第三章 计算机硬件体系结构.pptVIP

课前回顾 数制、基数、位权 计算机使用二进制的原因， 二进制的运算 各种进制之间的转换 计算机中的数据单位(b,B,KB,MB,GB,TB) 机器数和真值的概念，机器数的原码、反码及补码的问题 定点数和浮点数 BCD码，BCD-8421; ASCII码 汉字编码 本周教学 3.1 计算机系统的构成 （硬件、软件；冯.诺依曼计算机体系结构的特点；了解微机特别是微处理器的发展历史） 3.2节 微型计算机主机结构 CPU、内存 主板 3.1 计算机系统的构成 一个完整的计算机系统是由硬件和软件组成。 硬件是由运算器、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+控制器 主机=中央处理器+主存储器 软件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。 本节问题总结 计算机系统组成（硬件，软件） 冯·诺依曼计算机体系结构的主要特点 看看微机发展历史的知识 3.2 微型计算机主机结构 微型机基本是由显示器、键盘和主机机箱内硬件构成。 主机机箱内有CPU、主板、内存、硬盘及驱动器、CDROM驱动器、软盘驱动器（目前几乎不用）、电源、显示适配器（显卡）等 3.2 微型计算机主机结构 3.2.1中央处理器 CPU 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：运算器部件、寄存器部件和控制器部件。 3.2 微型计算机主机结构 1. 运算器 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ALU。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:定点数or浮点数的算术、移位及逻辑运算 (2) 寄存器部件：临时存放数据、地址、控制信息和CPU工作状态等信息的专用存储器 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。 ⑤ 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； 3.2 微型计算机主机结构 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） (3) 地址总线宽度（决定了CPU可访问的地址空间） (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 3.2.2 高级CPU技术 双核心CPU技术 ：由于组建双CPU系统的高成本和复杂性，桌面电脑上并未得到普及。用“双核”技术，就是在单个CPU中真正集成两个物理运行核心，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。目前，CPU已从双核向4核、8核和多核方向发展。 本小节问题 CPU主要组成部分是什么？简述CPU的工作过程和主要性能指标； 运算器由哪几部分组成，各自的功能是什么？ 控制器的主要功能是什么？由哪及部分组成？ 习题 冯。诺依曼计算机工作原理的设计思想是（ ） CPU包括（ ）、（