大學(xué)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)教程 第2章 計(jì)算機(jī)硬件

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第2章計(jì)算機(jī)組成原理

2.1計(jì)算機(jī)的組成與分類

2.2CPU的結(jié)構(gòu)與原理

2.3PC主機(jī)的組成

2.4常用輸入設(shè)備

2.5常用輸出設(shè)備

2.6外存儲器

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2.1計(jì)算機(jī)的組成與分類

2.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展與作用

2.1.2計(jì)算機(jī)的邏輯組成

2.1.3計(jì)算機(jī)的分類

2

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第1畬數(shù)生電子計(jì)算機(jī)

1946年ENIAC計(jì)算機(jī)公布

ENIAC（電子數(shù)字積分機(jī)與計(jì)算機(jī)）：

?研制單位：美國賓夕法尼亞大學(xué)

?用途：軍事計(jì)算

?運(yùn)算速度：5000次/秒

?體積價格：170平方米，30噸，140千瓦，40萬美元

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計(jì)算機(jī)的分代（按使用的元器件）

?第一代（約1946-1957）電子管計(jì)算機(jī)

速度：幾十?幾萬次/秒

內(nèi)存：磁鼓，千字

美國于20世紀(jì)50年代生產(chǎn)的

外設(shè)：磁帶IBM704型采用電子管的第一代電

子計(jì)算機(jī)

機(jī)器語言或匯編語言編程

第一代電子計(jì)算機(jī)中使用的磁

鼓存儲器

?第二代（約1957-1964）晶體管計(jì)算機(jī)

速度：幾十萬次/秒，

內(nèi)存：磁芯，十萬字

外設(shè)：磁盤

高級語言編程

電子管晶體管

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計(jì)算機(jī)的分代(按使用的元器件)

?第三代(約1965-1973)中小規(guī)模集成電路(SSI,MSI)計(jì)算機(jī)

速度：幾十萬次?幾百萬次/秒

內(nèi)存：半導(dǎo)體存儲器

高級語言，OS,DBMS

?第四代(1974年起)大規(guī)模(LSI)和VLSI計(jì)算機(jī)

速度：幾百萬次?億次/秒

內(nèi)存：半導(dǎo)體存儲器

軟件工程，分布式處理等

?新一代計(jì)算機(jī)著眼于計(jì)算機(jī)的智能化。

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第1?4代計(jì)算機(jī)的對比

代別什:代使用的元器件使用的軟件類型主要應(yīng)用領(lǐng)域

20世紀(jì)40年代中CPU：電子管使用機(jī)器語言和匯

第1代科學(xué)和工程計(jì)算

期?50年代末期內(nèi)存：磁鼓編語言編寫程序

20世紀(jì)50年代中、

CPU：晶體管使用FORTRAN等高開始廣泛應(yīng)用于

第2代后期?60年代中

內(nèi)存：磁芯級程序設(shè)計(jì)語言數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域

期

在科學(xué)計(jì)算、數(shù)

CPU：SSLMSI操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫

20世紀(jì)60年代中據(jù)處理、工業(yè)控

第3代內(nèi)存：SSLMSI的管理系統(tǒng)等開始使

期?70年代初期制等領(lǐng)域得到廣

半導(dǎo)體存儲器用

泛應(yīng)用

軟件開發(fā)工具和平

CPU：LSI、VLSI深入到各行各業(yè)，

20世紀(jì)70年代中臺、分布式計(jì)算、

第4代內(nèi)存：LSI、VLSI家庭和個人開始

期以來網(wǎng)絡(luò)軟件等開始廣

的半導(dǎo)體存儲器使用計(jì)算機(jī)

泛使用

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2.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展與作用

計(jì)算機(jī)的巨大作用：

?開拓了人類認(rèn)識自然、改造自然的新資源

?增添人類發(fā)展科學(xué)技術(shù)的新手段

?提供了人類創(chuàng)造文化的新工具

?引起人類的工作與生活方式的變化

社會問題及潛在危機(jī)：

■隱私威脅

?信息詐騙

?電子垃圾

?青少年網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)

