2.1 计算机的组成与分类
2.1计算机系统的组成教学设计教科版高中信息技术必修2
（一）导入新课
在导入新课阶段，为了激发学生的学习兴趣，我将采用以下方法：
1.以生活中的实例作为切入点，如手机、电脑等日常使用的电子设备，引导学生思考这些设备为何能正常运行，从而引出计算机系统组成的重要性。
2.提问：“同学们，你们知道计算机是如何工作的吗？它由哪些部分组成呢？”通过问题激发学生的好奇心，调动他们的学习积极性。
3.通过课堂讲解、实验操作、小组讨论等多种教学方式，帮助学生掌握计算机系统组成的知识，提高学生的信息技术素养。
4.设计实践活动，让学生动手组装计算机，加深对计算机硬件组成的理解，培养学生的动手能力和实践能力。
（三）情感态度与价值观
1.培养学生对计算机科学的兴趣，激发学生学习信息技术的热情，提高学生的信息素养。
作业要求：
1.作业内容要紧密结合课堂所学，体现学生对计算机系统组成的理解和掌握。
2.作业提交时，请确保内容原创，不得抄袭他人作品。
3.作业完成后，同学们之间可以进行互评，相互学习、共同提高。
4.教师将根据作业完成情况进行评价，关注学生在知识掌握、实践操作、创新意识等方面的表现。
4.布置课后作业，让学生在实践中进一步巩固所学知识，提高信息技术素养。
五、作业布置
为了巩固本章节所学知识，培养学生的实合课堂所学，撰写一篇关于计算机系统组成的科普文章，要求内容全面、结构清晰，能够向非专业人士介绍计算机系统的基本组成及其作用。
2.设计一份计算机硬件升级方案，假设现有预算为10000元，要求列出主要硬件设备（如CPU、内存、硬盘等）的选购清单，并简要说明选购理由。
-注重分层教学，根据学生的认知水平和学习需求，制定不同的教学目标，确保教学面向全体学生。
3.教学评价：
高中信息技术必修二教案-2.1计算机系统的组成-【新教材】教科版(2019)
2.1 计算机系统的组成【教学目标】知道计算机系统的主要组成部分，能够描述基本工作原理。
了解计算机硬件系统的基本组成，认识其主要的性能指标。
了解计算机软件系统的分类，能区分各类软件的主要功能。
【教学重点】信息系统的基本功能与分类。
【教学难点】事务处理系统及管理信息系统的工作原理。
【教学过程】一、问题引入学生思考：生活中常见的计算机系统有哪些？一台计算机由许多零部件组成的。
完整的计算机系统由哪些部分组成的呢？二、计算机系统的组成完整的计算机系统由硬件系统和软件系统组成。
硬件系统由输入设备、运算器、控制器、存储器和输出设备组成；软件系统由系统软件和应用软件组成。
用图示概括为：任务一：探索计算机系统的硬件组成活动一：匹配数据数型与输入输出设备活动二：比较内部存储器和外部存储器活动三：调查中央处理器（CPU）的性能指标学生分组在3个活动中挑选一个完成下表。
表一：(计算机输入、输出设备对照表) 表二：（比较内部存储器和外部存储器）分析：内存与外存的特点对比？表三：主流CPU的性能指标性能指标含义参数值举例（调查中央处理器（CPU）的性能指标）总结：1、输入设备：输入设备是向计算机输入数据的设备，是人或外部与计算机进行交互的一种装置，用于把原始数据和处理这些数据的程序输入到计算机中。
计算机能够接收各种各样的数据，既可以是数值型的数据，也可以是各种非数值型的数据，如图形、图像、声音等。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪、触摸屏、麦克风等。
（常见的输入设备）2、输出设备输出设备可将计算机的运算结果或者中间结果打印或显示出来。
常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪和传真机等。
(常见的输出设备)3、存储设备存储器是计算机系统的记忆装置,它的主要功能是存放程序和数据。
存储器分为内部存储器和外部存储器。
内部存储器又分为随机存储器( Random Access Memory,RAM)和只读存储器( Read Only Memory,ROM)。
第2章微型计算机的组成及应用
2. 微型计算机分类
按主机、I/0接口和系统总线组成部件所在位置 划分为：
① 单片机：组成部件集成在一个超大规模芯片 上，用于控制仪器仪表等。、
② 单板机：各组成部件装配在一块电路板上， 常用于实验控制。
③ 多板机：各组成部件装配在多块电路板上， 如台式微型计算机、便携式PC机。
2.1.2 微型计算机系统的配件
2.4.2 CMOS
“小随机存储器”，靠电池供电。用于保存系统当 前配置，如系统日期和时间、硬盘格式和容量、内存 容量等。这些信息既是系统启动时必读信息，也是更 新硬件时要修改的信息。
2.4.3 高速缓存Cache
