1、计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础徐彬徐彬 2计算机发展概述计算机发展概述 v计算机的发展简史 3计算机发展概述计算机发展概述v计算机的分类 4计算机发展概述计算机发展概述v计算机的分类5计算机发展概述计算机发展概述v计算机的应用 6计算机发展概述计算机发展概述v微处理器的发展简史与现状 7计算机发展概述计算机发展概述v微处理器的发展简史与现状8计算机发展概述计算机发展概述v微型计算机的分类 9计算机发展概述计算机发展概述v微型计算机硬件技术发展的特点 摩尔定律-集成电路上的晶体管集成度每隔2年左右就会翻一番，芯片的性能也随之提高一倍，而价格降低一半。Pentium Pro Architec
2、turePentium 4 ArchitecturePentium Architecture486386286808610计算机发展概述计算机发展概述v微型计算机硬件技术发展的趋势 芯片技术将继续发挥原动力作用 宽带网络环境下的多媒体计算机技术与通信技术将加速发展 计算机硬件与软件将更加紧密地融合在一起 笔记本计算机在个人计算机中的应用比例将逐渐上升11微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 v基本术语 微处理器-简称uP或MP（MicroProcessor）是指由一片或几片大规模集成电路组成的具有运算器和控制器功能的中央处理器部件，又称微处理机。通常，在微型计算机中直接用CPU表示微处理器
3、。Intel Pentium微处理器微处理器12微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成v基本术语 微型计算机-简称uC或MC（MicroComputer），是指以微处理器为核心，配上存储器、输入输出接口电路及系统总线所组成的计算机，又称主机或微电脑。单板微型计算机单板微型计算机13微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成v基本术语 微型计算机系统-简称uCS或MCS（MicroComputer System）是指以卫星计算机为中心，配以相应的外围设备、电源和辅助电路以及指挥微型计算机工作的操作系统软件所构成的系统。微型计算机系统微型计算机系统 14微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成v微
4、处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系15微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成v微型计算机系统的基本组成 微型计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件系统硬件系统微型计算机微型计算机系统系统软件系统软件系统16微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成v硬件系统 输入设备 辅助存储设备 输出设备 运算器 主存储器 控制器 存储器 CPU 数据流 控制流 指令流 主机外设17微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成v硬件系统实例示意图18微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成v软件系统 完整的计算机系统除了硬件系统外，还必须配置有软件系统。计算机软件通常分为两类：系统软件和用户软件
5、。19 主机 外设 中央处理器（CPU）内存 运算器 控制器 随机存储器（RAM）只读存储器（ROM）高速缓冲存储器（Cache）输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音响等 输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪、麦克风等 外存：软盘、硬盘、光盘、闪存（优盘）等 系统软件 应用软件 语言处理程序：C、Pascal、FORTRAN、Visual BASIC 等 操作系统：Dos、Windows、UNIX、Linux、MAC OS X 实用程序：诊断程序、排错程序等 专用应用软件：如各企业的管理信息系统等 通用应用软件：办公软件、数据库管理系统、计算机辅助设计等硬件系统软件系统微型计算机系统的
