第1章计算机系统概论.ppt

《第1章计算机系统概论.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第1章计算机系统概论.ppt（28页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、计算机应用基础课件1第第1章章 计算机系统概论计算机系统概论2第第1章内容概要章内容概要31.1 计算机概述4计算机的概念计算机的概念51.1.1 计算机发展简史n图灵图灵1936年从计算一个数的一般过程着手对计算的本质进行年从计算一个数的一般过程着手对计算的本质进行了研究，提出了一种理想的计算机的数学模型：图灵机了研究，提出了一种理想的计算机的数学模型：图灵机（TM）。）。n图灵机并不是具体的机器，而是一个通用的计算机模型。目图灵机并不是具体的机器，而是一个通用的计算机模型。目前已成为计算机科学中可计算理论和计算复杂性理论的基础。前已成为计算机科学中可计算理论和计算复杂性理论的基础。n根据图

2、灵的研究，所谓计算就是计算者（人或机器）对一条根据图灵的研究，所谓计算就是计算者（人或机器）对一条两端可无限延长的磁带上的一串两端可无限延长的磁带上的一串0和和1进行操作，一步一步地进行操作，一步一步地改变磁带上的改变磁带上的0或或1，经过有限步骤，最后得到一个满足预先，经过有限步骤，最后得到一个满足预先规定的符号串的变换过程。规定的符号串的变换过程。n图灵机用形式化方法成功地表述了计算这一过程的本质。图灵机用形式化方法成功地表述了计算这一过程的本质。6n1946年年2月，美国宾夕法尼亚大学研制出了第一台电子数字积月，美国宾夕法尼亚大学研制出了第一台电子数字积分计算机分计算机ENIAC埃尼阿克

3、埃尼阿克（Electronic Numerical Integrator and Calculator）.如图如图1.1所示。它标志着第一代所示。它标志着第一代计算机的诞生。计算机的诞生。nENIAC使用了使用了18800只电子管，只电子管，1500多个继电器，耗电多个继电器，耗电150千瓦，占地面积千瓦，占地面积150平方米，重量达平方米，重量达30吨，每秒钟只能完成吨，每秒钟只能完成5000次加法运算。次加法运算。n在第一台计算机在第一台计算机ENIAC的研制过程中，冯的研制过程中，冯诺依曼仔细分析了诺依曼仔细分析了该计算机存在的问题，于该计算机存在的问题，于1953年年3月提出了一个全新

4、的通用计月提出了一个全新的通用计算机方案算机方案EDVAC埃德瓦克埃德瓦克（electronic discrete variable automatic computer）方案。）方案。7n计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个基个基本部分组成；本部分组成；n采用二进制形式表示计算机的指令和数据；采用二进制形式表示计算机的指令和数据；n将程序（由一系列指令组成）和数据存放在存储器中，并让计将程序（由一系列指令组成）和数据存放在存储器中，并让计算机自动地执行程序算机自动地执行程序这就是这就是“存储程序和程序控制存储程序和程序控制”

5、思想思想的基本含义。的基本含义。8n第第1代计算机：代计算机：电子管计算机，采用电子管作为计算机的逻辑元电子管计算机，采用电子管作为计算机的逻辑元件，内存储器为水银延迟线，外存储器为磁鼓、纸带、卡片等。件，内存储器为水银延迟线，外存储器为磁鼓、纸带、卡片等。n第第2代计算机：代计算机：晶体管电路计算机，采用晶体管制作计算机的逻晶体管电路计算机，采用晶体管制作计算机的逻辑元件，内存储器多为磁芯存储器，外存储器为磁盘、磁带等。辑元件，内存储器多为磁芯存储器，外存储器为磁盘、磁带等。n第第3代计算机：代计算机：基本电子元器件由集成电路（基本电子元器件由集成电路（Integrated Circuit，

6、IC）构成。）构成。n第第4代计算机：代计算机：采用大规模集成电路（采用大规模集成电路（large scale integration，LSI）和超大规模集成电路（）和超大规模集成电路（very large scale integration，VLSI）技术，在硅半导体基片上集成几百到几）技术，在硅半导体基片上集成几百到几千甚至几万个以上的电子元器件。千甚至几万个以上的电子元器件。9n我国最早的研制出的计算机是我国最早的研制出的计算机是1958年的年的103小型数字计算机和小型数字计算机和1959年研制出的年研制出的104大型通用数字计算机大型通用数字计算机 第一代计算机。第一代计算机。n第二