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2.1計(jì)算機(jī)的組成與分類

2.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展與作用

2.1.2計(jì)算機(jī)的邏輯組成

2.1.3計(jì)算機(jī)的分類

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計(jì)算機(jī)是一個復(fù)雜系統(tǒng)

■計(jì)算機(jī)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)

-復(fù)雜性：硬件由數(shù)以億計(jì)的元器件組成，軟件由數(shù)以億計(jì)的指令組成

-多樣性：硬件與光、機(jī)、電、聲等有關(guān)，軟件與數(shù)學(xué)、邏輯…等有關(guān)

-層次性：分層(hierarchical)結(jié)構(gòu)

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算機(jī)硬件的邏輯結(jié)杓1

?經(jīng)典計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)（馮?諾依曼計(jì)算機(jī)）

（注：邏輯結(jié)構(gòu)意指概念上（即功能上）的結(jié)構(gòu)）

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計(jì)算機(jī)硬件的邏輯結(jié)構(gòu)2

?現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)

memor

內(nèi)存儲器/

控制器

nn

-控制器

I/O接口卷

-I輸出/備

?與經(jīng)典計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)相比的3個變化:

-集中控制一分散控制e

-存儲器-內(nèi)存儲器+外存儲器

-通過CPU通信T通過總線進(jìn)行通信

112.1計(jì)算機(jī)的組成與分類

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2.1.2計(jì)算機(jī)的邏輯組成

,輸入設(shè)備

?中央處理器（CPU）

?內(nèi)存儲器和外存儲器

?輸出設(shè)備

?總線與I/。接口

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⑴輸入設(shè)備7

?輸入(input)的雙重含義：

L把信息送入計(jì)算機(jī)的過程；2.向計(jì)算機(jī)輸入的內(nèi)容

?輸入設(shè)備(inputdevices)

-功能：用來向計(jì)算機(jī)輸入信息

-輸入設(shè)備有多種，例如：

?鍵盤——輸入文字、符號和命令

?鼠標(biāo)器—輸入鼠標(biāo)器移動的位置信息及按鈕命令

?掃描儀——輸入圖片

?麥克風(fēng)輸入聲音

-輸入設(shè)備的共性：不論信息的原始形態(tài)如何，輸入到計(jì)算機(jī)中的信息

都使用二進(jìn)位來表示

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Y2)^央處理器(運(yùn)算控耐^

?什么是處理器(processor)?

-能高速執(zhí)行指令，完成二進(jìn)制數(shù)據(jù)的算術(shù)或邏輯運(yùn)

算和數(shù)據(jù)傳送等操作的部件，特點(diǎn)是：

?由數(shù)字電路組成，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜

?所有電路都制作在大規(guī)模集成電路芯片上

(僅幾個平方厘米)，稱為“微處理器”

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什么是史央處理器(CPU)「

?計(jì)算機(jī)中通常有多個不同的處理器，各有不同的

分工和任務(wù)

?用于執(zhí)行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的處理器稱為CPU,

CPU是計(jì)算機(jī)必不可少的核心組成部件

?多數(shù)個人計(jì)算機(jī)只有1個CPU,但有一些計(jì)算機(jī)包

含有2個、4個、8個甚至成百上千個CPU

?問題：

-除了CPU之外，計(jì)算機(jī)中還有哪些處理器？

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NANJINGNORMALUNIVERSITY00000

0000101101001

00010存儲內(nèi)容

00011

(3)內(nèi)存儲器和外存儲器100100

地址《

*功能：

-儲存以二進(jìn)位形式表示的程序和數(shù)據(jù)

-分類：內(nèi)存儲器/外存儲器11110

111111

內(nèi)存儲器外存儲器

（簡稱內(nèi)存或主存）（簡稱外存或輔存）

存取速度很快較慢

存儲容量較?。ㄒ騿挝怀杀据^局）很大（因單位成本較低）

性質(zhì)斷電后信息消失斷電后信息保持

用途存放已經(jīng)啟動運(yùn)行的程序和長期存放計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中幾乎所有的

需要立即處理的數(shù)據(jù)信息

與CPU關(guān)CPU所處理的指令及數(shù)據(jù)直程序及相關(guān)數(shù)據(jù)必須先送入內(nèi)存

系接從內(nèi)存中取出后才能被CPU使用

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?輸出(output)的雙重含義：

L把信息送出計(jì)算機(jī)的過程；2.從計(jì)算機(jī)輸出的內(nèi)容

?輸出設(shè)備(outputdevices)

