计算机硬件综述

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1、计算机硬件综述徐光林整理CPU1.简介：CPU全称为CenterProcessingUnit,即中央处理器。它好比是计算机的大脑，计算机中几乎所有的数据都要经过它处理。提示：采用DMA（DirectMemoryAccess,直接存储器存取）方式，数据可以不经过CPU的处理就直接在存储器和输入输出设备之间进行传输。2.组成部分及功能：图1-18086的逻辑结构fBIU（总线接口部件）：从内存屮取数据送给EU,并把EU处理好的数据送到内存。fALU（ArithmeticandLogicUnit,算术逻辑运算器）：完成算术或逻辑运算IEU（执行部件）］控制器：产生控制信号来控制各

2、个部件，完成取指和执行指令等操作。分析和执行指令I寄存器：用來保存计算所需数据和中间结果，具有极快的读写速度，数量很少。（8086是PC的CPU家族中最简单的处理器）通常的处理过程是：BIU从内存中读取指令和数据，送到EU,其中指令部分送到控制器进行译码、执行，数据部分送到ALU进行运算，最后的处理结果又送回内存中去。从386开始，CPU的物理结构（元件的组成和实际布局）要较8086的复杂很多，但其逻辑结构（按功能抽彖出来的结构）仍然和8086的相同。486以后的CPU,由于时钟频率高于内存的时钟频率，所以在两者之间设置了缓存。缓存乂分为一级缓存（LICache）和二级缓存

3、（L2Cache）,先前一级缓存做在CPU中，二级缓存做在主板上，后来为了提高CPU速度，把二级缓存也集成到了CPU的内部，以CPU同速或半速运行。CPU的高速缓存属于SRAM（参见第三章内存：3.内存的工作原理）。FPU（FloationgPointUnit,浮点运算单元）是计算机中为提高浮点数据处理能力而增加的一块单独的芯片，称为数字协处理器（numericcoprocessor）,例如Intel80287和Intel80387o从Intel486处理器开始，FPU也集成到CPU之内了。3.封装和插座：封装起着安装、密封、保护芯片及增强散热等作用。封装的不断改进实际上是

4、要在同样的面积上安排更多的引脚。封装形式有以下儿种：•PLCC：引脚在CPU的四个边上，像286这种引脚很少的CPU釆用了这种封装。•SECC（单边接触卡式封装）、SEPPC单边处理器封装）：在CPU的发展史上曾一度出现,实际上这只能看作是一种转接卡，CPU芯片实际上是BGA封装的，CPU焊接到了一块PCB（印刷电路板）上，PCB就成为CPU和主板之间的连接。PentiumII和部分PentiumIII是采用此种封装。•PGA（针状栅格阵列）：这是大多数CPU采用的封装形式。它与BGA的区别在于它的引脚是针状的，便于反复插拔。这种封装的CPU根据其引脚数目的不同，对应的插座

5、也不相同。如Socket478有478个引脚,而Socket423有423个引脚。•BGA（球状栅格阵列）：笔记本电脑的CPU很少使用插座，因为它几乎不存在更换的可能，所以通常使用BGA封装直接焊接在PCB±,此种封装只能由专门的设备焊接和拆下。从386向后，主板通常能够支持多种不同频率的CPU,为了方便更换CPU,于是在主板上放置CPU的位置就焊上插座，但早期的CPU插座使用起来很不方便，容易损坏CPU的针脚。现在则使用了零插拔力插座（ZIP,ZeroForceInscrtionSocket）,零插拔力插座设计上很特殊，普通用户也可以轻松的安装或取下CPU。1.CPU的主

6、要参数：①主频：CPU自身工作的口寸钟频率，是衡量它到底运行得有多快的一个标志；②外频：CPU与外部交换数据的时钟频率，也就是主板的运行频率（即系统频率）；③外部数据总线宽度：外部数据总线的位数越多，也就意味着在同一时钟周期内发送的数据位数就越多，数据量也就越大。④内部数据总线宽度：CPU内部进行数据交换时的位宽。Pentium处理器有64位外部数据总线，但是仍然是一个32位的处理器，因为它的内部寄存器、内部数据总线和运行的指令都是32位。Pentium处理器使用了所谓的超标量结构,具有两条32位的内部数据流水线，从某种意义上说就好像两个合在一起的32位处理器。最早采用超标

7、量技术的x86处理器是IntelPentium处理器，以后该技术被广泛用到x86处理器中。⑤地址总线宽度：地址总线宽度决定了CPU“可寻址空间”的大小。可寻址空间二2地址总线宽度例如：Pentium处理器地址总线宽度为32位，可寻址空间为2陀2*2陀4*102羊二4G。@MIPS：指令执行速度是经典的处理器性能表示方法，常用MIPS（百万条指令执行时间）来表示。MTPS=Fz*IPCFz为CPU的主频，IPC为每个时钟周期平均执行的指令条数，时钟周期二1/主频。但是指令执行速度也不能完全反映出处理器的真实性能。原因