《组成原理》PPT课件

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1、主要内容2.1计算机中数值信息的表示2.2计算机系统的硬件组成2.3中央处理器及其工作原理2.4存储设备2.5输入输出设备2.6计算机的选配与正确使用2.3中央处理器及其工作原理计算机工作原理美籍匈牙利科学家冯·诺依曼（VonNeumann）提出的思想:存储程序和程序控制目前绝大多数计算机都是基于冯·诺依曼计算机模型而开发的。JohnvonNeumann冯诺依曼一个问题的解算步骤（程序）连同它所处理的数据都使用二进制表示，并预先存放在存储器中。计算机工作时，处理器（CPU）从存储器（内存）中取出指令和

2、数据，按照指令的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕。演示寄存器运算器控制器指令数据运算结果处理器操作命令存储器命令存储程序与程序控制1）指令:由操作码和地址码组成操作码地址码1地址码2指令执行举例：要求计算简单算术题5+4=?2.3.1指令系统指令:是用来规定计算机执行的操作和操作对象的一个二进制串。2.3.1指令系统指令系统:是计算机所有二进制指令的集合，不同CPU的指令系统是不相同的.指令系统分类（1）算术逻辑指令（2）传送指令（3）转移指令（4）控制指令（5）输入/输出指令（6）浮点运算指

3、令（7）字符串处理指令指令周期：指取出一条指令并加以执行所需要的时间不同的计算机其指令系统通常有所不同，这主要取决于A所用操作系统B系统的总线结构C所用的CPUD所用的程序设计语言练习中央处理器（CentralProcessingUnit）CPU(一颗奔腾的芯)CPU内部包括：运算器控制器寄存器高速缓冲存储器CacheCPU的散热电源（5V)接口奔腾CPU风扇2.3.2中央处理器（CPU）（1）运算器(ArithmeticLogicUnit--ALU)算术逻辑部件（ALU）寄存器组（2）控制器(Cont

4、roller)程序计数器（PC）指令寄存器（IR）中断处理器指令译码器时钟发生器控制信号器中央处理器（CPU）（3）CPU指令执行过程指令执行步骤：简单归纳为“取指令”，“指令译码”，“执行指令”(1)指令预取部件访问指令cache(内存)提取一条指令。如快存中无，向总线接口部件发出请求，要求访问存储器取得一条指令(2)总线接口部件在总线空闲时，通过总线取出一条指令放入cache和指令预取部件。(3)指令译码部件从指令预取部件中取得该指令，对指令中的操作码进行译码。(4)地址转换与管理部件计算出所使用

5、的操作数的地址，通过总线从存储器中取得操作数。(5)运算器完成运算处理，并按结果设置处理器的状态标志。(6)需要时，把运算结果保存到指定的寄存器或内存单元。修改指令地址，供执行下一条指令时使用（4）CPU主要技术参数字长（位）：运算器和寄存器的宽度（Corei7的字长为64位）主频（MHz):CPU工作的时钟频率运算速度（MIPS)：每秒钟完成整数运算次数Cache的容量和速率迅驰酷睿当前PC使用的CPU芯片共有4大品种：（1）奔腾（Pentium）：包括奔腾4*、奔腾M*、奔腾D*、奔腾至尊*和奔腾双

6、核系列；（2）酷睿（Core）：包括酷睿2双核(Core2Duo)、酷睿2至尊(Core2Extreme)、酷睿2四核(Core2Quad)和Corei7/i5/i3处理器系列；（3）赛扬（Celeron）：包括赛扬*、赛扬D*和赛扬双核系列（赛扬可以看作是奔腾或Core2的简化版）；（4）凌动（Atom）：属于超低电压處理器系列，主频不高，功耗较小，大多使用于上网本或移动终端设备（*截止到2010年6月已经停产的处理器型号）个人计算机使用的CPU它通常采用与CPU速度相接近的SRAM。其工作方法是将当

7、前频繁访问的指令和要处理的数据复制到Cache中，CPU读写时,首先访问Cache，减少访问内存的次数，提高程序运行速度。CPUCache内存（5）Cache(高速缓冲存储器/快存）CPU使用的Cache是用SRAM组成的一种高速缓冲存储器，下列叙述中，正确的是A、从功能上看,Cache实质上是CPU寄存器的扩展B、Cache的存储速度接近于主存的存取速度C、Cache的主要功能是提高主存和外存之间数据交换的速度D、Cache中的数据是主存中很小一部分内容的副本练习为什么要采用多核技术？处理器设计的均衡

8、因素：性能、功耗和成本单核的局限性双核的优势仅靠主频驱动性能由主频和每时钟周期所执行的指令数来实现主频超过2GHz时功耗超过100w,内核温度达摄氏70度.功耗平衡性能与功耗封装和测试占总成本的20～50%，I/O通常占晶片面积的15～20%成本双核共享封装和I/O时总成本下降揭开外壳后的PentiumD处理器主要内容2.1计算机中数值信息的表示2.2计算机系统的硬件组成2.3中央处理器及其工作原理2.4存储设备2.5输入输出设备2.6计算