計(jì)算機(jī)組成原理02-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述.ppt

1、1-1,系 統(tǒng) 總 線,存儲(chǔ)器,運(yùn)算器,控制器,接口與通信,輸入/輸出設(shè)備, 計(jì)算機(jī)組成原理 ,第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論,1-2,本章大綱：本章以概念為主，內(nèi)容較少。 計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程； 馮諾依曼計(jì)算機(jī)的原理及基本組成； 計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)； 計(jì)算機(jī)的常用性能指標(biāo)：吞吐量、響應(yīng)時(shí)間；CPU時(shí)鐘周期、 主頻、CPI、CPU執(zhí)行時(shí)間； MIPS、MFLOPS。,第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論,1-3,第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論,1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)3、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史4、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍,應(yīng)用軟件 系統(tǒng)軟件,硬件,1-4,計(jì)算機(jī)由硬件和軟件兩大部分組成，統(tǒng)稱計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。即：?jiǎn)斡杏?jì)算機(jī)硬件或

2、計(jì)算機(jī)軟件，都不能稱為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。硬件結(jié)構(gòu)和性能 對(duì) 程序處理的速度 影響是很大的。,1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成,計(jì)算機(jī)系統(tǒng),硬件系統(tǒng),控制器,主機(jī),CPU,內(nèi)存儲(chǔ)器,外設(shè),外存儲(chǔ)器,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,系統(tǒng)軟件,應(yīng)用軟件,運(yùn)算器,軟件系統(tǒng),軟盤(pán),硬盤(pán),光盤(pán),操作系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件,1-5,系統(tǒng)軟件包括： 1、操作系統(tǒng) 2、語(yǔ)言處理程序 3、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)程序 4、服務(wù)性程序 5、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 6、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件,1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成：軟件系統(tǒng),計(jì)算機(jī)軟件有兩大類(lèi)：系統(tǒng)軟件（直接管理硬件資源）和 應(yīng)用軟件。 系統(tǒng)軟件調(diào)用（管理）應(yīng)用軟件。,1-6,1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成：軟件系統(tǒng),匯編語(yǔ)言：面向機(jī)器 機(jī)器語(yǔ)

3、言：面向機(jī)器 匯編語(yǔ)句與機(jī)器語(yǔ)句一一對(duì)應(yīng)。,通過(guò) 匯編程序 翻譯,邏輯功能：計(jì)算 0 + 1 機(jī)器指令：001 00 01 匯編語(yǔ)言：ADD r1, r2,1-7,1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成：軟件系統(tǒng),中間語(yǔ)言,1-8,計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)包括： CPU（運(yùn)算器、控制器、Cache） 存儲(chǔ)系統(tǒng)（高速緩存、主存儲(chǔ)器、外存設(shè)備） 輸入/ 輸出設(shè)備等主要組成部分。 它們總是通過(guò)總線和接口連接在一起， 構(gòu)成一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)。,系 統(tǒng) 總 線,存儲(chǔ)器,運(yùn)算器,控制器,接口與通信,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成：硬件系統(tǒng),1-9,計(jì)算機(jī)進(jìn)行解題的過(guò)程完全和我們?nèi)擞盟惚P(pán)解題的情況類(lèi)似： 運(yùn)算器：相當(dāng)于算盤(pán)，具

4、有計(jì)算功能的部件。 存儲(chǔ)器：相當(dāng)于紙，具有記憶功能的部件。 輸入設(shè)備或者輸出設(shè)備：相當(dāng)于筆，把原始解題數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)或者把運(yùn)算結(jié)果顯示出來(lái)的設(shè)備。 控制器：相當(dāng)與我們?nèi)说拇竽X，能夠自動(dòng)控制整個(gè)計(jì)算過(guò)程的。 和打算盤(pán)不同的是以上這些部分是 由電子線路和其他設(shè)備進(jìn)行控制。,計(jì)算機(jī)是死的，人的大腦是靈活的。,1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成：硬件系統(tǒng),1-10,運(yùn)算器: 是計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)加工的部件。 其主要功能包括： 1、執(zhí)行數(shù)值數(shù)據(jù)的 加 減 乘 除 等算術(shù)運(yùn)算， 執(zhí)行邏輯數(shù)據(jù)的 與 或 非 等邏輯運(yùn)算， 所有的運(yùn)算功能由一個(gè)被稱為 ALU（算術(shù)邏輯單元）的電路完成。 功能強(qiáng)的ALU還能執(zhí)行 定點(diǎn)運(yùn)算、 浮

