能是將市電（交流電）轉(zhuǎn)換為微機工作所需要的直流電，它是一種電氣行業(yè)中所說的開關(guān)電源。微機電源分為AT、ATX等標準，現(xiàn)在微機上普遍使用ATX電源。上一頁⒉主機箱內(nèi)安裝的主要部件（續(xù)3）目前二十一頁\總數(shù)四十頁\編于十一點光驅(qū)內(nèi)置光驅(qū)DVD-R/RW外置光驅(qū)超薄外置光驅(qū)DVD-R/RW內(nèi)置筆記本光驅(qū)內(nèi)置光驅(qū)DVD-R/RW目前二十二頁\總數(shù)四十頁\編于十一點電源航嘉臺式機電源筆記本電源拆解臺式機電源拆解筆記本電源目前二十三頁\總數(shù)四十頁\編于十一點一、計算機誕生中的三個第一：世界上第一臺投入運行的電子計算機——

ENIAC,1946.2,美國世界上第一臺按存儲程序控制功能設計的計算機——

EDVAC，1946--1950，美國世界上第一臺投入運行的實現(xiàn)存儲程序控制的計算機——

EDSAC，1947--1949，英國計算機時代的開始：以1951年UNIVAC-Ⅰ投入運行為標志，第一臺批量生產(chǎn)的商用計算機，從此，計算機走向社會。上一頁1.3.1計算機系統(tǒng)的發(fā)展目前二十四頁\總數(shù)四十頁\編于十一點ENIACEDVACUNIVACEDSAC目前二十五頁\總數(shù)四十頁\編于十一點二、計算機發(fā)展的分代以計算機硬件所使用的邏輯器件作為劃分“代”的依據(jù)。第一代——電子管計算機時代（1946.2——50年代后期）vacuumtubecomputer

第二代——晶體管計算機時代（50年代中期——60年代中期）transistorcomputer

第三代——中小規(guī)模集成電路計算機時代（60年代中期——70年代初）middleandsmallscaleintegratedcircuit第四代——大規(guī)模超大規(guī)模集成電路計算機時代（70年代初——現(xiàn)在）largeandverylargescaleintegratedcircuit上一頁1.3.1計算機系統(tǒng)的發(fā)展（續(xù)1）目前二十六頁\總數(shù)四十頁\編于十一點計算機第一定律——摩爾定律1965年，美國人戈登·摩爾(GordonMoore)在準備一個關(guān)于計算機存儲器發(fā)展趨勢的報告整理資料時，發(fā)現(xiàn)了一個驚人的趨勢。每個新芯片大體上包含其前任兩倍的容量，每個芯片的產(chǎn)生都是在前一個芯片產(chǎn)生后的18～24個月。計算機的處理能力相對于時間周期將呈指數(shù)式的上升。這就是著名的摩爾定律，該定律成為許多工業(yè)對于性能預測的基礎(chǔ)。上一頁目前二十七頁\總數(shù)四十頁\編于十一點馮·諾依曼結(jié)構(gòu)為現(xiàn)代電子數(shù)字計算機的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)代計算機基本上仍然沿用這一基本思想。馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的特點是：⑴計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部分組成。⑵數(shù)據(jù)和程序都以二進制代碼的形式不加區(qū)別地存放在存儲器中，存放位置由地址指定，地址碼也以二進制代碼形式表示。⑶控制器是根據(jù)存放在存儲器中的指令序列即程序來工作的，并由一個程序計數(shù)器（即指令地址計數(shù)器）控制指令的執(zhí)行。控制器具有判斷能力，能根據(jù)計算結(jié)果選擇不同的動作流程。

馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的核心思想是“存儲程序”，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比較簡單，便于控制，實現(xiàn)容易。

上一頁馮·諾依曼結(jié)構(gòu)

