計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)第1章.ppt

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21世紀(jì)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)教育實(shí)用規(guī)劃教材,計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)（ISBN9787302160564）張鈞良編著2008年2月出版,總目錄,第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述第2章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件組成第3章指令系統(tǒng)第4章存儲(chǔ)系統(tǒng)第5章匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)第6章計(jì)算機(jī)總線技術(shù)第7章計(jì)算機(jī)與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?章外圍設(shè)備接口第9章外圍設(shè)備第10章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬件,上一頁(yè),第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述,上一頁(yè),1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概念1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和工作原理1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展及分類1.4計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和主要技術(shù)指標(biāo)1.5計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域本章小結(jié),目錄,上一頁(yè),1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概念,1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本概念1.1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三個(gè)層次,上一頁(yè),計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其所組成的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)緊密相關(guān).某些硬件的功能可以由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，而某些軟件的功能又可能由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中軟件和硬件之間的關(guān)系是:計(jì)算機(jī)軟件隨硬件技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展，反過(guò)來(lái)，軟件的不斷發(fā)展與完善，又促進(jìn)了硬件的新發(fā)展，兩者的發(fā)展密切地交織著。在實(shí)際發(fā)展中，計(jì)算機(jī)某些硬件的功能往往發(fā)展為由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，而某些軟件的功能又演變由硬件去實(shí)現(xiàn)。,1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本概念,上一頁(yè),微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中從局部到全局有三個(gè)層次：微處理器—微型計(jì)算機(jī)—微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。⒈微處理器（Microprocessor）:是組成微型計(jì)算機(jī)的核心部件。是把算術(shù)邏輯部件ALU（ArithmeticLogicUnit）、控制部件（ControlUnit）和寄存器組（Registers）等制作在一塊集成電路中的芯片，也叫中央處理單元或中央處理器（簡(jiǎn)稱CPU）。⒉微型計(jì)算機(jī)（MicroComputer）:是以微處理器為核心，加上由大規(guī)模集成電路制作的RAM和ROM存儲(chǔ)器芯片、輸入/輸出接口芯片和系統(tǒng)總線等組成的計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱微型機(jī)或微機(jī)。⒊微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（MicroComputerSystem）:是由微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、外圍設(shè)備、電源等組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。,上一頁(yè),1.1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三個(gè)層次,在上述三個(gè)層次中，單純的微處理器不是計(jì)算機(jī)，單純的微型計(jì)算機(jī)也不是完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它們都不能獨(dú)立工作。只有微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)才是完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，才具有實(shí)用意義，才能夠正常工作。單片機(jī)的概念：是把微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件、控制部件、內(nèi)存儲(chǔ)器和輸入輸出接口電路、系統(tǒng)總線等制作在一塊集成電路芯片上。