微型计算机系统的组成.ppt
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1、第2章 微型计算机系统的组成,本章导读:重点阐述了微机的中央处理器、存储器、输入/输出设备的类型、发展和主要性能指标。重点内容:计算机软、硬件系统构成、中央处理器的类型、性能和指标、存储器的类型、性能和指标输入/输出设备的类型、性能和指标。,返回本节目录,第2章 微型计算机系统的组成,2.1 概述 2.2 中央处理器CPU 2.3 存储器2.4 总线与输入/输出 接口电路2.5 输入/输出设备,2.1 概述,2.1.1 硬件系统 微型计算机的硬件系统主要由CPU、存储器、系统总线、接口电路及I/O设备等部件组成。,2.1 概述,2.1.1 硬件系统,光盘驱动器,软盘驱动器,主机箱,显示器,键盘
2、,鼠标,微型计算机工作原理,运算(处理)存储(记录)控制(协调),计算机的语言二进制,进制的概念“逢R进一,借一当R”十进制R=10,可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二进制R=2,可使用0,1八进制R=8,可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六进制R=16,可使用0,9,A,B,C,D,E,F,二进制概念,信息复制的精确性运算规则简单电子线路制造计算机成为可能,程序和指令,指令是对计算机进行程序控制的最小单位。所有的指令的集合称为计算机的指令系统。,程序是为完成一项特定任务而用某种语言编写的一组指令序列。,信息的存储单位,位(Bit):度量数据的最小单位,字节(Byte):最常用
3、的基本单位,K 字节1K=1024 byteM(兆)字节1M=1024 KG(吉)字节1G=1024 M T(太)字节1T=1024 G,b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0,1 0 0 1 0 1 0 1,=27+24+22+20,2.1 概述,2.1.2 软件系统 软件是提高计算机使用效率、扩大计算机功能的程序总称,它由各种程序和数据组成。软件系统由系统软件和应用软件组成。在硬件基础上的系统软件是对硬件功能的扩充与完善,而操作系统是配置在硬件上的第一层软件,它是对硬件功能的第一次扩充,从而构成了一个比硬件裸机功能更强大、使用更方便的虚拟计算机。所有系统实用程序以及更上层的应用程序
4、都在操作系统虚拟机上运行,他们受操作系统的统一管理和控制。硬件和软件的整体称为计算机系统资源,其系统构成示意图见图2-2。,2.1 概述,2.1.2 软件系统,计算机系统的组成,2.2 中央处理器CPU,2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 1、CPU主要性能指标(1)CPU字长:CPU的字长(位数)通常是指CPU内部数据总线宽度或位数。它是CPU数据处理能力的重要指标。(2)CPU主频。CPU主频也叫CPU的工作频率或CPU内部总线频率,是CPU内核(整数和浮点运算器)电路的实际运行频率,亦是CPU自身工作频率。,2.2 中央处理器CPU,2.2.1 CPU主要指标、技术和发展(3)CPU
5、外频。CPU的外频也是指CPU从主板上获得的工作频率。它是由主板上晶体震荡电路为CPU提供的基准时钟频率,也就是主板的工作频率。(4)CPU倍频系数 CPU主频、外频和倍频系数关系如下:CPU主频=CPU外频 倍频系数(5)前端总线频率。前端总线(FSB:Front Side Bus)指主板芯片组中的北桥芯片与CPU之间传输数据的通道,因此也可以称为是CPU的外部总线。,2.2 中央处理器CPU,2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 2、CPU技术(1)CPU字长:CPU的字长(位数)通常是指CPU内部数据总线宽度或位数。它是CPU数据处理能力的重要指标。(2)CPU主频。CPU主频也叫CP
6、U的工作频率或CPU内部总线频率,是CPU内核(整数和浮点运算器)电路的实际运行频率,亦是CPU自身工作频率。,2.2 中央处理器CPU,2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 2、CPU技术(4)指令与数据分开。经典奔腾有两个高速缓存,一个用于缓存指令,一个用于缓存数据,这种把指令与数据分开存取结构称为哈佛结构(5)固化常用指令。奔腾把常用指令,例如把MOV、ADD、INC、DEC、PUSH等指令改用硬件实现,而不用微代码操作,使指令的运行速度进一步加快。(6)增强的32位数据总线。(7)采用PCI局部总线。(8)错误检测及功能冗余校验技术。(9)能源效率技术。(10)支持多重处理。,2.2