7、代计算机研制和产生于第二代计算机研制和产生于20世纪世纪60年代，年代，1965年研制成功年研制成功第第1台晶体管计算机台晶体管计算机DJS-5小型机，随后又研制成功并小批量生小型机，随后又研制成功并小批量生产产121、108等等5种晶体管计算机。种晶体管计算机。n我国于我国于1965年开始研究第年开始研究第3代计算机，并于代计算机，并于 1973年研制成功年研制成功了集成电路的大型计算机了集成电路的大型计算机150计算机。计算机。n1977年年4月我国研制成功第一台微型计算机月我国研制成功第一台微型计算机DJS-050，n1983年，国防科技大学研制成功的银河年，国防科技大学研制成功的银河I

8、号是我国自行研制号是我国自行研制的第的第1台亿次运算计算机系统，台亿次运算计算机系统，1992年银河年银河号计算能力达号计算能力达每秒每秒10亿次。亿次。1997年银河年银河号计算能力达每秒号计算能力达每秒100亿次。亿次。10n1999年年9月，神威月，神威-I号并行计算机峰值运算速度达到每秒号并行计算机峰值运算速度达到每秒3840亿次亿次n2004年年6月，面向网格环境的曙光月，面向网格环境的曙光4000A，具有，具有11万亿次浮万亿次浮点运算能力，位列世界高性能计算机点运算能力，位列世界高性能计算机TOP500第十名第十名n2008年年6月，曙光月，曙光5000A峰值速度峰值速度233.

9、47万亿次万亿次n2009年年10月，天河月，天河1号（号（TH1）计算机峰值速度）计算机峰值速度1206万万亿次。亿次。图1.2 曙光4000L机型TH111n巨型化是指发展高速、大存储量和强功能的巨型计算机。巨型化是指发展高速、大存储量和强功能的巨型计算机。n微型化是指利用微电子技术和超大规模集成电路技术，把计算微型化是指利用微电子技术和超大规模集成电路技术，把计算机的体积进一步缩小，价格进一步降低。机的体积进一步缩小，价格进一步降低。n智能化使计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力，使计算智能化使计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力，使计算机成为智能计算机。这也是目前正在研制的新一代计

10、算机要实机成为智能计算机。这也是目前正在研制的新一代计算机要实现的目标。现的目标。n计算机网络化，是指用现代通信技术和计算机技术把分布在不计算机网络化，是指用现代通信技术和计算机技术把分布在不同地点的计算机互联起来，组成一个规模大、功能强、可以互同地点的计算机互联起来，组成一个规模大、功能强、可以互相通信的网络结构。相通信的网络结构。n多媒体计算机就是利用计算机技术、通信技术和大众传播技术，多媒体计算机就是利用计算机技术、通信技术和大众传播技术，来综合处理多种媒体信息的计算机。来综合处理多种媒体信息的计算机。121.1.2 计算机的分类n通用计算机广泛适用于一般科学运算、学术研究、工程设计和通

11、用计算机广泛适用于一般科学运算、学术研究、工程设计和数据处理等，具有功能多、配置全、用途广、通用性强的特点，数据处理等，具有功能多、配置全、用途广、通用性强的特点，市场上销售的计算机多属于通用计算机。市场上销售的计算机多属于通用计算机。n专用计算机是为适应某种特殊需要而设计的计算机，通常增强专用计算机是为适应某种特殊需要而设计的计算机，通常增强了某些特定功能，忽略一些次要要求，所以专用计算机能高速了某些特定功能，忽略一些次要要求，所以专用计算机能高速度、高效率地解决特定问题，具有功能单纯、使用面窄甚至专度、高效率地解决特定问题，具有功能单纯、使用面窄甚至专机专用的特点。机专用的特点。131.1