單片機(jī)往往用于家電產(chǎn)品上，作程序控制使用，如微電腦控制的洗衣機(jī)。,上一頁(yè),1.1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三個(gè)層次（續(xù)1）,1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和工作原理,1.2.1馮諾依曼結(jié)構(gòu)1.2.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成1.2.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本工作原理,上一頁(yè),馮諾依曼結(jié)構(gòu)為現(xiàn)代電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)基本上仍然沿用這一基本思想。馮諾依曼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：⑴計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。⑵數(shù)據(jù)和程序都以二進(jìn)制代碼的形式不加區(qū)別地存放在存儲(chǔ)器中，存放位置由地址指定，地址碼也以二進(jìn)制代碼形式表示。⑶控制器是根據(jù)存放在存儲(chǔ)器中的指令序列即程序來(lái)工作的，并由一個(gè)程序計(jì)數(shù)器（即指令地址計(jì)數(shù)器）控制指令的執(zhí)行?？刂破骶哂信袛嗄芰?，能根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇不同的動(dòng)作流程。馮諾依曼結(jié)構(gòu)的核心思想是“存儲(chǔ)程序”，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，便于控制，實(shí)現(xiàn)容易。,上一頁(yè),1.2.1馮諾依曼結(jié)構(gòu),一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件（Hardware）是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)際裝置的總稱。軟件（Software）則是指在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的所有程序及其文檔資料，包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。,上一頁(yè),1.2.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成,從外觀上看，微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件主要包括五大部分：⑴主機(jī)箱：計(jì)算機(jī)中幾乎所有的重要部件都在主機(jī)箱中，如中央處理器（CPU）、主板、內(nèi)存儲(chǔ)器、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器（CD-ROM或DVD-ROM）、聲卡、顯示卡，以及電源等。⑵顯示器：是微機(jī)系統(tǒng)必須配備的信息輸出設(shè)備。⑶鍵盤(pán)：是計(jì)算機(jī)重要的信息輸入設(shè)備，是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必配的外部設(shè)備。⑷鼠標(biāo)器：是現(xiàn)代微機(jī)必不可少的輸入設(shè)備。⑸音箱：計(jì)算機(jī)的發(fā)音設(shè)備。,上一頁(yè),⒈微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件的組成成分,⑴主板（mainboard）：是PC機(jī)硬件系統(tǒng)的核心。它的作用是將計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有機(jī)地整合在一起。CPU、內(nèi)存儲(chǔ)器、顯示卡和聲卡等直接安插在主板上，硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、光驅(qū)、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)器等外部設(shè)備則通過(guò)纜線、接口與主板相連，主板上還安裝了組成計(jì)算機(jī)的主要電路系統(tǒng)，如I/O控制芯片、鍵盤(pán)和面板控制開(kāi)關(guān)接口、指示燈接插件、擴(kuò)充插槽、主板及插卡的直流電源供電接插件等元件。⑵CPU：計(jì)算機(jī)的核心部件。主要是用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算、處理和控制，CPU的好壞，往往反映出整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的高低。,上一頁(yè),⒉主機(jī)箱內(nèi)安裝的主要部件,⑶內(nèi)存儲(chǔ)器：計(jì)算機(jī)的重要組成部分，是微機(jī)運(yùn)行程序時(shí)用于快速存放程序和數(shù)據(jù)的載體，它都是由半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)的圖形輸出。顯示卡負(fù)責(zé)將CPU送來(lái)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(jiǎn)稱顯卡，又稱圖形加速卡，它是我們從微機(jī)中獲取圖形、圖像信息的最重要途徑。,上一頁(yè),⒉主機(jī)箱內(nèi)安裝的主要部件（續(xù)1）,⑸聲卡：聲卡是計(jì)算機(jī)的發(fā)音設(shè)備，它與計(jì)算機(jī)箱內(nèi)置的小喇叭不一樣，小喇叭是用來(lái)發(fā)出某些警告或提示信號(hào)的，而聲卡則是為多媒體計(jì)算機(jī)配置的?