大学计算开机基础.ppt

3.1 计算机系统的构成 一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统组成。 硬件系统是由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成。其中： 中央处理器(简称CPU)=运算器（包括与之相连的寄存器）+控制器 主机=中央处理器+主存储器 软件系统是指各类程序和数据，计算机软件包括计算机本身运行所需要的系统软件和用户完成任务所需要的应用软件。 3.1计算机系统的构成 3.1计算机系统的构成 冯·诺依曼型计算机是将程序和数据事先存放在外存储器中，在执行时将程序和数据先从外存装入内存中，然后使计算机在工作时自动地从内存中取出指令并加以执行，这就是存储程序概念的基本原理。 3.1计算机系统的构成 3.1.3 微型计算机的诞生与发展 微型机属于第四代电子计算机产品，即大规模及超大规模集成电路计算机。微机的核心部件是CPU，因此我们主要以CPU的发展、演变过程为线索，来介绍微机系统的发展过程，以Intel公司的CPU为主线。 3.2 微型计算机主机结构 微型机基本是由显示器、键盘和主机构成。在主机箱内有CPU、主板、内存、硬盘、光驱、电源等。 3.2 微型计算机主机结构 3.2.1中央处理器 CPU CPU：运算器部件、寄存器部件和控制器部件。 CPU从存储器取出指令，放入CPU内部的指令寄存器，并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作系列，从而完成一条指令的执行。 CPU的主要性能指标 ： (1) 主频/外频（主频=外频×倍频，即CPU工作频率） (2) 数据总线宽度（即字长，指CPU传输数据的位数),如32位 (3) 地址总线宽度（决定了CPU可访问的地址空间),如32位地址总线可以直接寻址232=4GB。 (4) 工作电压（低电压可减少CPU过热，降低功耗） (5) 高速缓存Cache（加速CPU与其它设备间数据交换） (6) 运算速度（CPU每秒能处理的指令数） 3.2 微型计算机主机结构 1. 运算器 ALU 运算器是完成算术和逻辑运算的部件，又称算术和逻辑运算单元。计算机所完成的全部运算都是在运算器中进行的。运算器的核心部件是: (1) 运算逻辑部件 (2) 寄存器部件 3.2 微型计算机主机结构 控制器主要由以下部件组成： ① 程序计数器。存放下一条将要执行的指令在内存中的地址； ② 指令寄存器。保存现在正在执行的指令； ③ 指令译码器。用来识别指令的功能，分析指令的操作要求； ④ 时序部件。产生计算机工作中所需的各种定时控制信号，对各种微操作控制信号进行定时控制。以协调各部件的工作顺序； ⑤ 微操作控制电路。一条指令的执行可以分解为一系列不可再分的微操作命令信号，即微命令，以指挥整个计算机有条不紊地工作。这是控制器的主要部分。 3.2 微型计算机主机结构 3.2.2 多核CPU技术P45 CPU管线的级：每一个指令执行时所经过的步骤。最基础的CPU管线可以被分为5级： 1、取指令，2、译解指令，3、演算出操作数，4、执行指令，5、存储到高速缓存。同时如果增加一些特殊的级的话，管线将会延长为10级：1、取指令1，2、取指令2，3、译解指令1，4、译解指令2，5、演算出操作数，6、分派操作，7、确定时，8、执行指令，9、存储到高速缓存1，10、存储到高速缓存2。 无论是最基本的管线还是延长后的管线都是必须完成同样的任务：接受指令，输出运算结果。 CPU管线越长，CPU的工作速度就越快（这是从理论上推导的结论） 3.2 微型计算机主机结构 3.2.2 多核CPU技术P45 从P4开始就采用增加管线长度来提升工作频率，但当CPU主频达到3GHz以上后，通过增加管线长度来提升工作频率的技术已走到尽头。由于CPU频率越高，所需要的电能就越多，所产生的热量也就越多，这会导致计算机出现各种问题。此外，单纯主频的提升也已经无法为系统整体性能提升带来好处。 为了追求更高的处理器性能，就出现了多核处理器。 双核处理器：将两个物理处理器核心整合到一个内核中，即在单个CPU中真正集成两个物理运行核心，并且每个核心都使用自己独立的高速缓存。因此在实际使用中，这种“双核心处理器”和使用两个独立CPU组建的系统在工作原理和性能上基本没有区别