2022年计算机与计算机系统.ppt.docx
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1、2022年计算机与计算机系统.ppt 计算机与计算机系统 计算机与计算机系统 计算机的全称 一般所说的计算机称为“电子数字通用计算机” 数字:计算机采纳数字化方式处理信息;一切非数字化的信息,必需首先进行“数字化“ 通用:采纳冯 诺依曼提出的“ 程序存储式通用计算机”的体系结构和设计方案;能够解决具有“可解算法”的问题 计算机文化 当今,计算机已“无处不在” 应用的领域广泛 已经成为一种文化 有这样一句话: 在现代社会生活中,没有一个人能离开计算机;也没有一个人真正离开过计算机 计算机的应用特点 计算系统的基本构成 一个完整的“计算系统”必需解决三个问题 一般应具有数据输入、运算、数据存储、数
2、据输出以及运算过程的限制与协调等逻辑功能 被运算的数据必需是可被识别和存储的 完成运算的“系统”需具备了或可得到有关运算的学问和方法 计算机是对人脑的模拟,就必需考虑: 用不同的组件模拟人脑的逻辑功能 确定数据的表示形式,以便识别不同的数据 将运算的学问和方法以特定的方式,事先告知计算机 冯?诺依曼 冯?诺依曼3个基本组成原理 计算机的5个功能组件 冯氏计算机的基本工作原理 将须要在计算机中处理的数据进行二进制“化”;将数据处理的方法和目的按“步骤”写成指令和程序,指令和程序也是二进制的;在计算机中设置存储器;将指令和程序与数据一起存放在存储器中。 机器一经启动,就能根据程序指定的逻辑依次依次
3、取出存储的程序指令,并自动对相关数据进行运算处理,逐步并自动地由程序所描述的各种工作 -计算机成为一种自动运行的机器 程序的执行过程 计算机的工作过程就是执行程序的过程 程序存储在外部存储器上 将程序调入内部存储器 各个硬件组件协调,按逻辑依次逐条执行指令 程序执行过程示意 指令的执行过程 指令的执行过程例 冯氏计算机基本工作原理可总结为 巨型计算机例 巨型计算机例 有消息报告 2022年,曙光星云超级计算机,处理速度达到了1.27千万亿次计算 世界上最快的计算机,位于美国田纳西州橡树岭国家试验室,去年11月份测定的处理速度是1.75千万亿次 在国际权威组织的排名中,中国计算机排名第五 在计算
4、机500强排名中,美国有282台入选 美国下一步打算接着提高计算机的运算速度,争取达到“亿亿次”的单位级别;此目标希望在2022年到2022年实现 巨型计算机的用途 天气预报、石油地震资料处理、核能开发利用、计算流体力学、基因与蛋白分析、大型机械设计和材料科学等领域 “曙光”可以在20秒种内实时完成1万个5000万瓦以上的并网发电机组和22万伏变电站构成的全国电网的电力平安评估;可在10分钟内完成上海证券交易所10年的1010多支股票交易信息的200种证券指数的计算;能在1小时内同时完成关于中国周边、北方大部、北京周边、北京2022年奥运会场馆周边所须要的36小时气象预报的计算,包括风向、风速
5、、温度、湿度等,精度1公里,可精确到每个奥运会场馆 微型计算机 微型计算机是计算机系列中的一个特例 遵从普遍的计算机基本结构原理 具有自己显明的结构特点和应用特点 出现于上世纪73年头;首先由美国Intel公司生产 体积小、重量轻、价格低、运用便利 微型计算机推动了计算机技术发展,使计算机从专家的试验室中,走入了千家万户 微型计算机的硬件组成 微型计算机功能结构示意 CPU及基本结构 CPU是计算机的核心 主要的功能是限制计算机的操作和处理数据 主要组织结构: 限制器 限制和协调计算机的各功能组件的工作和操作 运算器 完成各种运算,实现数据处理功能 CPU芯片图示 CPU的性能指标_字长 CP