，F(xiàn)在的微機(jī)幾乎都是多媒體計(jì)算機(jī)，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(pán)：硬盤(pán)是一種用來(lái)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的外部設(shè)備，被稱為數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。硬盤(pán)里面存放著計(jì)算機(jī)的靈魂——軟件，包括操作系統(tǒng)和各種各樣的應(yīng)用軟件。硬盤(pán)的存儲(chǔ)容量可以說(shuō)是目前存儲(chǔ)器中最大的存儲(chǔ)設(shè)備，存儲(chǔ)量可高達(dá)幾百GB。⑺軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器：軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器曾是微機(jī)中常用的外存儲(chǔ)設(shè)備，一般簡(jiǎn)稱為軟驅(qū)，用來(lái)存儲(chǔ)用戶運(yùn)行的程序和文檔，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸趨于淘汰。,上一頁(yè),⒉主機(jī)箱內(nèi)安裝的主要部件（續(xù)2）,⑻CD-ROM驅(qū)動(dòng)器或DVD-ROM：簡(jiǎn)稱光驅(qū)，是重要的存儲(chǔ)設(shè)備，CD-ROM的容量為650MB。⑼電源：機(jī)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(jī)工作所需要的直流電，它是一種電氣行業(yè)中所說(shuō)的開(kāi)關(guān)電源。微機(jī)電源分為AT、ATX等標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在微機(jī)上普遍使用ATX電源。,上一頁(yè),⒉主機(jī)箱內(nèi)安裝的主要部件（續(xù)3）,⒈存儲(chǔ)程序和程序控制原理存儲(chǔ)程序和程序控制原理是美籍匈牙利科學(xué)家馮諾依曼于1945年提出來(lái)的，是計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)完成運(yùn)算或處理過(guò)程的基礎(chǔ)。現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)仍遵循著這個(gè)原理。存儲(chǔ)程序和程序控制原理的要點(diǎn)是，為解決某個(gè)問(wèn)題，需事先編制好程序，程序可以由高級(jí)語(yǔ)言的語(yǔ)句編寫(xiě)，也可以由機(jī)器指令組成，即程序是由一系列指令組成的。程序輸入計(jì)算機(jī)，存儲(chǔ)在內(nèi)存儲(chǔ)器中(存儲(chǔ)原理)，在運(yùn)行時(shí)，控制器按地址順序取出存放在內(nèi)存儲(chǔ)器中的指令(按地址順序訪問(wèn)指令)，然后分析指令，執(zhí)行指令的功能，遇到轉(zhuǎn)移指令時(shí)，則轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移地址，再按地址順序訪問(wèn)指令（程序控制）。,上一頁(yè),1.2.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本工作原理,⒉計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程可以歸結(jié)為以下幾步：①控制器控制輸入設(shè)備將數(shù)據(jù)和程序由輸入設(shè)備輸入到內(nèi)存儲(chǔ)器；②在控制器指揮下，從存儲(chǔ)器取出指令送入控制器；③控制器分析指令，指揮運(yùn)算器、存儲(chǔ)器執(zhí)行指令規(guī)定的操作；④運(yùn)算結(jié)果由控制器控制送存儲(chǔ)器保存或送輸出設(shè)備輸出；⑤返回到第2步，繼續(xù)取下一條指令，如此反復(fù)，直至程序結(jié)束。,上一頁(yè),1.2.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本工作原理（續(xù)1）,上一頁(yè),指令執(zhí)行過(guò)程的示意圖,,計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的典型工作過(guò)程。⑴控制器中的程序計(jì)數(shù)器通過(guò)地址總線（ABUS）指出指令所在的內(nèi)存單元的地址，同時(shí)通過(guò)控制總線向存儲(chǔ)器發(fā)出準(zhǔn)備讀取數(shù)據(jù)的控制信號(hào)。⑵存儲(chǔ)器中的這一單元被地址線上的地址信號(hào)選中，通過(guò)數(shù)據(jù)總線（DBUS）從存儲(chǔ)器中讀取存放在這一單元中的指令，再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)緩沖寄存器（DR）送入指令寄存器（IR）。⑶指令是一串二進(jìn)制代碼數(shù)據(jù)，包括操作碼和地址碼，操作碼部分被送入指令譯碼器進(jìn)行譯碼，判斷出該指令的操作類型；地址碼部分被判斷出這類操作的操作數(shù)放在什么地址中。,上一頁(yè),1.2.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本工作原理（續(xù)2）,⑷操作控制器把指令譯碼器送來(lái)的操作碼譯碼結(jié)果加工，再加上時(shí)序產(chǎn)生器產(chǎn)生的節(jié)拍脈沖，產(chǎn)生該條指令的操作控制信號(hào)，并有序地發(fā)出去，完成該條指令所應(yīng)完成的功能。⑸如果還需要從存儲(chǔ)器中取出操作數(shù)，則控制器通過(guò)地址總線發(fā)出存放操作數(shù)的內(nèi)存單元地址，同時(shí)通過(guò)控制總線發(fā)出準(zhǔn)備讀出數(shù)據(jù)的控制信號(hào)，然后由控制器通過(guò)數(shù)據(jù)總線將操作數(shù)取出。⑹執(zhí)行指令所規(guī)定的操作。如果是算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算，則由運(yùn)算器（邏輯運(yùn)算單元和累加器等）進(jìn)行處理；如果屬于數(shù)據(jù)傳送類的操作，則由控制器命令進(jìn)行此操作的有關(guān)電路，進(jìn)行傳送。