CPU的結构和原理.doc

教学目标： 了解第1～4代计算机的特点、划分标志及新一代计算机的目标 了解计算机的三种应用模式 了解计算机信息处理的特点 了解计算机对人类社会发展的作用 掌握计算机系统的组成 掌握计算机硬件的逻辑结构及主要部件的功能 了解并行处理与多处理器系统 熟悉计算机的分类 熟悉PC机的特点与分类 了解微处理器和微控制器的概念 了解Pentium微处理器的发展 了解计算机主要性能指标掌握计算机的基本工作原理 掌握CPU的任务及主要组成部件的作用 熟悉高速缓冲存储器的作用与简单原理 熟悉影响CPU速度的主要因素与CPU速度的度量单位 掌握指令的含义、格式及各组成部分的作用 熟悉指令的执行过程 了解指令系统的含义及指令系统的兼容性 教学重点：计算机的组成、微处理器和PC机、CPU的结构与原理 第2章 计算机的组成原理 2.1 计算机的组成与分类 2.1.1 计算机的发展与作用 1、计算机的发展 （1）计算机的发展阶段 计算机从本世纪四十年代诞生至今，已经有了五十多年的历史。第一台电子计算机ENIAC于1946年诞生于美国，它是一台重达30吨，由1500个电子继电器，17000个电子管组成的，我们可以这样描述它：“它是一只三十吨重，需要消耗大量能源，身躯庞大，行动笨拙，头脑简单的恐龙。”是什么促进其“进化”为当代的计算机呢？ 计算机硬件主要是由电子元器件组成的。如，集成电路等。而电子元器件的发展和半导体技术是分不开的。所以，半导体技术领域的革命直接促成了计算机的进化。 因此，按照计算机主机所使用的元器件将计算机划分为四代：（见书第39页表2.1 第1~4代计算机的对比） （2）计算机应用模式的发展 从1946年第一台计算机出现到现在，计算机的应用模式随着计算机的发展也在不断地变化着。 20世纪50年代-70年代：集中计算模式 20世纪80年代：分散计算模式 20世纪90年代：网络计算模式 （3）计算机的发展趋势 未来计算机的发展趋势是：微型化、巨型化、网络化、智能化。 一个方向是向“微”的方向。主要表现在计算机的体积越来越小，功耗越来越小，污染越来越小。 一是向高的方向。性能越来越高，速度越来越快，主要表现在计算机的主频越来越高。像前几年我们使用的都是286、386、主频只有几十兆。到现在已出现奔腾4微处理器，主频达到GHz以上。而且计算机向高的方面发展不仅是芯片频率的提高，而且是计算机整体性能的提高。一个计算机中可能不只用一个处理器，而是用几百个几千个处理器，这就是所谓并行处理。目前世界上性能最高的通用计算机已采用上万台计算机并行IBM公司研制一台用于(protein folding)以便研发新药的专用计算机，称做兰色基因（Blue Gene）计算机，一块芯片中就包括32个处理机，峰值速度达每秒一千万亿次一个方向就是向“广”度方向发展，计算机发展的趋势就是无处不在，以至于像“没有计算机一样”。近年来更明显的趋势是网络化与向各个领域的渗透，即在广度上的发展开拓。有人预言未来计算机可能像纸张一样便宜，可以一次性使用，计算机将成为不被人注意的最常用的日用品。个方向是向深度方向发展，即向信息的智能化发展。电子计算机从诞生起就致力于模拟人类思维，希望计算机越来越聪明，不仅能做一些复杂的事情，而且能做一些需“智慧”才能做的事，比如推理、学习、联想等。是指看得见、摸得着的部件，像鼠标、显示器、打印机等若计算机只有硬件，就好比人有身体，却没有知识和思想，还不能为人们做事，要让它“活”起来，还要让它掌握“知识”、形成“思想”--这就是软件。 计算机的分类方法有多种： (1) 按用途可分为科学计算、事务处理、实时控制、家用等。 (2) 按处理机个数和种类，可分为单处理机、多处理机、并行处理机、关联处理机、超标量处理机、超流水线处理机、SMP（对称多处理机）、MPP（大规模并行处理机）、机群系统等。 (3) 通常把计算机按照其性能和价格的综合指标分为巨型、大型、小型、微型等。其中，个人计算机中有一种特殊的计算机称为工程工作站或简称为工作站，它们具有高速的运算能力和强大的图形处理功能，通过运行Unix操作系统，特别适合于工程与产品设计使用。 当前计算机主要应用模式是网络应用模式，许多应用系统都是基于客户机、服务器工作模式。一般情况下，巨型机、大型机、和小型机都作为系统的服务器，个人计算机和工作站则用作客户机。 2.1.4 微处理器和嵌入式计算机 1、微处理器与CPU： 微处理器简称为MP或μP，通常指使用单片大规模集成电路制成的、具有运算和控制功能的部件，它是各类计算机的核心部件。一台计算机可以有多个处理器，它们各有其不同的任务，有的用于通信，有的用于绘图。CPU就是一种微处理器，不过，它是承担系统软件和应用软件任务的处理器。 2、微处理器和个人计算机的出现：