计算机系统概论精选文档.ppt
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1、计算机系统概论本讲稿第一页,共四十四页什么是计算机?n计算机是一种不需要人的直接干预而能自动完成各种算术和逻辑运算的工具。(1)以电子器件为物质基础:电子数字计算机以电子器件为物质基础:电子数字计算机(2)不需要人直接干预:自动化(存储程序为基础)不需要人直接干预:自动化(存储程序为基础)(3)数字化信息:二进制(计算机能够具有逻辑判数字化信息:二进制(计算机能够具有逻辑判断和处理能力的基础)断和处理能力的基础)(4)算逻运算:基本运算操作是算术和逻辑运算算逻运算:基本运算操作是算术和逻辑运算(5)快速工具:(快速工具:(A)电子器件电子器件B)存储程序存储程序本讲稿第二页,共四十四页1.11
2、.1计算机的分类和应用计算机的分类和应用n电子模拟计算机电子模拟计算机:用连续变化的量(如:用连续变化的量(如电压、电流等)表示数值的计算机;精电压、电流等)表示数值的计算机;精度低,能力有限,应用范围小。度低,能力有限,应用范围小。n电子数字计算机电子数字计算机:用离散变化的数字表:用离散变化的数字表示数量大小的计算机。其特点是按位运示数量大小的计算机。其特点是按位运算。算。本讲稿第三页,共四十四页数字计算机与模拟计算计的主要区别数字计算机与模拟计算计的主要区别比较内容比较内容数字计算机数字计算机模拟计算机模拟计算机数据表示方式数据表示方式数字数字0和和1电压、电流等电压、电流等计算方式计算
3、方式数字计算数字计算电量组合和测量值电量组合和测量值控制方式控制方式程序控制程序控制模拟信号组合控制模拟信号组合控制精度、抗干扰性精度、抗干扰性高、好高、好低、差低、差数据存储量数据存储量大大小、几乎无小、几乎无逻辑判断能力逻辑判断能力强强无无本讲稿第四页,共四十四页数字计算机:数字计算机:专用计算机和通用计算机专用计算机和通用计算机n专专用用和和通通用用是是根根据据计计算算机机的的效效率率、速速度度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。价格、运行的经济性和适应性来划分的。n专专用用计计算算机机是是最最有有效效、最最经经济济和和最最快快速速的的计算机,但是它的适应性很差。计算机,但是它的适应性
4、很差。n通用计算机适应性很大,但牺牲了效率速通用计算机适应性很大,但牺牲了效率速度和经济性度和经济性。本讲稿第五页,共四十四页通用计算机通用计算机6 6大类大类n通通用用计计算算机机又又可可分分为为巨巨型型机机、大大型型机机、中中型型机机、小小型型机机、微微型型机机、单单片片机机等等,其其区区别别在在于于体体积积、简简易易性性、功功耗耗、性性能能指指标标、数数据据存存储储容容量量、指指令令系系统统规规模和机器价格。模和机器价格。n一一般般来来说说,巨巨型型计计算算机机主主要要用用于于科科学学计计算算,其其运运算算速速度度在在每每秒秒万万亿亿次次以以上上,数数据据存存储储量量大大,结结构构复复杂
5、杂,价价格昂贵。格昂贵。n单片计算机是只用一片集成电路作成的计算机,体积小,单片计算机是只用一片集成电路作成的计算机,体积小,结构简单,性能指标较低,价格便宜结构简单,性能指标较低,价格便宜。本讲稿第六页,共四十四页通用计算机类别通用计算机类别本讲稿第七页,共四十四页计算机分类巨型机大型机中型机小型机微型机单片机通用计算机专用计算机模拟电子计算机数字电子计算机本讲稿第八页,共四十四页应用领域应用领域 n科学计算科学计算n自动控制自动控制n信息处理信息处理n测量和测试测量和测试n教育和卫生教育和卫生n家用电器家用电器n人工智能人工智能 本讲稿第九页,共四十四页计算机的主要特性n快速性快速性n通用
6、性:任务通用性:任务-算术逻辑操作算术逻辑操作-指令指令n准确性:数字化准确性:数字化n逻辑性逻辑性本讲稿第十页,共四十四页1.2计算机硬件的组成计算机硬件的组成 本讲稿第十一页,共四十四页 第一台电子计算机(第一台电子计算机(ENIACENIAC)每秒执行每秒执行5000次加法或次加法或400次乘法次乘法体重体重28吨吨占地占地170M217,468 真空管真空管7,200水晶水晶 二极二极管管,1,500 中转中转,70,000 电阻器电阻器,10,000 电容器,电容器,1500继电器,继电器,6000多个开关多个开关耗电耗电150KW造价造价48万美元万美元十进制十进制计算机发展史计算
