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1、第第2章章 计算机组成原理计算机组成原理2.1 计算机的组成与分类计算机的组成与分类 2.2 CPU的结构与原理的结构与原理2.3 PC机的主机机的主机2.4 常用输入设备常用输入设备2.5 常用输出设备常用输出设备2.6 外存储器外存储器2.1 计算机的组成与分类计算机的组成与分类2.1.1 计算机的发展与作用计算机的发展与作用（熟悉一下）（熟悉一下）计算机是计算机是通用的通用的信息处理工具信息处理工具n计算机的信息处理功能：计算机的信息处理功能：n信息的收集（信息获取）信息的收集（信息获取）n信息的储存（信息存储）信息的储存（信息存储）n信息的加工（信息处理）信息的加工（信息处理）n信息的
2、传递（通信）信息的传递（通信）n信息的施用（展现与控制）信息的施用（展现与控制）计算机有哪些特性？计算机有哪些特性？n计算机的特性：计算机的特性：（1）速度快）速度快（2）存储容量大）存储容量大（3）通用性通用性好好n不仅能处理数字和文字，而且能对图像、声音等多种形式的信息进不仅能处理数字和文字，而且能对图像、声音等多种形式的信息进行处理行处理n不仅能进行数学运算，而且能进行逻辑运算不仅能进行数学运算，而且能进行逻辑运算n不仅能进行运算，而且具有信息的获取、存储、传输、展现等功能不仅能进行运算，而且具有信息的获取、存储、传输、展现等功能（4）计算机与计算机具有互连、互通和互操作的能力）计算机与
3、计算机具有互连、互通和互操作的能力计算机的巨大作用计算机的巨大作用n计算机对社会的进步与发展产生了巨大的作用：计算机对社会的进步与发展产生了巨大的作用：n计算机应用于计算机应用于科学研究科学研究，大大增强了人类认识自然、开发，大大增强了人类认识自然、开发自然、改造和利用自然的能力，促进了科学技术的发展。自然、改造和利用自然的能力，促进了科学技术的发展。n计算机应用于计算机应用于工农业生产工农业生产，大大提高了人类物质生产水平，大大提高了人类物质生产水平和社会生产率，促进了经济的飞跃发展。和社会生产率，促进了经济的飞跃发展。n计算机应用于计算机应用于社会服务社会服务，大大扩展和改善了服务范围与质
4、，大大扩展和改善了服务范围与质量，提高了工作效率，推动了社会进步。量，提高了工作效率，推动了社会进步。n计算机应用于计算机应用于社会文化社会文化，为人类创造文化提供了现代化工，为人类创造文化提供了现代化工具，改变了人们创造文化和传播文化的方式和方法，扩展具，改变了人们创造文化和传播文化的方式和方法，扩展了人类文化活动的领域、丰富了内容、提高了质量。了人类文化活动的领域、丰富了内容、提高了质量。计算机有什么负面影响？计算机有什么负面影响？n计算机引发的社会问题和某些潜在的危机：计算机引发的社会问题和某些潜在的危机：n计算机系统崩溃给社会带来不可预测的严重后果计算机系统崩溃给社会带来不可预测的严重
5、后果n信息欺骗和计算机犯罪增加信息欺骗和计算机犯罪增加n知识产权保护更加困难知识产权保护更加困难n个人隐私受到威胁个人隐私受到威胁n不良和有害信息肆意传播和泛滥不良和有害信息肆意传播和泛滥n大量电子垃圾污染环境、破坏生态大量电子垃圾污染环境、破坏生态n长期沉迷于计算机游戏、网络聊天等给青少年生理长期沉迷于计算机游戏、网络聊天等给青少年生理和心理带来严重危害和心理带来严重危害 计算机的发展计算机的发展n19461946年研制成功第年研制成功第1 1台台数字电子数字电子计算机计算机n6060年来发展速度之快大大超出人们的预料：年来发展速度之快大大超出人们的预料：n性能、体积、价格、性能、体积、价格
