第二章-计算机组成原理课件.ppt

1、第第2章章 计算机组成原理计算机组成原理2.1 计算机的组成与分类计算机的组成与分类 2.2 CPU的结构与原理的结构与原理2.3 PC机的主机机的主机2.4 常用输入设备常用输入设备2.5 常用输出设备常用输出设备2.6 外存储器外存储器22.1 计算机的组成与分类2.1 计算机的组成与分类计算机的组成与分类32.1 计算机的组成与分类2.1.1 计算机的发展与作用计算机的发展与作用42.1 计算机的组成与分类第第1台数字电子计算机台数字电子计算机1946年年ENIAC计算机公布计算机公布 ENIAC（电子数字积分机与计算机）：电子数字积分机与计算机）：研制单位：美国宾夕法尼亚大学研制单位：

2、美国宾夕法尼亚大学用用 途：途：军事计算军事计算运算速度：运算速度：5000次次/秒秒体积价格：体积价格：170平方米，平方米，30吨，吨，140千瓦，千瓦，40万美元万美元52.1 计算机的组成与分类计算机的分代计算机的分代(按使用的元器件按使用的元器件)u第一代（约第一代（约1946-19571946-1957）电子管计算机）电子管计算机 速度：几十几万次速度：几十几万次/秒秒 内存：磁鼓，千字内存：磁鼓，千字 外设：磁带外设：磁带 机器语言或汇编语言编程机器语言或汇编语言编程美国于20世纪50年代生产的IBM704型采用电子管的第一代电子计算机第一代电子计算机中使用的 磁鼓存储器u第二代

3、（约第二代（约1957-19641957-1964）晶体管计算机）晶体管计算机 速度：几十万次速度：几十万次/秒，秒，内存：磁芯，十万字内存：磁芯，十万字 外设：磁盘外设：磁盘 高级语言编程高级语言编程电子管晶体管62.1 计算机的组成与分类计算机的分代计算机的分代(按使用的元器件按使用的元器件)u 第三代（约第三代（约1965-19731965-1973）中小规模集成电路）中小规模集成电路(SSI,MSI)(SSI,MSI)计算机计算机 速度：几十万次几百万次速度：几十万次几百万次/秒秒 内存：半导体存储器内存：半导体存储器 高级语言高级语言,OS,DBMS,OS,DBMSu第四代（第四代（

4、19741974年起）大规模年起）大规模(LSI)(LSI)和和VLSIVLSI计算机计算机 速度：几百万次亿次速度：几百万次亿次/秒秒 内存：半导体存储器内存：半导体存储器 软件工程，分布式处理等软件工程，分布式处理等72.1 计算机的组成与分类第第14代计算机的对比代计算机的对比 代代 别别年年 代代使用的元器件使用的元器件使用的软件类型使用的软件类型主要应用领域主要应用领域第第1代代20世纪世纪40年代年代中期中期50年代年代末期末期CPU：电子管：电子管内存：内存：磁鼓磁鼓使用机器语言和使用机器语言和汇编语言编写程汇编语言编写程序序科学和工程计科学和工程计算算第第2代代20世纪世纪50

5、年代年代中、后期中、后期60年代中期年代中期CPU：晶体管：晶体管内存：内存：磁芯磁芯使用使用FORTRAN等等高级程序设计语高级程序设计语言言开始广泛应用开始广泛应用于数据处理领于数据处理领域域第第3代代20世纪世纪60年代年代中期中期70年代年代初期初期CPU：SSI，MSI内存：内存：SSI，MSI的半导体存储器的半导体存储器操作系统、数据操作系统、数据库管理系统等开库管理系统等开始使用始使用在科学计算、在科学计算、数据处理、工数据处理、工业控制等领域业控制等领域得到广泛应用得到广泛应用第第4代代20世纪世纪70年代年代中期以来中期以来CPU：LSI、VLSI内存：内存：LSI、VLSI

6、的半导体存的半导体存储器储器软件开发工具和软件开发工具和平台、分布式计平台、分布式计算、网络软件等算、网络软件等开始广泛使用开始广泛使用深入到各行各深入到各行各业，家庭和个业，家庭和个人开始使用计人开始使用计算机算机82.1 计算机的组成与分类计算机有哪些特性？计算机有哪些特性？n计算机的特性：计算机的特性：（1）速度）速度快快（2）存储容量）存储容量大大（3）通用性通用性好好n不仅能处理数字和文字，而且能对图像、声音等多种形式的信息进不仅能处理数字和文字，而且能对图像、声音等多种形式的信息进行处理行处理n不仅能进行数学运算，而且能进行逻辑运算不仅能进行数学运算，而且能进行逻辑运算n不仅能进行

