第四讲 计算机硬件

1第三讲组织的主要信息系统类型上节课回顾不同类型的信息系统四类主要的信息系统–事务处理系统–管理信息系统–决策支持系统–经理支持系统系统之间的关系2上海某公司网络拓扑图多台计算机和网络数据库单台计算机CiscoATMSwitchCisco5000Cisco5000HOSTHPK460HOSTHPk210EthernetHubCisco7000DTUDDNX.25PSTNTokenRingIBMAS/400EthernetHubFDDIRingNPFDDISwitchHubCisco3000HPServerNetwareSFTIIIEthernetHub计算中心ATMSwitchHubEthernetHubWorkstation...WorkstationDTU储运WebServerWorkstation储运公司Router+AccessBayRouterNTUHostIBMRS6000WebServer贸易中心BaySwitchBaySwitchHub集团总部上级部门其他成员单位InternetRouter+AccessModemModem...Modem...HP9000部门WebServer...远程用户Modem外部用户Cisco2511DTUFireWall对外WebServer内部WebServerHPD380...3第二篇信息系统的技术基础桌面系统（一台计算机）PC硬件软件系统分布式计算机系统（多台计算机）计算机网络基础因特网、内联网、外联网、万维网4第一台计算机的诞生1945年，美国数学家冯﹒诺依曼博士发表《电子计算机工具逻辑设计》论文二进制表示方式和存储程序控制计算机构想1946年，美国宾夕法尼亚大学，ENIAC占地170平米用电子管18800个每秒5000次加法重量超过30吨耗电150kw5第一台PC的诞生6多媒体计算机7一个简化的计算机INPUTCONVEYORINPUTCONVEYOR输入/输出处理存储LITTLEMAN计算器黑板+030+400000102030405…9798991342120070063116028计算机系统的结构中央处理器（CPU）输入设施•键盘•鼠标•触摸屏•……二级存储器•软盘•光盘•U盘•……控制单元算术逻辑单元寄存器高速缓存主存储器总线输出设施•显示器•音响•打印机•……RAM（内存）9桌面系统：计算机的组成输入设备主存储器CPU总线输出设备二级存储器通信设备10CPU&主存储器CPU主存储器数据总线地址总线控制总线输出设备二级存储器输入设备11中央处理器CentralProcessingUnit,CPU随机存取存储器主存储器控制单元算术逻辑单元只读存储器CLOCK12CPUCPU=CentralProcessingUnit自动执行指令（时钟）寻找下一个指令的存储地址（时钟）从内存中取出指令（时钟）解释指令（时钟）如果需要，从内存中获得其他指令（时钟）执行指令（时钟）按照需要存储结果内部时钟运行速度非常快(e.g.,100MHZ=100milliontickspersecond)活动与时钟运行是同步的一些活动的运行时间超过1个时钟13存储器类型RAM（随机存取存储器）:RandomAccessMemoryDynamic：任意时刻，可以从任意存储单元，读写信息；Static：断电后即丢失。ROM（只读存储器）:ReadOnlyMemory只读不写，晶片上的软件编码是厂商制造时烧上去的（如启动程序等）；PROM/可编程只读存储器：ProgramreadonlymemoryEPROM/可擦除可编程只读存储器:ErasableProgramreadonlymemoryEEPROM/电可擦除可编程只读存储器:Electricallyerasable14比特和字节比特（Bit）最小的数据单位，只能存放一个二进制的0或1；字节（Byte）一组长度固定为8的二进制位的集合，一般一个字节可以存放一个字符。or01比特A每个字母都可以用一个字节来表示10010000115二进制Place87654321Powerof22726252423222120Decimalvalue1286432168421（10100）21×24=160×23=01×22=40×21=00×20=0Decimalvalue=16+0+4+0+0=2016例子ChartEBCDICASCIIA1100000110100001C1100001110100011T1110001110110100111110001010100012111100100101001017计算机系统的运行过程7+10=1718计算机中的数据处理过程：机器指令和机器周期机器指令1、取机器指令2、指令翻译3、把指令放到寄存器中4、把地址放到寄存器中5、把数据从内存中取到寄存器中6、命令ALU执行相应的操作7、ALU执行操作8、把结果送到累加器中指令周期执行周期19指令&执行周期例子：7+10=17Program:LDA,7ADDA,10HALTInstructionProgram:00111110操作码（LDA）00000111操作数（7）11000110操作码（ADDA）00001010操作数（10）01110110操作码（HALT）20指令&执行周期AddressProgram汇编语言00000000LDA00000001700000010ADDA000000111000000100HALT001111100000011111000110000010100111011021电脑时钟Millisecond.001secondthousand15min40secMicrosecond.001millisecondmillion11.6daysNanosecond.001microsecondbillion31.7yearsPicosecond.001nanosecondtrillion31,700yearsNAMELENGTHSECONDTO1SECOND#PERCOMPARED22存储器类型RAM（随机存取存储器）:RandomAccessMemoryDynamic:任意时刻,可以从任意存储单元,读写信息；Static:断电后即丢失。