第2章-计算机系统与计算原理课件

WLJX.KMUST.EDU.CN大学计算机基础大学计算机基础第第2章章 计算机系统与计算原理计算机系统与计算原理昆明理工大学昆明理工大学.计算中心计算中心大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学本章要点本章要点计算机系统组成计算机系统组成信息的输入信息的输入信息的存取与交换信息的存取与交换指令执行与系统控制指令执行与系统控制信息的永久存储信息的永久存储信息的输出信息的输出信息传输与转换信息传输与转换微机组装与系统维护微机组装与系统维护信信息息流流转转为为主主线线2大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.1 2.1 计算机系统组成计算机系统组成计算机是一台能按预先存储的程序和数据进行自计算机是一台能按预先存储的程序和数据进行自动工作的机器动工作的机器 计算机系统计算机系统=硬件系统硬件系统+软件系统软件系统 在图在图2-12-1中，你了解多少计算机的相关术语和概中，你了解多少计算机的相关术语和概念？念？在计算机系统中，硬件系统和软件系统的作用和在计算机系统中，硬件系统和软件系统的作用和关系如何？关系如何？信息处理信息处理指挥控制指挥控制3大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.1.1 2.1.1 硬件系统硬件系统硬件系统是组成计算机系统的各种物理设备和电子硬件系统是组成计算机系统的各种物理设备和电子线路的总称，是计算机完成各项工作的物质基础。线路的总称，是计算机完成各项工作的物质基础。何为何为“裸机裸机”？硬件系统硬件系统=主机主机+外部设备外部设备 主机：主机：CPUCPU（运算器（运算器ALUALU、控制器、控制器CU)CU)内存储器内存储器 外设：外设：I/OI/O设备设备 外存储器（硬盘等）外存储器（硬盘等）网络设备网络设备 4大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.1.2 2.1.2 软件系统软件系统软件系统是控制、管理、指挥计算机按规定要求工软件系统是控制、管理、指挥计算机按规定要求工作的各种程序、数据和相关技术文档的集合作的各种程序、数据和相关技术文档的集合 。如何理解软件是计算机系统的如何理解软件是计算机系统的“灵魂灵魂”？软件系统可分为软件系统可分为系统软件系统软件和和应用软件应用软件两类两类 硬件系统硬件系统系统软件系统软件应用软件应用软件裸机裸机虚拟机虚拟机5大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.1.2 2.1.2 软件系统（系统软件软件系统（系统软件操作系统）操作系统）系统软件是指负责管理、控制和维护计算机的各种系统软件是指负责管理、控制和维护计算机的各种软硬件资源，并为应用软件提供支持和服务的一类软硬件资源，并为应用软件提供支持和服务的一类软件。软件。系统软件包括系统软件包括操作系统、语言处理程序、系统工具操作系统、语言处理程序、系统工具软件软件等等 操作系统是为了合理、方便地使用计算机系统，而对所操作系统是为了合理、方便地使用计算机系统，而对所有软、硬件资源集中进行管理和调度的软件有软、硬件资源集中进行管理和调度的软件 操作系统是整个软件系统的核心操作系统是整个软件系统的核心 Windows XPWindows XP，Windows 7Windows 7，UnixUnix，LinuxLinux，MAC OS XMAC OS X 操作系统的功能？操作系统的功能？6大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学机器语言，汇编语言和高级语言机器语言，汇编语言和高级语言 计算机只能识别二进制表示的机器代码（机器语言）计算机只能识别二进制表示的机器代码（机器语言）语言处理程序：语言处理程序：负责将汇编语言和高级语言编写的程负责将汇编语言和高级语言编写的程序序“翻译翻译”成本机代码的工具软件成本机代码的工具软件2.1.2 2.1.2 软件系统（系统软件软件系统（系统软件语言处理程序）语言处理程序）7大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学高级语言程序：解释高级语言程序：解释 or or 编译？编译？C C、C+C+、JavaJava、VBVB、C#C#2.1.2 2.1.2 软件系统（系统软件软件系统（系统软件语言处理程序）语言处理程序）8大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学系统工具软件是为完成一些与管理计算机系统资源及系统工具软件是为完成一些与管理计算机系统资源及文件有关的任务而开发的实用软件。文件有关的任务而开发的实用软件。用于系统管理的用于系统管理的360360安全卫士软件，用于诊断网络连安全卫士软件，用于诊断网络连接的接的pingping程序，用于磁盘检查的程序，用于磁盘检查的ChkDskChkDsk程序，用于系程序，用于系统优化与设置的超级兔子软件和统优化与设置的超级兔子软件和WindowsWindows优化大师等优化大师等 2.1.2 2.1.2 软件系统（系统软件软件系统（系统软件系统工具软件）系统工具软件）9大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.1.2 2.1.2 软件系统（应用软件）软件系统（应用软件）应用软件是为完成特定的信息处理任务而开发的各应用软件是为完成特定的信息处理任务而开发的各类软件类软件 应用软件分为应用软件分为通用软件通用软件和和专用软件专用软件两大类两大类 通用软件：通用软件：Microsoft OfficeMicrosoft Office，Microsoft Visual Studio.NETMicrosoft Visual Studio.NET，Adobe PhotoshopAdobe Photoshop，Autodesk AutoCADAutodesk AutoCAD，3DS MAX3DS MAX，Adobe Adobe DreamweaverDreamweaver，SQL ServerSQL Server，OracleOracle 专用软件：专用软件：各企业和公司的管理信息系统，科学研究中的各种特定各企业和公司的管理信息系统，科学研究中的各种特定算法验证程序，用户自行开发的各种专业应用程序等算法验证程序，用户自行开发的各种专业应用程序等 你知道你知道AndroidAndroid，javacjavac，WinrarWinrar，MatlabMatlab，FlashFlash各属于什么类型的软件吗？