,上一頁(yè),1.2.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本工作原理（續(xù)3）,1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展和分類,上一頁(yè),1.3.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展1.3.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類,一、計(jì)算機(jī)誕生中的三個(gè)第一：世界上第一臺(tái)投入運(yùn)行的電子計(jì)算機(jī)——ENIAC,1946.2,美國(guó)世界上第一臺(tái)按存儲(chǔ)程序控制功能設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)——EDVAC，1946--1950，美國(guó)世界上第一臺(tái)投入運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)程序控制的計(jì)算機(jī)——EDSAC，1947--1949，英國(guó)計(jì)算機(jī)時(shí)代的開(kāi)始：以1951年UNIVAC-Ⅰ投入運(yùn)行為標(biāo)志，第一臺(tái)批量生產(chǎn)的商用計(jì)算機(jī)，從此，計(jì)算機(jī)走向社會(huì)。,上一頁(yè),1.3.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展,二、計(jì)算機(jī)發(fā)展的分代以計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)時(shí)代（1946.2——50年代后期）第二代——晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代（50年代中期——60年代中期）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——70年代初）第四代——大規(guī)模超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代（70年代初——現(xiàn)在）,上一頁(yè),1.3.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展（續(xù)1）,計(jì)算機(jī)第一定律——摩爾定律1965年，美國(guó)人戈登摩爾(GordonMoore)在準(zhǔn)備一個(gè)關(guān)于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器發(fā)展趨勢(shì)的報(bào)告整理資料時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)驚人的趨勢(shì)。每個(gè)新芯片大體上包含其前任兩倍的容量，每個(gè)芯片的產(chǎn)生都是在前一個(gè)芯片產(chǎn)生后的18～24個(gè)月。計(jì)算機(jī)的處理能力相對(duì)于時(shí)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(duì)于性能預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。,上一頁(yè),1.3.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展（續(xù)2）,計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)巨型化微型化網(wǎng)絡(luò)化智能化多媒體計(jì)算機(jī)進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，計(jì)算機(jī)開(kāi)始向“巨”(巨型化)、“微”(微小化)、“網(wǎng)”(計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化)、“智”(計(jì)算機(jī)智能化)、“多”(多媒體計(jì)算機(jī))的方向發(fā)展。,上一頁(yè),1.3.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展（續(xù)3）,是否能夠研制運(yùn)算速度達(dá)每秒幾百億次甚至上萬(wàn)億次、存儲(chǔ)容量很大、并且功能非常強(qiáng)大的巨型計(jì)算機(jī)，是一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力是否強(qiáng)大的標(biāo)志。美國(guó)和日本憑借自己的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，研制了這樣的計(jì)算機(jī)，想以此稱霸世界。1975年世界上第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)“Cray-1”超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用：天氣預(yù)報(bào)、地震機(jī)理研究、石油和地質(zhì)勘探、衛(wèi)星圖像處理、核武器、反導(dǎo)彈武器、空間技術(shù)等要求計(jì)算機(jī)有很高處理速度和很大容量的領(lǐng)域。,上一頁(yè),1.3.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展（續(xù)4）,中國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)：“銀河1號(hào)”、“銀河2號(hào)”、“銀河3號(hào)”；“曙光1000”、“曙光2001”；“神威Ⅰ”；中國(guó)制造成功近萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)——2002年8月29日，名為“深騰1800”的萬(wàn)億次（1.0TFLOP/s）聯(lián)想高性能計(jì)算機(jī)誕生。