5、點(diǎn)運(yùn)算， 甚至向量運(yùn)算。 2、暫時(shí)存放參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。 （由多個(gè)通用寄存器來(lái)完成）,系 統(tǒng) 總 線,存儲(chǔ)器,運(yùn)算器,控制器,接口與通信,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成：硬件系統(tǒng),1-11,控制器：是計(jì)算機(jī)的管理機(jī)構(gòu)和指揮中心。（人的大腦） 控制計(jì)算機(jī)中其他各部件， 對(duì)運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備等部件發(fā)出有關(guān)操作命令。 功能： 1、正確執(zhí)行每條指令（單個(gè)指令） 先取一條指令、 分析這條指令、 再按指令格式和功能執(zhí)行這條指令。 2、保證指令按規(guī)定序列自動(dòng)連續(xù)執(zhí)行。 （多個(gè)指令） 3、對(duì)異常情況和請(qǐng)求及時(shí)響應(yīng)和處理。,系 統(tǒng) 總 線,存儲(chǔ)器,運(yùn)算器,控制器,接口與通信,輸入設(shè)

6、備,輸出設(shè)備,1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成：硬件系統(tǒng),1-12,存儲(chǔ)器：是存放程序和數(shù)據(jù)的部件，它具有記憶作用。 三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)： 高速緩沖存儲(chǔ)器、 主存儲(chǔ)器、 輔助存儲(chǔ)器。 這三級(jí)存儲(chǔ)器所用的存儲(chǔ)介質(zhì) （半導(dǎo)體材料，磁性材料）， 工作原理和特性各不相同。,系 統(tǒng) 總 線,存儲(chǔ)器,運(yùn)算器,控制器,接口與通信,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成：硬件系統(tǒng),1-13,存儲(chǔ)器是存儲(chǔ)單元的集合。 存儲(chǔ)器的基本操作：讀/寫(xiě)，統(tǒng)稱為訪問(wèn)。 每個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)編號(hào)，稱為“地址”。 存儲(chǔ)器的容量：存儲(chǔ)器所有存儲(chǔ)單元的總數(shù)（通常以字節(jié)為單位）。 例如：賓館的房間號(hào)碼是地址， 每個(gè)房間里的床位相當(dāng)于存儲(chǔ)的一位數(shù)據(jù)。

7、,1KB （210 字節(jié) ） 1MB （220 字節(jié)） 1GB （230 字節(jié)） 1TB （240 字節(jié)）,存儲(chǔ)單元地址：每個(gè)存儲(chǔ)單元賦予一個(gè)地址 存儲(chǔ)字： 存儲(chǔ)單元中二進(jìn)制代碼的內(nèi)容 存儲(chǔ)字長(zhǎng)：存儲(chǔ)單元中二進(jìn)制代碼的位數(shù) 8位；16位；32位；64位,存儲(chǔ)單元 （房間）,存儲(chǔ)位（床位：有人/無(wú)人）,存儲(chǔ)器 （大樓）,地址,1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成：硬件系統(tǒng),存儲(chǔ)位 = 存儲(chǔ)元件 = 存儲(chǔ)基元 = 儲(chǔ)存元,重點(diǎn),1-14,P ASCII字符編碼表,表中編碼符號(hào)的排列次序?yàn)?b7b6b5b4b3b2b1b0 b7恒等于“0”， b6b5b4為高位部分， b3b2b1b0為低位部分。,1-15,輸入設(shè)