各属于什么类型的软件吗？10大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.1.3 2.1.3 现代计算机体系结构现代计算机体系结构冯冯诺依曼原理（存储程序、二进制、五大部件）诺依曼原理（存储程序、二进制、五大部件）11大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.1.3 2.1.3 现代计算机体系结构现代计算机体系结构现代计算机就如同一个高度自动化的无人值守工厂，由现代计算机就如同一个高度自动化的无人值守工厂，由输入设备输入设备负责原材料的收集和准备，然后送往物流中心负责原材料的收集和准备，然后送往物流中心内存储器内存储器，运算器运算器则负责产品的加工和生产，成品则则负责产品的加工和生产，成品则经物流中心中转后送往仓库保存（经物流中心中转后送往仓库保存（外存储器外存储器）或直接交）或直接交付客户使用（付客户使用（输出设备输出设备），而这一切工作的每个环节都），而这一切工作的每个环节都由工厂指挥中心由工厂指挥中心控制器控制器负责协调和调度。负责协调和调度。存储程序原理是现代计算机的基础和典型特征。依存储程序原理是现代计算机的基础和典型特征。依据该原理，你认为据该原理，你认为Microsoft XboxMicrosoft Xbox、Sony Sony PlaystationPlaystation、Apple Apple iPhoneiPhone、Apple iPad2Apple iPad2属于计算机的范畴吗？请属于计算机的范畴吗？请给出你的理由并预测给出你的理由并预测ITIT技术的发展趋势。技术的发展趋势。12大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.2 2.2 信息的输入信息的输入输入设备正是将输入的数据和信息转换为计算机能够输入设备正是将输入的数据和信息转换为计算机能够识别的二进制形式的设备。识别的二进制形式的设备。经输入设备输入的信息，被送入经输入设备输入的信息，被送入内存内存以备处理。以备处理。掌握以下设备的基本特点：掌握以下设备的基本特点：键盘 鼠标 触控板 触摸屏13大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.3 2.3 信息存取与交换信息存取与交换内存（内存（MemoryMemory）是计算机临时保持程序和数据的场所，是计算机临时保持程序和数据的场所，是计算机各种信息存取与交换的中心。是计算机各种信息存取与交换的中心。RAM,ROM,CacheRAM,ROM,Cache三种三种存储容量：存储容量：存储器中所能存放的二进制数据信息量的存储器中所能存放的二进制数据信息量的总和。基本单位为字节（总和。基本单位为字节（ByteByte，B B），），1B=8bit1B=8bit。1KB=1024B=21KB=1024B=21010B B 1MB=1024KB=2 1MB=1024KB=22020B B 1GB=1024MB=2 1GB=1024MB=23030B B 1TB=1024GB=2 1TB=1024GB=24040B B 14大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.3 2.3 信息存取与交换信息存取与交换为了方便程序和数据的读取和写入，内存被划分为许为了方便程序和数据的读取和写入，内存被划分为许多基本的多基本的“存储单元存储单元”，每个存储单元可以保存一定，每个存储单元可以保存一定数量的二进制数据。同时，给每个存储单元指定唯一数量的二进制数据。同时，给每个存储单元指定唯一编号，称为编号，称为内存地址（内存地址（MemoryMemory）。）。把内存划分为许多基本“存储单元”有什么好处？内存地址的涵义和电影院中的座位编号是否相同？如果一个整数（如100）需占用2个基本存储单元，需要同时指出这两个单元的地址吗？15大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.3 2.3 信息存取与交换（信息存取与交换（RAMRAM）随机存取存储器（随机存取存储器（RAMRAM）主要用于临时存放正在运行主要用于临时存放正在运行的用户程序、数据以及操作系统程序。人们通常所说的用户程序、数据以及操作系统程序。人们通常所说的计算机的内存便是指的计算机的内存便是指RAMRAM。特点：可读可写，断电消失特点：可读可写，断电消失 EDOEDO SDRAM(SDRAM(同步动态内存）同步动态内存）RDRAMRDRAM DDR,DDR2 DDR,DDR2，DDR3DDR3一个周期一个周期2次读写，次读写，每次每次4个数据个数据16大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.3 2.3 信息存取与交换（信息存取与交换（ROMROM）只读存储器（只读存储器（ROMROM）是通过特殊手段将信息存入其中，是通过特殊手段将信息存入其中，并能长期保存被存储信息的存储器。并能长期保存被存储信息的存储器。特点：断电不消失特点：断电不消失理解：理解：计算机启动的过程计算机启动的过程 PROMPROM EPROM EPROM EEPROM EEPROM Flash ROM Flash ROM17大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.3 2.3 信息存取与交换（信息存取与交换（CacheCache）高速缓冲存储器（高速缓冲存储器（CacheCache）是为缓解是为缓解CPUCPU和内存读写速和内存读写速度不匹配而设置的中间小容量临时存储器，集成在度不匹配而设置的中间小容量临时存储器，集成在CPUCPU内部，用于存储内部，用于存储CPUCPU即将访问的程序和数据。