7、运算，而且具有信息的获取、存储、传输、展现等功能不仅能进行运算，而且具有信息的获取、存储、传输、展现等功能（4）计算机与计算机具有互连、互通和互操作的能力）计算机与计算机具有互连、互通和互操作的能力92.1 计算机的组成与分类计算机的巨大作用、应用计算机的巨大作用、应用n计算机对社会的进步与发展产生了巨大的作用：计算机对社会的进步与发展产生了巨大的作用：n计算机应用于计算机应用于科学研究科学研究，大大增强了人类认识自然、开发，大大增强了人类认识自然、开发自然、改造和利用自然的能力，促进了科学技术的发展。自然、改造和利用自然的能力，促进了科学技术的发展。n计算机应用于计算机应用于工农业生产工农业

8、生产，大大提高了人类物质生产水平，大大提高了人类物质生产水平和社会生产率，促进了经济的飞跃发展。和社会生产率，促进了经济的飞跃发展。n计算机应用于计算机应用于社会服务社会服务，大大扩展和改善了服务范围与质，大大扩展和改善了服务范围与质量，提高了工作效率，推动了社会进步。量，提高了工作效率，推动了社会进步。n计算机应用于计算机应用于社会文化社会文化，为人类创造文化提供了现代化工，为人类创造文化提供了现代化工具，改变了人们创造文化和传播文化的方式和方法，扩展具，改变了人们创造文化和传播文化的方式和方法，扩展了人类文化活动的领域、丰富了内容、提高了质量。了人类文化活动的领域、丰富了内容、提高了质量。

9、102.1 计算机的组成与分类2.1.2 计算机的组成计算机的组成112.1 计算机的组成与分类计算机系统计算机系统计算机硬件计算机硬件计算机软件计算机软件运算器运算器控制器控制器输入设备输入设备存储器存储器输出设备输出设备系统软件系统软件应用软件应用软件操作系统操作系统数据库管理系统数据库管理系统程序语言处理系统程序语言处理系统文字处理文字处理通信通信娱乐娱乐计算机是一个复杂系统计算机是一个复杂系统计算机硬件是计算计算机硬件是计算机系统中所有实际机系统中所有实际物理装置的总称物理装置的总称计算机软件是指在计算机中计算机软件是指在计算机中运行的各种程序及其处理的运行的各种程序及其处理的数据和相

10、关的文档数据和相关的文档n计算机是一个复杂的系统计算机是一个复杂的系统n复杂性：硬件由数以亿计的元器件组成，软件由数以亿计的指令组成复杂性：硬件由数以亿计的元器件组成，软件由数以亿计的指令组成n多样性：硬件与光、电、声等有关，软件与数学、逻辑多样性：硬件与光、电、声等有关，软件与数学、逻辑等有关等有关n层次性：分层层次性：分层(hierarchical)结构结构122.1 计算机的组成与分类计算机硬件的逻辑结构计算机硬件的逻辑结构 1n经典计算机的逻辑结构（经典计算机的逻辑结构（冯冯.诺依曼计算机诺依曼计算机）运算器和控制器运算器和控制器输入设备输入设备输出设备输出设备存储器存储器冯冯.诺依曼

11、计算机的主要特点是：诺依曼计算机的主要特点是：1）由五大逻辑部件组成（运算器，控制器，存储器，输入设备，输出）由五大逻辑部件组成（运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备）设备）2）存储程序控制存储程序控制计算机的所有操作均由存储在存储器中的程序进计算机的所有操作均由存储在存储器中的程序进行控制行控制3）程序和数据都使用）程序和数据都使用二进制二进制表示表示132.1 计算机的组成与分类计算机硬件的逻辑结构计算机硬件的逻辑结构 2n现代计算机的逻辑结构现代计算机的逻辑结构n与经典计算机结构相比的与经典计算机结构相比的3个变化：个变化：n集中控制集中控制分散控制分散控制n存储器存储器内存储器外

12、存储器内存储器外存储器n通过通过CPU通信通信通过总线进行通信通过总线进行通信中央处理器中央处理器(运算器及其控制运算器及其控制)外存储器外存储器内存储器内存储器输出设备输出设备总线总线(bus)输入设备输入设备I/O接口接口I/O接口接口外存储器接口外存储器接口控制器控制器控制器控制器控制器控制器CPU控制器控制器memorystorageI/O设备通过设备通过I/O接接口口与各自的控制器与各自的控制器连接，然后由控制连接，然后由控制器与器与I/O总线相连总线相连142.1 计算机的组成与分类(1)输入设备输入设备n输入输入(input)的双重含义：的双重含义：1.把信息送入计算机的过程把信