2004年由曙光公司研制成功曙光4000A，運(yùn)算速度達(dá)到8.061萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算，蜂值運(yùn)算速度可達(dá)到每秒11.264萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算。使我國(guó)成為世界上為數(shù)不多的能研制巨型計(jì)算機(jī)的國(guó)家之一?！吧裢瘛焙汀吧铗v1800”的研制成功，是我國(guó)在巨型計(jì)算機(jī)研制和應(yīng)用領(lǐng)域取得的重大成果，是中國(guó)IT企業(yè)群體發(fā)展歷程中的一塊里程碑。它標(biāo)志著中國(guó)成為繼美國(guó)、日本之后，世界上第三個(gè)具備研制高性能計(jì)算機(jī)能力的國(guó)家。。,上一頁(yè),1.3.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展（續(xù)5）,按照處理的信息形式分：可分為數(shù)字計(jì)算機(jī)和模擬計(jì)算機(jī)。按照用途及使用范圍，可分為通用機(jī)和專用機(jī)。按字長(zhǎng)分：還可把計(jì)算機(jī)分為8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)和64位機(jī)等按照計(jì)算機(jī)的規(guī)模、運(yùn)算速度、使用范圍等綜合考慮，可以把計(jì)算機(jī)分為：高性能計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)（PC機(jī)）、工作站、服務(wù)器、嵌入式計(jì)算機(jī)等。,上一頁(yè),1.3.2計(jì)算機(jī)的分類,⒈高性能計(jì)算機(jī)：高性能計(jì)算機(jī)是指處理量大、運(yùn)算速度快的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的高尖端產(chǎn)品，是現(xiàn)代大型建設(shè)與研究項(xiàng)目的必備條件。高性能計(jì)算機(jī)也有高、中、低檔之分，中檔系統(tǒng)近年來(lái)市場(chǎng)發(fā)展最快。從應(yīng)用與市場(chǎng)角度來(lái)劃分，中高檔系統(tǒng)可分為兩種，一種叫超級(jí)計(jì)算機(jī)，主要是用于科學(xué)工程計(jì)算及專門(mén)的設(shè)計(jì)，如CrayT3E；另一種叫超級(jí)服務(wù)器，可以用來(lái)支持計(jì)算、事務(wù)處理、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與服務(wù)，如IBM的SP和國(guó)產(chǎn)的曙光2000。美國(guó)能源部的加速戰(zhàn)略計(jì)算ASCI計(jì)劃，目標(biāo)是構(gòu)造100萬(wàn)億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、軟件和算法。最新的Ultrascale計(jì)劃目標(biāo)在2010年研制萬(wàn)萬(wàn)億次級(jí)系統(tǒng)。,上一頁(yè),1.3.2計(jì)算機(jī)的分類（續(xù)1）,近年來(lái)，我國(guó)在高性能計(jì)算機(jī)的研發(fā)方面也取得了很大的成績(jī)，推出了“曙光”、“聯(lián)想”等代表國(guó)內(nèi)最高水平的高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵領(lǐng)域得到了應(yīng)用。聯(lián)想公司2003年研發(fā)的安裝在中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心的深騰6800用了1024顆Intel公司的Itanium2處理器，實(shí)際運(yùn)算速度為每秒4.148萬(wàn)次，蜂值運(yùn)算速度達(dá)到每秒5.324萬(wàn)億次。2004年安裝在上海超級(jí)計(jì)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(yùn)算速度達(dá)到8.061萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算，蜂值運(yùn)算速度可達(dá)到每秒11.264萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算。,上一頁(yè),1.3.2計(jì)算機(jī)的分類（續(xù)2）——高性能計(jì)算機(jī),⒉微型計(jì)算機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)）⒊工作站（workstation）：是一種介于微型機(jī)與小型機(jī)之間的高檔微機(jī)系統(tǒng)，它具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算與圖形、圖像處理能力。工作站主要面向的是專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，主要有工程設(shè)計(jì)、動(dòng)畫(huà)制作、科學(xué)研究、軟件開(kāi)發(fā)、金融管理、信息服務(wù)、模擬仿真等。⒋服務(wù)器：是一種在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下為多個(gè)用戶提供服務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。根據(jù)提供的服務(wù)，服務(wù)器可以分為文件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和通信服務(wù)器等。⒌嵌入式計(jì)算機(jī)：嵌入式計(jì)算機(jī)是指作為一個(gè)信息處理部件，嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)之中的計(jì)算機(jī)。,上一頁(yè),1.3.2計(jì)算機(jī)的分類（續(xù)3）,1.4計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和主要技術(shù)指標(biāo),上一頁(yè),1.4.1計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)1.4.2計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo),1.