即将访问的程序和数据。特点：高速特点：高速工作基础：工作基础：基于程序访问的局限性基于程序访问的局限性 Cache的作用是缓解的作用是缓解CPU和内存读写速度不一致和内存读写速度不一致的矛盾，但容量较小，为什么不采用大容量的的矛盾，但容量较小，为什么不采用大容量的Cache以提高以提高Cache命中率？既然命中率？既然Cache的读写速的读写速度较快，为什么不直接用度较快，为什么不直接用Cache存储器取代内存储存储器取代内存储器呢？展望未来的计算机技术，有可能取消器呢？展望未来的计算机技术，有可能取消Cache存储器吗？存储器吗？18大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.3 2.3 信息存取与交换（性能指标）信息存取与交换（性能指标）存储容量：存储容量：512MB512MB，1GB1GB，2GB2GB，4GB4GB时钟频率：时钟频率：内存能运行的最高工作频率。内存能运行的最高工作频率。DDR3-1333DDR3-1333内存，内存单元的实际工作频率（核心时钟频率）为内存，内存单元的实际工作频率（核心时钟频率）为166MHz166MHz，数据缓冲频率（，数据缓冲频率（I/OI/O频率）为频率）为667MHz667MHz，而有，而有效数据传输频率（等效频率）为效数据传输频率（等效频率）为1333MHz1333MHz。存取时间：存取时间：指从启动一次读写操作到完成该操作所需指从启动一次读写操作到完成该操作所需的时间，常为的时间，常为6,7,8,10ns6,7,8,10ns。CASCAS延迟时间（延迟时间（CLCL延迟）：延迟）：列地址选通脉冲时间延迟，列地址选通脉冲时间延迟，即内存接到即内存接到CPUCPU命令后到执行该命令的时间间隔。命令后到执行该命令的时间间隔。CLCL反映了内存的反应速度，通常为反映了内存的反应速度，通常为2 2，2.52.5，3 3等。等。内存总延迟时间内存总延迟时间=内存时钟周期内存时钟周期CLCL模式值模式值+存取时间存取时间 19大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.3 2.3 信息存取与交换（性能指标）信息存取与交换（性能指标）内存带宽：内存带宽：指单位时间内存储器的信息吞吐量，常以指单位时间内存储器的信息吞吐量，常以b/sb/s或或B/sB/s为度量单位。内存带宽是衡量内存数据传输为度量单位。内存带宽是衡量内存数据传输速率的重要技术指标，反映了内存单位时间内所能读速率的重要技术指标，反映了内存单位时间内所能读取的信息量。取的信息量。内存带宽内存带宽=内存等效频率内存等效频率内存总线宽度内存总线宽度/8(B/s)/8(B/s)一条一条DDR3-1333DDR3-1333内存，其等效频率为内存，其等效频率为1333MHz1333MHz，内存总，内存总线带宽仍为线带宽仍为64bit64bit，则其内存带宽为，则其内存带宽为10.6GB/s 10.6GB/s。比较比较DDR-400DDR-400双通道内存和双通道内存和DDR2-800DDR2-800的内存性能？的内存性能？20大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.3 2.3 信息存取与交换（性能指标）信息存取与交换（性能指标）21大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.4 2.4 指令执行与系统控制（程序与指令）指令执行与系统控制（程序与指令）程序（程序（ProgramProgram）指挥计算机进行各种任务处理的一组指令的有序集指挥计算机进行各种任务处理的一组指令的有序集合。即，是能实现一定功能的一组指令序列。合。即，是能实现一定功能的一组指令序列。高级语言程序经高级语言程序经“翻译翻译”后为机器指令后为机器指令指令（指令（InstructionInstruction）是能被计算机直接识别并执行的二进制代码，它规是能被计算机直接识别并执行的二进制代码，它规定了计算机所能完成的某一种操作。一条机器指令由定了计算机所能完成的某一种操作。一条机器指令由操作码和操作数两部分组成。操作码和操作数两部分组成。完成的功能完成的功能操作的对象操作的对象22大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.4 2.4 指令执行与系统控制（程序与指令）指令执行与系统控制（程序与指令）指令集（指令集（Instruction SetInstruction Set）实际上，实际上，CPUCPU只能执行一些特定的、简单的操作，只能执行一些特定的、简单的操作，这些有限的操作事先已用硬件方式实现于这些有限的操作事先已用硬件方式实现于CPUCPU内部。内部。尽管计算机可以执行非常复杂的信息处理任务，但这尽管计算机可以执行非常复杂的信息处理任务，但这些任务总是被分解为些任务总是被分解为CPUCPU可以直接执行的简单操作的可以直接执行的简单操作的集合。集合。一台计算机所能完成的操作的集合被称为该计算机一台计算机所能完成的操作的集合被称为该计算机的指令集或指令系统。的指令集或指令系统。其中，一种操作对应事先用硬其中，一种操作对应事先用硬件实现的一种功能，即一条指令。显然，指令操作码件实现的一种功能，即一条指令。显然，指令操作码的位数决定了一台计算机所能拥有的最大指令条数。的位数决定了一台计算机所能拥有的最大指令条数。23大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.4 2.4 指令执行与系统控制（程序与指令）指令执行与系统控制（程序与指令）指令集（指令集（Instruction SetInstruction Set）不同类型的计算机，一般具有不同的指令系统不同类型的计算机，一般具有不同的指令系统 数据处理指令：数据处理指令：如算术、逻辑、移位、比较等指令。如算术、逻辑、移位、比较等指令。数据传送指令：数据传送指令：如如CPUCPU和内存之间的传送指令。和内存之间的传送指令。程序控制指令：程序控制指令：如条件转移、调用子程序、返回、停如条件转移、调用子程序、返回、停机等指令。机等指令。