8、備：向計(jì)算機(jī)送入程序和數(shù)據(jù)的，有一定獨(dú)立功能的設(shè)備。 它通過(guò)接口和總線與計(jì)算機(jī)連通，用于人機(jī)交互聯(lián)系，把人們所熟悉的某種數(shù)據(jù)變換成機(jī)器內(nèi)部所能接收和識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。 例如：鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等。,理想的輸入設(shè)備應(yīng)是“會(huì)看”“會(huì)聽(tīng)” “會(huì)看”：攝像頭，電子掃描筆 “會(huì)聽(tīng)”：麥克風(fēng),系 統(tǒng) 總 線,存儲(chǔ)器,運(yùn)算器,控制器,接口與通信,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成：硬件系統(tǒng),1-16,輸出設(shè)備：用于送出計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)的設(shè)備。 它把計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)以人們能以識(shí)別的形式輸出。 例如：顯示器等,理想的輸出設(shè)備應(yīng)是“會(huì)寫(xiě)”“會(huì)講”。 “會(huì)寫(xiě)”：打印機(jī)，繪圖儀等 “會(huì)講”：音響設(shè)備等,系 統(tǒng) 總 線,存儲(chǔ)器

9、,運(yùn)算器,控制器,接口與通信,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成：硬件系統(tǒng),1-17,接口：通過(guò)接口，主機(jī)和外設(shè)可以并行協(xié)調(diào)地工作。 輸入/輸出設(shè)備通常稱為外圍設(shè)備。其種類(lèi)繁多，數(shù)據(jù)傳送方式和速 度差異也很大，因此它不能直接同主機(jī)相連接，而要通過(guò)接口與主 機(jī)相連接。 例如：網(wǎng)卡、聲卡、顯卡等。,系統(tǒng)總線：是構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的骨架，是多個(gè)系統(tǒng)部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通道。 借助系統(tǒng)總線的連接，計(jì)算機(jī)在各系統(tǒng)部件之間實(shí)現(xiàn)地址、數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)的傳送。 例如：主板上的傳輸線路,系 統(tǒng) 總 線,存儲(chǔ)器,運(yùn)算器,控制器,接口與通信,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成：硬件系統(tǒng),1-18,計(jì)算機(jī)

10、硬件的三個(gè)主要性能指標(biāo)：,1、機(jī)器字長(zhǎng)：CPU 一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)，通常與 CPU 中 寄存器的位數(shù) 有關(guān)。 機(jī)器字長(zhǎng)會(huì)影響機(jī)器的運(yùn)算速度。 2、運(yùn)算速度： 主頻：機(jī)器內(nèi)部主時(shí)鐘的頻率，衡量機(jī)器速度的重要參數(shù)。 它的倒數(shù)是CPU時(shí)鐘周期。 MIPS：每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指令 MFLOPS：每秒執(zhí)行百萬(wàn)次浮點(diǎn)運(yùn)算 CPI：執(zhí)行一條指令所需時(shí)鐘周期數(shù) 3、存儲(chǔ)容量：存放二進(jìn)制信息的總位數(shù)，通常用字節(jié)表示，包括主存與輔存。 存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù) 一個(gè)存儲(chǔ)單元位數(shù) 例如：64 K 32位 數(shù)據(jù)通路寬度：數(shù)據(jù)總線一次所能并行傳送的位數(shù)，它關(guān)系到數(shù)據(jù)的傳送能力。 吞吐量：指流入、處理和流出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的速率。主要取決于

11、主存的存取周期。 響應(yīng)時(shí)間：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)特定事件的響應(yīng)時(shí)間。,1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成：硬件系統(tǒng),重點(diǎn),其它性能指標(biāo)：,1-19,16位操作系統(tǒng) Windows 1.0（1985），Windows 2.0（1987）。 混合的16/32位操作系統(tǒng) Windows 95（1995、1996、1997），Windows 98（1998、1999、2000）， Windows ME。 32位操作系統(tǒng) Windows NT 3.1（1992年）、NT 3.5、NT 3.51、NT 4.0、Windows 2000、 Windows XP 32位Windows Vista（Windows Vista同時(shí)有3