13、息送入计算机的过程;2.向计算机输入的内容向计算机输入的内容n输入设备输入设备(input devices)n功能：用来向计算机输入信息功能：用来向计算机输入信息n输入设备有多种，例如输入设备有多种，例如:(要点要点)n键键 盘盘 输入文字、符号和命令输入文字、符号和命令n鼠标器鼠标器输入鼠标器移动的位置信息及按钮命令输入鼠标器移动的位置信息及按钮命令n扫描仪扫描仪输入图片输入图片n麦克风麦克风输入声音输入声音n输入设备的共性：不论信息的原始形态如何，输入到计算机中输入设备的共性：不论信息的原始形态如何，输入到计算机中的信息都使用二进位来表示的信息都使用二进位来表示152.1 计算机的组成与分

14、类(2)输出设备输出设备n输出输出(output)的双重含义：的双重含义：1.把信息送出计算机的过程把信息送出计算机的过程;2.从计算机输出的内容从计算机输出的内容n输出设备输出设备(output devices)n功能：从计算机输出信息功能：从计算机输出信息n输出设备有多种，例如输出设备有多种，例如:（要点要点）n显示器显示器输出文字、符号和图形输出文字、符号和图形n打印机打印机打印文字、符号和图形打印文字、符号和图形n扬声器扬声器输出声音输出声音n绘图仪绘图仪自动输出图形自动输出图形n(多数多数)输出设备的共性：把计算机中的二进位信息转换成人可输出设备的共性：把计算机中的二进位信息转换成人

15、可感知的形式感知的形式(文字、符号、图形、声音等文字、符号、图形、声音等)162.1 计算机的组成与分类(3)中央处理器中央处理器(运算控制器运算控制器)n什么是处理器什么是处理器(processor)？n能能高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑运算和数据传送等操作运算和数据传送等操作的部件，特点是：的部件，特点是：n由数字电路组成，结构非常复杂由数字电路组成，结构非常复杂n所有电路都制作在大规模集成电路芯片上所有电路都制作在大规模集成电路芯片上(仅几仅几个平方厘米个平方厘米)，称为，称为“微处理器微处理器”(microprocessor)Intel

16、 4004 chipIntel 8080 chip172.1 计算机的组成与分类什么是中央处理器什么是中央处理器(CPU)？n计算机中通常有多个不同的处理器，各有不同的分计算机中通常有多个不同的处理器，各有不同的分工和任务工和任务n用于执行系统软件和应用软件的处理器用于执行系统软件和应用软件的处理器称为称为CPU，CPU是计算机必不可少的核心组成部件（是计算机必不可少的核心组成部件（考点考点）n多数个人计算机只有多数个人计算机只有1个个CPU，但有一些计算机包，但有一些计算机包含有含有2个、个、4个、个、8个甚至成百上千个个甚至成百上千个CPU（并行）（并行）n问题：问题：n除了除了CPU之外

17、，计算机中还有哪些处理器？之外，计算机中还有哪些处理器？绘图处理器、通信处理器等绘图处理器、通信处理器等182.1 计算机的组成与分类(4)存储器存储器n功能：功能：n储存以二进位形式表示的程序和数据储存以二进位形式表示的程序和数据n分类：内存储器分类：内存储器/外存储器外存储器（考点）（考点）内存储器内存储器(简称内存或主存简称内存或主存)外存储器外存储器(简称简称外存外存或辅存或辅存)存取速度存取速度很快很快较慢较慢存储容量存储容量较小较小(因单位成本较高因单位成本较高)很大很大(因单位成本较低因单位成本较低)性质性质断电后信息消失（电容等）断电后信息消失（电容等）断电后信息保持（磁等）断

18、电后信息保持（磁等）用途用途存放已经启动运行的存放已经启动运行的程序程序和需要立即处理的和需要立即处理的数据数据长期存放计算机系统中几乎所长期存放计算机系统中几乎所有的信息有的信息与与CPU关关系系CPU所处理的指令及数所处理的指令及数据直接从内存中取出据直接从内存中取出程序及相关数据必须先送入内程序及相关数据必须先送入内存后才能被存后才能被CPU使用使用011010011010101000001000000001000011001001111011111存储内容存储内容地地 址址192.1 计算机的组成与分类(5)总线总线(bus)n功能：功能：n用于连接用于连接CPU、内存、外存和各种、内

19、存、外存和各种I/O设备并在它们之间传设备并在它们之间传输信息的一组输信息的一组共享的共享的传输线及其传输线及其控制电路控制电路n按连接方式分类按连接方式分类（要点）（要点）n系统总线：连接系统总线：连接CPU、内存、内存、I/O接口的总线接口的总线nCPU总线（或前端总线）总线（或前端总线）：用于连接：用于连接CPU和内存的总线和内存的总线nI/O总线：连接内存和总线：连接内存和I/O设备（包括外存）的总线设备（包括外存）的总线n按总线上传输信号分类按总线上传输信号分类（考点）（考点）数据总线、地址总线、控制总线数据总线、地址总线、控制总线202.1 计算机的组成与分类2.1.3 计算机的分