输入输出指令：输入输出指令：如主机对外设的读写指令。如主机对外设的读写指令。状态管理指令：状态管理指令：如存储保护、中断处理等指令。如存储保护、中断处理等指令。扩展指令系统：扩展指令系统：如如IntelIntel的的MMXMMX，SSESSE，SSE2SSE2，SSE4SSE4，AMDAMD的的3DNow3DNow！等指令集。！等指令集。24大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.4 2.4 指令执行与系统控制（运算器）指令执行与系统控制（运算器）运算器（运算器（ALUALU）又称为算术逻辑单元，是又称为算术逻辑单元，是CPUCPU中负责各中负责各种运算的重要部件。种运算的重要部件。算术运算：加，减，乘，除等算术运算：加，减，乘，除等逻辑运算：与（逻辑运算：与（andand），或（），或（oror），非（），非（notnot）关系比较运算关系比较运算:,=,=,=,!=,=运算器采用运算器采用寄存器（寄存器（RegisterRegister）来暂时存放待处理的来暂时存放待处理的数据或计算的中间结果。数据或计算的中间结果。运算器从内存中取得数据后，先暂存在寄存器中，运算器从内存中取得数据后，先暂存在寄存器中，等待控制器发出控制信号后正式开始进行处理；处理等待控制器发出控制信号后正式开始进行处理；处理的结果也暂时存于寄存器中，等待控制器发出控制信的结果也暂时存于寄存器中，等待控制器发出控制信号后才将计算的结果送往内存。号后才将计算的结果送往内存。25大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.4 2.4 指令执行与系统控制（控制器）指令执行与系统控制（控制器）控制器（控制器（CUCU）又称控制单元，是整个计算机的指挥中又称控制单元，是整个计算机的指挥中心。主要由程序计数器（心。主要由程序计数器（PCPC）、指令寄存器（）、指令寄存器（IRIR）、）、指令译码器（指令译码器（IDID）、微操作控制电路（）、微操作控制电路（MOCCMOCC）以及时）以及时序控制电路（序控制电路（SCCSCC）等组成。）等组成。控制器正是按照时序控制电路产生的工作节拍控制器正是按照时序控制电路产生的工作节拍（常称为主频）以及程序计数器（常称为主频）以及程序计数器PCPC指示的单元地址依指示的单元地址依次从内存中取出指令存于指令寄存器次从内存中取出指令存于指令寄存器IRIR中，经指令译中，经指令译码器码器IDID分析后，由微操作控制电路产生各种控制信号，分析后，由微操作控制电路产生各种控制信号，从而控制计算机各部件协调地自动工作。从而控制计算机各部件协调地自动工作。26大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.4 2.4 指令执行与系统控制过程指令执行与系统控制过程指令执行过程（指令执行过程（4 4个步骤）个步骤）27大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.4 2.4 指令执行与系统控制过程指令执行与系统控制过程取出指令和分析指令（两数相加）取出指令和分析指令（两数相加）28大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.4 2.4 指令执行与系统控制过程指令执行与系统控制过程执行指令和执行指令和PCPC更新（两数相加）更新（两数相加）程序计数器PC的“自动加1”是什么意思？29大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.4 2.4 指令执行与系统控制过程指令执行与系统控制过程指令的高效执行指令的高效执行30大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.4.5 2.4.5 现代微处理器技术（性能指标）现代微处理器技术（性能指标）主频：主频：CPUCPU的内部时钟频率，即内核时序控制电路的内部时钟频率，即内核时序控制电路SCCSCC的工作频的工作频率。仅由主频并不能确定该率。仅由主频并不能确定该CPUCPU运算能力的强弱。运算能力的强弱。外频：外频：外频是指系统总线的工作频率，即计算机主板提供的基外频是指系统总线的工作频率，即计算机主板提供的基准时钟频率。准时钟频率。倍频：倍频：指主频和外频之间相差的倍数。指主频和外频之间相差的倍数。主频主频=外频外频倍频倍频 Core i3-2100Core i3-2100的外频为的外频为100MHz100MHz，倍频为，倍频为3131，则其主频为，则其主频为3.1GHz3.1GHz。前端总线（前端总线（FSBFSB）频率）频率 ：指的是指的是CPUCPU和北桥芯片的数据传输速和北桥芯片的数据传输速度。度。CPUCPU数据传输带宽数据传输带宽=（FSBFSB频率频率FSBFSB数据位宽）数据位宽）8 8（B/sB/s）31大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.4.5 2.4.5 现代微处理器技术（性能指标）现代微处理器技术（性能指标）字长：字长：指的是指的是CPUCPU在同一时间内能处理的二进制位数。该指标在同一时间内能处理的二进制位数。该指标描述了一次时钟循环下描述了一次时钟循环下CPUCPU的运算能力。一般来说，字长等于的运算能力。一般来说，字长等于寄存器的位数。目前，主流寄存器的位数。目前，主流CPUCPU的字长为的字长为32bit32bit和和64bit64bit。CacheCache容量：容量：CacheCache是是CPUCPU和内存之间的高速存储器，几乎和和内存之间的高速存储器，几乎和CPUCPU同频率运行。同频率运行。Intel Core i3-2100 3.1GHzIntel Core i3-2100 3.1GHz的一级缓存的一级缓存L1L1为为264kB264kB，二级缓存，二级缓存L2L2为为2256KB2256KB，三级缓存，三级缓存L3L3为共享为共享3MB3MB；而；而Core i5-2300 2.8GHzCore i5-2300 2.8GHz的的L1L1为为464kB464kB，L2L2为为4256KB4256KB，L3L3为共为共享享6MB6MB。