目前二十八頁\總數(shù)四十頁\編于十一點馮·諾依曼結(jié)構(gòu)目前二十九頁\總數(shù)四十頁\編于十一點計算機的發(fā)展趨勢巨型化微型化網(wǎng)絡化智能化多媒體計算機進入20世紀90年代以后，計算機開始向“巨”(巨型化)、“微”(微小化)、“網(wǎng)”(計算機網(wǎng)絡化)、“智”(計算機智能化)、“多”(多媒體計算機)的方向發(fā)展。上一頁目前三十頁\總數(shù)四十頁\編于十一點是否能夠研制運算速度達每秒幾百億次甚至上萬億次、存儲容量很大、并且功能非常強大的巨型計算機，是一個國家綜合實力是否強大的標志。美國和日本憑借自己的經(jīng)濟實力，研制了這樣的計算機，想以此稱霸世界。1975年世界上第一臺超級計算機“Cray-1”超級計算機應用：天氣預報、地震機理研究、石油和地質(zhì)勘探、衛(wèi)星圖像處理、核武器、反導彈武器、空間技術(shù)等要求計算機有很高處理速度和很大容量的領(lǐng)域。

上一頁1.3.1計算機系統(tǒng)的發(fā)展（續(xù)4）目前三十一頁\總數(shù)四十頁\編于十一點中國的超級計算機：“銀河1號”、“銀河2號”、“銀河3號”；“曙光1000”、“曙光2001”；“神威Ⅰ”；中國制造成功近萬億次計算機——2002年8月29日，名為“深騰1800”的萬億次（1.0TFLOP/s）聯(lián)想高性能計算機誕生。2004年由曙光公司研制成功曙光4000A，運算速度達到8.061萬億次浮點運算，蜂值運算速度可達到每秒11.264萬億次浮點運算。使我國成為世界上為數(shù)不多的能研制巨型計算機的國家之一?！吧裢瘛焙汀吧铗v1800”的研制成功，是我國在巨型計算機研制和應用領(lǐng)域取得的重大成果，是中國IT企業(yè)群體發(fā)展歷程中的一塊里程碑。它標志著中國成為繼美國、日本之后，世界上第三個具備研制高性能計算機能力的國家。。上一頁1.3.1計算機系統(tǒng)的發(fā)展（續(xù)5）目前三十二頁\總數(shù)四十頁\編于十一點上一頁1.3.1計算機系統(tǒng)的發(fā)展（續(xù)6）目前三十三頁\總數(shù)四十頁\編于十一點⒈高性能計算機：高性能計算機是指處理量大、運算速度快的計算機領(lǐng)域的高尖端產(chǎn)品，是現(xiàn)代大型建設與研究項目的必備條件。高性能計算機也有高、中、低檔之分，中檔系統(tǒng)近年來市場發(fā)展最快。從應用與市場角度來劃分，中高檔系統(tǒng)可分為兩種，一種叫超級計算機，主要是用于科學工程計算及專門的設計，如CrayT3E；另一種叫超級服務器，可以用來支持計算、事務處理、數(shù)據(jù)庫應用、網(wǎng)絡應用與服務，如IBM的SP和國產(chǎn)的曙光2000。美國能源部的加速戰(zhàn)略計算ASCI計劃，目標是構(gòu)造100萬億次的超級計算機系統(tǒng)、軟件和算法。最新的Ultrascale計劃目標在2010年研制萬萬億次級系統(tǒng)。上一頁1.3.2計算機的分類（續(xù)1）目前三十四頁\總數(shù)四十頁\編于十一點近年來，我國在高性能計算機的研發(fā)方面也取得了很大的成績，推出了“曙光”、“聯(lián)想”等代表國內(nèi)最高水平的高性能計算機系統(tǒng)，并在國民經(jīng)濟的關(guān)鍵領(lǐng)域得到了應用。聯(lián)想公司2003年研發(fā)的安裝在中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心的深騰6800用了1024顆Intel公司的Itanium2處理器，實際運算速度為每秒4.148萬次，峰值運算速度達到每秒5.324萬億次。2004年安裝在上海超級計算中心的曙光公司研發(fā)的曙光4000A采用2560顆64位AMDOpteron處理器，運算速度達到8.061萬億次浮點運算，峰值運算速度可達到每秒11.264萬億次浮點運算。2008年9月16日，我國首款超百萬億次計算機曙光5000A在天津下線，標志我國成為繼美國之后第二個自主研發(fā)制造百萬億次高性能計算機的國家。