20、类计算机的分类212.1 计算机的组成与分类计算机的分类（计算机的分类（1）n按内部逻辑结构分类按内部逻辑结构分类（要点）（要点）n8位位/16位位/32位位/64位位n单单CPU/多多CPUnn按性能和价格分类按性能和价格分类n巨型计算机巨型计算机(supercomputer)n大型计算机大型计算机n小型计算机小型计算机 n个人计算机个人计算机(personal computer)n笔记本笔记本PCn台式台式PCn平板平板n工作站工作站(workstation)作为服务器作为服务器(server)使用使用独立使用或作为独立使用或作为客户机客户机(client)使用使用曙光曙光4000A巨型巨

21、型计算机计算机222.1 计算机的组成与分类计算机的分类（计算机的分类（2）n按计算机服务的对象和作用划分：按计算机服务的对象和作用划分：类类型型服务服务对象对象应用应用性质性质主要特点主要特点分类或应用分类或应用举例举例软件特点软件特点个人个人计算计算机机服务服务器器嵌入嵌入式计式计算机算机直接为直接为用户服用户服务务通用通用性能性能/价格比高价格比高多媒体性能好多媒体性能好有通用性和可扩展性有通用性和可扩展性 工作站工作站 台式机台式机 笔记本笔记本种类多种类多,功功能丰富能丰富,用用户可自行装户可自行装卸卸为其它为其它计算机计算机服务服务半通半通用用吞吐率吞吐率(throughput)(

22、throughput)高高可用性可用性(availability)(availability)好好有可扩展性有可扩展性(scalability)(scalability)数据库服务器数据库服务器WebWeb服务器服务器打印服务器打印服务器(企业级企业级,部门级部门级)实时处理和并实时处理和并发工作能力强，发工作能力强，可靠性和安全可靠性和安全性好性好为其它为其它设备服设备服务务专用专用价格便宜价格便宜功耗低功耗低实时实时(real time)(real time)处理处理软件固化软件固化,扩展性差扩展性差 手机手机 数码相机数码相机 MP3MP3播放器播放器 功能专用、单功能专用、单一、结构紧

23、凑，一、结构紧凑，固化在芯片中，固化在芯片中，不易修改和扩不易修改和扩充充 232.1 计算机的组成与分类什么是嵌入式计算机？什么是嵌入式计算机？n把运算器、控制器、存储器、输入把运算器、控制器、存储器、输入/输出控制、接口电路输出控制、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“单片计算机单片计算机”或或“嵌入式计算机嵌入式计算机”n用途举例：内嵌在其他设备中作为信息处理的核心装置，用途举例：内嵌在其他设备中作为信息处理的核心装置，例如例如n数码相机、数码相机、MP3播放器、手机、计算机外围设备、汽车、播放器、手机、计算机外围设备

24、、汽车、机顶盒等机顶盒等n特点：特点：n功能固定、专用，软件固化在芯片上，通常不能改变功能固定、专用，软件固化在芯片上，通常不能改变n大多应满足实时信息处理的要求大多应满足实时信息处理的要求n以最低成本满足应用要求以最低成本满足应用要求n能适应恶劣工作环境能适应恶劣工作环境242.1 计算机的组成与分类2.1习题解析习题解析n冯冯诺依曼结构计算机的基本工作原理是诺依曼结构计算机的基本工作原理是 。n从逻辑上从逻辑上(功能上功能上)来讲，计算机硬件主要包括中央处理器、来讲，计算机硬件主要包括中央处理器、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等，它们通内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等，它们

25、通过总线互相连接。过总线互相连接。n下列关于内存和外存的叙述，错误的是下列关于内存和外存的叙述，错误的是 。A、断电后存放在外存中的信息不会丢失，可以长期保存、断电后存放在外存中的信息不会丢失，可以长期保存 B、外存的容量比内存大的多，甚至可以说是海量的、外存的容量比内存大的多，甚至可以说是海量的 C、外存速度慢，内存速度快、外存速度慢，内存速度快 D、内存和外存都是由半导体器件构成的。、内存和外存都是由半导体器件构成的。存储程序控制存储程序控制D252.1 计算机的组成与分类n一台计算机中采用多个一台计算机中采用多个CPU的技术称为的技术称为“并行处理并行处理”。采用并行处理的目的是为了采用

