三级偏软微机原理部分.pptVIP

答疑时间：周五下午3：00-4：30 第一部分答案 阶六纠正 计算机微机原理 计算机的组成 CPU 存储器 输入输出设备 并行串行通信 1、计算机的组成 计算机是一个复杂系统 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） 计算机硬件的逻辑结构 2 台式PC的物理组成 2、CPU 什么是中央处理器(CPU)？ 用于执行系统软件和应用软件的处理器称为CPU，CPU是计算机必不可少的核心组成部件 多数个人计算机只有1个CPU，但有一些计算机包含有2个、4个、8个甚至成百上千个CPU 将问题的解算步骤编制成为程序，程序连同它所处理的数据都用二进位表示并预先存放在存储器中 程序运行时，CPU从内存中一条一条地取出指令和相应的数据，按指令操作码的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止 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 指令及其格式 指令采用二进位表示，大多数情况下由两个部分组成： 影响CPU性能的主要因素(之一) CPU的字长（位数） 是CPU中定点运算器的宽度 目前PC使用的CPU大多是32位处理器，新一代的PC机将使用64位处理器 主频（CPU时钟频率） 指CPU中电子线路的工作频率 主频提高，CPU的处理速度通常也会加快 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 程序运行过程中高速缓存有利于减少CPU访问内存的次数 cache容量越大、级数越多，其效用就越显著 影响CPU性能的主要因素(之二) 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 ······ Pentium4的逻辑结构 Pentium 4 处理器的逻辑结构 Pentium 4 处理器的芯片布局 Pentium 4的超标量结构运算器 采用超标量（superscalar）结构，一共包含9个ALU，均可同时工作： 2个高速整数ALU(每个时钟周期进行2次操作)， 用于完成简单的整数运算(如加、减法) 1个慢速整数ALU(需要多个时钟周期才能完成1次操作)，用于完成整数乘、除法运算 2个地址生成部件（AGU），用于计算操作数的有效地址，所生成的地址分别用于从内存取操作数或向内存保存操作结果 1个ALU用于完成浮点操作数地址的计算 1个ALU用于完成浮点加法、乘法和除法运算 1个ALU用于执行流式的SIMD处理（SSE/SSE2/SSE3指令） 1个ALU用于完成多媒体信号处理（MMX指令） 指令的流水线执行 超流水线(Hyper-pipeline)技术 Pentium 4有多条超流水线，每条流水线的级数均很长，定点运算达20级，浮点运算达到29级，处于执行状态的指令数最多可达到126条 指令预取和分支预测 MMX/SSE/SSE2/SSE3指令 所谓SSE(扩展的单指令数据流 )指令，其特点是1条指令可处理128位的数据，它可以是下列情况之一： 4个单精度浮点数(各32位) 2个双精度浮点数(各64位) 16个8位整数 8个16位整数 4个32位整数 2个64位整数 1个128整数 由于一条指令可以处理若干个整数或浮点数，因而大大提高了计算速度，这种做法称为单指令多数据技术（single-instruction, multiple-data，简称SIMD） SSE/SSE2/SSE3指令在完成3D图形、语音识别、图像处理等多媒体应用的时候非常有效 为什么需要64位计算？ 原因： 可以进行更大范围的整数运算 可以支持更大的内存 进行64位计算的条件： 64位的处理器 64位的操作系统(如 Windows XP X64，Windows Vista) 64位的应用软件 产品： RISC(UltraSparc Ⅲ、IBM公司的POWER5、HP公司的Alpha) Intel 安腾处理器( Itanium 和 Itanium 2) AMD64(Athlon 64系列、Athlon FX系列和Opteron系列) Intel EM-64T(Extended Memory 64 Technology) 至强(Xeon)系列、Pentium 4 6xx系列 和 Pentium D系列、P4 至尊版 Pentium的64位扩展技术(EM-64T)