-功能：從計(jì)算機(jī)輸出信息

-輸出設(shè)備有多種，例如：

?顯示器——輸出文字、符號和圖形

?打印機(jī)——打印文字、符號和圖形

?揚(yáng)聲器輸出聲音

-(多數(shù))輸出設(shè)備的共性：把計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)位信息轉(zhuǎn)換成人可感知的

形式(文字、符號、圖形、聲音等)

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⑸總線與I/O接口

?功能：

-用于連接CPU、內(nèi)存、外存和各種I/O設(shè)備并在它們之間

傳輸信息的一組共享的傳輸線及其控制電路

?分類：

-CPU總線（或前端總線）：用于連接CPU和內(nèi)存的總線

-I/O總線：連接內(nèi)存和I/O設(shè)備（包括外存）的總線

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2.1計(jì)算機(jī)的組成與分類

2.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展與作用

2.1.2計(jì)算機(jī)的邏輯組成

2.1.3計(jì)算機(jī)的分類

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計(jì)算機(jī)的分類(1)

?按內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)分類

-8位/16位/32位/64位

-單CPU/多CPU

?按性能和價格分類

-巨型計(jì)算機(jī)(supercomputer);作為服務(wù)器

-大型計(jì)算機(jī).(server)使用

-小型計(jì)算機(jī)

—個人計(jì)算機(jī)(personalcomputer)

?筆記本PC｝獨(dú)立使用或作為

?臺式PCJ客戶機(jī)(client)使用

-嵌入式計(jì)算機(jī)

SamsungQ1

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巨型計(jì)算機(jī)（Supercomputer）

?也稱超級計(jì)算機(jī)，有極強(qiáng)的運(yùn)算處理能力，速度達(dá)到每秒運(yùn)算數(shù)萬、

數(shù)十萬億次以上

?采用大規(guī)模并行處理的結(jié)構(gòu)，由數(shù)以百計(jì)、千計(jì)、萬計(jì)的CPU共同完

成系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件運(yùn)行任務(wù)

?大多使用在軍事、科研、氣象預(yù)報(bào)、石油勘探、飛機(jī)設(shè)計(jì)模擬、生物

信息處理、破解密碼等領(lǐng)域

?國際上：

-美國IBM公司的Gene/L系統(tǒng)，運(yùn)算速度為280.6萬億次/秒

-美國Cray公司XT4巨型計(jì)算機(jī)（3萬處理器）250萬億次/秒

-日本NEC公司的“地球模擬器”

?我國：

-江南計(jì)算技術(shù)研究所；“神威”巨型機(jī)

-中科院計(jì)算所（曙光計(jì)算機(jī)公司）：“曙光”巨型計(jì)算機(jī)

-國防科技大學(xué)：“銀河”巨型機(jī)、“天河一號”千萬億次/秒

-聯(lián)想集團(tuán)公司：“深騰”巨型機(jī)

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關(guān)于“個人計(jì)算機(jī)”

Sony一體機(jī)iMac一體機(jī)

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個人計(jì)算設(shè)備走向多元化

eBook（電子書）

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Apple的iPad平板電腦

9.7-inch液晶顯示器，帶多點(diǎn)觸摸功能,

分辨率:1024x768

^hcKmiUoricji

a松

.—?

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平板電腦的趨勢

Gartner報(bào)告指出，2010年全球總共賣出了1760萬臺平板電腦，其中主要是

蘋果的iPad,銷售價格平均為每臺543美元。

Gartner預(yù)測,2011年全球平板電腦銷售數(shù)量將達(dá)到6950萬臺,平均售價則

為423美元。

Gartner表示，平板電腦平均售價將持續(xù)走跌，在2013年達(dá)到300美元，2015

年則降到263美元，屆時賣出的數(shù)量將達(dá)到2億9500萬臺。

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計(jì)算機(jī)的分類（2）

?按計(jì)算機(jī)服務(wù)的對象和作用劃分:

類型服務(wù)對應(yīng)用主要特點(diǎn)分類或軟件特點(diǎn)