为了解决CPU与内存之间速度不匹配的问题，引 入高速缓存技术。高速缓存介于内存和CPU之间，是高 速存取信息的芯片。它存取速度比内存快，但容量不 大，主要用于存放当前使用最多的程序段和数据块， 并以接近CPU的速度向CPU提供程序指令和数据。
AGP（Accelerated Graphics Port）扩展槽：专门用于图形显示 卡，是在PCI总线基础上发展起来的，主要针对图形显示方面 进行了优化。AGP插槽通常是棕色，随着显卡速度的提高， AGP接口已经不能满足显卡传输数据速度的要求，目前AGP 显卡已经逐渐被PCI Express接口显卡所取代。
2.4 微型机系统存储器
内存是微机重要配置之一，内存容量及性能是影响微机性 能的重要因素。在Pentium Ⅲ系列微型计算机中，内存条以使 用168 Pin SDRAM(同步动态随机存取存储器 )型为主，目前在 Pentium 4系列微型计算机中，多数采用DDR内存条。
图2.3.1 微型计算机内存储器（条）
为方便识别主板上的各种接口，PC99技术规格规 范了主板设计要求，提出主板各接口必须采用颜色识 别标识。
计算机系统组成
计算机系统由硬件系统和软件系统两部分 组成。
硬件系统是指构成计算机的所有物理实体 部件的集合
软件是在硬件系统上运行的各种程序和文 档的总称。
计算机硬件系统与软件系统是一个不可分
割的有机整体,没有配备任何软件的计算机
称为“裸机”，裸机本身几乎不能完成任
何功能；而没有硬件对软件的物质支持，
CPU是PC机中最核心的部件，它决定了PC机的速度和性能。 目前市场上绝大多数CPU产品是由美国的Intel公司和AMD公 司生产的.
CPU的两个重要指标是字长和主频。字长反映了PC机能同时 处理的数据的二进制位数；主频（时钟频率）则反映了PC机 的工作速度。
Intel公司的产品
AMD公司的产品
外部存储器主要有：磁盘驱动器和光盘驱动器。
我们通常把二进制代码串中的每一个“0”或“1”称为“位”或者“比特”，它是计算存 储器容量的最小单位。为了便于对存储器的管理，通常将8位划分为一个存储单元 称为1字节（byte），记为1B, 并以字节作为计算存储器容量的基本单位。除了字 节以外，还有KB、MB、GB。
控制器和运算器组成计算机核心，称为中央处理器，简称CPU。
3．存储器——用于存放原始数据和程序的部件。通常可分为内部存储器和外部存储器。 CPU与内部存储器一起称为计算机的主机。
内存存储器又分为了只读存储器 （Read Only Memory）ROM 和随机存储器 RAM(Random Access Memory)
指令由操作码和操作数地址码两部分组成 程序——指令的有序集合。
三类程序设计语言
（1）机器语言：以二进制的0、1代码串表示
只有机器语言计算机才可以直接执行。
（2）汇编语言：由一些基本字符集、指令助记符、 标号组成。
微型计算机硬件组成.ppt
计算机文化基础
5
常见微机系统
平板电脑 移动计算机
计算机、电视、影 音三模式
家庭网络计算机
6
微机基本结构 显示器、键盘和主机
7
2.1.2 微型计算机的分类
1 按组成结构分类 单片机 组成部分集成在一个超大规模芯片上，广泛 用于控制、仪器仪表、通信、家用电器等领域。 单板机 各组成部分装配在一块印刷电路板上，常用 于过程控制或作为仪器仪表的控制部件 。 多板机 各组成部分装配在多块印刷电路板上，如台 式、便携式PC 机。
2
计算机系统的组成
运算器
CPU
寄存器 控制器
硬件
主机
内存
随机存储器(RAM) 只读存储器(ROM) 高速缓冲存储器
计
输入设备：键盘、鼠标、扫描仪
算 机
外部设备
输出设备：显示器、打印机 外 存：软、硬盘、光盘、闪存
系
网络设备：网卡、调制解调器等
统
操作系统：Windows、Unix、Linux
系统软件 语言处理程序：C、Pascal、VB等
使用单片机芯片构成的仿真系统。
有镜像功能的单板机
2019/12/17
计算机文化基础
9
微型计算机的发展方向
① 高速化 处理器主频
② 超小型化 典型的标志是笔记本电脑和PDA的流行。
③ 多媒体化 全新的多媒体处理芯片、多媒体和超媒体系 统的开发和标准化、虚拟现实技术和发展多媒体通信等。
④ 网络化 网络计算机、具有联网功能的PDA以及各种类 型的个人计算机等正在飞速发展。
主板板载了四条DDR2内存插槽，支持 最高8GB DDR2-800内存容量和双通道 技术。另外，内存插槽的周围布满了不 少铝壳固态电容，内存的工作稳定性完 全得以保障。
计算机的组成与分类教案
教案正页授课题目 2.1计算机的组成与分类授课总学时15.16 授课班级授课时间教学目标与要求1．了解计算机的发展与作用，掌握计算机硬件的主要组成部分及其功能、计算机的主要类型及它们的用途。
2.了解微处理器的特点、功能、应用及大概的发展情况3.描述CPU的结构与工作原理，理解什么是指令、它在计算机中的执行过程。
