第3讲 微型计算机硬件系统(1.4节、第2章)ppt课件.ppt

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1、第3讲微型计算机硬件系统（1.4节、第2章）本讲主要内容微型计算机系统的组成中央处理器存储设备输入输出设备微型计算机系统中央处理器中央处理器(CentralProcessingUnit，CPU)是计算机系统中的核心部件。计算机的快速发展过程，实质上就是CPU从低级向高级、从简单向复杂的发展过程。下面围绕以下三个方面展开介绍：CPU的结构CPU的性能指标微型计算机中常用的CPU中央处理器CPU的结构该图是第二讲介绍的初级计算机的CPU结构图，为了更加明确CPU的两个主要功能(控制和运算)，可在此图基

2、础上进行抽象和简化，从而绘制出CPU的组成及其与内存的关系示意图：中央处理器CPU的结构亦即，CPU主要包含控制器、运算器和寄存器组3个部分：控制器按照事先编号的程序控制计算机各个部件有条不紊地自动工作。运算器用来对数据进行各种算术或逻辑运算。同时，运算器需要的操作数通常需要从寄存器组中获得，同时运算结果也送回寄存器组。CPU的组成及其与内存的关系图中央处理器CPU的性能指标CPU担负着执行各种命令、完成各种数学和逻辑运算的任务，是计算机系统中的核心部件。影响CPU性能的主要因素，或CPU的主要性能指标

3、有：①主频：主频即CPU工作的时钟频率。一般说来，主频越高，CPU的工作速度越快。②外频：实际上计算机的任何部件都按一定的节拍工作。通常是主板上提供一个基准节拍，主板提供的节拍称为外频。③倍频：科技的发展使CPU主频越来越快，而外部设备工作频率跟不上CPU的工作频率，解决方法是让CPU以外频的若干倍工作。CPU主频相对的倍数称为CPU的倍频。亦即：主频=倍频×外频。④指令综合能力：即CPU能执行的指令条数和执行每条指令的能力。这也直接影响CPU的性能。中央处理器CPU的性能指标⑤地址总线宽度：地址总线宽

4、度（地址总线的位数）决定了CPU可以访问的存储器的容量，不同型号的CPU总线宽度不同，因而使用的内存最大容量也不一样。32位地址总线能使用的最大内存容量为4GB。⑥数据总线宽度：数据总线宽度决定了CPU与内存、输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。Pentium以上的计算机，数据总线的宽度为64位，即CPU一次可以同时处理8个字节的数据。⑦高速缓存：缓存是位于CPU和内存之间的容量较小但速度很快的存储器，缓存的速度与CPU相当，为了进一步提高速度将缓存分L1、L2、L3，称为一级、二级、三级缓存，⑧工

5、作电压：工作电压是指CPU正常工作时所需要的电压。目前CPU的工作电压一般在1.6V～2.8V之间。CPU制造工艺越先进，则工作电压越低，CPU运行的耗电功率就越小。⑨CPU的逻辑结构：CPU的逻辑结构也将影响CPU的性能，这涉及到CPU包含的定点运算器和浮点运算器数目；CPU是否有指令预测和数据预测功能；是否多核，有几个内核等。中央处理器CPU的性能指标如何衡量CPU的性能？我们知道，计算机的性能主要表现在程序执行速度的快慢，它由许多因素决定，例如CPU、内存、硬盘、显卡等，但通常CPU是主要因素。C

6、PU性能高低的主要指标是CPU的速度，有2种衡量方法：计算每秒钟可执行的指令数目，单位可采用MIPS（MillionInstructionsPerSecond的缩写，即每秒钟执行的指令达到多少百万条），或MFLOPS（Floating-pointOperationsPerSecond的缩写，即每秒执行的浮点运算达到多少百万次）。使用常用软件（办公软件、数字媒体处理软件和3D游戏等）的运行速度来衡量CPU的性能。中央处理器微型计算机中常用的CPUCPU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

7、理信息的字长，CPU可以分为4位微处理器、8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器以及64位微处理器等。1971年11月，Intel公司成功地把算术运算器和控制器电路集成在一起，推出了第一款微处理器Intel4004，其后各厂家陆续推出了许多8位、16位、32位、64位的微处理器。中央处理器微型计算机中常用的CPU不同公司生产不同的CPU产品：Intel公司：Pentium系列、赛扬系列、至强、迅驰等AMD公司：独龙、闪龙、炫龙等IBM公司：Power5、Power6等（苹果的Macintosh使用

8、）SUN公司：UltraSPARC处理器关于CPU的兼容性同一公司同一系列的CPU具有向下（前）兼容性：A计算机（使用新型号CPU）的程序不能在B计算机（使用旧型号CPU）上运行，B计算机的程序却能在A计算机上运行。不同公司的不同CPU产品，它们通常互相不兼容：A计算机的程序不能在B计算机上直接运行，B计算机的程序也不能在A计算机上直接运行不同公司生产不同的CPU产品：Intel公司：Pentium系列、赛扬系列、至强、迅驰等AMD公司：独