象性質(zhì)應(yīng)用舉例

個人直接為通用性能/價格比高工作站種類多，功

計(jì)算用戶服多媒體性能好臺式機(jī)

機(jī)能豐富，用

務(wù)有通用性和可擴(kuò)展性筆記本戶可自行裝

卸

其

它

為半通吞吐率(throughput)高數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實(shí)時處理和并

機(jī)

計(jì)

服務(wù)算

用Web服務(wù)器發(fā)工作能力強(qiáng)

器眼可用性(availabi1ity)

務(wù)

好有可擴(kuò)展性打印服務(wù)器可靠性和安全

（企業(yè)級，部門級??）性好

(scalabi1ity)

嵌入為其它專用價格便宜手機(jī)功能專用單

式計(jì)設(shè)備服功耗低數(shù)碼相機(jī)一、結(jié)構(gòu)緊

算機(jī)

實(shí)時（realtime）處理MP3播放器湊，固化在

軟件固化，擴(kuò)展性差???芯片中

262.1計(jì)算機(jī)的組成與分類

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關(guān)于“服務(wù)器”

?服務(wù)器的英文名是“server"，指的是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中專門用于為其他計(jì)算機(jī)

提供服務(wù)和資源（數(shù)據(jù)、存儲空間、處理能力、軟件等）的一類計(jì)算機(jī)

?原理上任何計(jì)算機(jī)都可以作為服務(wù)器使用

-巨型機(jī)和大型機(jī)可以作為企業(yè)級服務(wù)器

-專用的服務(wù)器可作為部門級服務(wù)器

-一般的PC也可以作為工作組服務(wù)器或打印服務(wù)器

?由于需要大量服務(wù)器，一些計(jì)算機(jī)廠家專門設(shè)計(jì)制造了稱為“服務(wù)器”的一

類計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，取代了傳統(tǒng)的小型計(jì)算機(jī)。其特點(diǎn)是：

-存儲容量大，存取速度快，網(wǎng)絡(luò)通信功能強(qiáng)，可靠性好

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嵌入式計(jì)算機(jī)

?把運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入/輸出控制、接口電

路全都集成在一塊芯片上，這樣的超大規(guī)模集成電路稱

為“單片計(jì)算機(jī)”或“嵌入式計(jì)算機(jī)”

?用途舉例：內(nèi)嵌在其他設(shè)備中作為信息處理的核心裝置

?例如

-數(shù)碼相機(jī)、MP3播放器、手機(jī)、汽車、機(jī)頂盒等

?產(chǎn)品舉例：

-全球市場份額最大的是英國ARM公司的ARM處理器，現(xiàn)在大部

分手機(jī)和平板電腦使用的都是采用ARM技術(shù)的微處理器(包括蘋

果公司的iPad)

習(xí)題選講

282.1計(jì)算機(jī)的組成與分類

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第2章計(jì)算機(jī)組成原理

2.1計(jì)算機(jī)的組成與分類

2.2CPU的結(jié)構(gòu)與原理

2.3PC機(jī)的主機(jī)

2.4常用輸入設(shè)備

2.5常用輸出設(shè)備

2.6外存儲器

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2.2CPU的結(jié)構(gòu)與原理

2.2.1CPU的作用與組成

2.2.2指令與指令系統(tǒng)

2.2.3CPU的性能指標(biāo)

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計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)(馮?諾依曼)

(1)計(jì)算機(jī)的工作由程序控制，程序是一個指令序列，指令是能被計(jì)算機(jī)理解

和執(zhí)行的操作命令；

(2)程序(指令)和數(shù)據(jù)均以二進(jìn)制編碼表示，均存放在存儲器中；

(3)存儲器中存放的指令和數(shù)據(jù)按地址進(jìn)行存??；

(4)指令是由CPU一條一條順序執(zhí)行的。

31

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程序在計(jì)算機(jī)中的執(zhí)行過程

?將問題的解算步驟編制成為程序,程序連同它所處理的數(shù)

據(jù)都用二進(jìn)位表示并預(yù)先存放在存儲器中

?程序運(yùn)行時，CPU從內(nèi)存中一條一條地取出指令和相應(yīng)的

數(shù)據(jù)，按指令操作碼的規(guī)定,對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，直到