核心数量：核心数量：多核多核CPUCPU是将多个功能相同的处理器核心集成在同是将多个功能相同的处理器核心集成在同一块芯片上，从而在提高性能的同时有效避免了单一提高主频一块芯片上，从而在提高性能的同时有效避免了单一提高主频所带来的所带来的CPUCPU功耗和散热问题。功耗和散热问题。生产工艺生产工艺 ：CPUCPU内部电路与电路之间的距离，一般为内部电路与电路之间的距离，一般为45nm45nm，32nm32nm和和22nm22nm。32大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.4.5 2.4.5 现代微处理器技术（主流现代微处理器技术（主流CPUCPU产品）产品）19711971年年IntelIntel公司推出世界上第一个微处理器公司推出世界上第一个微处理器Intel Intel 40044004（集成（集成23002300个晶体管，主频个晶体管，主频108kHz108kHz，字长，字长4 4位）。位）。摩尔定律摩尔定律：CPUCPU的集成度每隔的集成度每隔1818个月翻一番，计算速度个月翻一番，计算速度提高一倍。提高一倍。IntelIntel：主要有奔腾（主要有奔腾（PentiumPentium）、酷睿（）、酷睿（CoreCore）、酷）、酷睿睿i i、至强（、至强（XeonXeon）和安腾（）和安腾（ItaniumItanium）。）。AMDAMD：主要有速龙（主要有速龙（AthlonAthlon）、羿龙（）、羿龙（PhenomPhenom）、推土）、推土机（机（FXFX）33大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.4.5 2.4.5 现代微处理器技术（主流现代微处理器技术（主流CPUCPU产品）产品）阅读教材阅读教材P43-46P43-46页，对现页，对现代代CPUCPU序列有一个基本的认序列有一个基本的认识和了解。识和了解。纵观近年来的纵观近年来的CPUCPU发展情况，发展情况，就如一部没有硝烟的电子就如一部没有硝烟的电子集成制造技术的竞赛史，集成制造技术的竞赛史，从中你得到什么体会？你从中你得到什么体会？你能指出目前市场上的主流能指出目前市场上的主流CPUCPU型号及其基本性能吗？型号及其基本性能吗？34大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.4.5 2.4.5 现代微处理器技术（主流现代微处理器技术（主流CPUCPU产品）产品）CPU性性能能天天梯梯图图35大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.5 2.5 信息的永久存储（硬盘技术）信息的永久存储（硬盘技术）机械硬盘的工作原理机械硬盘的工作原理 通常所说的硬盘（通常所说的硬盘（Hard DiskHard Disk）即指机械硬盘。和早）即指机械硬盘。和早期使用的软盘、磁带一样，机械硬盘属于磁介质存储期使用的软盘、磁带一样，机械硬盘属于磁介质存储器，它是通过盘面上粒子的磁化现象来存储数据的器，它是通过盘面上粒子的磁化现象来存储数据的 。机械硬盘由机械硬盘由存储盘片存储盘片和和访问伺服机构访问伺服机构两部分组成两部分组成 36大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学2.5 2.5 信息的永久存储（硬盘技术）信息的永久存储（硬盘技术）机械硬盘的信息组织与容量机械硬盘的信息组织与容量硬盘容量硬盘容量=磁头数磁头数柱面数柱面数每道扇区数每道扇区数512512（B B）一块一块HitachiHitachi硬盘的磁头数为硬盘的磁头数为240240，柱面数为，柱面数为4134541345，扇区，扇区数为数为6363，则该硬盘的存储容量约为，则该硬盘的存储容量约为298.08GB298.08GB，厂商标记该硬，厂商标记该硬盘为盘为320GB320GB硬盘。硬盘。低级格式化低级格式化（划分磁道和扇区）（划分磁道和扇区）分区分区（建立逻辑盘）（建立逻辑盘）高级格式化高级格式化（写入（写入OS信息）信息）37大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学机械硬盘的性能指标机械硬盘的性能指标 转速：转速：通常以每分钟转动次数（通常以每分钟转动次数（RPMRPM）来计算，即指）来计算，即指主轴马达带动磁盘转动的速度。常见的机械硬盘转速主轴马达带动磁盘转动的速度。常见的机械硬盘转速为为5400RPM5400RPM和和7200RPM7200RPM，高端硬盘的转速甚至达到，高端硬盘的转速甚至达到10000RPM10000RPM以上。以上。单碟容量：单碟容量：指一个存储碟片所能存储的最大数据量。指一个存储碟片所能存储的最大数据量。多数磁盘均采用垂直记录技术，单碟容量可达多数磁盘均采用垂直记录技术，单碟容量可达80GB80GB甚甚至至500GB500GB以上。单碟容量越高，则硬盘的总容量越大，以上。单碟容量越高，则硬盘的总容量越大，内部数据传输速率越也快，但硬盘磁头读写灵敏度要内部数据传输速率越也快，但硬盘磁头读写灵敏度要求就越高。求就越高。平均寻道时间：平均寻道时间：该指标是指磁头移动到数据所在磁道该指标是指磁头移动到数据所在磁道所需要的时间，一般为所需要的时间，一般为3-13ms3-13ms。2.5 2.5 信息的永久存储（硬盘技术）信息的永久存储（硬盘技术）38大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学机械硬盘的性能指标机械硬盘的性能指标 内部数据传输率：内部数据传输率：内部传输率是指硬盘磁头与缓存之内部传输率是指硬盘磁头与缓存之间的数据传输率。它是评价硬盘整体性能的决定性因间的数据传输率。它是评价硬盘整体性能的决定性因素。目前大多数机械硬盘的内部传输率一般在素。目前大多数机械硬盘的内部传输率一般在70-70-90MB/s90MB/s之间，笔记本硬盘则在之间，笔记本硬盘则在55MB/s55MB/s左右。左右。缓存容量：缓存容量：由于硬盘的内外传输率不一致，因此缓存由于硬盘的内外传输率不一致，因此缓存是提高硬盘性能的途径。硬盘缓存是硬盘与外部交换是提高硬盘性能的途径。硬盘缓存是硬盘与外部交换数据的临时场所。