7、机发展史本讲稿第十二页,共四十四页Von Neumann本讲稿第十三页,共四十四页EDVAC计算机nEDVAC(Electronic Discrete variable Automatic Computer),离散变量自动电子计算机n第一台现代意义的通用计算机n共使用大约6000个电子管和大约12000个二极管,功率为56KW,占地面积45.5平方米,重7850KG,使用时需要三十个技术人员同时操作。本讲稿第十四页,共四十四页冯.诺依曼计算机n1945年冯诺依曼以关于EDVAC的报告草案为题,起草了长达101页的总结报告。报告广泛而具体地介绍了制造电子计算机和程序设计的新思想。这份报告是计算机
8、发展史上一个划时代的文献,它向世界宣告:电子计算机的时代开始了。n设计思想之一是二进制,他根据电子元件双稳工作的特点,建议在电子计算机中采用二进制。报告提到了二进制的优点,并预言,二进制的采用将大简化机器的逻辑线路。nEDVAC方案明确奠定了新机器由五个部分组成,包括:运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备,并描述了这五部分的职能和相互关系n这种体系结构一直延续至今,现在使用的计算机,其基本工作原理仍然是存储程序和程序控制,所以现在一般计算机被称为冯诺依曼结构计算机。本讲稿第十五页,共四十四页外围设备HOST存储器输入设备输出设备CPU运算器控制器计算机硬件系统的组成n运算器:完成算术运
9、算,逻辑运算n控制器:控制指令的执行序列,根据指令的功能给出实现指令功能所需的控制信号n主存储器:存放程序及数据n输入设备n输出设备BUS本讲稿第十六页,共四十四页类型类型时期时期主要器件主要器件重重 要要 特特 征征第第1代代 1946-1958电子管电子管机器语言,汇编语言。速度低,体积机器语言,汇编语言。速度低,体积大,价格昂贵,可靠性差,用于科学大,价格昂贵,可靠性差,用于科学计算。计算。速度达几千次到几万次速度达几千次到几万次第第2代代 1958-1964晶体管晶体管算法语言,操作系统。体积缩小,可算法语言,操作系统。体积缩小,可靠性提高。从科学计算到数据处理。靠性提高。从科学计算到
10、数据处理。每秒几万次到几十万次每秒几万次到几十万次第第3代代 1964-1971中小规模集中小规模集成电路成电路体积小,可靠性大大提高,速度达几体积小,可靠性大大提高,速度达几百万次,软件技术和外设发展迅速应百万次,软件技术和外设发展迅速应用领域不断扩大。用领域不断扩大。第第4代代 1971-1986大大/超大规超大规模集成电路模集成电路速度提高至几千万次速度提高至几千万次出现微型计算机出现微型计算机第第5代代 1986-巨大规模集巨大规模集成电路成电路速度提高至几亿次乃至上百亿次。速度提高至几亿次乃至上百亿次。出现单片机出现单片机计算机的发展史本讲稿第十七页,共四十四页摩尔定律v早早 在在1
11、9641964年年,英英 特特 尔尔 公公 司司 创创 始始 人人 戈戈 登登.摩摩 尔尔(Gordon Gordon MooreMoore)在在一一篇篇很很短短的的论论文文里里断断言言:每每1818个个月月,集集成成电电路路的的性性能能将将提提高高一一倍倍,而而其其价价格格将将降降低低一一半半。这这就就是是著著名名的的摩摩尔尔定定律律。作作为为迄迄今今为为止止半半导导体体发发展展史史上上意意义义最最深深远远的的定定律律,摩摩尔尔定定律律被被集集成成电电路路近近4040年年的的发发展展历历史史准准确确无无误地验证着。误地验证着。本讲稿第十八页,共四十四页Top500(2010.11.16)To
12、p500(2010.11.16)中国天河中国天河-1A-1A计算机发展史计算机发展史天河-1A峰值速度2.67 petaflop/s(1petaflop=1千万亿次)本讲稿第十九页,共四十四页Top500(2011.6.21)Top500(2011.6.21)日本日本“京京”(K Computer)(K Computer)计计算机算机计算机发展史计算机发展史实际最大性能为8.162PFlops(8.162千万亿次),峰值性能8.77363PFlops 系统总功耗为9898.56千瓦 计算效率高达惊人的93.0 本讲稿第二十页,共四十四页运运 算算 器器控控 制制 器器主存储器主存储器输入设备输
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