大学计算机基础教程课件-(10).ppt

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1、微型机系统的组成2.微处理器(CPU)微处理器（CPU）包括运算器和控制器两个部件，它是微型机系统的核心。CPU的主要功能是按照程序给出的指令，执行指令，完成对数据的加工处理。微型机所发生的全部动作都受CPU的控制。微处理器的主要性能指标是字长和主频。字长是指微型机内部一次可以处理的二进制的位数，反映了微处理器处理数据的能力。主频是指CPU内数字脉冲信号震荡的速率，即CPU内核工作的时钟频率。主频的大小在很大程度上决定了微型机的运行速度。CPU的主频越高，一个时钟周期内完成的指令数越多，CPU的运行速度也越快。主频的单位是赫兹（Hz）目

2、前CPU的主频已经超过了3GHz。为缓解微型机型系统的“瓶颈”问题，在CPU与内存之间的设计增加了临时存储器单元，称为高速缓存（CacheMemory）,它的容量比内存小但交换速度快。高速缓存分为一级缓存（L1Cache）和二级缓存（L2Cache）两部分，L1Cache集成在CPU，早期的L2Cache制作在主板上，从Pentium2处理器问世起，L2Cache也集成了CPU内部了。目前，Intel和MAD两大生产厂家推出的CPU系列均有高端和低端两大类产品，主要区别就在于L2Cache的容量，一般同主频的低端产品的L2Cache容量

3、仅为高端产品一半或更低，价格也因此大大降低。Intel公司的高端产品是奔腾（Pentium）系列，低端产品是赛扬（Celeron）系列；公司的高端产品是皓龙（Opteron）和速龙（Althlon）系列，低端产品是闪龙（Sempron）系列。自1971年微处理器诞生以来，人们习惯以CPU主频的不断提升来衡量CPU的更新速度和技术性能。但近两年来，CPU主频的继续提升受到技术条件的制约，另外，紧靠提升CPU的处理速度，而整机的瓶颈问题得不到有效地解决，微型机性能也不能显著改善。目前CPU的前沿技术主要有：1.超前程（Hyper-Threa

4、ding,HT）技术。利用特殊的硬件指令，在逻辑上将处理器内核模拟成两个物理芯片使得单个处理器能够同时执行两个线程并计算，进而支持多线程操作系统和应用软件，减少了CPU的闲置时间，提高了处理器的资源利用，增加了CPU的吞吐量。但当两个线程同时需要某一个资源时，其中一个要暂时停止，并让出资源，直到这些资源闲置后才能继续。因此，超线程技术的性能并不是绝对等于两个CPU的性能。2.64位技术。微处理器的通用寄存器的数据宽度扩展为64位，采用64位指令集，即处理器的某一个寄存器一次可以同时处理64位数据。可以进行更大范围的数值运算，计算精度更高

5、，支持更大的内存。3.双核技术。双核技术是基于同一个集成电路芯片制作相互关联的两个功能相同的处理器核心，即两个物理处理器核心整合在一个内核中，将原来有单一处理器执行的任务分给两个处理器来完成；再次基础上，利用超线程技术，在逻辑上相当于拥有4个处理单元。图1.15所示是Intel的Pentium处理器的图片。图1.16所示是AMD的Athlon64处理器图片。我国于2002研发了“龙芯一号“CPU，2005年正式发布”龙芯“2号CPU，”龙芯“2号性能与Intel公司的Pentium4差不多。存储器(1)高速缓冲存储器（Cache）高速缓

6、冲存储器是介于CPU与内存之间的存储器，其速度很快，可以与CPU的速度相匹配，通常是由静态随机存储器SRAM构成的，容量较小（几十KB至几MB）。其作用是把正在执行的指令地址附近一部分指令或数据从主存调入Cache中，供CPU在短时间内使用。CPU在读写数据时，首先访问Cache，如果Cache中有要读取的数据，就从Cache中读取数据。只有Cache当中没有所需数据时，CPU采取访问内存。由于Cache得读写速度快，因此CPU能迅速的完成数据的读写，进而提高计算机整体的工作速度，以解决高速的CPU与低速的内存速度差异问题，对提高程序的

7、运行速度有很大的帮助。Cache又分为一级缓存（L1Cache）。二级缓存（L2Cache）和三级缓存(L3Cache)。现在的微型计算机都把一级缓存集成在CPU内部了，而且在主板上又集成了三级缓存。3.存储器项目缓存主存辅存速度快快中慢容量小中大价格高中低存储器是微型机用来存放程序和数据的记忆部件。微型机的程序和数据都是以二进制的代码形式存放在存储器中的，微型机要执行的程序和使用的数据必须先存放在存储器中，在实际的微型机系统中，采用分级的方法设计整个存储系统。将存储系统从内到外分为三级，即告诉缓冲存（缓存），内部存储器（主存）和外部存

8、储器（辅存）。该分级顺序的存取，速度依次递减，存储容量依次递增，价格依次递减，如表1.2所示。表1.2缓存，主存和辅存的性能及价格(2)内部存储器内部存贮器简称”内存“或”主存“。内存是由成千上万个存储单元