计算机转本第2章.ppt

2.1.1 计算机的发展与作用 计算机是一种信息处理工具，对人类社会的进步与发展产生了巨大的影响。 计算机的特性： （1）速度快 （2）存储容量大 （3）通用性好 （4）计算机与计算机具有互连、互通和互操作的能力 1946年研制成功第1台数字电子计算机 60年来发展速度之快大大超出人们的预料： 性能、体积、价格、··· 应用领域和装机数量 软件技术和软件产品 使用的元器件 第1代：电子管＋磁鼓 第2代：晶体管＋磁芯 第3代：中、小规模集成电路 第4代：大、超大规模集成电路 第1～4代计算机的对比 2.1.1 计算机的组成 计算机硬件的逻辑结构 1 经典计算机的逻辑结构（冯.诺依曼计算机） 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，指令由两个部分组成： CPU的结构和任务 CPU主要由运算器、控制器和寄存器组3个部分组成 CPU的任务：取指令并完成指令所规定的操作 运算器(ALU)与通用寄存器(GPR) 运算器用来对数据进行各种算术或逻辑运算，所以称为算术逻辑部件 (ALU)，参加ALU运算的操作数通常来自通用寄存器GPR ，运算结果也送回GPR 2.2.2 指令与指令系统 指令在计算机中的执行过程 取指令：CPU的控制器从存储器读取一条指令并放入指令寄存器 指令译码：指令寄存器中的指令经过译码，决定该指令应进行何种操作、操作数在哪里 执行指令 3.1 取操作数 3.2 进行运算 修改指令计数器，决定下一条指令的地址 关于指令系统 每一种CPU都有它自己独特的一组，CPU所能执行的全部指令称为该CPU的指令系统。即它的机器语言 关于奔腾4系列的指令系统 产品发展过程为：8088（8086）→80286 →80386→80486 →Pentium→Pentium PRO→Pentium II →Pentium III →Pentium 4 →奔腾D→奔腾至尊→酷睿→酷睿2 → Core i3/ i5/ i7 为解决软件兼容性问题，采用“向下兼容方式”开发新的处理器，即所有新处理器均保留老处理器的全部指令，同时还扩充功能更强的新指令。 关于CPU的兼容性 不同公司生产不同的CPU产品： Intel公司：Pentium系列、赛扬、酷睿、灵动等 AMD公司：独龙、闪龙、炫龙等 IBM公司：Power5、Power6等 SUN公司：Ultra SPARC处理器 HP公司： PA-RISC、Itanium 处理器 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（使用老型号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产品其指令系统不同，它们互相不兼容： 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 2.2.3 CPU的性能指标 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 CPU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：MIPS（百万条定点指令/秒）、MFLOPS（百万条浮点指令/秒）和TFLOPS（万亿条条浮点指令/秒））。 使用常用软件（办公软件、数字媒体处理软件和3D游戏等）的执行速度来衡量CPU的性能 影响CPU性能的主要因素 字长（位数） 指的是CPU中整数寄存器和定点运算器的宽度（即二进制整数运算的位数） 多年来PC使用的CPU大多是32位处理器，近些年开始使用的Core2和Core i5/i7已经扩充了64位处理功能。 主频（CPU时钟频率） 指CPU中电子线路的工作频率，它决定着CPU芯片内部数据传输与操作速度的快慢 主频提高，CPU的处理速度通常也会加快 注意：主频为2G的CPU速度≠主频为1G的CPU速度的2倍。例如，Intel的2G主频CPU的速度 ≠AMD的 2G主频CPU的速度 CPU总线（前端总线）的速度 CPU总线速度决定了CPU与内存间数据传输速度的快慢 高速缓存（cache）的容量与结构 cache容量越大、级数越多，其效用就越显著 CPU的指令系统 指令的格式和功能会影响程序的执行速度 CPU的逻辑结构 CPU包含的定点运算器和浮点运算器数目 是否流水线结构，流水线的条数和级数 有无指令预测和数据预测功能 是否具有数字信号处理功能 是否多核，有几个内核 ······ 2.3 PC机的主机 2.3.1 主板、芯片组与BIOS 2.3.2 内存储器 2.3.3 I/O总线和I/O接口 台式PC的物理