第2章微型计算机系统的组成

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1、第第2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成本章导读：本章导读： 重点阐述了微机的中央处理器、存储器、输入重点阐述了微机的中央处理器、存储器、输入/输输出设备的类型、发展和主要性能指标。出设备的类型、发展和主要性能指标。 重点内容：重点内容： 计算机软、硬件系统构成、中央处理器的类型、性计算机软、硬件系统构成、中央处理器的类型、性能和指标能和指标 、存储器的类型、性能和指标输入、存储器的类型、性能和指标输入/输出设备输出设备的类型、性能和指标。的类型、性能和指标。 第第2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 2.1 2.1 概述概述 2.2 2.2 中央处理器中央处理器CPU

2、 CPU 2.3 2.3 存储器存储器2.4 2.4 总线与输入总线与输入/ /输出输出 接口电路接口电路2.5 2.5 输入输入/ /输出设备输出设备2.1 概述概述2.1.1 硬件系统 微型计算机的硬件系统主要由CPU、存储器、系统总线、接口电路及I/O设备等部件组成。 2.1 概述概述2.1.1 硬件系统（控制器控制器输入输入设备设备输出输出设备设备数据流数据流地地 址址控制流控制流运算器运算器光盘驱动器软盘驱动器主机箱显示器键盘鼠标微型计算机工作原理运算（处理） 存储（记录） 控制（协调）计算机的语言二进制“逢逢 进进，借，借当当 ”十进制十进制=10，可使用，可使用0,1,2,3,4

3、,5,6,7,8,9二进制二进制=2 ，可使用，可使用0,1八进制八进制=8 ，可使用，可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六进制十六进制=16 ，可使用，可使用0,9,A,B,C,D,E,F二进制概念128128瓦瓦3232瓦瓦6464瓦瓦1616瓦瓦8 8瓦瓦4 4瓦瓦1 1瓦瓦2 2瓦瓦信息复制的精确性信息复制的精确性运算规则简单运算规则简单电子线路制造计算机成为可能电子线路制造计算机成为可能程序和指令是对计算机进行程序控制的是对计算机进行程序控制的。所有的指令的所有的指令的称为计算机的称为计算机的机器指令格式机器指令格式操作码操作码 操作数操作数机器执行什么操作机器执行什么操作执行对

4、象（具体数、存放位置）执行对象（具体数、存放位置）是为完成一项特定任务而用某种语言是为完成一项特定任务而用某种语言编写的编写的。信息的存储单位位（位（BitBit）：度量数据的最小单位）：度量数据的最小单位字节（字节（ByteByte）：最常用的基本单位）：最常用的基本单位K K 字节字节1K = 1024 byte1K = 1024 byteM M（兆）字节（兆）字节1M = 1024 K1M = 1024 KG G（吉）（吉） 字节字节1G = 1024 M1G = 1024 M T T（太）字节（太）字节1T = 1024 G1T = 1024 Gb7 b6 b5 b4 b3 b2 b1

5、 b0=2.1 概述2.1.2 软件系统 软件是提高计算机使用效率、扩大计算机功能的程序总称，它由各种程序和数据组成。软件系统由系统软件和应用软件组成。 在硬件基础上的系统软件是对硬件功能的扩充与完善，而操作系统是配置在硬件上的第一层软件，它是对硬件功能的第一次扩充，从而构成了一个比硬件裸机功能更强大、使用更方便的虚拟计算机。所有系统实用程序以及更上层的应用程序都在操作系统虚拟机上运行，他们受操作系统的统一管理和控制。硬件和软件的整体称为计算机系统资源，其系统构成示意图见图2-2。 2.1 概述 软件 系统软件 程序设计语言 应用软件：如软件包、数据库等 机器语言 汇编语言 高级语言 监控程序