通用數(shù)字計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)處理速度快——計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度以MIPS衡量計(jì)算精度高——主要取決于計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)記憶能力強(qiáng)——有存儲(chǔ)器可靠的邏輯判斷能力——能進(jìn)行邏輯運(yùn)算可靠性高、通用性強(qiáng),上一頁(yè),1.4.1計(jì)算機(jī)的特點(diǎn),2.微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)體積小，重量輕價(jià)格便宜，成本低使用方便，運(yùn)行可靠對(duì)運(yùn)行環(huán)境無(wú)特殊要求——但對(duì)機(jī)器周圍的環(huán)境，應(yīng)保持一定的溫度、濕度、及空氣潔凈度。,上一頁(yè),1.4.1計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)（續(xù)1）,⒈主頻：主頻即時(shí)鐘頻率，是指CPU在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)，它在很大程度上決定了計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。其單位是兆赫茲(MHz)，P4的主頻在1GHz以上。⒉運(yùn)行速度：運(yùn)行速度是一項(xiàng)綜合性的性能指標(biāo)，其單位是MIPS(百萬(wàn)條指令/秒)。⒊字長(zhǎng)：字長(zhǎng)是指計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件能同時(shí)處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。字長(zhǎng)決定了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算精度，字長(zhǎng)長(zhǎng)，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算精度就高。⒋存儲(chǔ)容量：計(jì)算機(jī)能存儲(chǔ)的信息總字節(jié)量稱為該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量，內(nèi)存儲(chǔ)器中能存儲(chǔ)的信息總字節(jié)數(shù)稱為內(nèi)存容量。單位是MB（兆字節(jié)）、GB（吉字節(jié)）和TB（太字節(jié)）。,上一頁(yè),1.4.2計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo),⒌存取周期：存儲(chǔ)器進(jìn)行一次“讀”或“寫(xiě)”操作所需的時(shí)間稱為存儲(chǔ)器的訪問(wèn)時(shí)間(或讀寫(xiě)時(shí)間)，而連續(xù)啟動(dòng)兩次獨(dú)立的“讀”或“寫(xiě)”操作(如連續(xù)的兩次“讀”操作)所需的最短時(shí)間，稱為存取周期(或存儲(chǔ)周期)。⒍其他指標(biāo)：機(jī)器的兼容性(包括數(shù)據(jù)和文件的兼容、程序兼容、系統(tǒng)兼容和設(shè)備兼容)，系統(tǒng)的可靠性(平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF)，系統(tǒng)的可維護(hù)性(平均修復(fù)時(shí)間MTTR)，機(jī)器允許配置的外部設(shè)備的最大數(shù)目，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的漢字處理能力，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)功能等。性能/價(jià)格比是一項(xiàng)綜合性評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)性能的指標(biāo)。,上一頁(yè),1.4.2計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)（續(xù)1）,1.5計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域,上一頁(yè),1.5.1科學(xué)計(jì)算1.5.2數(shù)據(jù)處理1.5.1過(guò)程控制1.5.2計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)1.5.1計(jì)算機(jī)通信,上一頁(yè),1.5.1科學(xué)計(jì)算,計(jì)算機(jī)最早應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算方面，這主要是指計(jì)算機(jī)應(yīng)用于完成科學(xué)研究和工程技術(shù)中所提出的數(shù)學(xué)問(wèn)題(數(shù)值計(jì)算)。在科學(xué)技術(shù)和工程設(shè)計(jì)中，有各類復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算問(wèn)題，比如核反應(yīng)方程式、衛(wèi)星軌道、材料結(jié)構(gòu)受力分析等的計(jì)算，飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁等的設(shè)計(jì)。這些問(wèn)題計(jì)算工作量很大，用一般的計(jì)算工具，靠人工來(lái)計(jì)算是不可想象的，用高速、大型計(jì)算機(jī)，就能快速、及時(shí)、準(zhǔn)確地獲得計(jì)算結(jié)果。早期的計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算方面，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的普及，科學(xué)計(jì)算方面的比重在逐年下降，但至今仍是一個(gè)主要的應(yīng)用方面。