6、、n应用领域和装机数量应用领域和装机数量n软件技术和软件产品软件技术和软件产品n使用的元器件使用的元器件n第第1 1代：电子管磁鼓代：电子管磁鼓n第第2 2代：晶体管磁芯代：晶体管磁芯n第第3 3代：中、小规模集成电路代：中、小规模集成电路n第第4 4代：大、超大规模集成电路代：大、超大规模集成电路n 应用模式：应用模式：n 集中计算模式集中计算模式n 分散计算模式分散计算模式n 网络计算模式网络计算模式n 普适计算模式（？）普适计算模式（？）问题：问题：60年来没变的是什么？年来没变的是什么？基本工作原理基本工作原理第第1台数字电子计算机台数字电子计算机1946年年ENIAC计算机公布计算机
7、公布 ENIAC（电子数字积分机与计算机）：电子数字积分机与计算机）：研制单位：美国宾夕法尼亚大学研制单位：美国宾夕法尼亚大学用用 途：途： 军事计算军事计算运算速度：运算速度：5000次次/秒秒体积价格：体积价格：170平方米，平方米，30吨，吨，140千瓦，千瓦，40万美元万美元计算机的分代计算机的分代( (按使用的元器件按使用的元器件) )u第一代（约第一代（约1946-19571946-1957）电子管计算机）电子管计算机 速度：几十几万次速度：几十几万次/ /秒秒 内存：磁鼓，千字内存：磁鼓，千字 外设：磁带外设：磁带 机器语言或汇编语言编程机器语言或汇编语言编程美国于20世纪50年
8、代生产的IBM704型采用电子管的第一代电子计算机第一代电子计算机中使用的磁鼓存储器u第二代（约第二代（约1957-19641957-1964） 晶体管计算机晶体管计算机 速度：几十万次速度：几十万次/ /秒，秒， 内存：磁芯，十万字内存：磁芯，十万字 外设：磁盘外设：磁盘 高级语言编程高级语言编程电子管晶体管计算机的分代计算机的分代( (按使用的元器件按使用的元器件) )第三代（约第三代（约1965-19731965-1973）中小规模集成电路）中小规模集成电路(SSI,MSI)(SSI,MSI)计算机计算机 速度：几十万次几百万次速度：几十万次几百万次/ /秒秒 内存：半导体存储器内存：半
9、导体存储器 高级语言高级语言, OS, DBMS, OS, DBMS第四代（第四代（19741974年起）大规模年起）大规模(LSI)(LSI)和和VLSIVLSI计算机计算机 速度：几百万次亿次速度：几百万次亿次/ /秒秒 内存：半导体存储器内存：半导体存储器 软件工程，分布式处理等软件工程，分布式处理等第第14代计算机的对比代计算机的对比 代代 别别年年 代代使用的元器件使用的元器件使用的软件类型使用的软件类型主要应用领域主要应用领域第第1代代20世纪世纪40年代年代中期中期50年代年代末期末期CPU：电子管：电子管内存：内存：磁鼓磁鼓使用机器语言和使用机器语言和汇编语言编写程汇编语言编写
10、程序序科学和工程计科学和工程计算算第第2代代20世纪世纪50年代年代中、后期中、后期60年代中期年代中期CPU：晶体管：晶体管内存：内存：磁芯磁芯使用使用FORTRAN等等高级程序设计语高级程序设计语言言开始广泛应用开始广泛应用于数据处理领于数据处理领域域第第3代代20世纪世纪60年代年代中期中期70年代年代初期初期CPU：SSI，MSI内存：内存：SSI，MSI的半导体存储器的半导体存储器操作系统、数据操作系统、数据库管理系统等开库管理系统等开始使用始使用在科学计算、在科学计算、数据处理、工数据处理、工业控制等领域业控制等领域得到广泛应用得到广泛应用第第4代代20世纪世纪70年代年代中期以来
11、中期以来CPU：LSI、VLSI内存：内存：LSI、VLSI的半导体存的半导体存储器储器软件开发工具和软件开发工具和平台、分布式计平台、分布式计算、网络软件等算、网络软件等开始广泛使用开始广泛使用深入到各行各深入到各行各业，家庭和个业，家庭和个人开始使用计人开始使用计算机算机2.1.2 计算机的组成计算机的组成计算机系统计算机系统计算机硬件计算机硬件计算机软件计算机软件运算器运算器控制器控制器输入设备输入设备存储器存储器输出设备输出设备系统软件系统软件应用软件应用软件操作系统操作系统数据库管理系统数据库管理系统程序语言处理系统程序语言处理系统文字处理文字处理通信通信娱乐娱乐计算机是一个复杂系统