26、并行处理的目的是为了 。A.提高计算机的处理速度提高计算机的处理速度 B.扩大计算机的存储容量扩大计算机的存储容量 C.降低单个降低单个CPU的成本的成本 D.降低单个降低单个CPU的功耗的功耗 n在下列设备中，在下列设备中，不属于输入设备。不属于输入设备。A.扫描仪扫描仪 B.键盘键盘 C.绘图仪绘图仪 D.鼠标鼠标AC2.2 CPU的逻辑结构的逻辑结构与工作原理与工作原理2.2.1 CPU的逻辑结构的逻辑结构 2.2.2 CPU的性能指标的性能指标272.1 计算机的组成与分类2.2.1 CPU的逻辑结构的逻辑结构282.1 计算机的组成与分类冯冯诺依曼计算机的结构与原理诺依曼计算机的结构

27、与原理(1)计算机包括运算器、存储器、控制器、计算机包括运算器、存储器、控制器、I/O设备；设备；(2)程序程序(指令指令)和数据均以二进制编码表示，均存放在存储器和数据均以二进制编码表示，均存放在存储器中中；存储器中存放的指令和数据按地址进行存取；存储器中存放的指令和数据按地址进行存取；(3)指令是由指令是由CPU一条一条顺序执行的，无需人工干预。一条一条顺序执行的，无需人工干预。中央中央处理器处理器运算器和控制器运算器和控制器输入设备输入设备输出设备输出设备存储器存储器292.1 计算机的组成与分类“存储程序控制存储程序控制”原理原理n将问题的解算步骤编制成为将问题的解算步骤编制成为程序程

28、序，程序连同它所处理的数，程序连同它所处理的数据都用据都用二进位表示二进位表示并并预先预先存放在存储器存放在存储器中中n程序运行时，程序运行时，CPU从内存中一条一条地取出指令和相应的从内存中一条一条地取出指令和相应的数据，数据，按指令操作码的规定按指令操作码的规定，对数据进行运算处理，直到，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止程序执行完毕为止 CPU从内存中逐条从内存中逐条读取该程序的指令及读取该程序的指令及相关的数据相关的数据将指令的运算处理将指令的运算处理结果送回内存保存结果送回内存保存任务完成后，将处任务完成后，将处理得到的全部结果成理得到的全部结果成批传送到外存以长久批传送到外存

29、以长久保存保存外存储器外存储器内存储器内存储器CPU任务启动时，执行任务启动时，执行该任务的程序和数据该任务的程序和数据从外存成批传送到内从外存成批传送到内存存指令1指令2指令k指令n程序程序数据1数据2数据m数据数据CPU逐条逐条执行指令执行指令,按按指 令 要 求 完指 令 要 求 完成 对 数 据 的成 对 数 据 的运算和处理运算和处理302.1 计算机的组成与分类CPU的结构和任务的结构和任务（考点）（考点）nCPU主要由运算器、控制器和寄存器组主要由运算器、控制器和寄存器组3个部分组成个部分组成nCPU的任务：取指令并完成指令所规定的操作的任务：取指令并完成指令所规定的操作寄寄存存

30、器器组组运运算算器器中央处理器中央处理器指令计数器指令计数器指令寄存器指令寄存器控制器数数 据据程序程序指令指令1指令指令2指令指令k指令指令n数据数据1数据数据2数据数据m数据数据内存储器内存储器指指 令令 指令地址指令地址 操作数地址操作数地址存放待执行存放待执行指令的地址指令的地址已经启动运已经启动运行的程序和行的程序和数据数据存放待执行的存放待执行的指令并进行译指令并进行译码码完成规定的运完成规定的运算算暂存等待处暂存等待处理的数据理的数据操作命令操作命令312.1 计算机的组成与分类2.2.2 指令与指令系统指令与指令系统instruction setsoftwarehardware

31、322.1 计算机的组成与分类指令是什么？指令是什么？n指令就是命令，它用来规定指令就是命令，它用来规定CPU执行什么操作。指令是构执行什么操作。指令是构成程序的基本单位，程序是由一连串指令组成的成程序的基本单位，程序是由一连串指令组成的n指令采用二进位表示，大多数情况下，指令由两个部分组指令采用二进位表示，大多数情况下，指令由两个部分组成：成：（考点考点）操作码操作码操操 作作 数数 地地 址址指出CPU应执行何种操作的一个命令词，例如加、减、乘、除、取数、存数等 指出该指令所操作(处理)的数据或者数据所在位置 举例举例:10 02 06把把02存储单元和存储单元和06存储单元中的内存储单元

32、中的内容相加，和数保存在容相加，和数保存在02单元单元332.1 计算机的组成与分类指令在计算机中的执行过程指令在计算机中的执行过程1.取指令取指令：CPU的控制器从的控制器从存储器读取一条指令并放存储器读取一条指令并放入指令寄存器入指令寄存器2.指令译码指令译码：指令寄存器中：指令寄存器中的指令经过译码，决定该的指令经过译码，决定该指令应进行何种操作、操指令应进行何种操作、操作数在哪里作数在哪里3.执行指令执行指令3.1 取操作数取操作数3.2 进行运算进行运算4.修改指令计数器修改指令计数器，决定下，决定下一条指令的地址一条指令的地址1 取指令取指令4 修改指修改指令计数器令计数器3 执行