ROM（只读存储器）:ReadOnlyMemory只读不写,晶片上的软件编码是厂商制造时烧上去的（如启动程序等）；PROM/可编程只读存储器：ProgramreadonlymemoryEPROM/可擦除可编程只读存储器:ErasableProgramreadonlymemoryEEPROM/电可擦除可编程只读存储器:Electricallyerasable23二级存储器DISKTAPEOPTICALSTORAGE*24存储区域网络SAN:STORAGEAREANETWORKHIGH-SPEEDNETWORK（专门用于存储的高速网络）CONNECTSVARIOUSSTORAGEDEVICESTAPELIBRARIES（磁带库）DISKARRAYS（磁盘阵列）STORAGESERVICEPROVIDER:3rdpartyrentsstoragespace（存储服务供应商）25存储区域网络（SAN）26输入输出设备定点设备（POINTINGDEVICES）SOURCEDATAAUTOMATIONOUTPUTDEVICES27定点设备（POINTINGDEVICES）KEYBOARDMOUSEWIREDINFRA-REDTRACKBALLTOUCHPADJOYSTICK（操纵杆）TOUCHSCREEN28源数据自动化SOURCEDATAAUTOMATION在数据产生的时间和地点，以计算机可读的形式获取数据。光符号识别（OPTICALCHARACTERRECOGNITION，OCR）：有计划地将标志、字符、编码转换成数字形式。条形码（BARCODE）:商店、仓库和船运过程中识别产品磁墨水字符辨识阅读器（MAGNETICINKCHARACTERRECOGNITION，MICR）：将磁性墨水所写的字符转换为数字形式银行、账号和金额的特殊油墨标识29源数据自动化SOURCEDATAAUTOMATION手写式输入（PEN-BASEDINPUT）:数字签名（Digitizessignature）数字扫描仪（DIGITALSCANNER）:图像和字符转换为数字形式。语音输入设备（VOICEINPUTDEVICES）:将口头语言转换为数字形式。传感器（SENSORS）:从环境中收集数据作为计算机的输入（e.g.,温控,压控）30输出设备阴极射线管/CATHODERAYTUBE(CRT)打印机/PRINTER绘图仪/PLOTTERVOICEOUTPUTDEVICE31计算机的类型大型机（Mainframe）中型机&小型机（Midrange&Minicomputer）服务器（Server）PersonalComputer（PC）工作站（Workstation）超级计算机（Supercomputer）32计算机硬件的发展趋势Performance→betterPrice→lowerSize→morecompact1.TheCPU2.存储装置/Storagedevices3.用户界面/UserInterfaces4.TypeofPCs33英特尔发布“奔4”02年11月14日下午，Inter公司在北京隆重发布了目前世界上最快的奔腾四代3.06G处理器。每秒计算速度超过30亿次，如果您走路的频率和英特尔的3.06GHz奔腾4处理器主频一样快，那么您走到月球只需0.28秒！34双内核和多内核处理器是芯片史中的一大转折双内核芯片的问世是微处理器设计方式发生根本变化的一个标志。数十年以来，设计人员一直在寻找一种可能的模式来设计芯片；无非就是减小晶体管的尺寸和提高晶体管的运算速度，Inter等公司的分析研究表明，最近几年来，在设计完成更复杂任务的芯片方面，这一模式显得有些力不从心。从本质上讲，一个内核也就相当于一片芯片的大脑，那么多增加一个内核就会使芯片能够将运行任务分解为更多更小的部分，因此也就能够更快地完成运算任务。这一不仅可以减少运算的时间，而且也能够将芯片发热影响降到较低的程度。双内核芯片能够完成和单核芯片同样的工作，而且比单内核芯片运算速度更快，体积更小。35IT发展——曙光4000A超级计算机超级计算机是指那些用于科学技术研究的超大型运算系统，其领域包括数值气象研究、生物信息、地震地质（石油勘探）等各个方面。2005年，中国高性能计算机性能TOP100排行榜中国气象局引进的IBM超级计算机以21万亿次/秒的峰值运算能力夺冠。国产服务器品牌以51%的微弱优势首次超过国外品牌，曙光、联想、浪潮、神威、上海大学、清华大学等单位榜上有名落户上海超级计算中心的国产“曙光4000A”以11万亿次/秒的最高运算速度排名第二。36IT发展——曙光4000A超级计算机37句号大小的超微型计算机康奈尔大学和哈佛大学分别开发出有开关功能的纳米晶体管，体积比现有晶体管小100倍，相当于单个分子大小。这一突破将有利于开发在单个分子上装配电子器件的化学技术。还有可能使计算机电路再缩小6万倍，造出仅有句号大小的超微型计算机，进而开发出携带超微型计算机的医用纳米机械。利用简单的DNA计算机，在实验中为一个有24个变量、100万种可能结果的数学难题找到了答案。这是迄今用非电子化计算手段解出的最复杂数学问题，表明DNA计算机又迈出重要一步。但DNA计算机错误率还是太高，要想真正超越电子计算机，还需在DNA大分子操纵技术等方面有大突破。38“摩尔定律”1965年，英特尔创始人之一戈登·摩尔（GoldenMoore）提出摩尔定律，该定律主要是界定半导体发展的速度。