第一章 计算机系统概论.ppt

1、2018/10/6,1,第一章 计算机系统概论,1.1计算机的分类 1.2计算机发展简史 1.3计算机的硬件 1.4计算机的软件 1.5计算机系统的层次结构,2018/10/6,2,1.1计算机的分类,一、电子计算机从总体上来说分为两大类。 电子模拟计算机。“模拟”就是相似的意思。模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，运算过程也是连续的。 电子数字计算机。它是在算盘的基础上发展起来的，是用数目字来表示数量的大小。数字计算机的主要特点是按位运算，并且不连续地跳动计算。,2018/10/6,3,1.1计算机的分类,数字计算机与模拟计算机的主要区别,2018/10/6,4,1.1计算机的分类,二、数

2、字计算机分类 数字计算机根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分，可以划分为两类： 专用计算机：专用机是最有效、最经济和最快速的计算机，但是它的适应性很差。 通用计算机：通用计算机适应性很大，但是牺牲了效率、速度和经济性。,2018/10/6,5,1.1计算机的分类,三、通用计算机分类 通用计算机根据体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格等可以分为： 超级计算机 大型机 服务器 工作站 微型机 单片机,2018/10/6,6,1.1计算机的分类,四、计算机的应用 计算机之所以迅速发展,其生命力在于它的广泛应用并协助人类取得了辉煌的成就。计算机的应

3、用范围几乎涉及人类社会的所有领域。 科学计算 自动控制和测量 信息处理 教育和卫生 家用电器 人工智能,2018/10/6,7,1.2计算机发展简史,一、计算机的五代变化 第一代为19461957年，电子管计算机：数据处理 第二代为19581964年，晶体管计算机：工业控制 第三代为19651971年，中小规模集成电路计算机：小型计算机 第四代为19721990年，大规模和超大规模集成电路计算机：微型计算机 第五代为1991年开始，巨大规模集成电路计算机：单片机,2018/10/6,8,第一台电子计算机（ENIAC）,5000次加法/秒 体重28吨 占地170M2 18,800只电子管 150

4、0个继电器 耗电150KW,2018/10/6,9,1.2计算机发展简史,二、半导体存储器的发展 20世纪5060年代，所有计算机存储器都是由微小的铁磁体环 1970年，仙童半导体公司生产出了第一个较大容量半导体存储器 从1970年起，半导体存储器经历了11代：单个芯片1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB、16MB、64MB、256MB、GB。 其中1K=210,1M=220,1G=230,2018/10/6,10,1.2计算机发展简史,三、微处理器的发展 第1代：4位和低档8位微机 400440408008 第2代：中高档8位微机 Z80、I8085、M6800，A

5、pple-II微机 第3代：16位微机8086808880286，IBM PC系列机,2018/10/6,11,1.2计算机发展简史,三、微处理器的发展 第4代：32位微机 8038680486PentiumPentium II Pentium III Pentium 4 32位PC机、Macintosh机、PS/2机 第5代：64位微机 Itanium、64位RISC微处理器芯片 微机服务器、工程工作站、图形工作站,2018/10/6,12,IBM PC系列机,8088CPU,IBM PC机,IBM PC/AT机,IBM PC/XT机,2018/10/6,13,英特尔微处理器芯片,80386

6、,Pentium,Pentium 4,返回,2018/10/6,14,运 算 器,控 制 器,主存储器,输入设备,输出设备,总线 和 输入输出接口,高速缓存,虚拟存储器 (磁盘设备),中央处理单元CPU,1.3计算机的硬件,2018/10/6,15,1.3计算机的硬件,一、硬件组成要素通过一个例子我们来了解数字计算机的主要组成和工作原理。 假设给一个算盘、一张带有横格的纸和一支笔，要求我们计算y=ax+b-c这样一个题目。 解题步骤和数据记录在横格纸上，请看过程。,2018/10/6,16,手工模仿计算机工作（1）,2018/10/6,17,1.3计算机的硬件,二、数字计算机基本组成 控制器：

7、人的大脑的操作控制功能 运算器：人的大脑的计算功能 存储器：人的大脑记忆功能 输入设备：交互接口，笔 输出设备：交互接口，纸,2018/10/6,18,1.3计算机的硬件,三、冯诺依曼型计算机 存储程序 按地址自动执行 五大部件：包括控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备 以运算器为中心,2018/10/6,19,1.3计算机的硬件,冯诺依曼型计算机,存储器,输出,输入,运算器,控制器,数据信号,控制信号,地址信号,2018/10/6,20,1.3计算机的硬件,四、运算器 算术运算和逻辑运算 在计算机中参与运算的数是二进制的 运算器的长度一般是8、16、32或64位,2018/10/6,2