目前，大多数硬盘缓存已经达到数据的临时场所。目前，大多数硬盘缓存已经达到16MB16MB或或32MB32MB，而对于大容量硬盘则达到，而对于大容量硬盘则达到64MB64MB。2.5 2.5 信息的永久存储（硬盘技术）信息的永久存储（硬盘技术）39大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学固态硬盘固态硬盘 固态硬盘（固态硬盘（Solid State DiskSolid State Disk，SSDSSD）是一种由）是一种由“闪存闪存”技技术衍生而来的新型硬盘，其采用固态电子存储芯片阵列术衍生而来的新型硬盘，其采用固态电子存储芯片阵列NAND NAND FLASHFLASH制成。固态硬盘外形上类似机械硬盘，但其结构更加制成。固态硬盘外形上类似机械硬盘，但其结构更加简单，主要由简单，主要由PCBPCB基板、基板、FLASHFLASH芯片阵列和主控芯片构成。芯片阵列和主控芯片构成。2.5 2.5 信息的永久存储（硬盘技术）信息的永久存储（硬盘技术）传统机械硬盘仍是传统机械硬盘仍是目前存储市场的主流，目前存储市场的主流，固态硬盘则代表了一固态硬盘则代表了一种很有潜力的发展方种很有潜力的发展方向。你认为在未来的向。你认为在未来的五年内，传统机械硬五年内，传统机械硬盘会消失让位给固态盘会消失让位给固态硬盘吗？硬盘吗？40大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学光介质存储器光介质存储器主要利用激光束在被记录的圆盘上存储主要利用激光束在被记录的圆盘上存储信息，并根据激光束的反射读取信息。信息，并根据激光束的反射读取信息。CDCD（Compact DiscCompact Disc，激光光盘），激光光盘）最早由最早由SonySony和和PhilipPhilip于于19801980年引入（年引入（CD-DACD-DA数字数字音频标准），后逐渐扩展到数据存储光盘（音频标准），后逐渐扩展到数据存储光盘（CD-ROMCD-ROM标标准）、互动光盘（准）、互动光盘（CD-ICD-I）、视频光盘（）、视频光盘（Video CDVideo CD，VCDVCD）、可刻录光盘（）、可刻录光盘（CD-RCD-R）、可重复刻录光盘（）、可重复刻录光盘（CD-CD-RewritableRewritable，CD-RW)CD-RW)等。等。一般一般CDCD的存储容量为的存储容量为650MB650MB或或700MB700MB。衡量一个光驱性能的主要指标是数据读取速度，衡量一个光驱性能的主要指标是数据读取速度，常用常用“倍速倍速”来表示。来表示。CD-ROMCD-ROM的的1 1倍速是倍速是150KB/s150KB/s。常。常见的见的CD-ROMCD-ROM为为2424，3232，4848，5656等。等。2.5 2.5 信息的永久存储（光存储技术）信息的永久存储（光存储技术）41大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学DVDDVD（Digital Versatile DiskDigital Versatile Disk，数字通用光盘），数字通用光盘）1 1996996年推出的新型光盘标准。和年推出的新型光盘标准。和CDCD光盘一样，光盘一样，DVDDVD盘片的直径也约为盘片的直径也约为120120毫米左右，但记录数据的光毫米左右，但记录数据的光点大小从点大小从0.85m0.85m减小到减小到0.55m0.55m，因此存储密度更高。，因此存储密度更高。DVDDVD光盘包括光盘包括DVDDVD、DVD+R/DVD+RWDVD+R/DVD+RW以及以及DVD-R/DVD-RWDVD-R/DVD-RW几几种。种。一般一般DVDDVD的存储容量为的存储容量为4.7GB4.7GB。DVDDVD光驱的光驱的11的数据传输速率定义为的数据传输速率定义为1350KB/s1350KB/s。常见的常见的DVD-ROMDVD-ROM的读写速度为的读写速度为88，1616，2020等。如等。如2020倍速的倍速的DVDDVD光驱的数据传输率为光驱的数据传输率为27MB/s27MB/s。2.5 2.5 信息的永久存储（光存储技术）信息的永久存储（光存储技术）42大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学蓝光光盘（蓝光光盘（BluBlu-ray Disc-ray Disc，BDBD）20062006年推出的继年推出的继DVDDVD之后的新一代光盘格式，用之后的新一代光盘格式，用于存储高品质的影音以及高容量的数据存储。于存储高品质的影音以及高容量的数据存储。一个单层的蓝光光盘的容量为一个单层的蓝光光盘的容量为2525或或27GB27GB，双层可，双层可达到达到4646或或54GB54GB。蓝光光驱的蓝光光驱的11的数据传输率定义为的数据传输率定义为4.5MB/s4.5MB/s，则，则1212的数据传输率约为的数据传输率约为54MB/s54MB/s。你能准确区分市场上主流的光盘类型（如你能准确区分市场上主流的光盘类型（如CD-DA,CD-DA,DVD-Video,CD-ROM,DVD-ROM,CD-R,DVDR,DVD-DVD-Video,CD-ROM,DVD-ROM,CD-R,DVDR,DVD-R,CD-RW,DVDRW,BD-ROM,BD-RER,CD-RW,DVDRW,BD-ROM,BD-RE）吗？既然有的）吗？既然有的光盘类型可多次擦写，可用它们来取代硬盘吗？光盘类型可多次擦写，可用它们来取代硬盘吗？2.5 2.5 信息的永久存储（光存储技术）信息的永久存储（光存储技术）43大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学 可擦写可擦写100100万次以上，数据可保持万次以上，数据可保持100100年左右年左右 U U盘一般采用盘一般采用USBUSB（Universal Serial BusUniversal Serial Bus，通用，通用串行总线）接口，支持设备的即插即用和热插拔功能，串行总线）接口，支持设备的即插即用和热插拔功能，并可方便地进行连接和扩展。并可方便地进行连接和扩展。