计算机导论第二章.ppt

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第二章 计算机系统的组成 2.1 四大功能部件 2.2 程序存储原理 2.3 计算机系统1计算机系统的组成 系统软件应用软件计算机系统分为：硬件+软件硬 件软 件2§2.1 四大功能部件主存 / 内存(Main memory) CPU外部设备 / IO设备总线(BUS)I/O设备内存CPU 主机外设32.1.1 内存(Main memory) 1 内存单元 (Memory cell) Bit 位 最基本的存储单位， 1B存放一个o或1Word 字 内存单元中存放的 数据内容(形式：二进制数)Word size 字长 一个字包含的位数， 常为： 8、16、32、64 4Byte 字节 数据存储单位，一个汉字需要二个字节， 1 Byte = 8 BitsAddress 地址 内存单元的编号， 标识要访问的单元 Capacity容量 存储器的单元数 或 字节数 (计数单位：K, M, G, T, P) 1K=1024 1M(兆)=1024K 1G=1024M 1T=1024G 1P=1024T5例2-1 一个容量为120GB的磁盘可以存放多少汉字？例2-2 计算机字长32位，内存容量512MB，内存单元的地址至少要有多少位？例2-3 计算机内存容量为1G，它一共有多少个二进制位？62 内存读写Read/write 读操作：把单元存放的数据内容 复制传送出来写操作：更新单元中存放的 数据内容7例2-4 怎样把地址为2的单元内容和地址为3的单元内容交换存储？83 种类 RAM 随机存取存储器 按指定地址读写数据、 断电丢失数据动态－DRAM，周期性刷新静态－SRAM，通电保存9DDR 内存条SDRAM：同步动态随机存取存储器 DDR=Double Data Rate双倍速内存现在常用的内存是DDR SDRAM，简称DDR微机里的内存做成条状，故称内存条10 ROM 只读存储器 断电后数据可保存 PROM 写入一次后只读; EPROM 可用光‘擦洗’、 再写入后只读; EEPROM 可用电信号‘擦洗’11 Cache memory 高速缓冲存储器 存取如同RAM，但 速度更快、 价格更贵 ；和RAM、ROM共同组成内存体系;存储内存一小部分内容的副本；可达M字节级；12 Flash memory 闪存 有断电保存数据能力相对高的读写速度仍较少用作内存RAM多用作数据的保存和转移 (外存、“U盘”)132.1.2 CPU (中央处理机/器) Central Processing Unit 作用 运算：执行对数据的基本操作 控制：协调计算机所有部件的处理动作(指令控制、总线控制、中断控制、时序控制)14CPU早期使用过的微处理器 15CPUPentium 4微处理器和Itanium微处理器内部结构照片 16国产CPU——龙芯 2002年8月，“龙芯”1号研制成功，标志着我国在现代通用微处理器设计方面实现了“零”的突破，打破了我国长期依赖国外CPU产品的无芯的历史。 17 处理器 processor 微处理器 microprocessor(PC机的) 协处理器 coprocessor (一种芯片，用于减轻系统微处理器的特定处理任务。例如，数学协处理器可以控制数字处理；图形协处理器可以处理视频绘制) 芯片 chip、microchip 处理器集成电路 主板 system board/mother board 安装CPU、内存条…的 电路板1819 主要组成部件 ALU 算术逻辑运算器 执行算术操作和逻辑操作Control unit 控制器 控制操作的执行过程20寄存器 Register 存取极高速，暂存数据， 配合ALU、CU工作。 可分：数据寄存器， 指令寄存器， 地址寄存器， 通用寄存器(GR)， 累加器 accumulator， 程序计数器 (Program Counter / PC)21 处理速度 较大型机： 专用CPU， MIPS(百万条指令/每秒) 微机： 通用CPU(系统时钟电路)主频 单位MHz(兆赫) 1MHz即1百万个时钟周期/每秒， 每条机器指令(操作)要若干个 机器周期(Machine Cycle) 才能 完成，每个机器周。省略部分。