6、组成微型计算机系统的组成20微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成v计算机系统的层次构成 用用 户户系统应用程序系统应用程序操操 作作 系系 统统机机 器器 语语 言言硬硬 件件 系系 统统21微机硬件系统结构基础微机硬件系统结构基础 v 典型的计算机硬件系统结构是一种面向系统的总线结构。用系统总线将各个部件连接起来。数据总线（DB）控制部线（CB）地址总线（AB）中央 处理器 CPU内存储器I/O 接口I/O 接口I/O 设备I/O 设备22微机硬件系统结构基础微机硬件系统结构基础v根据所传送信息的内容和作用不同，系统总线分为3种：数据总线（Data Bus，DB）地址总线（Address
7、 Bus，AB）控制总线（Control Bus，CB）v采用总线结构时，系统中各部件均挂在总线上，可以使微机系统的结构比较简单，易于维护，并具有更大的灵活性和更好的可扩展性。23v一个简单的微处理器主要由运算器、控制器和内部寄存器阵列3个基本部分组成。运算器用来进行算术或逻辑运算以及移位循环等操作 控制器将指令功能转化为控制信号 内部寄存器组用来保存控制或运算的数据及结果等 累加器 数据寄存器 程序计数器 地址寄存器 标志寄存器微机硬件系统结构基础微机硬件系统结构基础24微机的工作原理与程序执行过程微机的工作原理与程序执行过程 v微机的工作原理 现在的微型计算机基本上都遵循冯诺依曼计算机的工
8、作原理，即所谓“存储程序”的工作原理。要点为：在机内采用二进制的形式表示计算机中的指令和数据 把人们编好的程序和原始数据预先输入计算机的主存储器中保存起来；当计算机工作时，它的控制器能够连续、自动、高速地从存储器中逐一取出指令并执行。由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大基本部件组成计算机系统。冯诺依曼的核心思想就是“存储程序”。25微机的工作原理与程序执行过程微机的工作原理与程序执行过程v程序执行过程 微机的工作过程是逐条取指令和执行指令的过程。26微机的工作原理与程序执行过程微机的工作原理与程序执行过程v计算机执行3+2=？的过程27微机的工作原理与程序执行过程微机的工作原理与程
9、序执行过程v取第1条指令的操作示意图 28微机的工作原理与程序执行过程微机的工作原理与程序执行过程v取立即数的操作示意图 29微机的工作原理与程序执行过程微机的工作原理与程序执行过程v取第2条指令的操作示意图 30微机的工作原理与程序执行过程微机的工作原理与程序执行过程v执行第2条指令操作示意图 31微机系统的主要性能指标微机系统的主要性能指标v 字长 字长指CPU进行运算和数据处理的最基本的信息位长度，也就是一次可以处理的二进制数码的位数。计算机的字长已经由8位、16位发展到现在的32位、64位。v 运算速度 运算速度是指计算机每秒钟所能执行的指令条数，单位为每秒百万条指令 v 主存容量 主
10、存容量是指主存储器所能存储二进制信息的总量。内存容量越大。微型计算机的存储单元数越多,其“记忆”的功能越强。v 外围设备的配置 外部设备的配置及扩展能力主要指计算机系统连接各种外部设备的可能性、灵活性和适应性。v 系统软件配置 软件配置也是衡量微机性能的主要指标，主要考察其操作系统是否操作简单，功能强大而且能够满足用户要求 32CPU的主要参数的主要参数 v主频 CPU的工作频率，如平时说P4 1.8G即主频为1.8GHzv外频 CPU的外部时钟频率，一般为66MHz、100MHz、133MHz等v倍频 CPU外频与主频相差的倍数。主频=外频倍频微机系统的主要性能指标微机系统的主要性能指标33
11、CPU的主要参数的主要参数v接口 指CPU和主板连接的接口，接口方式有引脚式、卡式、触点式、针脚式。目前主流针脚式。根据针脚数不同，常见Socket 370、Socket 423、Socket 478、Socket 775v缓存 一种可以提升CPU存取数据效率的存储器。有L1或L2甚至L3缓存。L1缓存单位一般为KB。v多媒体指令集 专门为提高计算机在多媒体、三维图形方面的应用能力而增加的指令。主要有Intel的MMX、SSE/SSE2和AMD的3D Now指令集。微机系统的主要性能指标微机系统的主要性能指标34CPU的主要参数的主要参数v制造工艺 决定集成度。早期有0.5um，现主要0.18um和0.13um。v电压 指CPU的工作电压。目前一般为1.65V-1.75V。v封装形式 CPU的外观。Socket插座的CPU使用PGA方式封装。v整数单元和浮点单元 ALU负责整数运算，是CPU运算速度的重要体现 FPU负责浮点运算，关系到多媒体，三维图形处理能力。微机系统的主要性能指标微机系统的主要性能指标