對(duì)用于科學(xué)計(jì)算方面的計(jì)算機(jī)要求其速度快、精度高，存儲(chǔ)容量相對(duì)也要求大。,上一頁(yè),1.5.2數(shù)據(jù)處理,數(shù)據(jù)處理，泛指非科技工程方面的所有計(jì)算、管理和任何形式數(shù)據(jù)資料的處理，包括辦公自動(dòng)化(OA)、管理信息系統(tǒng)(MIS)、專家系統(tǒng)(ES)等。例如企業(yè)管理、庫(kù)存管理、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、情報(bào)檢索、公文函件處理等等，特點(diǎn)是要處理的原始數(shù)據(jù)量大，而算術(shù)運(yùn)算較簡(jiǎn)單，有大量的邏輯運(yùn)算與判斷，結(jié)果要求以表格或文件形式存儲(chǔ)、輸出。在以后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，數(shù)據(jù)和事務(wù)處理仍是計(jì)算機(jī)，特別是微型計(jì)算機(jī)的最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。由于數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)量大，要求計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)容量大，速度則不怎么要求，并且往往要求聯(lián)網(wǎng)。,上一頁(yè),1.5.3過(guò)程控制,計(jì)算機(jī)應(yīng)用于控制。由于所測(cè)量的往往是重量、溫度、位移等物理量，這些物理量經(jīng)過(guò)一次儀表轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍问降哪M量，然后需要把這些模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理或計(jì)算。計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果是數(shù)字量，一般要將它們轉(zhuǎn)換成模擬量才能去控制對(duì)象。因此，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，需有專門(mén)的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換設(shè)備和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換設(shè)備(稱為D/A轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換)。把計(jì)算機(jī)用于生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)控制，可大大提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期。,上一頁(yè),1.5.4計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng),計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)有：計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(CAI)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試(CAT)計(jì)算機(jī)集成制造(CIMS)等系統(tǒng),上一頁(yè),1.5.5計(jì)算機(jī)通信,計(jì)算機(jī)通信是近幾年迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)重要的計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了計(jì)算機(jī)通信應(yīng)用業(yè)務(wù)的開(kāi)展。目前，完善計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和加強(qiáng)國(guó)際間信息交流已成為世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步的戰(zhàn)略措施之一，因而世界各國(guó)都特別重視計(jì)算機(jī)通信的應(yīng)用。多媒體技術(shù)的發(fā)展，給計(jì)算機(jī)通信注入了新的內(nèi)容，使計(jì)算機(jī)通信由單純的文字?jǐn)?shù)據(jù)通信擴(kuò)展到音頻、視頻和活動(dòng)圖像的通信。Internet的迅速普及，將使計(jì)算機(jī)通信進(jìn)入高速發(fā)展的階段。,本章概要的介紹了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概念，主要的要點(diǎn)有：⑴微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三個(gè)層次。⑵馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的基本設(shè)計(jì)思想是存儲(chǔ)程序和程序控制。⑶硬件和軟件在一定的條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。⑷計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了4個(gè)階段。⑸計(jì)算機(jī)的分類。⑹計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)。⑺計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。⑻計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成如下圖所示。,上一頁(yè),本章小結(jié),上一頁(yè),本章小結(jié),第1章結(jié)束TheEnd,謝謝！！,上一頁(yè),