12、2位的x86版本與64位的x64版本） 64位操作系統(tǒng) Windows XP 64位版、Windows Server 2003 64位版、 Windows Vista 64位版,機(jī)器字長(zhǎng)一般體現(xiàn)在寄存器的位數(shù)，不同字長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)安裝不同的操作系統(tǒng),64位電腦可以安裝32位操作系統(tǒng)，32位電腦絕對(duì)不能安裝64位操作系統(tǒng)。,擴(kuò)展內(nèi)容：機(jī)器字長(zhǎng),1-20,第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論,1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)3、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史4、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍,應(yīng)用軟件 系統(tǒng)軟件,硬件,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按功能 劃分成多級(jí)層次。,1-21,軟件,硬件,2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),由軟件實(shí)現(xiàn)的虛擬機(jī)器。,由硬件

13、實(shí)現(xiàn)的實(shí)際機(jī)器。 是我們將要學(xué)習(xí)的！,虛擬機(jī)： 是一個(gè)由軟件實(shí)現(xiàn)的抽象計(jì)算機(jī)， 不同軟件（語(yǔ)言）角度獲得不同層次的虛擬機(jī)。,應(yīng)用軟件、系統(tǒng)軟件、硬件構(gòu)成了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。 除了硬件系統(tǒng)，其它層次稱為虛擬機(jī)。從某一層次的觀察者看來(lái)，他只通過(guò)該層次的語(yǔ)言來(lái)了解和使用計(jì)算機(jī)，不必關(guān)心下幾層的機(jī)器是如何工作和實(shí)現(xiàn)各自功能的。,1-22,第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論,1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)3、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史4、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍,馮.諾依曼,1-23,當(dāng)代計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)的形式是馮.諾依曼等人提出了計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的一些基本思想，到目前為止大多數(shù)計(jì)算機(jī)仍沿用這一體制。 馮.諾依曼體制

14、特點(diǎn)： 1、指令和數(shù)據(jù)均用二進(jìn)制表示。 2、引入存儲(chǔ)程序概念。（計(jì)算機(jī)不僅可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)也可以存儲(chǔ)程序） 將程序事先存入主存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)在工作時(shí)自動(dòng)高速?gòu)拇鎯?chǔ)器中 取出指令加以執(zhí)行。 3、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部 件組成。 4、計(jì)算機(jī)以運(yùn)算器為核心的集中式控制。 5、指令由操作碼和地址碼組成。 指令在計(jì)算機(jī)中是順序執(zhí)行的，并受PC的統(tǒng)一控制。,3、計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史,1-24,典型馮.諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)以運(yùn)算器為中心： 輸入輸出設(shè)備與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送都途徑運(yùn)算器。 運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備的操作以及它們之間的聯(lián)系都由控制器集中控制。,3、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史,

15、1-25,現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)（馮.諾依曼結(jié)構(gòu)） 不改變的：存儲(chǔ)程序（精華） 改變的是：以存儲(chǔ)器為中心，總線結(jié)構(gòu)，分散控制。,3、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史,輸入設(shè)備,控制器,存儲(chǔ)器,輸出設(shè)備,運(yùn)算器,地址,指令,數(shù)據(jù),結(jié)果,反饋信息,操作指令,控制信號(hào),請(qǐng)求信號(hào),控制信號(hào),請(qǐng)求信號(hào),輸入程序和數(shù)據(jù),1-26,從器件發(fā)展而言，經(jīng)歷了五次更新?lián)Q代 電子管、繼電器存儲(chǔ) 晶體管磁介質(zhì)存儲(chǔ) 集成電路 大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路 智能計(jì)算機(jī),3、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史,從結(jié)構(gòu)的發(fā)展而言，經(jīng)歷了： 單個(gè)CPU單機(jī)系統(tǒng) 流水線機(jī) 多處理機(jī) 大規(guī)模的并行處理機(jī) 從技術(shù)的發(fā)展上而言，經(jīng)歷了： 變址技術(shù) 中斷技術(shù) 微程序技術(shù) 緩沖技術(shù)