程序執(zhí)行完畢為止

令

指

1程

1

指令

①任務(wù)啟動時，執(zhí)行序②CPU從內(nèi)存中逐條

該任務(wù)的程序和數(shù)據(jù)

內(nèi)讀取該程序的指令及CPU

從外存成批傳送到內(nèi)指令箱夾於數(shù)據(jù)

存存逐條

令

+匕③CPU

n

日

外存儲器1儲執(zhí)行指令d安

器指令要求完

數(shù)

數(shù)

⑤任務(wù)完成后，將處據(jù)1④將指令的送其處理最對藪據(jù)的

數(shù)

據(jù)

理得到的全部結(jié)果成2據(jù)結(jié)果送回內(nèi)存保存運(yùn)算和處理

〔

批傳送到外存以長久“m

數(shù)

保存據(jù)

322.2CPU的結(jié)構(gòu)與原理

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CPU的任務(wù)

?CPU的主要任務(wù)是執(zhí)行指令，它按指令的規(guī)定對

數(shù)據(jù)進(jìn)行操作

存儲數(shù)據(jù)執(zhí)行指令

和指令處理數(shù)據(jù)

332.2CPU的結(jié)構(gòu)與原理

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CPU的結(jié)構(gòu)和任務(wù)

?CPU主要由運(yùn)算器、控制器和寄存器組3個部分組成

EU的任務(wù)：取指令并完成指令所規(guī)定的操作

已經(jīng)啟動運(yùn)存放待執(zhí)行的

行的程序和存放待執(zhí)行指令并進(jìn)行譯

指令的地址

指令地址

程指令1―1—

序指令2指令1

指令寄存器”

指令k

操作命令

I寄T

指令n

匚=1

內(nèi)

存運(yùn)J±L

數(shù)數(shù)據(jù)1操作數(shù)地址

存人

據(jù)數(shù)據(jù)2器處

儲數(shù)據(jù)算

如

器數(shù)據(jù)m理

器

暫存等待處

潭的數(shù)趾完成規(guī)定的運(yùn)算

342.2CPU的結(jié)構(gòu)與原理

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2.2CPU的結(jié)怨原理

2.2.1CPU的結(jié)構(gòu)

2.2.2指令與指令系統(tǒng)

2.2.3CPU的性能指標(biāo)

35

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指令是什么?

■指令就是命令，它用來規(guī)定CPU執(zhí)行什么操作。指令是構(gòu)

成程序的基本單位，程序是由一連串指令組成的

■指令采用二進(jìn)位表示，大多數(shù)情況下，指令由兩個部分組

操作碼操作數(shù)理址

指出CPU應(yīng)執(zhí)行何種操作的一

指出該指令所操作（處理）的

個命令詞，例如加、減、乘、

數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)所在位置

［除、取數(shù)、存數(shù)等

舉例：100206把02存儲單元和06存儲單元中的內(nèi)

容相加，和數(shù)保存在02單元

2.2CPU的結(jié)構(gòu)與原理

NNU?南京懺電大學(xué)叫出用,

NANJINGNORMALUNIVERSITY

指令在計(jì)算機(jī)中的執(zhí)行過程

指令執(zhí)行周期

1.取指令：CPU的控制器從

存儲器讀取一條指令并放

入指令寄存器2指令譯碼

1取指令

2.指令譯碼：指令寄存器中

的指令經(jīng)過譯碼，決定該

指令應(yīng)進(jìn)行何種操作、操

作數(shù)在哪里

3執(zhí)行指令

3.執(zhí)行指令4修改指

3.1取操作數(shù)令計(jì)數(shù)器

3.2進(jìn)行運(yùn)算

問題：CPU的時鐘頻率（主頻）

4.修改指令計(jì)數(shù)器，決定下與指令執(zhí)行速度是什么關(guān)系？

一條指令的地址

372.2CPU的結(jié)構(gòu)與原理

NNU?南奈阡走大學(xué)叫出用,

NANJINGNORMALUNIVERSITY

關(guān)于Intel公司CPU的指令系統(tǒng)