重点难点计算机硬件的主要组成部分及其功能，CPU结构与工作原理，指令的执行过程教学方法与手段作业布置主要参考资料教学后记导入首先请同学们自己结合中学对计算机的学习，谈一谈对计算机结构的了解以及自己对计算机的认识。
2.1.1、计算机的发展和作用一计算机的发展：（1）第一代（40年代中-50年代末），电子管时代。
Cpu：电子管，内存：硒鼓，使用机器语言与汇编语言。
1946年美国诞生了第一台计算机ENIAC（2）第二代（50年代中后-60年代中）晶体管时代。
Cpu ：晶体管，内存：磁芯；使用fortran 语言。
（3）第三代（60中-70初）cpu ：SSI ，msi ；内存：SSI ，msi 半导体存储器； 操作系统和数据库管理系统的使用（4）第四代（70中以来）cpu ：LSI ，VLSI ；内存：LSI ，VLSI 半导体存储器；软件开发工具和平台，分布式计算机应用 2、计算机的巨大作用 （1）特点： 速度快，通用性强 具有多种信息处理能力信息存储容量大，存取速度高， 具有互联互通互操作的特性 （2）应用领域 2.1.2 计算机的组成1．输入设备 （1）功能（2）常见的输入设备 2．中央处理器 （1）功能（2）主机中的数量 3．存储器 （1）按作用分类 内存和外村（2）各自功能内存：计算机出来的程序和数据存放地 外村：需要长期存放的文件微机计算机系统硬件系统软件系统主 机外设微处理器（CPU ） 内存储器（内存）控制器运算器随机存储器（RAM ） 只读存储器（ROM ） 外存储器（外存）输入设备（Input ）输出设备（Output ） 软盘 硬盘 光盘 键盘鼠标 扫描仪显示器、投影机 打印机 绘图仪系统软件应用软件操作系统 语言处理程序 数据库管理系统 网络通信管理程序 应用软件包 用户程序总线系统4 输出设备（1）功能（2）常见的设备5 总线与I/O接口（1）分类内总线，系统总线，前端总线，I/O总线（2）总线功能（3）I/O接口功能计算机硬件逻辑组成图2.1.3 计算机的分类1 巨型计算机2 大型计算机3 小型计算机4 个人计算机2.1.4 微处理器和嵌入式系统（1）微处理器的组成（2）嵌入式计算机的组成（3）功能。
计算机组成原理
第二章 计算机组成原理2.1 计算机的组成与分类 2.1.1 计算机的发展与作用一、 计算机的发展过去很长时间人们都按照计算机主机所使用的元器件，为计算机划代。
二、计算机的巨大作用1开拓了人类认识自然、改造自然的新资源 2增添了人类发展科学技术的新手段 3提供了人类创造文化的新工具 4引起了人类的工作与生活方式的变化2.1.2 计算机系统的组成● 硬件：计算机系统中所有实际物理装置的总称● 软件：在计算机中运行的各种程序和相关的数据及文档 程序：用来向计算机指出应如何一步步地进行规定的操作 数据：程序处理的对象深入到各行各业，家庭和个人开始使用计算机软件工程、分布式计算、网络软件等开始广泛使用CPU ：LSI 、VLSI 内存：LSI 、VLSI 的半导体存储器20世纪70年代中期以来第4代在科学计算、数据处理、工业控制等领域得到广泛应用操作系统，数据库管理系统等开始使用CPU ：SSI ，MSI 内存：SSI ，MSI 半导体存储器60年代中期～70年代初期第3代开始广泛应用于数据处理领域使用FORTRAN 等高级程序设计语言CPU ：晶体管 内存：磁芯50年代中后期～60年代中期 第2代 科学计算和工程计算使用机器语言和汇编语言编写程序CPU ：电子管 内存：磁鼓20世纪40年代中期～50年代末期 第1代 主要应用 配置的软件 主要元器件 年 代 代 别文档：提供给用于使用的操作说明、技术资料等它们都是软件不可缺少的组成部分计算机硬件组成示意图一、输入设备●输入（input）指把信息（程序，数据，信息）送入计算机的过程（名词）向计算机输入的内容输入设备,用来向计算机输入信息的设备输入到计算机中的信息都使用二进制中的“0”和“1”两个符号来表示输入设备类别●按照输入信息的类型划分●数字和文字输入设备（键盘、写字板等）●位置和命令输入设备（鼠标器、触摸屏等）●图形输入设备（扫描仪，数码相机等）●声音输入设备（话筒，MIDI演奏器等）●视频输入设备（摄像机）●温度、压力输入设备（温度、压力传感器）二、中央处理器CPU●处理器能高速地进行算术运算和逻辑运算，负责对输入信息进行各种处理●微处理器简称μP或MP，通常指使用单片大规模集成电路制成的、具有运算和控制功能的处理器包含运算器和控制器。
第2章 计算机系统组成
可接显卡
可接声卡、网卡、视频卡 等绝大多数输入/输出设 备
2.1.7 总线
总线（Bus）是计算机 各种功能部件之间传送 信息的公共通信干线， 它是由导线组成的硬件 线束。
划分为数据总线、地 址总线和控制总线
总线接口