16、共享 重用技術(shù) 虛擬技術(shù),1-27,世界第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC 埃尼阿克 賓夕法尼亞大學(xué)摩爾工程學(xué)院，莫奇利和埃克特領(lǐng)導(dǎo)的研究小組 由程序控制的電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，全電子，不存儲(chǔ)程序，十進(jìn)制表示。,1946年2月14日 18000多個(gè)電子管 60000多個(gè)繼電器 10000個(gè)電容器 6000個(gè)開(kāi)關(guān) 重量30噸 占地170平方米 耗電140千瓦 運(yùn)算速度5000次加法/秒,3、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史,ENIAC,1-28,從這臺(tái)計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了五代變化。 1、第一代 電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代（1945-1950年后期） 采用電子管作為基本部件，體積大，速度慢，可靠性低， 確定了程序設(shè)計(jì)的基本

17、方法，“數(shù)據(jù)處理機(jī)”開(kāi)始得到應(yīng)用。 運(yùn)算速度：每秒鐘幾千次，幾萬(wàn)次。 2、第二代 晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代（50年代后期到60年代初期） 這個(gè)時(shí)代的計(jì)算機(jī)由電子管改為晶體管，大大地縮小了它 的體積，降低了功耗，提高了速度和可靠性，價(jià)格不斷下降； 在此期間，“工業(yè)控制機(jī)”開(kāi)始得到了應(yīng)用。 運(yùn)算速度：每秒幾萬(wàn)次至幾十萬(wàn)次。,3、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史,1-29,3、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史,第三代 中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代（60年代中期到70年代前期） 這個(gè)時(shí)期的計(jì)算機(jī)采用集成電路為基本器件。 可靠性進(jìn)一步提高，體積進(jìn)一步縮小，成本進(jìn)一步下降， 集成電路的出現(xiàn)，形成計(jì)算機(jī)通用化，生產(chǎn)系列化，使用系統(tǒng)化， 這時(shí)“小型計(jì)

18、算機(jī)”開(kāi)始出現(xiàn)。 運(yùn)算速度：每秒幾十萬(wàn)次到幾百萬(wàn)次 4、第四代 超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代（為1971年開(kāi)始到如今） 可靠性更進(jìn)一步提高，體積更進(jìn)一步縮小，成本更進(jìn)一步降低， 由幾片大規(guī)模集成電路組成的“微型計(jì)算機(jī)”開(kāi)始出現(xiàn)。 運(yùn)算速度：每秒幾百萬(wàn)次至幾千萬(wàn)次。,1-30,摩爾定律 (Moores Law),1964年戈登摩爾提出摩爾定律： 在芯片上所能集成的晶體管數(shù)目將會(huì)每隔18個(gè)月翻一翻。 性能每10年提高100倍，但價(jià)格基本不變。 用同樣的價(jià)格，五年之后能買(mǎi)到性能高十倍的機(jī)器。 這一法則適用至今：1979-2011，32年精確符合，再適用十年。,3、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史,1-31,有四種飛速

19、發(fā)展的實(shí)現(xiàn)技術(shù)對(duì)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的影響最為深遠(yuǎn)： 集成電路邏輯技術(shù)，晶體管密度每年以35%增長(zhǎng)，4年翻2番。芯片尺寸買(mǎi)年增長(zhǎng)1020。使得每個(gè)芯片上晶體管每年增長(zhǎng)50。 半導(dǎo)體DRAM，其晶體密度每年增長(zhǎng)4060%，訪問(wèn)時(shí)間平均每十年減少1/3。每片的帶寬隨著延遲時(shí)間縮短而以其2倍的速度增長(zhǎng)。 磁盤(pán)存儲(chǔ)技術(shù)，存儲(chǔ)密度最近每年100增長(zhǎng)，訪問(wèn)時(shí)間過(guò)去10年縮短了1/3。 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，取決于交換和傳輸系統(tǒng)。延遲和帶寬都能改進(jìn)。,發(fā)展思路： 提高速度，擴(kuò)大存儲(chǔ)容量，降低成本，提高系統(tǒng)可靠性，方便用戶的使用。,3、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史,1-32,Intel公司部分微處理器的部分工藝參數(shù),3、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史,