33、指令执行指令2 指令译码指令译码指令执行周期指令执行周期342.1 计算机的组成与分类关于指令系统关于指令系统nCPU可执行的全部指令称为该可执行的全部指令称为该CPU的的指令系统指令系统，即它的即它的机器语言机器语言（考点考点）n指令应该简单，简单才能提高速度指令应该简单，简单才能提高速度!1.操作功能要简单，不宜太多、太复杂操作功能要简单，不宜太多、太复杂2.指令的格式要统一：指令的格式要统一：固定长度、统一分段固定长度、统一分段3.操作数的来源要有限制：操作数的来源要有限制：n算术逻辑运算指令的操作数只能来自寄存器算术逻辑运算指令的操作数只能来自寄存器nLOAD/STORE指令的操作数来

34、自指令的操作数来自(或送到或送到)内存内存寄存器寄存器内存内存 内存内存寄存器寄存器nIntel 奔腾处理器的指令系统由于历史的原因，并奔腾处理器的指令系统由于历史的原因，并不符合上述原则！不符合上述原则！352.1 计算机的组成与分类关于关于CPU的兼容性的兼容性n不同公司生产不同的不同公司生产不同的CPU产品：产品：nIntel公司：公司：Pentium系列、赛扬系列系列、赛扬系列、至强等、至强等nAMD公司：独龙、闪龙、炫龙等公司：独龙、闪龙、炫龙等nIBM公司：公司：Power5、Power6等（苹果的等（苹果的Macintosh使用）使用）nSUN公司：公司：Ultra SPARC处

35、理器处理器nHP公司：公司：PA-RISC、Itanium 处理器处理器n同一公司同一系列的同一公司同一系列的CPU具有向下（前）兼容性具有向下（前）兼容性：nA计算机（使用新型号计算机（使用新型号CPU）的程序不能在）的程序不能在B计算机（使用老型号计算机（使用老型号CPU）上运行，上运行，B计算机的程序却能在计算机的程序却能在A计算机上运行计算机上运行n不同公司的不同不同公司的不同CPU产品其指令系统不同，它们互相不兼容产品其指令系统不同，它们互相不兼容：nA计算机的程序不能在计算机的程序不能在B计算机上直接运行，计算机上直接运行，B计算机的程序也不能在计算机的程序也不能在A计算机上直接运

36、行计算机上直接运行互相兼容互相兼容362.1 计算机的组成与分类2.2.3 CPU的性能指标的性能指标372.1 计算机的组成与分类如何衡量如何衡量CPU的性能？的性能？n计算机的性能主要表现在程序执行速度的快慢，计算机的性能主要表现在程序执行速度的快慢，它由许多因素决定，例如它由许多因素决定，例如CPU、内存、硬盘、显、内存、硬盘、显卡等，但通常卡等，但通常CPU是主要因素是主要因素nCPU性能高低的主要指标是性能高低的主要指标是CPU的速度的速度，有，有2种种衡量方法：衡量方法：1.计算每秒钟可执行的指令数目（单位：计算每秒钟可执行的指令数目（单位：MIPS、MFLOPS）（要点）（要点）

37、2.使用常用软件（办公软件、数字媒体处理软件和使用常用软件（办公软件、数字媒体处理软件和3D游戏等）的执行速度来衡量游戏等）的执行速度来衡量CPU的性能的性能 382.1 计算机的组成与分类影响影响CPU性能的主要因素性能的主要因素(考点考点)nCPU的字长（位数）的字长（位数）n目前目前PC使用的使用的CPU大多是大多是64位处理器（位处理器（字长定义字长定义）n主频（主频（CPU时钟频率）时钟频率）n主频提高，主频提高，CPU的处理速度通常也会加快的处理速度通常也会加快n高速缓存（高速缓存（cache）的容量与结构（）的容量与结构（知识点补充知识点补充）ncache容量越大容量越大、级数越

38、多，其效用就越显著、级数越多，其效用就越显著 nCPU总线速度总线速度n前端总线速度越快，前端总线速度越快，CPU性能越好性能越好 392.1 计算机的组成与分类影响影响CPU性能的主要因素性能的主要因素(之二之二)nCPU的指令系统的指令系统n指令的格式和功能会影响程序的执行速度指令的格式和功能会影响程序的执行速度nCPU的逻辑结构的逻辑结构nCPU包含的定点运算器和浮点运算器数目包含的定点运算器和浮点运算器数目n是否流水线结构，流水线的条数和级数是否流水线结构，流水线的条数和级数n有无指令预测和数据预测功能有无指令预测和数据预测功能n是否具有数字信号处理功能是否具有数字信号处理功能n是否多