广泛使用在数码相机和手机上的各种存储卡大多广泛使用在数码相机和手机上的各种存储卡大多也采用闪存技术。也采用闪存技术。2.5 2.5 信息的永久存储（闪存技术）信息的永久存储（闪存技术）44大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学信息的显示输出信息的显示输出 信息的显示输出主要通过信息的显示输出主要通过显示卡显示卡和和显示器显示器共同组共同组成的显示输出系统来完成。成的显示输出系统来完成。1.1.显示卡显示卡 显示卡常又称作图形卡，简称显卡，其用途是将显示卡常又称作图形卡，简称显卡，其用途是将计算机系统所需要显示的信息转换为显示器能接收的计算机系统所需要显示的信息转换为显示器能接收的信号，控制显示器正确进行显示。信号，控制显示器正确进行显示。2.6 2.6 信息的输出信息的输出45大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学信息的显示输出信息的显示输出 2.2.显示器显示器 显示器又称作监视器，是显示信息处理结果的最显示器又称作监视器，是显示信息处理结果的最终设备。常见的显示器有终设备。常见的显示器有CRTCRT、LCDLCD和和LEDLED三种类型。三种类型。2.6 2.6 信息的输出信息的输出46大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学信息的显示输出信息的显示输出 CRTCRT 称为阴极射线管显示器，具有色彩还原度高、色度均匀、反应称为阴极射线管显示器，具有色彩还原度高、色度均匀、反应速度快、亮度高和价格便宜等优点，曾是几年前使用最多的显速度快、亮度高和价格便宜等优点，曾是几年前使用最多的显示器类型。示器类型。LCDLCD 具有全平面、体积小、重量轻、辐射小、无闪烁、省电等优点。具有全平面、体积小、重量轻、辐射小、无闪烁、省电等优点。传统的传统的LCDLCD一般采用冷阴极荧光灯（一般采用冷阴极荧光灯（CCFLCCFL）作为背光光源。）作为背光光源。LEDLED 发光二极管显示器，是一种通过控制半导体发光二极管的显示发光二极管显示器，是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，来显示各种信息的新技术。实际上，方式，来显示各种信息的新技术。实际上，LEDLED显示器只是采显示器只是采用用LEDLED作为背光光源的作为背光光源的LCDLCD显示器。显示器。2.6 2.6 信息的输出信息的输出47大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学显示器的性能指标显示器的性能指标 屏幕尺寸：屏幕尺寸：显示器屏幕的对角线长度，以英寸为单位。显示器屏幕的对角线长度，以英寸为单位。点距：点距：指屏幕上两个发光点（每个点称为一个像素）之间的距指屏幕上两个发光点（每个点称为一个像素）之间的距离，直接与图像的清晰度有关。目前显示器的点距一般在离，直接与图像的清晰度有关。目前显示器的点距一般在0.23-0.26mm0.23-0.26mm。可视角度：可视角度：能清晰看到屏幕图像的角度范围。对于能清晰看到屏幕图像的角度范围。对于CRTCRT而言，而言，可视角度几乎达到可视角度几乎达到180180度，而度，而LCDLCD和和LEDLED一般为一般为150-170150-170度之间。度之间。响应时间：响应时间：指一个像素点从暗变亮再变暗所用的时间。指一个像素点从暗变亮再变暗所用的时间。分辨率：分辨率：指屏幕上水平和垂直方向上的像素点数。如主流指屏幕上水平和垂直方向上的像素点数。如主流CRTCRT最常使用的最常使用的1024768,160012001024768,16001200等。等。颜色深度：颜色深度：指显示一个像素颜色所需要的位数。指显示一个像素颜色所需要的位数。2.6 2.6 信息的输出信息的输出48大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学信息的打印输出信息的打印输出 针式打印机、喷墨打印机、激光打印机针式打印机、喷墨打印机、激光打印机2.6 2.6 信息的输出信息的输出49大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学 信息经输入设备输入内存、信息经输入设备输入内存、CPUCPU和内存之间的数和内存之间的数据交换、内存和外存据交换、内存和外存/输出设备之间的信息流转、以输出设备之间的信息流转、以及及CPUCPU向各计算机组成部件发送控制信号等计算机的向各计算机组成部件发送控制信号等计算机的主要工作环节，都离不开各种传输线路。而且信息在主要工作环节，都离不开各种传输线路。而且信息在各个部件间进行传输时，需要经常被转换。各个部件间进行传输时，需要经常被转换。为了计算机连接和组装的方便，现代计算机采用为了计算机连接和组装的方便，现代计算机采用主板来统一规划各种传输线路，并将主要信息转换电主板来统一规划各种传输线路，并将主要信息转换电路做成各种插槽或接口的形式，以方便计算机各部件路做成各种插槽或接口的形式，以方便计算机各部件和外部设备的安装。和外部设备的安装。2.7 2.7 信息传输与转换信息传输与转换50大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学主板（主板（Main BoardMain Board）又称为母版（又称为母版（Mother BoardMother Board），），是计算机系统中最大的一块电路板，几乎所有的计算是计算机系统中最大的一块电路板，几乎所有的计算机部件和各种外部设备都要通过它连接起来。机部件和各种外部设备都要通过它连接起来。2.7 2.7 信息传输与转换（主板）信息传输与转换（主板）51大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学主板的性能对整个计算机系统的性能有明显影响。主板的性能对整个计算机系统的性能有明显影响。主板上最重主板上最重要的是芯片组，由北桥芯片和南桥芯片组成。要的是芯片组，由北桥芯片和南桥芯片组成。