❖ 与主板连接的接口主要ISA、EISA、VESA、PCI、 AGP、PCI-E等几种。
▪ 字长是计算机在单位时间内能 一次处理的二进制数的位数。 一般是16位、32位或64位。
▪ 主频就是CPU内核工作时的时 钟频率，反映了计算机的工作 速度。
Intel酷睿2四核 Q9400
2.1.6 主板
▪PC机的主机及其附属电路都装在一块电路板上，称为主机板 （Main Board，又称主板或系统板, 集成电路板 ）
Random Accessed Memory)
RAM特点：可读 出，也可写入， 断电后存储内容 立即消失。
高速缓冲存储器（高速缓存）
❖ 一种反应相当快的内存，主要作用是缓解高速CPU与低 速RAM的速度冲突问题。
❖ 当CPU执行任务时，高速缓存用来存放最近或经常用到 的数据和指令，减少对内存储器的存取次数，以加快执行 速度。
❖ 它的造价较低，容量远比内存大，但存取速度要慢 得多，CPU存取外部存储器的数据必须将数据先 调入内部存储器。
2.1.5 CPU
❖ 中央处理单元（CPU）是计算机 的心脏，包括控制器与运算器两 大模块。在CPU指令执行之前， 程序指令和数据必须先放进内存 中。
❖ CPU有两个重要的性能指标是字 长和主频。
（3）存储器 存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备, 计算机中的全
部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终 运行结果都保存在存储器中。
计算机的主要组成
计算机的主要组成计算机是由硬件系统和软件系统两部分组成的。
硬件部分（1）电源电源是电脑中不可缺少的供电设备，它的作用是将220V交电源(4张)流电转换为电脑中使用的5V，12V、3.3V直流电，其性能的好坏，直接影响到其他设备工作的稳定性，进而会影响整机的稳定性。
手提电脑中还自带锂电池，便于在无交流电的情况下，为手提电脑提供有效电源。
[2]（2）主板主板是电脑中各个部件工作的一个平台，它把电脑的各个部件紧密连接在一起，各个部件通过主板进行数据传输。
也就是说，电脑中重要的“交通枢纽”都在主板上，它工作的稳定性影响着整机工作的稳定性。
[2]（3）CPU CPU即中央处理器，是一台计算机的运算核心和控制CPU(3张)核心。
其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。
CPU由运算器、控制器、寄存器、高速缓存及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。
作为整个系统的核心，CPU 也是整个系统最高的执行单元，因此CPU已成为决定电脑性能的核心部件，很多用户都以它为标准来判断电脑的档次。
[2]（4）内存内存又叫内部存储器或者是随机存储器（RAM），分为DDR内存和SDRAM内存，（但是SDRAM由于容量低，存储速度慢，稳定性差，现在已经被DDR淘汰了）内存属于电子式存储设备，它由电路板和芯片组内存(3张)成，特点是体积小，速度快，有电可存，无电清空，即电脑在开机状态时内存中可存储数据，关机后将自动清空其中的所有数据。
内存有DDR、DDR II、DDR III三大类，容量1-64GB。
[2]每一代内存频率各有不同比如：DDR 200/266/333/400；DDR2 400/533/667/800；DDR3 1066/1333/1600MHz[3]（5）硬盘硬盘属于外部存储器，机械硬盘由金属磁片制成，而磁片有记忆功能，所以储到磁片上的数据，不论在开机，还是关机，都不会丢失。
硬盘容量很大，目前已达TB级，尺寸硬盘(3张)有3.5、2.5、1.8、1.0英寸等，接口有IDE、SATA、SCSI等，SATA最普遍。
计算机科目三谱子
计算机科目三谱子第一章：计算机基本知识计算机是一种能够执行人类所设计的指令，并能够完成一系列复杂的计算和处理任务的电子设备。
它由硬件和软件两部分组成，硬件是计算机的物理部分，包括主板、CPU、内存、硬盘等；软件是控制硬件工作的程序和数据。
1.1 计算机的组成1.1.1 CPUCPU（Central Processing Unit）是计算机的核心部件，它承担着执行程序指令和进行数据处理的任务。
CPU的性能直接关系到计算机的运行速度。
1.1.2 内存内存（Memory）是计算机用来存储数据和程序的地方，它分为RAM（Random Access Memory）和ROM（Read-Only Memory）两种。
RAM是临时存储，当计算机断电时数据会丢失；ROM是只读存储，其中存储了计算机的启动程序和固化程序，不会因为断电而丢失。
1.1.3 硬盘硬盘是存储程序和数据的地方，它可以保存数据长期不丢失。
硬盘的容量越大，可以存储的数据越多。