?產(chǎn)品發(fā)展過程為：8088(8086)-80286-80386-80486-Pentium-Pentium

PRO^PentiumIIfPentiumIIIfPentium4一奔騰D一奔騰至尊f酷睿一

酷睿2-Corei3/i5/i7

?為解決軟件兼容性問題，采用“向下兼容方式”開發(fā)新的處理器，即所有新處

理器均保留老處理器的全部指令，同時還擴(kuò)充功能更強(qiáng)的新指令。例如：

-Pentium比80386增力口了的80多條浮點(diǎn)指令，

-PentiumH比Pentium增加了50多條處理多媒體信息的指令(MultimediaExtension,

稱為MMX),

-PentiumIH比PentiumII增加了70條處理128位長操作數(shù)的流式單指令多數(shù)據(jù)指令

(StreamingSIMDExtention,SSE)

-Pentium4又比PentiumIII增力口了144條指令(稱為SSE2)

-奔騰D、奔騰至尊、酷睿2等又增加了13條SSE3指令

-Corei5和Corei7又增力口了40多條SSE4指令

38

NNU?，君奈阡足大學(xué)叫出用,

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關(guān)于CPU的兼容性

■不同公司生產(chǎn)不同的CPU產(chǎn)品，一般互不兼容：

-Intel公司：奔騰、賽揚(yáng)、酷睿、靈動等?

互相兼容

-AMD公司：獨(dú)龍、閃龍、炫龍等

-IBM公司：Power5>6、7等

A計(jì)算機(jī)的程序不能在B上

公司：處理器

-SUNUltraSPARC直接運(yùn)行，B計(jì)算機(jī)的程

-HP公司：PA-RISC>Itanium處理器序也不能在A上直接運(yùn)行

?同一公司同一系列的CPU具有向下兼容性：

-A計(jì)算機(jī)（使用新型號CPU）的程序不能在B計(jì)算機(jī)（使用老型號

CPU）上運(yùn)行，B計(jì)算機(jī)的程序卻能在A計(jì)算機(jī)上運(yùn)行

39

藍(lán)lNNU?，￥）京阡走大學(xué)

NANJINGNOR.'AALUNIVERSITY

2.2CPU的結(jié)構(gòu)與原理

2.2.1CPU的結(jié)構(gòu)

2.2.2指令和指令系統(tǒng)

2.2.3CPU的性能指標(biāo)

40

窿^NNU?，￥）東用走大學(xué)叫秒用'?

?陜功NANJINGNORMALUNIVERSITY

如何衡量CPU的性能?

?計(jì)算機(jī)的性能主要表現(xiàn)為程序執(zhí)行速度的快慢

?計(jì)算機(jī)性能由許多因素決定，例如CPU、內(nèi)存、硬盤、顯卡等，但通常CPU

是主要因素

?CPU的性能高低主要表現(xiàn)為CPU的速度，有兩種衡量方法：

1.計(jì)算每秒鐘可執(zhí)行的指令數(shù)目（單位：MIPS、MFLOPS）

?巨型計(jì)算機(jī)：幾十萬億?幾百萬億次基本運(yùn)算/秒

?個人計(jì)算機(jī)：幾千萬?幾億次基本運(yùn)算/秒

（其中，基本運(yùn)算指的是：四則運(yùn)算和八，V等邏輯運(yùn)算）

2.PC大多以常用軟件（辦公軟件、數(shù)字媒體處理軟件和3D游戲等）的運(yùn)行速度來測試

CPU的性能，例如：

?游戲性能測試程序:3DMark

?整體綜合性能測試程序：PCMark

412.2CPU的結(jié)構(gòu)與原理

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影響CPU性能的主要因素

體

系J?字長（位數(shù)）

I

結(jié)-指通用寄存器和定點(diǎn)運(yùn)算器的寬度（即二進(jìn)制整數(shù)運(yùn)算的位數(shù)）

構(gòu)■指令系統(tǒng)

邏-指令的類型、數(shù)目和功能等都會影響程序的執(zhí)行速度

輯?邏輯結(jié)構(gòu)