39、核，有几个内核是否多核，有几个内核n402.1 计算机的组成与分类2.2习题解析习题解析n根据根据“存储程序控制的原理存储程序控制的原理”，准确地说，计算机硬件各，准确地说，计算机硬件各部件如何动作由部件如何动作由 决定。决定。A、CPU所执行的指令所执行的指令 B、操作系统、操作系统 C、用户、用户 D、控制器、控制器 n下列关于下列关于CPU的叙述，错误的是的叙述，错误的是 。A.CPU中指令计数器的作用是统计已经执行过的指令数目中指令计数器的作用是统计已经执行过的指令数目 B.CPU所能执行的全部指令的集合称为该所能执行的全部指令的集合称为该CPU的指令系统的指令系统 C.CPU中含有若

40、干寄存器中含有若干寄存器 D.时钟频率决定着时钟频率决定着CPU芯片内部数据传输与操作速度的快芯片内部数据传输与操作速度的快慢慢 AA412.1 计算机的组成与分类nCPU中包含若干个寄存器用来临时存放数据。中包含若干个寄存器用来临时存放数据。n计算机中运算器的主要功能是计算机中运算器的主要功能是 。A、控制计算机的运行、控制计算机的运行 B、进行算术运算和逻辑运算、进行算术运算和逻辑运算 C、分析指令并执行指、分析指令并执行指 D、存取存储器中的数据、存取存储器中的数据 n下列关于指令系统的叙述，正确的是下列关于指令系统的叙述，正确的是 。A、CPU所能执行的全部指令称为该所能执行的全部指令

41、称为该CPU的指令系统的指令系统 B、用于解决某一问题的指令序列称为指令系统、用于解决某一问题的指令序列称为指令系统 C、不同公司生产的、不同公司生产的CPU的指令系统完全不兼容的指令系统完全不兼容 D、同一公司生产的、同一公司生产的CPU的指令系统向上兼容的指令系统向上兼容 BA422.1 计算机的组成与分类n下列关于下列关于CPU的叙述，正确的是的叙述，正确的是 。A.能直接读取硬盘上的数据能直接读取硬盘上的数据 B.能直接与内存储器交换数据能直接与内存储器交换数据 C.由存储器、运算器和控制器组成由存储器、运算器和控制器组成 D.不同公司生产的不同公司生产的CPU指令系统均相互兼容指令系

42、统均相互兼容 n为了提高为了提高CPU的处理速度，以下措施无效的是的处理速度，以下措施无效的是 。A.增加增加ALU数量数量 B.提高主频提高主频 C.增加硬盘容量增加硬盘容量 D.增加寄存器数目增加寄存器数目 BC2.3 PC机的主机机的主机2.3.1 主板、芯片组与主板、芯片组与BIOS 2.3.2 内存储器内存储器2.3.3 I/O总线和总线和I/O接口接口442.1 计算机的组成与分类台式台式PC的物理组成的物理组成台式机台式台式PC主机主机外部设备外部设备机箱、电源机箱、电源主板主板CPU内存条内存条显示卡显示卡芯片组芯片组BIOS ROMCMOSPCI插槽插槽(I/O总线总线)网卡

43、网卡输入设备输入设备外存储器外存储器键盘键盘鼠标器鼠标器麦克风麦克风摄像头摄像头输出设备输出设备U盘、移动硬盘盘、移动硬盘显示器显示器打印机打印机音箱音箱/耳机耳机声卡声卡插头和插座插头和插座(I/O接口接口)硬盘、软驱硬盘、软驱光盘驱动器光盘驱动器452.1 计算机的组成与分类2.3.1 主板、芯片组与主板、芯片组与BIOS462.1 计算机的组成与分类台式台式PC机机(立式立式)的主机箱的主机箱扩展扩展空间空间472.1 计算机的组成与分类CPUCPU插座插座内存条插座内存条插座软驱、硬盘软驱、硬盘IDEIDE连接器连接器电源连接器电源连接器PCIPCI总线插槽总线插槽 芯片组芯片组 I/

44、O I/O端口端口例：华硕例：华硕P4T主板照片主板照片482.1 计算机的组成与分类(1)主板主板n主板的作用：安装所有的电子器件、电路与连接件主板的作用：安装所有的电子器件、电路与连接件n主板安装内容：见上图主板安装内容：见上图nROM BIOS：存放最基础的软件：存放最基础的软件基本输入基本输入/输出系统输出系统(BIOS)nCMOS存储器存储器：存放系统的基本参数（日期、时间、口令等）：存放系统的基本参数（日期、时间、口令等）存储器插座存储器插座 处理器处理器插槽插槽外部设备插口外部设备插口(I/O接口接口)软驱及硬盘的软驱及硬盘的IDE连接器连接器电源连接器电源连接器 PCI总线槽总