1.1.4 显卡显卡是计算机的图形输出部分，它负责计算机屏幕上的图像显示。
好的显卡可以提高计算机的图形处理性能。
1.1.5 主板主板是计算机的中枢，它连接了计算机的各种硬件设备，是计算机的命脉。
1.2 计算机的工作原理计算机的工作原理主要包括数据输入、数据处理、数据输出和存储。
1.2.1 数据输入数据输入是用户通过输入设备将数据输入到计算机中，如键盘、鼠标、摄像头等。
1.2.2 数据处理数据处理是计算机根据程序指令进行的计算和处理任务，包括算术运算、逻辑运算、数据传输等。
1.2.3 数据输出数据输出是计算机将处理结果通过输出设备输出给用户，如显示器、打印机等。
1.2.4 存储存储是将数据和程序保存在计算机的硬盘或内存中，以便长期使用。
1.3 计算机的分类根据用途和规模的不同，计算机可以分为超级计算机、大型计算机、小型计算机、微型计算机等。
1.4 计算机的发展历史计算机起源于20世纪40年代，经过几十年的发展，如今的计算机已经成为人们日常生活和工作中不可缺少的工具。
2.1 计算机系统的组成 修改版2.0
请同学们思考： 计算机系统有哪些如硬件的组成部分，可以小组间相互交流
各抒己见。
任务一 探究计算机系统的硬件组成
活动1 匹配数据类型与输入输出设备
重点：计算机系统的主要组成 难点：计算机系统的基本工作原理
课堂导入
随着科学技术的不断发展，计算机已经从用于科学和工程技术 计算的机器变成了能够处理多种信息的智能化工具。那么，计算机 系统是如何组成的？计算机的各个组成部分是怎样协调工作的？本 节我们将围绕“探究计算机系统的基本组成”项目展开学习，了解 计算机的硬件、软件组成及工作原理。
活动3 调查中央处理器（CPU）的性能指标
中央处理器是计算机系统的核心部件，其性能在一定程度上反映了整个计算机 系统的性能。 请同学们查阅资料，指出衡量中央处理器性能的指标，并填写下表2.1.3。
性能指标 主频
缓存 核数 线程
含义
表 示 CPU 的 运 算 、 处 理数据的速度 见下页 见后页 用于多任务处理
输入设备
存储器
输出设备
运算器
控制器
CPU
计算机硬件系统的组成与工作原理
数据流 控制流
体验计算机系统的软件组成
确定计算机软件的类别和安装顺序，回答问题。 A 操作系统 Windows B 办公软件 WPS
属于系统软件的是（ ）；属于应用软件的是（ ）；软件的安装顺序是（ ）
二 计算机系统的软件组成
输出设备 显示器、打印机等 音箱、耳机等 显示器 打印机
请同学们相互交流，了解输入设备和输出设备是计算机硬件的组成部分。
计算机系统由硬件和软件两大部分组成
(1)硬件的组成(输入设备,输出设备,存储器,运算器,控制器) 输入设备:使计算机从外部获得信息的设备如鼠标,键盘,光笔,扫描仪,话筒,数码相机,摄像头, 手写板输出设备:把计算机处理信息的结果以人们能够识别的形式表示出来的设备如显示器,打印机,绘图仪,音箱,投影仪存储器:如硬盘，光驱，U盘运算器:算术运算,逻辑运算控制器:如从存储器中取出指令,控制计算机各部分协调运行控制器和运算器整合在CPU中(2)软件的组成软件定义:程序和有关文档资料的合称软件分类:系统软件(使用和管理计算机的软件)和应用软件(专为某一应用编制的软件) eg：常见的系统软件有:操作系统,数据库管理系统和程序设计语言常见的应用软件有:辅助教学软件,辅助设计软件,文字处理软件, 信息管理软件和自动控制软件计算机系统结构与组成内容提要编辑本书介绍了计算机的的机器语言程序员或编译程序编写者所看到的外特性，以及计算机硬件设施之间关系等。
“计算机系统结构”与“计算机系统组成”在概念上既有区别又有联系，是同一事物的不同层次，有时又是互相转化的。
本书从教学改革的角度出发，将两门课程合并为一门课程“计算机系统结构与组成”，目的是避免内容上的重复，提高教学效率。
本书力图做到软硬结合，给学生形成完整的计算机系统概念。
本书有机地将计算机系统结构与组成的内容融合起来，完全可以达到原“计算机系统结构”和“计算机系统组成”两门课程的基本要求。
本书可作为计算机科学与技术及其他信息类专业的本科教材或教学参考书，也可作为工程技术人员的计算机类参考书。