20、1-33,Roadrunner： IBM制造出全球運(yùn)算速度最快的超級(jí)電腦。 每秒運(yùn)行1.105千萬(wàn)億次 耗資1.33億美元 主要供美國(guó)能源部計(jì)算核能武器存儲(chǔ)量的安全及可靠性，同時(shí)提供提供科學(xué)，金融，汽車(chē)，及航天工業(yè)等領(lǐng)域的運(yùn)算。,3、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史,1-34,計(jì)算機(jī)的分類(lèi),超級(jí)計(jì)算機(jī) 用于科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域，Gray-1，銀河機(jī) 大型計(jì)算機(jī) 多用戶的通用計(jì)算機(jī) 小型計(jì)算機(jī) 體積小、成本低，通用性強(qiáng) 工作站 強(qiáng)大的圖形功能 微型計(jì)算機(jī) 成本低、應(yīng)用廣 嵌入式計(jì)算機(jī) 成為其它設(shè)備的一部分,3、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史,1-35,臺(tái)式電腦擁有最大的市場(chǎng)：價(jià)格1000美元左右的個(gè)人電腦； 10 000美元左右的工

21、作站。良好的性價(jià)比。 服務(wù)器，互聯(lián)網(wǎng)刺激了其發(fā)展：需提供可靠有效的服務(wù)；可擴(kuò)展性，升級(jí)計(jì)算能力、主存容量、存儲(chǔ)空間以及I/O帶寬。 目標(biāo)：吞吐量，單位時(shí)間處理請(qǐng)求的數(shù)目。 嵌入式系統(tǒng)，安裝在其它設(shè)備中的計(jì)算機(jī)，是計(jì)算機(jī)市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的(微波爐、洗衣機(jī)、打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、汽車(chē)、掌上電腦、手機(jī)、Smart卡)。,3、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史,計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向： 60年代：主要形式是數(shù)百萬(wàn)美元的大型機(jī)。 目前：臺(tái)式電腦、服務(wù)器、嵌入式系統(tǒng)。,1-36,嵌入式系統(tǒng)兩個(gè)關(guān)鍵的特征：最小化存儲(chǔ)器和最小化功耗的需求。,3、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史,1-37,軟硬件比例 軟件 硬件 最少硬件 目前計(jì)算機(jī) 不可編程,發(fā)展,發(fā)展

22、趨勢(shì)：硬件實(shí)現(xiàn)的比例越來(lái)越高，軟件所占的成本上升。 硬件實(shí)現(xiàn)：速度快，靈活性差；軟件實(shí)現(xiàn)：速度低，靈活性高。 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和軟件硬化的趨勢(shì)，要明確劃分計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)軟、硬件界限已經(jīng)顯得比較困難了。 因?yàn)槿魏尾僮骱椭噶羁梢杂绍浖?lái)實(shí)現(xiàn)，也可以由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)， 采用硬件還是軟件方案，取決于價(jià)格、速度、可靠性、存儲(chǔ)容量、 變更周期等因素。,3、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史,1-38,云計(jì)算： 高度可擴(kuò)展且抽象化的IT資源，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以服務(wù)的形式提供給用戶的計(jì)算形態(tài)。 高性能PC服務(wù)器、刀片服務(wù)器、 成熟的虛擬化技術(shù)、 IA服務(wù)器的虛擬化技術(shù) 網(wǎng)格計(jì)算、自主計(jì)算等技術(shù)的引入，奠定了云計(jì)算機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)。

23、例如：4核CPU和16GB內(nèi)存的服務(wù)器，可運(yùn)行12個(gè)左右的虛擬機(jī)； DELL公司專(zhuān)門(mén)面向云計(jì)算供應(yīng)商，提供可定制的高密度、低電耗服務(wù)器。 安全問(wèn)題： 俄羅斯聯(lián)邦安全局將Skype、Gmail與Hotmail列為“國(guó)家安全威脅”并建議予以禁止 公有云與私有云 IBM私有云：IBM CloudBurst 向大型企業(yè)提供 構(gòu)架云計(jì)算環(huán)境所必需的硬件、 軟件、服務(wù)打包的私有云服務(wù)。,擴(kuò)展：IT即服務(wù) IT as a Service,平臺(tái)、應(yīng)用軟件中的虛擬服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā),1-39,神馬都是浮云,1-40,IaaS: Infrastructure as a Service 基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)