上一頁1.3.2計算機的分類（續(xù)2）——高性能計算機目前三十五頁\總數(shù)四十頁\編于十一點⒉微型計算機（個人計算機）⒊工作站（workstation）：是一種介于微型機與小型機之間的高檔微機系統(tǒng)，它具備強大的數(shù)據(jù)運算與圖形、圖像處理能力。工作站主要面向的是專業(yè)應用領(lǐng)域，主要有工程設計、動畫制作、科學研究、軟件開發(fā)、金融管理、信息服務、模擬仿真等。⒋服務器：是一種在網(wǎng)絡環(huán)境下為多個用戶提供服務的計算機系統(tǒng)。根據(jù)提供的服務，服務器可以分為文件服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、應用服務器和通信服務器等。⒌嵌入式計算機：嵌入式計算機是指作為一個信息處理部件，嵌入到應用系統(tǒng)之中的計算機。上一頁1.3.2計算機的分類（續(xù)3）目前三十六頁\總數(shù)四十頁\編于十一點上一頁計算機的分類工作站服務器目前三十七頁\總數(shù)四十頁\編于十一點上一頁服務器與PC機的比較服務器與PC機的比較穩(wěn)定性服務器需要7×24小時不間斷運行，而PC機只需要5×8小時運行運算能力服務器需要及時響應眾多客戶機的請求，而PC機只由少數(shù)用戶進行操作圖形顯示PC機直接和用戶進行交互，而服務器放在后臺，只和客戶機進行通信可管理性服務器集成了各種硬件監(jiān)控部件，可進行遠程監(jiān)測和控制，而PC機基本沒有硬件冗余服務器在關(guān)鍵部件上常有冗余配置，比如電源、風扇等，而PC機很少考慮CPU服務器的CPU種類很多，包括RISC和CISC架構(gòu)，PC機通常只有CISC。服務器往往有多顆處理器，而PC機通常只有1顆內(nèi)存：服務器內(nèi)存插槽要遠多于PC機，一般在8根以上，PC機往往不到4根。服務器采用ECC、Registered、Chipkill、熱備、鏡像等技術(shù)來保證數(shù)據(jù)的可靠性，PC機基本沒有。服務器內(nèi)存往往支持熱插拔，而PC機不支持硬盤服務器支持SCSI、SAS等高速接口，PC機通常支持IDE、SATA等普通接口。服務器硬盤常采用硬件RAID技術(shù)保護數(shù)據(jù)，PC機一般只有軟件RAID技術(shù)網(wǎng)絡服務器上往往有2塊以上網(wǎng)卡，PC機通常只有1塊。服務器上往往采用一些特殊定制的網(wǎng)絡，比如Infiniband、myrinet等，PC機通常只采用以太網(wǎng)穩(wěn)定性：服務器需要7×24小時不間斷運行，而PC機只需要5×8小時運行運算能力：服務器需要及時響應眾多客戶機的請求，而PC機只由少數(shù)用戶進行操作圖形顯示：PC機直接和用戶進行交互，而服務器放在后臺，只和客戶機進行通信可管理性：服務器集成了各種硬件監(jiān)控部件，可進行遠程監(jiān)測和控制，而PC機基本沒有硬件冗余：服務器在關(guān)鍵部件上常有冗余配置，比如電源、風扇等，而PC機很少考慮CPU：服務器的CPU種類很多，包括RISC和CISC架構(gòu)，PC機通常只有CISC。服務器往往有多顆處理器，而PC機通常只有1顆內(nèi)存：服務器內(nèi)存插槽要遠多于PC機，一般在8根以上，PC機往往不到4根。服務器采用ECC、Registered、Chipkill、熱備、鏡像等技術(shù)來保證數(shù)據(jù)的可靠性，PC機基本沒有。服務器內(nèi)存往往支持熱插拔，而PC機不支持硬盤：服務器支持SCSI、SAS等高速接口，PC機通常支持IDE、SATA等普通接口。服務器硬盤常采用硬件RAID技術(shù)保護數(shù)據(jù)，PC機一般只有軟件RAID技術(shù)網(wǎng)絡：服務器上往往有2塊以上