图书目录第1章计算机系统结构与组成的基本概念1.1计算机层次结构1.2计算机系统结构和计算机的组成与实现1.3计算机的性能评测和量化分析1.4计算机的成本和价格1.5计算机设计者的主要任务1.6计算机系统的发展及应用习题第2章指令系统设计2.1计算机中的数据表示2.2计算机的指令格式2.3计算机的寻址方式2.4计算机指令集格式的设计2.5计算机指令系统设计2.6编译技术与计算机体系结构设计习题第3章CPU及其实现3.1运算方法与运算器3.2控制器及其实现3.3CPU的结构和功能3.4流水线处理器3.5向量处理机习题第4章存储系统4.1存储系统概述4.2高速缓存Cache4.3主存储器技术4.4虚拟存储器技术以及存储保护4.5存储层次结构的设计习题第5章向量处理机5.1向量数据表示方式5.2向量处理机的结构5.3向量处理方式5.4向量处理机实例5.5向量处理机的性能评价5.6向量处理机的发展习题第6章互联网络6.1互联网络的基本概念6.2互联网络的种类6.3消息传递机制习题第7章并行处理机7.1并行处理机的概念7.2并行处理机的基本结构7.3并行处理机实例7.4并行处理机算法举例习题第8章多处理机8.1多处理机结构8.2多处理机系统的特点8.3多处理机的Cache一致性8.4大规模并行处理机(MPP) 8.5对称多处理机(SMP)8.6机群系统(Cluster)习题第9章输入/输出系统及总线第10章外围设备第11章计算机系统结构的发展。
大学计算机基础(Windows+WPSOffice)计算机系统的构成
第2章 计算机系统的构成大学计算机基础（Windows +WPS Office ）C O M P U T ER目录CONTENTS2.1 计算机的硬件系统2.2 计算机操作系统2.1.1 微处理器微处理器是由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器，简称CPU，这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的功能。
微处理器中不仅有运算器、控制器，还有寄存器与高速缓冲存储器，其结构是，一个CPU可包含几个甚至几十个内部寄存器，包括数据寄存库、地址寄存器和状态寄存器等。
进行算术逻辑运算的运算器是以加法器为核心，能根据二进制法则进行补码的加法运算，可传送、移位和比较数据。
控制器由程序计数器、指令译码器、指令寄存器与定时控制逻辑电路组成，可进行分析和执行指令、统一指挥微机各部分按时序进行协调操作。
2.1.2 内存储器计算机中的存储器包括内存储器和外存储器两种，其中，内部存储器也叫主存储器，简称内存。
内存是计算机中用来临时存放数据的地方，也是CPU处理数据的中转站，内存的容量和存取速度直接影响CPU处理数据的速度。
2.1.3 主板主板（MainBorad）也称为“Mother Board（母板）”或“System Board（系统板）”，是机箱中最重要的电路板，布满了各种电子元器件、插座、插槽和各种外部接口，为计算机的所有部件提供插槽和接口，并通过其中的线路统一协调所有部件工作。
2.1.4 硬盘硬盘是计算机中最大的存储设备，通常用于存放永久性的数据和程序。
硬盘的内部结构比较复杂，主要由主轴电机、盘片、磁头和传动臂等部件组成。
硬盘容量是选购硬盘的主要性能指标之一，包括总容量、单碟容量和盘片数3个参数，其中，总容量是表示硬盘能够存储多少数据的一项重要指标，通常以GB为单位，目前主流的硬盘容量从40GB到4TB不等。
此外，通常对硬盘的分类是按照其接口的类型进行分类，主要有ATA和SATA两种。
2.1.5 光驱和光盘光盘驱动器简称光驱，光驱用来存储数据的介质称为光盘，光盘是以光信息作为存储的载体并用来存储数据，其特点是容量大、成本低和保存时间长。
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硬件系统 计 算 机 系 统 软件系统
2008/11/29
第二章
主要内容
2.1 计算机的组成和分类——计算机的逻辑结构 2.2 CPU的结构和原理——个人计算机中的中央处理器 2.3 PC机的主机——个人计算机的物理结构 2.4 常用输入设备——个人计算机的输入设备 2.5 常用输出设备——个人计算机的输出设备 2.6 外存储器——个人计算机的外存储设备
– 储存以二进位形式表示的程序和数据
·······
·····
2008/11/29
殷凯
26
内存与外存对比
外存储器 简称 存取速度 成本 存储容量 性质 与CPU直接连接 工作方式 存储器类型 信息存放时间
2008/11/29
内存储器 内存或主存
快 高 相对较小 断电后信息消失 是 CPU(指令)对内存中的指令及数据进行 读、写操作 挥发性存储器(volatile) 临时存放正在运行的程序和数据
并口 打印机 显卡 显示器 声卡 音箱
AGP PCI ISA USB RS-232 LPT1
光盘,
U盘
原理图与实物的对应
殷凯 30
2.1.3
• 按内部逻辑结构分为 – 单处理机、多处理机(并行机) • 按字长分为 – 16位机、32位机、64位计算机等 • 按计算机的性能、用途和价格分为 – 巨型计算机（Supercomputer） – 大型计算机（Mainframe） – 小型计算机（Minicomputer） – 个人计算机（Personal Computer）
2008/11/29 殷凯 19