其中，北桥芯片其中，北桥芯片主要负责主要负责CPUCPU与内存、显卡之间的联系，并负责与内存、显卡之间的联系，并负责PCIPCI设备传递来设备传递来的数据在北桥内部的传输；南桥芯片主要负责和硬盘、光盘以的数据在北桥内部的传输；南桥芯片主要负责和硬盘、光盘以及其它外部设备交换数据，并进行电源管理。及其它外部设备交换数据，并进行电源管理。主板上还有一块重要的芯片是主板上还有一块重要的芯片是BIOSBIOS芯片芯片，它是记录硬件信息的，它是记录硬件信息的一个只读存储器。一个只读存储器。主板上还有较多的插槽和接口，如主板上还有较多的插槽和接口，如CPUCPU插座，内存条插槽等。插座，内存条插槽等。主板的性能很大程度上取决于主板上的芯片组。传统的主板的性能很大程度上取决于主板上的芯片组。传统的主板一般采用南北桥双芯片设计模式。但随着计算机技术的发主板一般采用南北桥双芯片设计模式。但随着计算机技术的发展，也有很多主板采用单芯片设计，即用一颗芯片完成南北桥展，也有很多主板采用单芯片设计，即用一颗芯片完成南北桥芯片的功能。试说明单、双芯片设计的优缺点。芯片的功能。试说明单、双芯片设计的优缺点。2.7 2.7 信息传输与转换（主板）信息传输与转换（主板）52大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学总线（总线（BusBus）是一组信息传输的公共通道，所有计算是一组信息传输的公共通道，所有计算机部件或外部设备均可共用这组线路和机部件或外部设备均可共用这组线路和CPUCPU进行信息进行信息交换。对于特定的设备，可通过接口电路的形式将其交换。对于特定的设备，可通过接口电路的形式将其“挂接挂接”到总线上，这样便可方便地实现各部件和各到总线上，这样便可方便地实现各部件和各设备之间的相互通信。设备之间的相互通信。2.7 2.7 信息传输与转换（总线）信息传输与转换（总线）53大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学 CPUCPU是信息处理的中心。每一个计算机部件或与是信息处理的中心。每一个计算机部件或与计算机相连的外部设备都要直接或间接地与计算机相连的外部设备都要直接或间接地与CPUCPU进行进行信息交换。信息交换。计算机总线非常类似现实生活中的高速公路。总计算机总线非常类似现实生活中的高速公路。总线是用于信息交换的共用快速通道，而和每一个设备线是用于信息交换的共用快速通道，而和每一个设备相连的接口电路则就像一条条和高速公路相连的匝道，相连的接口电路则就像一条条和高速公路相连的匝道，负责该设备和总线的连接和信息转换。负责该设备和总线的连接和信息转换。2.7 2.7 信息传输与转换（总线）信息传输与转换（总线）54大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学总线的分类总线的分类 （1 1）按总线在计算机系统中的层次和位置不同，总）按总线在计算机系统中的层次和位置不同，总线可分为线可分为片内总线（片内总线（Chip BusChip Bus）、系统总线（）、系统总线（System System BusBus）和外部总线（）和外部总线（External BusExternal Bus）几种。几种。（2 2）按数据的传输方式不同，总线可分为）按数据的传输方式不同，总线可分为串行总线串行总线（Serial BusSerial Bus）和并行总线（）和并行总线（Parallel BusParallel Bus）两种。两种。（3 3）按传输信息的类型不同，总线可分为）按传输信息的类型不同，总线可分为数据总线数据总线（Data BusData Bus，DBDB）、地址总线（）、地址总线（Address BusAddress Bus，ABAB）和控制总线（和控制总线（Control BusControl Bus，CBCB）三种。三种。2.7 2.7 信息传输与转换（总线）信息传输与转换（总线）55大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学总线的主要技术指标总线的主要技术指标 总总线线位位宽宽：指指总总线线能能同同时时传传送送的的二二进进制制数数据据的的位位数数，通通常常为为8 8，1616，3232或或6464位位。总总线线位位宽宽越越大大，数数据据传传输输能力越强。能力越强。总总线线频频率率：指指单单位位时时间间内内总总线线的的工工作作次次数数。总总线线工工作作频率越高，总线工作速度越快。频率越高，总线工作速度越快。总总线线带带宽宽：指指单单位位时时间间内内总总线线上上传传送送的的数数据据量量，反反映映了总线的数据传输速率。了总线的数据传输速率。总线带宽总线带宽=总线位宽总线位宽总线频率总线频率/8/8（B/sB/s）例如，常见的例如，常见的PCIPCI总线的位宽为总线的位宽为3232位，总线工作频率位，总线工作频率为为33MHz33MHz，则其总线带宽为，则其总线带宽为133MB/s133MB/s，也就是说，也就是说，PCIPCI总线的数据传输速率为总线的数据传输速率为133MB/s133MB/s。2.7 2.7 信息传输与转换（总线）信息传输与转换（总线）56大学计算机基础大学计算机基础昆明理工大学昆明理工大学常见的总线类型常见的总线类型 ISA/EISAISA/EISA：工工业业标标准准架架构构总总线线，位位宽宽为为8 8位位，1616位位，3232位位，采采用用并并行行传传输输方方式式。ISA/EISAISA/EISA总总线线的的工工作作频频率率仅仅为为8MHz8MHz，目目前前已已接接近淘汰。近淘汰。PCIPCI总总线线：外外围围设设备备互互连连总总线线，是是CPUCPU与与外外围围设设备备之之间间的的一一条条独独立立的的数数据据通通道道。PCIPCI总总线线的的位位宽宽为为3232位位或或6464位位，工工作作频频率率为为33MHz33MHz或或66MHz66MHz，故数据传输速率可达，故数据传输速率可达133532MB/s133532MB/s。AGPAGP总总线线：加加速速图图形形端端口口总总线线，专专为为图图形形加加速速卡卡设设计计的的总总线线。AGPAGP总总线线宽宽度度为为3232位位，工工作作频频率率为为66MHz66MHz，但但可可以以工工作作在在1X1X、2X2X、4X4X和和8X8X等等几几种种模模式式，提提供供的的数数据据传传输输率率分分别别为为266MB/s266MB/s、532MB/s5