24、：提供虛擬服務(wù)器、存儲(chǔ)等硬件 A目前最大的的云計(jì)算基礎(chǔ)服務(wù)供應(yīng)商按小時(shí)出租EC2服務(wù) PaaS: Platform as a Service 平臺(tái)即服務(wù) Windows Azure Platform 云計(jì)算中心操作系統(tǒng) Google PaaS “Google for App Engine”： 奧巴馬，從民眾問(wèn)題中選出最希望總統(tǒng)解決的問(wèn)題，48小時(shí)，93000人， 10萬(wàn)多個(gè)問(wèn)題，投票360萬(wàn)次，但是網(wǎng)頁(yè)速度沒(méi)有減慢一點(diǎn)。 SaaS：Software as a Service 軟件即服務(wù) Google Gmail(Ajax開(kāi)發(fā))：日本尤妮佳公司全面采用Gmail,個(gè)人郵箱從 300MB到25GB

25、。公司全球統(tǒng)一域名，6800多員工。 Google Docs, S 全球最大SAAS（軟件即服務(wù)）提供商 CRM,SFA EPR Microsoft Office Web Application HaaS：Hard as a Service 硬件即服務(wù) DaaS：Desktop as a Service 虛擬化服務(wù)式桌面系統(tǒng),擴(kuò)展：IT即服務(wù)Anything as a Service,1-41,第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論,1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)3、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史4、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍,1-42,隨計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，它的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛，已經(jīng)涉及到人類(lèi) 社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，例如

26、：教育，文化藝術(shù)，生產(chǎn)，家庭，軍事，等各 個(gè)行業(yè)，一般計(jì)算機(jī)應(yīng)用可以歸納七個(gè)方面的內(nèi)容。 1、科學(xué)計(jì)算 早期的計(jì)算機(jī)一般都應(yīng)用于科學(xué)研究和工程技術(shù)計(jì)算。 例如：數(shù)、理、化、生物學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)研究，以及航天飛行、人造衛(wèi)星、運(yùn)載火箭軌道等方面的大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算，利用計(jì)算機(jī)進(jìn) 行數(shù)值計(jì)算，可大大節(jié)省時(shí)間，人力和物力。 2、自動(dòng)控制 可以減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，它主要應(yīng)用于冶金、化工、電力、交通、機(jī)械、軍事等部門(mén)。隨著科學(xué)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化控制應(yīng)用越來(lái)越廣，（水泥廠的配料控制）,4、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍,1-43,3、測(cè)量和測(cè)試 計(jì)算機(jī)在測(cè)量和測(cè)試領(lǐng)域中的應(yīng)用比較也相當(dāng)大。 例如對(duì)高溫，低溫，有毒

27、氣體，輻射環(huán)境的測(cè)量和測(cè)試，核爆炸時(shí)數(shù)據(jù)采集等都必須用自動(dòng)化的手段才能得到數(shù)據(jù)。 4、信息處理 計(jì)算機(jī)在早期時(shí)常用于數(shù)值計(jì)算，現(xiàn)在發(fā)展到非數(shù)值計(jì)算，可以用來(lái)處理文字，圖象，聲音等多媒體技術(shù)，信息處理的范圍相當(dāng)廣泛，計(jì)算機(jī)應(yīng)用數(shù)量較多，應(yīng)用所占的比例也大，帶來(lái)的各種效益也十分明顯。 例如 事務(wù)處理：商業(yè)、銀行、郵政業(yè)務(wù)上的應(yīng)用。 管理應(yīng)用：人事管理、倉(cāng)庫(kù)管理、檔案管理等。 5、家用電器 電子玩具、游戲機(jī)、冰箱、洗衣機(jī)定時(shí)及控制等。,4、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍,1-44,6、教育和衛(wèi)生 計(jì)算機(jī)的輔助教學(xué)、遠(yuǎn)程教學(xué)；衛(wèi)生系統(tǒng)中，各種疾病的電腦診斷系統(tǒng)。 例如：心腦電圖分析儀，CT圖象處理設(shè)備，肝病電腦診治