214 050201 无条件转移 “碾转相除”直到R=0 0215 000000 停机54 0216 000100 无符号整数M 64 0217 000014 无符号整数N 12 0220 000000 余数R的暂存单元 程序： 13条机器指令+3个数据单元 首地址： 0201 终地址： 0215 顺序程序的控制结构 分支 (0203、0206) 循环 (0202～0204 内循环) (0201～0214 外循环) 552.2.3 Von Neumann 冯.纽曼 结构体系 程序存储原理多级存储体系 寄存器－高速缓存－内存－外存加法线路为基础的运算器并行处理原理 (一个字的多个位同时处理)56二进制记号 一切数据和指令在机内最终 表示形式为二进数！ 数据的信息含义由程序解释； 指令的含义由CPU分析、处理； 如何区分数据和指令？ 只能依靠程序本身的正确性！57§2.3 计算机系统 Computer system2.3.1 Hardware & Software硬件：组成计算机的电子、电磁、光学、 机械等 设备部件总称 软件： (传统观点)完成计算任务需要的各种程序 (现代观点)程序、文档、数据、开发规范 的集合58硬件、软件的关系： － 协同实现数据处理任务； － 界面浮动 ； 如浮点运算：程序实现 或 硬件协处理器机器指令：硬件组合逻辑 或 CPU微程序 “软件固化” － 两者技术相互推动； 如 磁盘 文件/DB 数据组织 中断机制 操作系统59主机CPU 内存 Memory 其他 外设外存 EXT. ～ I/O设备 总线 Bus 硬件 60 System系统软件操作系统 OS 实用程序 Utility 语言处理DBMS网络通信防病毒程序……Applications 应用软件软件包： 如文字处理、…… Package自行开发的软件61 2.3.2 常用的系统应用模式 1 主机终端模式 2 C/S 方式 客户机(Client) 服务器(Server)单CPUCPU阵列 (并行处理机系统)Micro 微机Mainframe 主机 62 3 B/S方式 浏览器(browser) 服务器(server) 4 对等模式( P2P / peer to peer) 两台计算机平等连接 5 分布式系统 多台计算机由网络连接 支持透明的全局访问63客户机/服务器系统 Client/server system 简称C/S系统。是一类按新的应用模式运行的分布式计算机系统。在这个应用模式中，用户只关心完整地解决自己的应用问题，而不关心这些应用问题由系统中哪台或哪几台计算机来完成。在C/S系统中，能为应用提供服务(如文件服务，打印服务，拷贝服务，图象服务，通信管理服务等)的计算机或处理器，当其被请求服务时就成为服务器。一台计算机可能提供多种服务，一个服务也可能要由多台计算机组合完成。与服务器相对，提出服务请求的计算机或处理器在当时就是客户机。从客户应用角度看，这个应用的一部分工作在客户机上完成，其他部分的工作则在(一个或多个)服务器上完成。 64随着Internet和WWW的流行，以往的主机／终端和C／S都无法满足当前的全球网络开放、互连、信息随处可见和信息共享的新要求，于是就出现了B／S型模式，即浏览器／服务器结构。B/S模式最大特点是：用户可以通过WWW浏览器去访问Internet上的文本、数据、图像、动画、视频点播和声音信息，这些信息都是由许许多多的Web服务器产生的，而每一个Web服务器又可以通过各种方式与数据库服务器连接，大量的数据实际存放在数据库服务器中。客户端除了WWW浏览器，一般无须任何用户程序，只需从Web服务器上下载程序到本地来执行，在下载过程中若遇到与数据库有关的指令，由Web服务器交给数据库服务器来解释执行，并返回给Web服务器，Web服务器又返回给用户。在这种结构中，将许许多多的网连接到一块，形成一个巨大的网，即全球网。而各个企业可以在此结构的基础上建立自己的Internet。 65分布式系统(distributed system)是建立在网络之上的软件系统。正是因为软件的特性，所以分布式系统具有高度的内聚性和透明性。因此，网络和分布式系统之间的区别更多的在于高层软件(特别是操作系统)，而不是硬件。内聚性是指每一个数据库分布节点高度自治，有本地的数据库管理系统。透明性是指每一个数据库分布节点对用户的应用来说都是透明的，看不出是本地还是远程。在分布式数据库系统中，用户感觉不到数据是分布的，即用户不须知道关系是否分割、有无复本、数据存于哪个站点以及事务在哪个站点上执行等。66 关 键 词： 导论 计算机

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