6、U的字长: 指令一次可处理数据的二进制的位数 字长越长,一条指令可处理的二进制数据的位数就越多,CPU的性能就越高,工作速度就越快,当然内部结构就越困难 当前流行32和64位机 CPU的性能指标_运算速度 CPU的运算速度有两个层面的意义 CPU主频 CPU执行指令的速度 CPU的性能指标_工作频率 CPU外频 硬件中有一个组件,为系统供应一个基准时钟频率 CPU与外围设备交换传送数据的频率 基本单位是:Hz CPU主频 CPU的实际工作频率 远高于外频;主频=外频*倍频系数 (典型数据为15倍) 早期的主频仅为4.77MHz;目前典型数据为3GHz ; CPU的工作速度与主频有亲密关系(一般
7、用主频数表述速度;主频越高自然速度越快) CPU性能指标_指令的执行速度 单位时间内所能执行的指令的条数 单位是: (一百零一万)条/秒 早期的计算机每秒只能执行数千条指令 由Intel推出的“Pentium 4”微处理器芯片,每秒可执行几亿条指令 CPU执行一条指令须要若干个时钟脉冲;执行不同的指令,须要的时钟脉冲数不同 CPU指令的执行速度与CPU主频有干脆关系 Intel-CPU的类型 内部存储器 功能:存放程序、指令、数据和中间结果 全部要运行的数据、全部要被处理的数据都必需首先从外部存储设备中,调入内部存储器 内存的容量总是有限的 为提高效率,已经执行结束的程序以及历史数据,应刚好从
8、内部存储器中清除 数据及程序的存储问题 存储由“记忆元件”实现 “记忆元件”只有两种稳定状态,可以也只能存放二进制数 存放8位二进制代码的一组“记忆元件”构成一个“存储单元” 存储单元是最基本的存储单位;存储器由多存储单元构成 不同的存储单元用不同的地址标记 计算机按地址“存入”和“取出”数据 存入数据称为“写”,取出数据称为“读” 存储器与数据存储 总线宽度的意义 数据总线宽度: 一次能够传送的数据的二进制的位数 确定了CPU与内存之间的数据交换效率 只读存储器ROM 只读 半导体电子记忆元器件构成;非易失 存放固定不变的程序和数据;这些程序和数据主要用来启动计算机和监视限制计算机的正常运行
9、 这些程序及数据一般由计算机厂家写入,允许用户部分地简洁修改 随机存储器RAM 既可读出也可写入 半导体电子记忆元器件构成;具有易失性 每次开启计算机都要对RAM进行重新装配 通常所说的内存容量,就是指RAM的容量 典型内存容量数据:256M、512M、1G、2G 随机存储器图示 存储器的主要技术指标 在技术性能上要求容量大、体积小、存取速度快 两个技术性能指标: 存储容量 以字节为基本单位;KB、MB、GB 存取速度 从起先到完成某个数据存取操,作所用的时间 典型数据为:60-120ns(1ns=10-9s) 外存储器及种类 内存储器的缺陷:因易失而只能暂存、容量受限 解决的思路:采纳具有更
10、大容量并可以“永久”记忆存储实力的介质 磁盘:软磁盘、硬磁盘、移动硬盘 光盘:只读光盘、一次性写入光盘、可擦写光盘 U盘 可移动硬盘 磁盘 磁盘主要由盘片和磁头构成;盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成;磁头用于进行读写操作 磁盘的磁性材料被磁头磁化后,取两个稳定的状态,分别存储0或1二进制数据 磁盘的存储容量视详细类型而定 现常用的磁盘为硬磁盘 硬磁盘的结构 硬磁盘的结构 硬磁盘的读写原理示意 硬磁盘结构图示 光盘图示 采纳铝箔作为基底,上附着热敏材料 采纳激光技术在材料表面形成“凹凸”状态,实现数据的存储 现在微型机上运用的光盘一般分为 只读光盘,又称CD-ROM 一次性写入光盘 可擦写光盘