實(shí)Y-CPU包含的定點(diǎn)運(yùn)算器和浮點(diǎn)運(yùn)算器的數(shù)目、采用的流水線結(jié)構(gòu)和級

現(xiàn)數(shù)、指令分支預(yù)測的機(jī)制、執(zhí)行部件的數(shù)目等

-內(nèi)核數(shù)目

>?高速緩存（cache）的容量與結(jié)構(gòu)

物?主頻（CPU內(nèi)部時鐘頻率）

理

<-指CPU芯片中電子線路（門、觸發(fā)器）的工作頻率，它決定著CPU芯

實(shí)

片內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸與操作速度的快慢

現(xiàn)

?CPU總線速率

L-CPU總線（前端總線）傳輸速率：決定著CPU與內(nèi)存之間傳輸數(shù)據(jù)的

速度快慢

42

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Y^1＞高CPU1能的措施

?擴(kuò)展CPU的字長：32位一＞64位

?擴(kuò)充CPU指令系統(tǒng)：SSE指令

?提高CPU主頻：從1.5GHz—＞3GHz以上，目前最高

已經(jīng)接近4GHz；

?加快CPU前端總線的數(shù)據(jù)傳輸速率

?增大cache存儲器容量、增加cache的級數(shù)

?改進(jìn)CPU內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)

-超標(biāo)量結(jié)構(gòu)（多個執(zhí)行部件）

-指令流水線執(zhí)行技術(shù)

-超線程技術(shù)

?采用多內(nèi)核結(jié)構(gòu)

43

償'NNU?，￥)京阡走大學(xué)叫出用，

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Intel微處理器主要技術(shù)參數(shù)比較

處理器高能奔酷睿2酷睿2

8086802868038680486奔騰奔騰II奔騰m奔騰4

主要參數(shù)騰（雙核）（四核）

1993?11995-191997?1999?

推出時間（年）19781982198519892000?2006?2007?

9969719982003

4.7716?33?60?150?450?1500?1800?2400?

主頻(MHz)6-20233?333

?10331002002001400380031602830

400,533

前端總線頻率4.7716?800?1066,

6?2025或3350或666666100或133或800,

（MHz）?103313331333

1066

外部數(shù)據(jù)線數(shù)目1616323264646464646464

地址線數(shù)目2024323232363636363636

0.25-6?

L2cache容量無無無僅L1僅L10.25MB0.5MB0.5MB2?6MB

2MB12MB

內(nèi)核數(shù)目11111111124

29100?

晶體管數(shù)目（萬）2.913.427.5120310550750950420082000

41000

1.5-11?0?0.0.8-0.6?0.35-0.25-0.13-0.065,0.065,

制造工藝Qm）>21.5

.080.350.350.250.130.090.0450.045

273或

芯片引腳數(shù)目,4068132168387242370478或775775775

296

習(xí)題選講

442.2CPU的結(jié)構(gòu)與原理

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第2章計(jì)算機(jī)組成原理

2.1計(jì)算機(jī)的組成與分類

2.2CPU的結(jié)構(gòu)與原理

2.3PC主機(jī)的組成

2.4常用輸入設(shè)備

2.5常用輸出設(shè)備

2.6外存儲器

45

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2.3PC機(jī)的組成

2.3.1主板、芯片組與BIOS

2.3.2內(nèi)存儲器

2.3.3I/O總線與I/O接口

46

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臺式PC機(jī)（立式）的主機(jī)箱

:D-ROM或

IVD-ROM

區(qū)動器

openbav

i口和

接口

主板CPU

472.3PC機(jī)的主機(jī)

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臺式PC的物理組成

1臺式PC）

主機(jī)〕儀詢設(shè)備I

｛輸入「設(shè)備:

鍵盤I

（鼠標(biāo)器:

［麥克風(fēng):

—I輸出設(shè)備I

I—4SMM

.內(nèi)存條,——

,——借箱離機(jī)

—［外存儲器）

—卜硬盤、軟驅(qū).

7盤、移動硬盤）

—［光盤驅(qū)動器，

482.3PC機(jī)的主機(jī)

NNU?南京懺電大學(xué)叫出用■

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主，LL

外部設(shè)備插口（I/O接口）

OO□□口

PCI總線槽CPU插座

顯示卡的

AGP插槽

ROMBIOS

_____W存儲器插座

CMOS存儲器南橋