计算机硬件的逻辑结构 2
• 现代计算机的逻辑结构
memory
CPU
中央处理器 (运算器及其控制)
内存储器 控制器
总线(bus)
I/O设备通过I/O接 口与各自的控制器 连接，然后由控制 器与I/O总线相连
控制器 I/O接口 输入设备
控制器 I/O接口 输出设备
控制器 外存储器接口 外存储器
殷凯
使用的软件类型 使用机器语言和汇编 语言编写程序 使用FORTRAN等高 级程序设计语言 操作系统、数据库管 理系统等开始使用
主要应用领域 科学和工程计算 开始广泛应用于 数据处理领域 在科学计算、数 据处理、工业控 制等领域得到广 泛应用
第3代
第4代
20世纪70年代中 期以来
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计算机的消极作用
• 个人隐私受到威胁 • 信息欺泛滥
• 电子垃圾污染环境破坏生态
• 知识产权保护（盗版） • 计算机系统崩溃
• 沉迷计算机游戏、网络聊天
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2008年11月29日星期六
2.1.2 计算机的组成
计算机硬件是计算 机系统中所有实际 物理装置的总称
输出设备(output devices)
– 功能：从计算机输出信息 – 输出设备有多种，例如:
• 显示器——输出文字、符号和图形 • 打印机——打印文字、符号和图形 • 扬声器——输出声音
– (多数)输出设备的共性：把计算机中的二进位信息转换成人可感知的形式 (文字、符号、图形、声音等)
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外围设备 输入设备 （外设） 输出设备
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1、 输入设备
• • 输入(input)的双重含义：
1.把信息送入计算机的过程; 2.向计算机输入的内容
输入设备(input devices)
– 功能：用来向计算机输入信息 – 输入设备有多种，例如:
• 键 盘 —— 输入文字、符号和命令 • 鼠标器——输入鼠标器移动的位置信息及按钮命令 • 扫描仪——输入图片 • 麦克风——输入声音
软件开发工具和平台、 深入到各行各 分布式计算、网络软 业，家庭和个人 件等开始广泛使用 开始使用计算机
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计算机的应用模式
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计算技术的主流趋势
PC 主机
普适 计算
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计算机的发展方向（补）
计算机以不可阻挡的速度向各个领 域，各个部门飞速渗透、扩展： 用于体现一个国家的经济和科学技术实 力的巨型化 便于普及的微型化 足不出户便可知天下的网络化 图声文并存的多媒体化 可帮助人类完成更多危险、复杂的工作 的智能化计算机。
图为晶体管
IBM 7090
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计算机的诞生与发展
——按主要元器件分代
• 第三代（约1965-1972）中小规模集成电路计算 机(SSI,MSI--Medium Scale Integration)
– 1958年，基尔比和诺伊斯发明集成电路 – 几十万次/秒—几百万次/秒 – 半导体存储器 – 操作系统、数据库系统
EDVACU NIVAC IBM70X
图为在第一代电子计算机中使用的磁鼓 图为第一代电子计算机
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计算机的诞生与发展
——按主要元器件分代
• 第二代（约1957-1964） 晶体管计算机
– 几十万次/秒 – 1948年Bell实验室发明晶体管 – 磁芯十万字，磁盘 – 汇编语言或高级语言编程 – 代表机型：TRADIC、IBM7090
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5、总线（bus）
• 功能：
– 用于连接CPU、内存、外存和各种I/O设备并在它 们之间传输信息的一组共享的传输线及其控制电路
• 分类：
– CPU总线（或前端总线） ：用于连接CPU和内存的 总线 – I/O总线：连接内存和I/O设备（包括外存）的总线
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总线