45、线槽 CPU插座插座显示卡的显示卡的AGP插槽插槽南桥南桥芯片芯片 ROM BIOS CMOS 存储器存储器北桥北桥芯片芯片考点考点492.1 计算机的组成与分类关于关于CMOS 芯片芯片n这是一个容量很小的存储器，由这是一个容量很小的存储器，由电池电池供电供电，即使计，即使计算机关机后也不会丢失所存储的信息（算机关机后也不会丢失所存储的信息（考点考点）n作用：作用：n存放计算机硬件的参数（称为存放计算机硬件的参数（称为“配置信息配置信息”），包括日期），包括日期和时间、口令、和时间、口令、硬盘硬盘/光盘驱动器的数目、类型及参数、光盘驱动器的数目、类型及参数、显显卡类型、卡类型、cache使用

46、状况、启动机器时访问外存的顺序等，使用状况、启动机器时访问外存的顺序等，供供BIOS程序使用程序使用n设置和修改设置和修改CMOS参数的方法：参数的方法：n在开机启动在开机启动BIOS工作时，按下工作时，按下Del键键(或或F2或或F8健健)，即可进，即可进入入BIOS中的中的CMOS设置程序设置程序502.1 计算机的组成与分类BIOSn什么是什么是BIOS（Basic Input/Output System）？n中文名为中文名为“基本输入基本输入/输出系统输出系统”，它是存放在主板它是存放在主板上上只读存储器只读存储器（ROM）芯片中的芯片中的一组机器语言程序一组机器语言程序n功能：功能：

47、n诊断计算机故障诊断计算机故障n启动计算机工作启动计算机工作n控制基本的输入输出操作控制基本的输入输出操作(键盘、鼠标、磁盘读写、键盘、鼠标、磁盘读写、屏幕显示等屏幕显示等)nBIOS 芯片芯片n保存保存BIOS的只读存储器的只读存储器(ROM)芯片芯片512.1 计算机的组成与分类BIOS 芯片中包含的程序芯片中包含的程序n加电自检程序加电自检程序程序程序（POST）(Power On Self Test)用于用于检测计算机硬件故障检测计算机硬件故障n系统自举程序系统自举程序（Boot）启动计算机工作，加载并进入操作系统运行状态启动计算机工作，加载并进入操作系统运行状态nCMOS设置程序设置

48、程序 设置系统参数：日期、时间、口令、配置参数等设置系统参数：日期、时间、口令、配置参数等n常用基本常用基本外部设备的驱动程序外部设备的驱动程序（Driver）实现对键盘、显示器、硬盘等常用外部设备输入输出实现对键盘、显示器、硬盘等常用外部设备输入输出操作的控制操作的控制返回返回522.1 计算机的组成与分类(2)芯片组芯片组n芯片组的作用：芯片组的作用：n是是PC机各组成部分相互连接和通信的枢纽，是主板的核心机各组成部分相互连接和通信的枢纽，是主板的核心n存储控制器（北桥）存储控制器（北桥）1.存储器控制功能；存储器控制功能；2.连接连接CPU、存储器、显卡、存储器、显卡nI/O控制器（南桥

49、）控制器（南桥）1.多种多种I/O设备的控制功能；设备的控制功能；2.I/O总线总线(PCI总线总线)功能；功能；3.提供了各种提供了各种I/O接口接口Pentium 4CPU前端总线前端总线北桥北桥82865PMCH图形卡接口图形卡接口双通道双通道南桥南桥82801E ICH5USB 2.0接口接口(x8)以太网接口以太网接口PCI 插槽插槽(6个个)ROM BIOS硬盘接口硬盘接口(x2)音频音频CodecSuper I/O键盘键盘,鼠标鼠标,软驱软驱,并口并口,串口等串口等电话电话ModemDDR 2电源管理、时钟生成电源管理、时钟生成DDR 2存储器存储器CPU532.1 计算机的组成

50、与分类关于芯片组的一些说明关于芯片组的一些说明n芯片组与芯片组与CPU芯片同步发展，有什么样功能和速度的芯片同步发展，有什么样功能和速度的CPU，就有什么样的芯片组与之配套，就有什么样的芯片组与之配套 nCPU类型或参数的不同，需要使用不同的芯片组。芯片类型或参数的不同，需要使用不同的芯片组。芯片组决定了主板上所能安装的内存的最大容量、速度及可组决定了主板上所能安装的内存的最大容量、速度及可使用内存条的类型（考点）使用内存条的类型（考点）n由于集成电路集成度越来越高，为降低系统成本，芯片由于集成电路集成度越来越高，为降低系统成本，芯片组中集成了越来越多的功能，包括网卡、显卡、声卡等组中集成了越