11、由特地的驱动器读或写;光驱具有不同的读写速度 一般光盘容量为:650MB;DVD光盘4.7GB或更大 闪存盘 “闪存盘”、“U盘”,是一种俗称;全称应为“非易失性随机访问存储器” 是一种采纳USB接口技术和闪存(Flash Memory)技术结合的移动存储器 可多次擦写、速度快而且防磁、防震、防潮 存储容量从16MB4GB不等 微型计算机系统的组成 微型计算机硬件系统由主机与外设构成; 主机由CPU和内部存储器构成; CPU由运算器和限制器组成; 外设由外部存储器、输入设备和输出器构成; 输入设备主要包括键盘、鼠标以及扫描仪等; 输出设备主要包括显示器、打印机以及绘图仪等; 外部存储器主要包括
12、磁盘、光盘、U 盘等; 微型计算机系统由硬件系统和软件系统构成 计算机系统示意 软件的3种类型 软件程序语言吩咐 计算机语言 非机器指令程序的运行与语言处理程序 只有用机器指令编写的程序,计算机可以干脆识别并执行 任何非机器指令组成的程序都最终必需转换为机器指令,才能被计算机运行 转换由特地的“翻译程序”完成;称为“语言处理程序” 高级程序的运行方式之“编译” 高级程序的运行方式之“说明” 计算机系统示意简图 奔腾Pentium 安腾Itanium 至强Xeon 酷睿 Core 赛扬Celeron 迅驰Centrino 靶伟邑悍嗜饼颇槐湘聂茵溪帐赞芯历荷预娃粥菌请肝娄秉寂漫员踢谷寿谅计算机与计
13、算机系统计算机与计算机系统 程凑抿摔绢辽草剐双益弱仓歼武则轧议进熬眼莆羡侦撩恼斗产虏坑诡除聪计算机与计算机系统计算机与计算机系统 记忆元件 激励 输出 两个稳定状态 腾晤态花健货泰蝶藏橇匡馅眯渍遏扩绵疮枪龟裂疥闽萌膜吵利域携酱碘账计算机与计算机系统计算机与计算机系统 20000H 20001H 20002H 20003H 20004H 20005H CPU送出地址 CPU送出操作吩咐 与CPU交换数据 遣昆铸快卷泽芒抵罢超系搜细饺寓涉酋坊檬卵始沿病快拌坟褥拭啮轰生恿计算机与计算机系统计算机与计算机系统 地址总线宽度: 运用多少位二进制数表示内存单元的地址 反映了CPU对存储单元数量的管理和访问
14、实力 例如: 1条地址线可以表示0、1两个内存单元 2根地址线可以表示00、01、10、11四个内存单元 20根地址线可访问和管理的内存单元为: 220B=1MB 32根地址线可访问内存的最大单元数为: 232B=4GB (232=4210210210) 癌涧穿郁簿品蔬攘葛揉疤度翻坍雪吴织创感曝服间螟志诣概铣驹增育捐颤计算机与计算机系统计算机与计算机系统 ROM:Read Only Momery 繁毁叙持凑滦开玛矣刊肖搓诡献峰意牢荔剃装僳忙蒋智镣勋棋怒残峻残棵计算机与计算机系统计算机与计算机系统 RAM:Random Access Momery 髓傣俗博频贸痞俩夷典娱掂趾械俐幢公咀抱舔黎评豪恰
15、埠滇巨明壬智勿收计算机与计算机系统计算机与计算机系统 唇帐笋彪屎棘疙累遂动沂胸伤舟淳持楚国慨酱沽鲍铰天袄帖搜踢寐卸匀肆计算机与计算机系统计算机与计算机系统 邮萍季门环翻词梢蛊仿酸睁籍畔猖抛炯绦巩渤畴诛瘟锄凿肉翔械霓庄淆蓟计算机与计算机系统计算机与计算机系统 剁钡翘乖铭匝棱购童汝黔邑恢陇姜柬枢召轿褂嘲苗浅红从苗硝韦沂铡俺改计算机与计算机系统计算机与计算机系统 瑟彦屋趾渊巳尸专歼侦日伴蒸腕哦碰知次窖蓖谴唁缚跨吗肆呵惟敞序鸳提计算机与计算机系统计算机与计算机系统 扇区 读写磁头 柱面 磁道 各盘片上同一位置的磁道构成一个柱面。 磁盘容量:典型容量 (360GB) 盘面数(读写磁头数)*磁道(柱面数)
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