第2章微型计算机系统的组成.ppt
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1、第2章 微型计算机系统的组成,本章导读: 重点阐述了微机的中央处理器、存储器、输入/输出设备的类型、发展和主要性能指标。 重点内容: 计算机软、硬件系统构成、中央处理器的类型、性能和指标 、存储器的类型、性能和指标输入/输出设备的类型、性能和指标。,第2章 微型计算机系统的组成,2.1 概述 2.2 中央处理器CPU 2.3 存储器 2.4 总线与输入/输出 接口电路 2.5 输入/输出设备,2.1 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,2.1.1 硬件系统,光盘驱动器,软盘驱动器,主机箱,显示器,键盘,
2、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,进制的概念 “逢R进一,借一当R” 十进制 R=10,可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 二进制 R=2 ,可使用0,1 八进制 R=8 ,可使用0,1,2,3,4,5,6,7 十六进制 R=16 ,可使用0,9,A,B,C,D,E,F,二进制概念,信息复制的精确性 运算规则简单 电子线路制造计算机成为可能,程序和指令,指令是对计算机进行程序控制的最小单位。 所有的指令的集合称为计算机的指令系统。,程序是为完成一项特定任务而用某种语言 编写的一组指令序列。,信息的存储单位,位(Bit):度量数据的
3、最小单位,字节(Byte):最常用的基本单位,K 字节 1K = 1024 byte M(兆)字节 1M = 1024 K G(吉) 字节 1G = 1024 M T(太)字节 1T = 1024 G,b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0,1 0 0 1 0 1 0 1,=27+ 24+ 22+ 20,2.1 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
4、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,2.1.2 软件系统,计算机系统的组成,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: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。,
5、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 Side 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
6、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
7、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。,2.2 中央处理器CPU,2.2.1 CPU主要指
8、标、技术和发展 3、CPU的发展 几种CPU的外观图如下所示。,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。,2.2 中央处理器CPU,2.2.2 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
9、,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CPU,2.2.2 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),即每十八个月集成电路的密度翻一番,表示它的功能要翻一番。摩尔是英特尔公司的创始人之一,20多年来,该定律在业界一直正确,带动着微机不停地更新换代,总的趋势是CPU字长“位”数不断增多,速度指标“主频”不断加快,功能不断增强,而价格又不断下降。,计算机第一定律摩尔定律,晶体管数,2.3 存储器,2.3.1 存储器的分类 1、按存储介质分类 (1)半导体存储器 (2)磁表面存储器 (3)光存储器 2、按存储
10、器的读写功能分类 (1)只读存储器ROM (2)随机存储器RAM,2.3 存储器,2.3.1 存储器的分类 3、按信息的可保存性分类 (1)非永久性记忆的存储器。 (2)永久性记忆的存储器 4按在微机系统中的作用分类 (1)主存储器 (2)辅助存储器 (3)高速缓冲存储器,2.3 存储器,2.3.2 存储器的基本性能指标 1、存储容量 存储器可以存储的二进制信息总量称为存储容量。 存储容量通常以字节(B)为单位来表示,对于大容量存储器还可以用千字节(KB)、兆字节(MB)、吉字节(GB)、太字节(TB)等表示。其换算关系为: 1KB=210B=1024B 1MB=220B=1024KB 1GB
11、=230B=1024MB 1TB=240B=1024GB,2.3 存储器,2.3.2 存储器的基本性能指标 2、存取速度 存储器的存取速度可以用存取时间和存取周期来衡量。 (1)存取时间。存取时间是指启动一次存储器操作到完成该操作所用的时。 (2)存取周期。存取周期是指连续两次独立的存储器操作之间的最小时间间隔。通常存取周期略大于存取时间,其差别与存储器的物理实现细节有关。 3、价格 存储器的价格常用每位的价格来衡量。,2.3 存储器,2.3.3 存储系统的层次结构 所谓存储系统的层次结构,就是把各种不同存储容量、存取速度和价格的存储器按层次结构组成多层存储器,并通过管理软件和辅助硬件有机组合
12、成统一的整体,使所存放的程序和数据按层次分布在各种存储器中。目前,在计算机系统中通常采用三级层次结构来构成存储系统,主要由高速缓冲存储器Cache、主存储器和辅助存储器组成,如图2-10所示。,2.4 总线与输入/输出接口电路,2.4.1 总线 总线:计算机系统中传输信息的公共通道。按位置可将总线分为以下三类: (1)片内总线:片内总线是指在微处理器芯片内部各单元之间传输信息的总线,它主要用于芯片级的互连。 (2)系统总线:也称内总线,用以实现微机系统与各种扩展插件板之间的相互连接,是微机系统所特有的总线,一般用于模板之间的连接,系统总线有时也称为板级总线。目前这类总线已基本上实现了标准化,例
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