6、 操作系统 编辑程序 解释程序 编译程序 诊断程序 2.1.2 软件系统硬件系统硬件系统软件系统软件系统主机主机外部设备外部设备系统软件系统软件应用软件应用软件中央处理器中央处理器内存储器内存储器输入设备输入设备输出设备输出设备外存储器外存储器操作系统操作系统语言处理系统语言处理系统系统服务程序系统服务程序数据库管理系统数据库管理系统文字处理软件文字处理软件表格处理软件表格处理软件辅助设计软件辅助设计软件实时控制软件实时控制软件运算器运算器控制器控制器只读存储器只读存储器随机存储器随机存储器2.2 中央处理器CPU 2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 1、CPU主要性能指标（1）CPU字长

7、：CPU的字长（位数）通常是指CPU内部数据总线宽度或位数。它是CPU数据处理能力的重要指标。（2）CPU主频。CPU主频也叫CPU的工作频率或CPU内部总线频率，是CPU内核（整数和浮点运算器）电路的实际运行频率，亦是CPU自身工作频率。 2.2 中央处理器CPU 2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 （3）CPU外频。CPU的外频也是指CPU从主板上获得的工作频率。它是由主板上晶体震荡电路为CPU提供的基准时钟频率，也就是主板的工作频率。（4）CPU倍频系数 CPU主频、外频和倍频系数关系如下： CPU主频 = CPU外频 倍频系数（5）前端总线频率。前端总线（FSB：Front Sid

8、e Bus）指主板芯片组中的北桥芯片与CPU之间传输数据的通道，因此也可以称为是CPU的外部总线。2.2 中央处理器CPU 2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 2、CPU技术（1）CPU字长：CPU的字长（位数）通常是指CPU内部数据总线宽度或位数。它是CPU数据处理能力的重要指标。（2）CPU主频。CPU主频也叫CPU的工作频率或CPU内部总线频率，是CPU内核（整数和浮点运算器）电路的实际运行频率，亦是CPU自身工作频率。 2.2 中央处理器CPU 2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 2、CPU技术（4）指令与数据分开。经典奔腾有两个高速缓存，一个用于缓存指令，一个用于缓存数据，这

9、种把指令与数据分开存取结构称为哈佛结构（5）固化常用指令。奔腾把常用指令，例如把MOV、ADD、INC、DEC、PUSH等指令改用硬件实现，而不用微代码操作，使指令的运行速度进一步加快。（6）增强的32位数据总线。（7）采用PCI局部总线。（8）错误检测及功能冗余校验技术。（9）能源效率技术。（10）支持多重处理。2.2 中央处理器CPU 2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 3、CPU的发展 CPU从最初发展至今已经有三十多年的历史了，这期间，按照其处理信息的字长，CPU可以分为：4位处理器、8位处理器、16位处理器、32位处理器以及64位处理器，可以说个人电脑的发展是随着CPU的发展而前

10、进的，甚至可以说英特尔的发展史就是CPU的发展史。2.2 中央处理器CPU 2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 3、CPU的发展几种CPU的外观图如下所示。 图 2-3 4004CPU 图 2-4 80386 2.2 中央处理器CPU 2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 3、CPU的发展几种CPU的外观图如下所示。 图 2-5 80486 图 2-6 Pentium Pro 2.2 中央处理器CPU 2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 3、CPU的发展几种CPU的外观图如下所示。 图 2-7 Celeron 图 2-8 Pentium 4 图 2-9 Itanium 2.2 中央处

11、理器CPU2.2.2 CPU的基本组成1、控制单元 控制单元（Contral Unit）是硬件系统的控制部件。它能自动、逐条地从内存储器中取出指令，将指令翻译（转换）成控制信号（电脉冲），并按时间顺序和节拍，发往其他部件，指挥各部件有条不紊地协同工作。2运算单元 运算单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）又称为算术逻辑单元，是负责处理数据的部件。它既能进行加、减、乘、除等算术运算，又能进行与、或、非、比较等逻辑运算。可以把它比做数据的加工厂。2.2 中央处理器CPU2.2.2 CPU的基本组成3、摩尔定律 在芯片制造技术中，有一条摩尔定律（Moores Law），即每十八个