大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教程課件-(10).ppt

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1、微型機(jī)系統(tǒng)的組成2.微處理器(CPU)微處理器（CPU）包括運(yùn)算器和控制器兩個(gè)部件，它是微型機(jī)系統(tǒng)的核心。CPU的主要功能是按照程序給出的指令，執(zhí)行指令，完成對(duì)數(shù)據(jù)的加工處理。微型機(jī)所發(fā)生的全部動(dòng)作都受CPU的控制。微處理器的主要性能指標(biāo)是字長(zhǎng)和主頻。字長(zhǎng)是指微型機(jī)內(nèi)部一次可以處理的二進(jìn)制的位數(shù)，反映了微處理器處理數(shù)據(jù)的能力。主頻是指CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號(hào)震蕩的速率，即CPU內(nèi)核工作的時(shí)鐘頻率。主頻的大小在很大程度上決定了微型機(jī)的運(yùn)行速度。CPU的主頻越高，一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成的指令數(shù)越多，CPU的運(yùn)行速度也越快。主頻的單位是赫茲（Hz）目

2、前CPU的主頻已經(jīng)超過了3GHz。為緩解微型機(jī)型系統(tǒng)的“瓶頸”問題，在CPU與內(nèi)存之間的設(shè)計(jì)增加了臨時(shí)存儲(chǔ)器單元，稱為高速緩存（CacheMemory）,它的容量比內(nèi)存小但交換速度快。高速緩存分為一級(jí)緩存（L1Cache）和二級(jí)緩存（L2Cache）兩部分，L1Cache集成在CPU，早期的L2Cache制作在主板上，從Pentium2處理器問世起，L2Cache也集成了CPU內(nèi)部了。目前，Intel和MAD兩大生產(chǎn)廠家推出的CPU系列均有高端和低端兩大類產(chǎn)品，主要區(qū)別就在于L2Cache的容量，一般同主頻的低端產(chǎn)品的L2Cache容量

3、僅為高端產(chǎn)品一半或更低，價(jià)格也因此大大降低。Intel公司的高端產(chǎn)品是奔騰（Pentium）系列，低端產(chǎn)品是賽揚(yáng)（Celeron）系列；公司的高端產(chǎn)品是皓龍（Opteron）和速龍（Althlon）系列，低端產(chǎn)品是閃龍（Sempron）系列。自1971年微處理器誕生以來，人們習(xí)慣以CPU主頻的不斷提升來衡量CPU的更新速度和技術(shù)性能。但近兩年來，CPU主頻的繼續(xù)提升受到技術(shù)條件的制約，另外，緊靠提升CPU的處理速度，而整機(jī)的瓶頸問題得不到有效地解決，微型機(jī)性能也不能顯著改善。目前CPU的前沿技術(shù)主要有：1.超前程（Hyper-Threa

4、ding,HT）技術(shù)。利用特殊的硬件指令，在邏輯上將處理器內(nèi)核模擬成兩個(gè)物理芯片使得單個(gè)處理器能夠同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)線程并計(jì)算，進(jìn)而支持多線程操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，減少了CPU的閑置時(shí)間，提高了處理器的資源利用，增加了CPU的吞吐量。但當(dāng)兩個(gè)線程同時(shí)需要某一個(gè)資源時(shí)，其中一個(gè)要暫時(shí)停止，并讓出資源，直到這些資源閑置后才能繼續(xù)。因此，超線程技術(shù)的性能并不是絕對(duì)等于兩個(gè)CPU的性能。2.64位技術(shù)。微處理器的通用寄存器的數(shù)據(jù)寬度擴(kuò)展為64位，采用64位指令集，即處理器的某一個(gè)寄存器一次可以同時(shí)處理64位數(shù)據(jù)。可以進(jìn)行更大范圍的數(shù)值運(yùn)算，計(jì)算精度更高

5、，支持更大的內(nèi)存。3.雙核技術(shù)。雙核技術(shù)是基于同一個(gè)集成電路芯片制作相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)功能相同的處理器核心，即兩個(gè)物理處理器核心整合在一個(gè)內(nèi)核中，將原來有單一處理器執(zhí)行的任務(wù)分給兩個(gè)處理器來完成；再次基礎(chǔ)上，利用超線程技術(shù)，在邏輯上相當(dāng)于擁有4個(gè)處理單元。圖1.15所示是Intel的Pentium處理器的圖片。圖1.16所示是AMD的Athlon64處理器圖片。我國(guó)于2002研發(fā)了“龍芯一號(hào)“CPU，2005年正式發(fā)布”龍芯“2號(hào)CPU，”龍芯“2號(hào)性能與Intel公司的Pentium4差不多。存儲(chǔ)器(1)高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）高速緩

6、沖存儲(chǔ)器是介于CPU與內(nèi)存之間的存儲(chǔ)器，其速度很快，可以與CPU的速度相匹配，通常是由靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM構(gòu)成的，容量較?。◣资甂B至幾MB）。其作用是把正在執(zhí)行的指令地址附近一部分指令或數(shù)據(jù)從主存調(diào)入Cache中，供CPU在短時(shí)間內(nèi)使用。CPU在讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，首先訪問Cache，如果Cache中有要讀取的數(shù)據(jù)，就從Cache中讀取數(shù)據(jù)。只有Cache當(dāng)中沒有所需數(shù)據(jù)時(shí)，CPU采取訪問內(nèi)存。由于Cache得讀寫速度快，因此CPU能迅速的完成數(shù)據(jù)的讀寫，進(jìn)而提高計(jì)算機(jī)整體的工作速度，以解決高速的CPU與低速的內(nèi)存速度差異問題，對(duì)提高程序的

7、運(yùn)行速度有很大的幫助。Cache又分為一級(jí)緩存（L1Cache）。二級(jí)緩存（L2Cache）和三級(jí)緩存(L3Cache)?，F(xiàn)在的微型計(jì)算機(jī)都把一級(jí)緩存集成在CPU內(nèi)部了，而且在主板上又集成了三級(jí)緩存。3.存儲(chǔ)器項(xiàng)目緩存主存輔存速度快快中慢容量小中大價(jià)格高中低存儲(chǔ)器是微型機(jī)用來存放程序和數(shù)據(jù)的記憶部件。微型機(jī)的程序和數(shù)據(jù)都是以二進(jìn)制的代碼形式存放在存儲(chǔ)器中的，微型機(jī)要執(zhí)行的程序和使用的數(shù)據(jù)必須先存放在存儲(chǔ)器中，在實(shí)際的微型機(jī)系統(tǒng)中，采用分級(jí)的方法設(shè)計(jì)整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)。將存儲(chǔ)系統(tǒng)從內(nèi)到外分為三級(jí)，即告訴緩沖存（緩存），內(nèi)部存儲(chǔ)器（主存）和外部存

8、儲(chǔ)器（輔存）。該分級(jí)順序的存取，速度依次遞減，存儲(chǔ)容量依次遞增，價(jià)格依次遞減，如表1.2所示。表1.2緩存，主存和輔存的性能及價(jià)格(2)內(nèi)部存儲(chǔ)器內(nèi)部存貯器簡(jiǎn)稱”內(nèi)存“或”主存“。內(nèi)存是由成千上萬個(gè)存儲(chǔ)單元