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第2章 计算机组成原理 2.1 计算机的组成与分类 2.2 CPU的结构与原理 2.3 PC机的主机 2.4 常用输入设备 2.5 常用输出设备 2.6 外存储器 2.1 计算机的组成与分类 计算机的发展与作用 计算机的组成 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) 微处理器 微处理器（μP ）是使用单片大规模集成电路制成的、具有运算和控制功能的电子部件，例如: 嵌入式计算机 把运算器、控制器、存储器、输入/输出控制、接口电路全都集成在一块芯片上，这样的超大规模集成电路称为“单片计算机”或“嵌入式计算机” 用途：内嵌在其他设备中作为信息处理的核心装置 比如：数码相机、MP3播放器、手机、计算机外围设备、汽车、机顶盒等 特点： 功能固定、专用，软件固化在芯片上，通常不能改变 大多应满足实时信息处理的要求 以最低成本满足应用要求 能适应恶劣工作环境 2.2 CPU的结构与原理 1 CPU概况 2 CPU的结构 3 指令与指令系统 4 CPU的性能指标 CPU的结构与原理 CPU概况 微型计算机的中央处理器（CPU）是微型计算机的核心，由运算器和控制器组成。 目前主流的微处理器由Intel、威盛和AMD公司生产 使用多个CPU实现超高速技术的技术称为“并行处理” CPU的结构：主要由三部分组成 运算器：包括ALU和浮点运算器组成 控制器：取指令，解释指令并产生各种控制信号 存储器组：存放临时数据 另外，为了匹配CUP与内存的速度差异，CPU中还增加了指令快存(cache)和数据快存(cache) 为了加快CPU执行指令的速度，经常采用“流水线”式工作方式 指令与指令系统 指令是对计算机进行程序控制的最小单位。采用二进位表示，规定计算机执行什么操作。 指令系统是计算机可执行的全部指令的集合，一般用机器语言表示。 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。 指令执行过程 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 根据操作数的位置从存储器中取得操作数 根据指令，进行运算 根据指令要求，将运算结果存储到适当位置 修改指令计数器，决定下一条指令的地址 CPU的性能指标 主频：CPU内部的时钟频率 主频提高，CPU的处理速度通常也会加快 cache容量 cache容量越大、级数越多，其效用就越显著 但是：过大的容量会降低CPU在cache中查找的效率 字长 字长越长，处理速度越快 CPU总线速度 CPU总线速度决定了CPU与内存间数据传输速度的快慢 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 2.3 PC机的主机 1 主板、芯片组与BIOS 2 内存储器 3 I/O总线和I/O接口 台式PC机(立式)的主机箱 主板 主板的作用：安装所有的电子器件、电路与连接件 主板安装内容：见上图 ROM BIOS：存放最基础的软件——基本输入/输出系统(BIOS) CMOS存储器：存放系统的基本参数（日期、时间、口令等） 例：华硕P4T主板照片 芯片组举例 芯片组的作用： PC机各组成部分相互连接和通信的枢纽，决定内存的最大容量、速度及内存条类型 北桥芯片：快，一般芯片组的型号以北桥芯片的名称命名！！ 1. 存储器控制功能；2. 连接CPU、存储器、显卡、南桥芯片的枢纽 南桥芯片：慢 1. 多种I/O设备的控制功能；2. I/O总线(PCI总线) 功能；3. 提供了各种I/O接口 (3) BIOS BIOS （Basic Input/Output System） ？ “基本输入/输出系统”，它是存放在主板上只读存储器（ROM）芯片中的一组机器语言程序 功能：启动计算机工作、诊断计算机故障。是操作系统的最底层的可执行程序代码。 BIOS 包含的程序：共4部分 加电自检程序程序（POST） (Power On Self Test)用于检测计算机硬件故障 系统自举程序（Boot） 启动计算机工作，加载并进入操作系统运行状态 CMOS设置程序 设置系统参数：日期、时间、口令、配置参数等 基本外部设备的驱动程序（Driver） 实现对键盘、显示器、软驱和硬盘