第二章计算机组成原理——2.1、2.2学案.ppt

第二章 计算机组成原理 背景材料：PC的新品种：UMPC 背景材料：UMPC的零部件 背景材料：UMPC产品 计算机的分类 按性能和价格分类 巨型计算机 (supercomputer) 大型计算机 小型计算机 个人计算机 (personal computer) 笔记本PC 台式PC 工作站 (workstation) 应用：家电、智能仪表、通信设备等 特点： - 功能固定、专用，软件固化在芯片上，功 能和用途不能再轻易改变； - 大多满足实时信息处理、 - 最小化存储容量、最小化功耗、 - 适应恶劣工作环境、 - 以最低成本满足应用要求。 2.1.2 计算机的组成 硬件：计算机系统中所有实际物理装置的总称。 软件：在计算机中运行的各种程序及其处理的数 据和相关文档。 程序：用来向计算机硬件指出应如何一步步地 进行规定的操作； 数据：程序处理的对象； 文档：软件设计报告、操作使用说明等。 它们都是软件不可缺少的组成部分。 计算机是一个复杂系统 总线: 用于在CPU、内存、外存和各种输入输出设备之间传输信息并协调它们工作的一组共享的传输线和控制电路。 - CPU总线（前端总线）：连接CPU和内存的总线 - I/O总线：连接内存和I/O设备（包括外存）的 总线 为了便于更换与扩充I/O设备，计算机系统中的I/O设备一般都通过I/O接口与各自的控制器连接，然后由控制器与I/O总线相连。常用的I/O端口有并行口、串行口、视频口、USB口等，它们的外形、结构和信号交换规程各不相同。 承担系统软件和应用软件运行任务的处理器 称为CPU， --- 是任何一台计算机必不可少的核心组成部件。 Intel公司微处理器的发展变化 30多年来其主要产品的发展过程为： 8088（8086）→ 80286→80386→80486→ → Pentium→ Pentium PRO→Pentium II → → Pentium III →Pentium 4 → Intel微处理器当前产品 主流CPU芯片有三大系列： Celeron系列：赛扬、赛扬D、赛扬双核、赛扬M Pentium系列：奔腾4、奔腾D、奔腾双核、奔腾至尊、奔腾M、Mobil奔腾 Core系列：酷睿2双核(Core 2 Duo) 、酷睿2四核(Core 2 Quad) 系列、酷睿2至尊(Core 2 Extreme) 五类应用定位： 台式机：多媒体、商用、轻便型 笔记本：高性能、主流、经济型 服务器：商用事务处理、Web服务型（至强Xeon；安腾Itanium、安腾2） Internet设备：Atom处理器 嵌入式与通信 2.2 CPU的逻辑结构与工作原理 2.2.1 CPU的逻辑结构 2.2.2 指令与指令系统 2.2.3 CPU的性能指标 2.2.1 CPU的逻辑结构 冯·诺依曼计算机的结构与原理 冯?诺依曼计算机的结构和原理 ——存储程序控制： - 计算机的工作由程序控制，程序是一个指令序列，指令是能被计算机理解和执行的操作命令； 指令与数据都用二进制表示，预先存放在存储器内，按地址进行存取 ； 计算机工作时，CPU从内存取出指令和数据，按指令的规定，对数据进行运算处理，直到程序完成为止。 指令是由CPU一条一条顺序执行的。 “存储程序控制” 原理 指令是什么？ 指令就是命令，它用来规定CPU执行什么操作。 指令是构成程序的基本单位，程序是由一连串指令组成的 指令采用二进位表示，大多数情况下指令由两部分组成： 指令？ 每一种不同类型的CPU都有它自己独特的一组指令。 CPU的执行指令： CPU执行指令示例： 什么是cache(高速缓存)？ cache直接制作在CPU芯片内，速度几乎与CPU一样快 程序运行时，CPU使用的一部分数据/指令会预先成批拷贝在cache中，cache的内容是主存储器中部分内容的映象 当CPU需要从内存读(写)数据或指令时，先检查cache中有没有，若有，就直接从cache中读取，而不用访问主存储器 Cache 的操作过程 命中率H是CPU需要的指令或数据在cache中能直接找到的概率，通常在95％以上 程序局部性的表现： 空间局部性：当前访问的某个数据(或指令)，其邻近范围的数据(或指令)可能很快也会被访问(程序在一段时间内所访问的数据或指令集中在一小部分地址空间中) 时间局部性：当前访问的某个数据(或指令)可能很快又会再次被访问 如何提高cache的命中率？ 增大cache容量 采用多级cache技术(2级或3级等) cache中采用快速的查找算法，判定是否命中 不能命中时，采用有效的算