第2章计算机系统资料.doc

第章 计算机系统 一个完整的计算机系统由计算机硬件系统及软件系统两大部分构成硬件计算机系统中的实际装置，是构成计算机的看得见、摸得着的物理部件是计算机的“躯壳”软件是指计算机所需的各种程序及有关资料它是计算机的“灵魂”。 2.1 计算机的硬件系统 硬件是计算机的物质基础，没有硬件就不能称其为计算机。尽管各种计算机在性能、用途和规模上有所不同，但其基本结构都遵循冯?诺依曼体系结构，人们称符合这种设计的计算机是冯?诺依曼计算机。它由存储、运算、控制、输入和输出五个部分组成，其体系结构如图2-2所示。 图2-2 计算机硬件体系结构 冯?诺依曼体系结构的核心思想是“程序存储、程序控制”， （1）计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大基本部件组成 五大部分总线连接。控制器和运算器合在一起称为中央处理(Central Processing Unit，CPU)。 计算机内部采用二进制表示数据和指令。 程序存储、程序控制将程序事先存入主存储器中，计算机在能在不需操作人员干预的情况下，自动逐条取出指令并加以执行。 计算机的工作原理同人们处理日常问题时的惯用规则和方法相同。这种方法把整个过程按照一定的规则，一步一步地分解，这些分解出来的步骤就是一些基本的操作，然后按照一定的顺序执行这些基本的操作就可以完成整个操作。 计算机完成某个操作所发出的命令称为指令，使用者根据解决某一问题的步骤，选用一条条的指令进行有序的排列，计算机执行了这一指令序列，便可完成预定的任务。这一指令序列就称为程序。 比如，从输入设备输入两个数2和8，要求计算机进行相加处理。并将结果10在屏幕上显示出来。微型计算机的工作过程如： 1．CPU访问输入输出接口在微机存储器ROM（）中已存储了控制程序，它能指挥计算机正常工作。开机后，CPU自动从ROM中取出已存入的指令，做扫描键盘、访问I/O接口等工作。 2．读入数据并运行CPU扫描键盘，当按下2和8键，则CPU就将键入的两个数2和8经数据总线送到运算器中，并根据键入的“相加”要求，完成2+8=10的运算得到和数10。 3．暂存结果将两个数之和10暂存在CPU中（比如存于累加器），也可以转存在其它存储器中（如RAM）。 4．输出结果CPU根据预先编制好的程序，将结果10送出，经过译码，把二进制数10转换成ASCII码。执行时，CPU可根据此程序指挥计算机的有关部件按要求工作,将10送至输出设备显示器，最后就在显示器上显示结果数10。 2.1.1中央处理器 由运算器控制器中央处理是计算机的核心部件，完成计算机的运算和控制功能，。 1．运算器 运算器主要负责对信息的加工处理不断地从存储器中得到要加工的数据，对其进行加、减、乘、除及各种逻辑运算，称算术逻辑部件（ALU）。并将最后的结果送回存储器中，整个过程在控制器的指挥下有条不紊地进行。 运算器由算术逻辑单元、累加器、状态寄存器、通用寄存器等组成。 2.控制器 控制器是计算机的指挥中枢，主要作用是使计算机能够自动地执行命令控制器由指令指针寄存器、指令寄存器、控制逻辑电路和时钟控制电路等组成指令指针寄存器（IP）用于产生及存放一条待取指令的地址指令寄存器用于存放指令指令从内存取出后放入指令寄存器。 指令CPU通过发出，让计算机识别并执行如ADD AH，78指令操作码和地址码两种寻址方式立即寻址、直接寻址、间接寻址、相对寻址、变址寻址、寄存器直接寻址、寄存器间接寻址等。 3CPU主要的性能指标 主频：也叫时钟频率，单位是MHz（或GHz），用来表示CPU的运算、处理数据的速度。主频=外频×倍频系数。 缓存：缓存大小也是CPU的重要指标之一，而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大，CPU内缓存的运行频率极高，一般是和处理器同频运作，工作效率远远大于系统内存和硬盘。实际工作时，CPU往往需要重复读取同样的数据块，而缓存容量的增大，可以大幅度提升CPU内部读取数据的命中率，而不用再到内存或者硬盘上寻找，从而提高系统性能。 制造工艺：制造工艺主要是指芯片内电路与电路之间的距离。制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展，密度愈高的芯片电路设计，意味着在同样大小面积的芯片中，可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计。目前主流芯片制造工艺可达到32纳米以内。 4.CPU的发展 1971年，世界上第一款微处理器4004芯片诞生，经过四十多年的发展，如今的CPU体积不断变小，而性能却不断增强。目前CPU的生产厂家主要有Intel、AMD和VIA公司等，其中Intel公司占据全球大部分市场，其奔腾系列CPU的发展历程如表2-1所示。 表2-1 Intel公司奔腾CPU发展历程 时间 型号 字长 主频 集成度 （晶体管数量） 1971年 4004 4位机 2300 1974年