28、系統(tǒng)等，這些專(zhuān)家系統(tǒng)為診治疾病發(fā)揮了很大的作用。 7、人工智能 計(jì)算機(jī)能夠模仿人的高級(jí)思維，著就是“機(jī)器人”。 目前世界上有數(shù)萬(wàn)臺(tái)“工業(yè)機(jī)器人”，在第一線工作。 例如：高溫，低溫，有毒氣體、輻射等環(huán)境下工作。 比“工業(yè)機(jī)器人”更高明的“智能機(jī)器人”有判斷和決策能力，靈活機(jī) 動(dòng)地完成控制任務(wù)和信息處理任務(wù)。,4、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍,1-45,認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)的基本硬件,補(bǔ)充知識(shí),1-46,1、主板 2、北橋芯片 3、南橋芯片 4、CPU插座 5、內(nèi)存插槽 6、PCI插槽 7、AGP插槽 8、ATA接口,9、 軟驅(qū)接口 10、電源插口及主板供電部分 11、BIOS及電池 12、機(jī)箱前置面板接頭 13、外部

29、接口 14、其他主要芯片,補(bǔ)充知識(shí)：計(jì)算機(jī)主板學(xué)習(xí),1-47,1、主板 一塊主板主要由線路板和它上面的各種元器件組成 。 主板的類(lèi)型和檔次決定著整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的類(lèi)型和檔次，主板的性能影響著整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的性能 。 例如：ATX板型，便于ATX機(jī)箱的風(fēng)扇對(duì)CPU進(jìn)行散熱，而且板上的很多外部端口都被集成在主板上。,計(jì)算機(jī)主板,1-48,芯片組(Chipset)是主板的核心組成部分，按照在主板上的排列位置的不同，通常分為北橋芯片和南橋芯片。 2.北橋芯片 北橋芯片一般提供對(duì)CPU的類(lèi)型和主頻、內(nèi)存的類(lèi)型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC糾錯(cuò)等支持，通常在主板上接近CPU插槽的位置，由于此類(lèi)芯

30、片的發(fā)熱量一般較高，所以在此芯片上裝有散熱片。 3.南橋芯片 南橋芯片主要用來(lái)與I/O設(shè)備及ISA設(shè)備相連，并負(fù)責(zé)管理中斷及DMA通道，讓設(shè)備工作得更順暢。,計(jì)算機(jī)主板,1-49,4.CPU插座 CPU插座就是主板上安裝處理器的地方。 主流的CPU插座主要有： Socket AM2 Socket S1 Socket F Socket 771 Socket 479 Socket 775 Socket 754 Socket 939 Socket 940 Socket 603 Socket 604 Socket 478 Socket A Socket 423 Socket 370 SLOT 1 SL

31、OT 2 SLOT A Socket 7,計(jì)算機(jī)主板,雙核：一個(gè)CPU芯片有兩個(gè)內(nèi)核 雙路：一臺(tái)計(jì)算機(jī)有兩個(gè)CPU芯片,1-50,5.內(nèi)存插槽,內(nèi)存插槽是主板上用來(lái)安裝內(nèi)存的地方。 不同的內(nèi)存插槽它們的引腳，電壓，性能功能都是不盡相同的，不同的內(nèi)存在不同的內(nèi)存插槽上不能互換使用。,計(jì)算機(jī)主板,早期的SIMM 單列直插內(nèi)存模塊 （Single Inline Memory Module） 內(nèi)存條通過(guò)金手指與主板連接， 內(nèi)存條正反兩面都帶有金手指。,目前的DIMM 雙列直插內(nèi)存模塊 （Dual Inline Memory Module） 與SIMM類(lèi)似，只是金手指兩端 不像SIMM那樣是互通的，各自 獨(dú)立傳輸信號(hào)滿足更多傳送需要。,1-51,6.PCI插槽,PCI總線插槽 (peripheral component interconnect) 它是由Intel公司推出的一種局部總線。它定義了32位數(shù)據(jù)總線，且可擴(kuò)展為64位。 它為顯卡、聲卡、網(wǎng)卡、電視卡、MODEM等設(shè)備提供了連接接口. 它的基本工作頻率為33MHz， 最大傳輸速率可達(dá)132