12、.3 计算机的特点与性能指标n计算机能在程序控制下自动连续地高速运算。由于采用了存储计算机能在程序控制下自动连续地高速运算。由于采用了存储程序控制的方式，因此一旦输入编制好的程序，启动计算机后，程序控制的方式，因此一旦输入编制好的程序，启动计算机后，就能自动地执行下去直至完成任务。这是计算机最突出的特点。就能自动地执行下去直至完成任务。这是计算机最突出的特点。n计算机的运算速度又称处理速度，用每秒钟可执行百万条指令计算机的运算速度又称处理速度，用每秒钟可执行百万条指令（MIPS）来衡量。现在普通的微型计算机每秒可执行几十万）来衡量。现在普通的微型计算机每秒可执行几十万条指令，而巨型机则达到每秒

13、几十亿次甚至几百亿次。条指令，而巨型机则达到每秒几十亿次甚至几百亿次。14n科学技术的发展，特别是一些尖端科学技术的发展，要求具有科学技术的发展，特别是一些尖端科学技术的发展，要求具有高度准确的计算结果。数据在计算机内部都是采用二进制数字高度准确的计算结果。数据在计算机内部都是采用二进制数字进行运算，数的精度主要由表示这个数的二进制码的位数或字进行运算，数的精度主要由表示这个数的二进制码的位数或字长来决定。长来决定。n计算机的存储器类似于人类的大脑，可以记忆（存储）大量的计算机的存储器类似于人类的大脑，可以记忆（存储）大量的数据和信息。存储器不但能够存储大量的数据与信息而且能够数据和信息。存储

14、器不但能够存储大量的数据与信息而且能够快速准确地找到或取出这些信息，使得从浩如烟海的文献资料、快速准确地找到或取出这些信息，使得从浩如烟海的文献资料、数据中查找并且处理信息成为十分容易的事情。数据中查找并且处理信息成为十分容易的事情。15n计算机不仅进行算术运算又能进行逻辑运算，具有可计算机不仅进行算术运算又能进行逻辑运算，具有可靠的逻辑判断能力是计算机的一个重要特点。冯靠的逻辑判断能力是计算机的一个重要特点。冯诺诺依曼结构计算机的基本思想就是先将程序输入并存储依曼结构计算机的基本思想就是先将程序输入并存储在计算机内，在程序执行过程中，计算机会根据上一在计算机内，在程序执行过程中，计算机会根据

15、上一步的执行结果，运用逻辑判断方法自动确定下一步该步的执行结果，运用逻辑判断方法自动确定下一步该做什么，应该执行哪一条指令。做什么，应该执行哪一条指令。n随着微电子技术和计算机技术的发展，现代电子计算随着微电子技术和计算机技术的发展，现代电子计算机连续无故障运行时间可达到几十万小时以上，具有机连续无故障运行时间可达到几十万小时以上，具有极高的可靠性。例如，安装在宇宙飞船上的计算机可极高的可靠性。例如，安装在宇宙飞船上的计算机可以连续几年时间可靠地运行。以连续几年时间可靠地运行。16n字长是指计算机的运算部件一次能直接处理的二进制数据的位字长是指计算机的运算部件一次能直接处理的二进制数据的位数，

16、它直接涉及到计算机的功能、用途和应用领域，是计算机数，它直接涉及到计算机的功能、用途和应用领域，是计算机的一个重要技术性能指标。的一个重要技术性能指标。n内存储器中能存储信息的总字节数称为内存容量。字节（内存储器中能存储信息的总字节数称为内存容量。字节（Byte）是指作为一个单位来处理的一串二进制数位，通常以是指作为一个单位来处理的一串二进制数位，通常以8个二进个二进制位（制位（b）为一个字节（）为一个字节（B）。）。n主频即主频即CPU的时钟频率（的时钟频率（Clock Speed），是指），是指CPU在单位时在单位时间内发出的脉冲数，也就是间内发出的脉冲数，也就是CPU运算时的工作频率。主频的单运算时的工作频率。主频的单位是赫兹（位是赫兹（Hz）。）。17n存储器完成一次读（取）或写（存）信息所需时间存储器完成一次读（取）或写（存）信息所需时间称为存储器的存取（访问）时间。连续两次读（或称为存储器的存取（访问）时间。连续两次读（或写）所需的最短时间，称为存储器的存取周期。写）所需的最短时间，称为存储器的存取周期。n兼容性（兼容性（compatibility）是指一台设备、一个程序）