12、计算机是一个复杂系统计算机硬件是计算计算机硬件是计算机系统中所有实际机系统中所有实际物理装置的总称物理装置的总称计算机软件是指在计算机中计算机软件是指在计算机中运行的各种程序及其处理的运行的各种程序及其处理的数据和相关的文档数据和相关的文档n计算机是一个复杂的系统计算机是一个复杂的系统n复杂性：硬件由数以亿计的元器件组成，软件由数以亿计的指令组成复杂性：硬件由数以亿计的元器件组成，软件由数以亿计的指令组成n多样性：硬件与光、机、电、声等有关，软件与数学、逻辑多样性：硬件与光、机、电、声等有关，软件与数学、逻辑等有关等有关n层次性：分层层次性：分层(hierarchical) 结构结构计算机硬件
13、的逻辑结构计算机硬件的逻辑结构 n经典计算机的逻辑结构（经典计算机的逻辑结构（冯冯. .诺依曼计算机诺依曼计算机）运算器和控制器运算器和控制器输入设备输入设备输出设备输出设备存储器存储器（注：逻辑结构意指概念上（即功能上）的结构）（注：逻辑结构意指概念上（即功能上）的结构）计算机硬件的逻辑结构计算机硬件的逻辑结构 2n现代计算机的逻辑结构现代计算机的逻辑结构n与经典计算机结构相比的与经典计算机结构相比的3个变化：个变化：n集中控制集中控制分散控制分散控制n存储器存储器内存储器外存储器内存储器外存储器n通过通过CPU通信通信通过总线进行通信通过总线进行通信中央处理器中央处理器(运算器及其控制运算
14、器及其控制)外存储器外存储器内存储器内存储器输出设备输出设备总线总线(bus)输入设备输入设备I/O接口接口I/O接口接口外存储器接口外存储器接口控制器控制器控制器控制器控制器控制器CPU控制器控制器memorystorageI/O设备通过设备通过I/O接接口口与各自的控制器与各自的控制器连接，然后由控制连接，然后由控制器与器与I/O总线相连总线相连(1) 输入设备输入设备n输入输入(input)的双重含义：的双重含义：1.把信息送入计算机的过程把信息送入计算机的过程; 2.向计算机输入的内容向计算机输入的内容n输入设备输入设备(input devices)n功能：用来向计算机输入信息功能：用
15、来向计算机输入信息n输入设备有多种，例如输入设备有多种，例如:n键键 盘盘 输入文字、符号和命令输入文字、符号和命令n鼠标器鼠标器输入鼠标器移动的位置信息及按钮命令输入鼠标器移动的位置信息及按钮命令n扫描仪扫描仪输入图片输入图片n麦克风麦克风输入声音输入声音n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的信息都使用二进位来表示(2) 中央处理器中央处理器(运算控制器运算控制器)n什么是处理器什么是处理器(processor)？n能能高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑高速执行指令，完成二进制数据的算术或
16、逻辑运算和数据传送等操作运算和数据传送等操作的部件，特点是：的部件，特点是：n由数字电路组成，结构非常复杂由数字电路组成，结构非常复杂n所有电路都制作在大规模集成电路芯片上所有电路都制作在大规模集成电路芯片上(仅几仅几个平方厘米个平方厘米)，称为，称为“微处理器微处理器” (microprocessor)Intel 4004 chipIntel 8080 chip什么是中央处理器什么是中央处理器(CPU)？n计算机中通常有多个不同的处理器，各有不同的分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工和任务n用于执行系统软件和应用软件的处理器用于执行系统软件和应用软件的处理器称为称为CPU，CPU是计算机必不可少的核心组成部件是计算机必不可少的核心组成部件n多数个人计算机只有多数个人计算机只有1个个CPU，但有一些计算机包，但有一些计算机包含有含有2个、个、4个、个、8个甚至成百上千个个甚至成百上千个CPU(3) 存储器存储器n功能：功能：n储存以二进位形式表示的程序和数据储存以二进位形式表示的程序和数据n分类：内存储器分类：内存储器/外存储器外存储器内存储器内存储器(简称内存或主