7、 中央处理器CPU,2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 3、CPU的发展 CPU从最初发展至今已经有三十多年的历史了,这期间,按照其处理信息的字长,CPU可以分为:4位处理器、8位处理器、16位处理器、32位处理器以及64位处理器,可以说个人电脑的发展是随着CPU的发展而前进的,甚至可以说英特尔的发展史就是CPU的发展史。,2.2 中央处理器CPU,2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 3、CPU的发展几种CPU的外观图如下所示。,2.2 中央处理器CPU,2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 3、CPU的发展几种CPU的外观图如下所示。,2.2 中央处理器CPU,2.2.1 CPU主
8、要指标、技术和发展 3、CPU的发展几种CPU的外观图如下所示。,2.2 中央处理器CPU,2.2.2 CPU的基本组成1、控制单元 控制单元(Contral Unit)是硬件系统的控制部件。它能自动、逐条地从内存储器中取出指令,将指令翻译(转换)成控制信号(电脉冲),并按时间顺序和节拍,发往其他部件,指挥各部件有条不紊地协同工作。2运算单元 运算单元(Arithmetic Logic Unit,ALU)又称为算术逻辑单元,是负责处理数据的部件。它既能进行加、减、乘、除等算术运算,又能进行与、或、非、比较等逻辑运算。可以把它比做数据的加工厂。,2.2 中央处理器CPU,2.2.2 CPU的基本
9、组成3、摩尔定律 在芯片制造技术中,有一条摩尔定律(Moores Law),即每十八个月集成电路的密度翻一番,表示它的功能要翻一番。摩尔是英特尔公司的创始人之一,20多年来,该定律在业界一直正确,带动着微机不停地更新换代,总的趋势是CPU字长“位”数不断增多,速度指标“主频”不断加快,功能不断增强,而价格又不断下降。,计算机第一定律摩尔定律,晶体管数,2.3 存储器,2.3.1 存储器的分类1、按存储介质分类(1)半导体存储器(2)磁表面存储器(3)光存储器2、按存储器的读写功能分类(1)只读存储器ROM(2)随机存储器RAM,2.3 存储器,2.3.1 存储器的分类3、按信息的可保存性分类(
10、1)非永久性记忆的存储器。(2)永久性记忆的存储器4按在微机系统中的作用分类(1)主存储器(2)辅助存储器(3)高速缓冲存储器,2.3 存储器,2.3.2 存储器的基本性能指标1、存储容量存储器可以存储的二进制信息总量称为存储容量。存储容量通常以字节(B)为单位来表示,对于大容量存储器还可以用千字节(KB)、兆字节(MB)、吉字节(GB)、太字节(TB)等表示。其换算关系为:1KB=210B=1024B1MB=220B=1024KB1GB=230B=1024MB1TB=240B=1024GB,2.3 存储器,2.3.2 存储器的基本性能指标2、存取速度 存储器的存取速度可以用存取时间和存取周期
11、来衡量。(1)存取时间。存取时间是指启动一次存储器操作到完成该操作所用的时。(2)存取周期。存取周期是指连续两次独立的存储器操作之间的最小时间间隔。通常存取周期略大于存取时间,其差别与存储器的物理实现细节有关。3、价格存储器的价格常用每位的价格来衡量。,2.3 存储器,2.3.3 存储系统的层次结构 所谓存储系统的层次结构,就是把各种不同存储容量、存取速度和价格的存储器按层次结构组成多层存储器,并通过管理软件和辅助硬件有机组合成统一的整体,使所存放的程序和数据按层次分布在各种存储器中。目前,在计算机系统中通常采用三级层次结构来构成存储系统,主要由高速缓冲存储器Cache、主存储器和辅助存储器组
12、成,如图2-10所示。,2.4 总线与输入/输出接口电路,2.4.1 总线 总线:计算机系统中传输信息的公共通道。按位置可将总线分为以下三类:(1)片内总线:片内总线是指在微处理器芯片内部各单元之间传输信息的总线,它主要用于芯片级的互连。(2)系统总线:也称内总线,用以实现微机系统与各种扩展插件板之间的相互连接,是微机系统所特有的总线,一般用于模板之间的连接,系统总线有时也称为板级总线。目前这类总线已基本上实现了标准化,例如STD总线、ISA总线、VESA总线、PCI总线等。在微型计算机主板上的各种扩展插槽都属于内总线。,2.4 总线与输入/输出接口电路,2.4.1 总线(3)外部总线 这是微
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