第二章计算机组成原理教材

计算机的组成与分类
计算机硬件的组成
中央处理器（CPU）
内存储器
计算机硬件 外存储器
系 统
总
输入设备
线
输出设备
CPU 主机 主存储器
总线
外围设备 （外设）
外存储器 输入设备 输出设备
计算机的组成与分类
中央处理器 系统总线
内存储器 存储控制器
控制器
控制器
I/O接口
输入设备
输出设备
控制器 外存储器接口
计算机的组成与分类
巨型计算机
• 采用大规模并行处理的体系结构，由数以百计、千计、 万计 的CPU组成；
• 速度达到每秒数万亿次以上； • 多用在军事、科研、气象预报、 石油勘探等领域
NEC SX-6/64MB巨型计算机外形
计算机的组成与分类
大型计算机
• 运算速度快、存储容量大、通信联网功能完善、可靠性 高、安全性好、有丰富的系统软件和应用软件
计算机的组成与分类
个人计算机
台式机：一般在办公室或家庭中使用 便携机：便于外出携带
笔记本（膝上机） 手持式计算机（掌上机）
计算机的组成与分类
单片计算机（嵌入式计算机）
是一种把处理器、存储器、输入／输出控制与接口电路等都集成 在同一块芯片上的大规模集成电路
CPU的结构与原理
(1) 计算机的工作原理：
计算机的组成与分类
总线与I/O接口
总线：用于在CPU、内存、外存和各种输入输出设备之间 传输信息并协调它们工作的一种部件 前端总线：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
I/O接口：计算机系统中的I/O设备通过I/O接口与各自的 控制器连接，然后由控制器与总线相连
• 通常含有4、8、16、32个甚至更多个CPU; • 为企业或政府的数据提供集中的存储、管理和处理，作
为主服务器（企业级服务器）
计算机的组成与分类
小型计算机
• 为多个用户执行任务，但它没有大型机的高性能，支持 的用户较少
• 小型机的典型应用是帮助中小企业完成信息处理任务， 如库存管理、销售管理、文档管理等
计算机的组成与分类
计算机的分类
1.按内部逻辑结构分为：
• 单处理机、多处理机(并行机)
2.按字长分为：
• 16位机、32位机或64位计算机等
3.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）
• 外存储器(简称外存或辅存) 存取速度慢、容量相对大，价格相对低； 不直接与CPU相连接； 非易失性；
计算机的组成与分类
输出设备：完成信息输出的设备
功能：把计算机中用“0” 和“1”表示的信息转换成人可直 接
识别和感知的形式 常见的输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音 箱 等
输入设备＋输出设备 ＝ I / O（Input / Output）设备
外存储器
计算机硬件的逻辑组成
计算机的组成与分类
输入设备 : 用来向计算机输入信息的设备 功能：把人可直接识别和感知的形式转换成计算机
中用“0” 和“1”表示的信息 常见的输入设备
键盘、鼠标器、扫描仪、麦克风、摄像头等
计算机的组成与分类
中央处理器
• 处理器：负责对输入信息进行各种处理（例如：计算、 排序、分类、检索等）的部件
50 年 代 中 后 期 ～ 60 年 代 中期
60 年 代 中 期 ～ 70 年 代 源自文库期
主要元器件 CPU：电子管 内存：磁鼓
CPU：晶体管 内存：磁芯
CPU：SSI，MSI 内存：SSI，MSI 半导体存储器
第4代 20 世 纪 70 年 CPU：LSI、VLSI 代中期以来 内存：LSI、VLSI 的半导体存储器
计算机的组成与分类
计算机的发展
世界上第一台计算机
时间：1946年 地点：美国宾夕法尼亚大学 名称：ENIAC 应用：为了计算弹道而研制
18000电子管，1500个继电器，重30吨，运算速度5000次/秒
计算机的组成与分类
第1～4代计算机的对比
代别 第1代
第2代
第3代
年代
20 世 纪 40 年 代 中 期 ～ 50 年代末期
存储程序控制-------冯.诺依曼
(2)主要内容：
• 指令与数据都用二进制编码形式存储、运行和运算 • 程序和数据预先存放在存储器内 • 计算机工作时，CPU从内存中一条一条地取出指令和和相应的数据，
按指令的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止
CPU的结构与原理
外存储器
①任务启动时，执行 该任务的程序和数据 从外存成批传送到内 存 ⑤任务完成后，将处 理得到的全部结果成 批传送到外存以长久 保存
使用计算机
计算机的组成与分类
计算机的应用模式
• 集中计算模式(50～70年代) • 分散计算模式(80年代) • 网络计算模式(90年代)
发展趋势：智能化
计算机的组成与分类
计算机的巨大作用
• 信息处理工具 • 应用于科学研究 • 应用于工农业生产 • 应用于社会服务 • 应用于社会文化 • 应用于办公室和家庭
计算机的组成与分类
计算机的组成
＋
硬件
软件
计算机的组成与分类
计算机的组成
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及其处理的数据 和相关文档
程序：用来向计算机指出应如何一步步地进行规定操作 数据：程序处理的对象 文档：提供给用户使用的操作说明、技术资料等
硬件是软件的工作基础，软件是硬件功能的扩充和完善。 两者相互依存，相互促进
配置的软件
主要应用
使用机器语言和汇 科学计算和工程 编语言编写程序 计算
使用FORTRAN等高级 开始广泛应用于
程序设计语言
数据处理领域
操作系统，数据库 在科学计算、数
管理系统等开始使 据处理、工业控
用
制等领域得到广
泛应用
软件工程、分布式 深入到各行各业，
计算、网络软件等 家庭和个人开始
开始广泛使用
• 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部件
• 中央处理器：承担系统软件和应用软件运行任务的处理器 • 并行处理：使用多个CPU实现超高速计算的技术
计算机的组成与分类
内存储器和外存储器
• 存储器：把程序和数据存储起来的部件
• 内存储器(简称内存或主存) 存取速度快、容量相对小、价格相对高； 直接与CPU相连接； 易失性；