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Apple II
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第1～4代计算机的对比
代别 第1代 第2代 年代 20世纪40年代中 期～50年代末期 20世纪50年代中、 后期～60年代中 期 20世纪60年代中 期～70年代初期 使用的元器件 CPU：电子管 内存：磁鼓 CPU：晶体管 内存：磁芯 CPU：SSI，MSI 内存：SSI，MSI的 半导体存储器 CPU：LSI、VLSI 内存：LSI、VLSI 的半导体存储器
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什么是中央处理器（CPU）？
• • • • 计算机中通常有多个不同的处理器，各有不同的分工和任务 用于执行系统软件和应用软件的处理器称为CPU，CPU是计算机 必不可少的核心组成部件 多数个人计算机只有1个CPU，但有一些计算机包含有2个、4个、 8个甚至成百上千个CPU 问题：
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2.1.1 计算机的发展与作用
• 1、计算机的发展 • 2、计算机的巨大作用
– 积极作用
• • • • 开拓了人类认识自然、改造自然的新资源 增添人类发展科学技术的新手段 提供了人类创造文化的新工具 引起人类的工作与生活方式的变化
– 消极作用
• 带来新的社会问题、引发潜在的危机
– 除了CPU之外，计算机中还有哪些处理器？
Intel 4004 chip
Intel 8080 chip
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00000 00001 00010 00011 00100
01101001 存储内容 10101010
3、存储器
• 功能： • 分类：
– 内存储器 – 外存储器
地址
11110 11111
CPU
存 储 器
I/O 接 口
输 入 设 备
I/O 接 口
输 出 设 备
8088 80286 80386 80486 Pentium Pentium Pentium Pentium Pentium
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Pro II III 4
ROM 串口 键盘 DRAM 鼠标 SRAM 扫描仪 Cache 声卡 话筒 EEPROM FLASH 软盘, 硬盘,
– 输入设备的共性：不论信息的原始形态如何，输入到计算机中的信息都 使用二进位来表示
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2、中央处理器（运算控制器）
• 什么是处理器（processor）？
– 能高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑 运算和数据传送等操作的部件，特点是： • 由数字电路组成，结构非常复杂 • 所有电路都制作在大规模集成电路芯片上（仅几 个平方厘米），称为“微处理器” (microprocessor)
中小规模集成电路
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HP-2115
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计算机的诞生与发展
——按主要元器件分代
• 第四代（1971年起）是大规模、超大规模集成 电路计算机(Very Large Scale Integration)
– 几百万次/秒~亿次/秒 – 软件开发工具和平台 – 分布式计算软件
大规模、超大规模集成电路
存储器
输入设备
运算器和控制器
输出设备
注：逻辑结构意指概念上 （即功能上）的结构
冯.诺依曼（John Von Neumman） ——美籍匈牙利数学家 冯.诺依曼计算机的主要特点是： 1）由五大逻辑部件组成（运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备） 2）存储程序控制——计算机的所有操作均由存储在存储器中的程序进行控制 3）程序和数据都使用二进制表示
第2章 计算机组成原理
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完整的计算机系统 =硬件+软件
硬件
组成 组成 计算机各种 计算机各种 物理设备 物理设备 的总称 的总称
软件
能指示计算机完成 特定任务的、以 电子格式存储的 程序、数据和 相关的文档