8、1,1.3计算机的硬件,五、存储器 存储数据和程序（指令） 容量（存储单元、存储单元地址、存储容量） 分类内存（ROM、RAM）、外存 存储器单位： 210 byte1K 210 K1M 210 M1G 210 G1T,2018/10/6,22,1.3计算机的硬件,六、控制器 控制器的基本任务：按照一定的顺序一条接着一条取指令、指令译码、执行指令。取指周期和执行周期,2018/10/6,23,表示参加运算的数据 从存储器的哪个单元取 运算的结果应存到哪个单元,六、控制器 指令有两部分：操作的性质和操作的地址,指出指令所进行的操作 加、减、乘、除、取数、存数等,1.3计算机的硬件,2018/10

9、/6,24,1.3计算机的硬件,六、控制器 控制器完全如何区分开哪些是指令字，哪些是数据字? 时间上和空间上： 取指周期中从内存读出的信息流是指令流，它流向控制器；而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据流，它由内存流向运算器。,2018/10/6,25,1.3计算机的硬件,七、适配器与I/O设备 输入设备：把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接收和识别的二进制信息形式 输出设备：把计算机处理的结果变换为人或其他机器设备所能接收和识别的信息形式 适配器：它使得被连接的外围设备通过系统总线与主机进行联系，以便使主机和外围设备并行协调地工作 总线：构成计算机系统的骨架，是多个系统部件之间进

10、行数据传送的公共通路。,2018/10/6,26,1.4计算机的软件,一、软件的组成与分类 系统软件：用来简化程序设计，简化使用方法，提高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能及用途。它包括以下四类： 各种服务性程序，如诊断程序、排错程序、练习程序等 语言程序，如汇编程序、编译程序、解释程序等 操作系统，管理计算机资源（处理器、内存、外设、各种编译/应用程序），自动调度用户的作业 应用软件：用户利用计算机来解决某些问题而编制的程序，如工程设计程序、数据处理程序、自动控制程序、企业管理程序、情报检索程序、科学计算程序等,2018/10/6,27,1.4计算机的软件,二、软件的发展演变 编程语言

11、的发展 手编程序：机器语言程序，手工编译二进制码 汇编程序：符号语言程序，汇编程序汇编 高级程序：算法语言/高级语言，机器编译程序/解释程序 系统软件的发展 操作系统：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统 数据库管理系统：FOXPRO、SQL、ORACLE,2018/10/6,28,1.5计算机系统的层次结构,一、多级计算机系统计算机不能简单地认为是一种电子设备，而是一个十分复杂的硬、软件结合而成的整体。它通常由五个以上不同的级组成，每一级都能进行程序设计，如图所示。,2018/10/6,29,1.5计算机系统的层次结构,二、五级计算机层次系统 第一级是微程序设计级。这是一

12、个实在的硬件级，它由机器硬件直接执行微指令。 第二级是一般机器级，也是硬件级,也称为机器语言级，它由微程序解释机器指令系统。 第三级是操作系统级，它由操作系统程序实现。这些操作系统由机器指令和广义指令组成，广义指令是操作系统定义和解释的软件指令，所以这一级也称为混合级。 第四级是汇编语言级，它给程序人员提供一种符号形式语言，以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程序支持和执行。 第五级是高级语言级，它是面向用户的，为方便用户编写应用程序而设置的。这一级由各种高级语言编译程序支持和执行。,2018/10/6,30,1.5计算机系统的层次结构,三、软件与硬件逻辑等价性 随着大规模集成电路技术的发展和软件硬化的趋势，计算机系统的软、硬件界限已经变得模糊了。因为任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬件完成，也可以由软件来完成。 设计计算机系统时，应考虑各个方面的因素：价格、速度、可靠性、存储容量、变更周期 固件的概念（功能上是软件，形态上是硬件）,返回,2018/10/6,31,第一章小结,计算机系统的 基本概念 构成：硬件和软件 层次结构 计算机系统的基本工作原理 计算机的基本组成部分 五大部件 冯诺依曼型计算机特点 计算机发展特点,返回,