计算机硬件技术基础第01章.ppt

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1、第 1 页上课公用信息邮箱：上面有讲课上课公用信息邮箱：上面有讲课PPTPPT更新更新EmailEmail:tju101 tju101 Password:tju101tju101Password:tju101tju101-授课教师联系邮箱授课教师联系邮箱:hua_dz hua_dz 计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础耿曾民耿曾民 孙思云主编孙思云主编人民邮电出版社人民邮电出版社第第0101章微型计算机系统概述章微型计算机系统概述第 4 页1.11.1微型计算机的发展历程微型计算机的发展历程 自自19811981年美国年美国IBMIBM公司推出第一代微型计算机公司推出第一代微型计算机IBM-I

2、BM-PCPC以来，微型机以其执行功能强大、性价比高、以来，微型机以其执行功能强大、性价比高、轻便小巧等特点迅速进入社会各个领域，且新的轻便小巧等特点迅速进入社会各个领域，且新的技术不断推出、产品快速换代，发展的气势磅礴，技术不断推出、产品快速换代，发展的气势磅礴，无与伦比。本节从主要从微型机的结构发展和微无与伦比。本节从主要从微型机的结构发展和微型机的核心部件型机的核心部件CPUCPU等发展角度，来观察微型计算等发展角度，来观察微型计算机的发展历程。机的发展历程。第 5 页1.1.1 1.1.1 计算机的发展历史计算机的发展历史一、一、第一代电子管第一代电子管 （vacuum tube)va

3、cuum tube)1.1.世界上第一台电子计算机是在世界上第一台电子计算机是在19461946年由美国人年由美国人John W.MauchlyJohn W.Mauchly和和 J.Presper EckertJ.Presper Eckert等人在宾等人在宾夕法尼亚大学设计制造的。夕法尼亚大学设计制造的。2.2.该计算机的名字叫：该计算机的名字叫：Electronic Numerical Electronic Numerical Integrator And Calculator)Integrator And Calculator)简称简称 ENIACENIAC第 6 页3.3.完全由电子管制

4、作的的逻辑器件组装而成，大约完全由电子管制作的的逻辑器件组装而成，大约占了一幢四层楼的房子。主要用途是用于高射炮占了一幢四层楼的房子。主要用途是用于高射炮瞄系统的弹道计算，其运算速度约瞄系统的弹道计算，其运算速度约50005000次次/秒。秒。4.4.二十世纪二十世纪4040年代末到年代末到5050年代中期的计算机都是采年代中期的计算机都是采用电子管组成的。用电子管组成的。例如：例如：IBMIBM公司的公司的 IBM 701 IBM 701（1953.41953.4）IBM IBM公司的公司的 IBM 605 IBM 605（1954.111954.11）第 7 页二、第二代二、第二代 晶体管

5、晶体管 (transister)(transister)1.1.根据记录，世界上第一只晶体管的发明时间应该根据记录，世界上第一只晶体管的发明时间应该为为19471947年年1212月月2525日，地点在著名的美国电话电报日，地点在著名的美国电话电报公司的贝尔实验室。公司的贝尔实验室。(Bell Laboratory)Bell Laboratory)2.2.根据小组成员对这项工作贡献的大小，推举约翰根据小组成员对这项工作贡献的大小，推举约翰.巴丁巴丁(John Bardeen)John Bardeen)和沃尔特和沃尔特.布莱顿布莱顿(Walter Walter Brattain)Brattain

6、)为发明人。其中巴丁做为发明人。其中巴丁做理论推算理论推算，布莱，布莱顿的顿的实验技术实验技术出众。出众。第 8 页3.3.到了到了19471947年，威廉姆年，威廉姆.肖克利肖克利(William ShocklyWilliam Shockly在在此基础上提出了结型此基础上提出了结型双极性晶体管理论双极性晶体管理论。19561956年，年，肖克利，巴丁和布莱顿三人共获当年诺贝尔物理肖克利，巴丁和布莱顿三人共获当年诺贝尔物理奖。奖。注注1 1：这是电子科技领域最最重大的事件。：这是电子科技领域最最重大的事件。注注2 2：19721972年巴丁去了伊利诺州大学当教授，再次因年巴丁去了伊利诺州大学当

7、教授，再次因 创立创立低温超导理论低温超导理论获诺贝尔奖获诺贝尔奖。第 9 页三、第三代三、第三代 集成电路集成电路 (IC)(IC)1.1.二十世纪二十世纪6060年代中期，计算机开始采用集成电路年代中期，计算机开始采用集成电路作为主要元件。（主要是小规模的作为主要元件。（主要是小规模的TTLTTL电路）电路）2.2.典型的有典型的有IBM360IBM360（中型机）和（中型机）和IBM370IBM370（大型机）。（大型机）。（用于了著名的阿波罗登月工程）（用于了著名的阿波罗登月工程）第 10 页四、四、第四代超大规模集成电路第四代超大规模集成电路 (VLSIC)(VLSIC)1.1.我们

8、课程要介绍的我们课程要介绍的微型计算机，微型计算机，指的是指的是个人计算个人计算机机PCPC（Personal Computer),Personal Computer),其属于第四代计算机其属于第四代计算机产品。产品。2.2.微型计算机的发展主要是由微型计算机的发展主要是由微型计算机结构微型计算机结构和和微微处理器处理器这这两个方面的技术发展决定的。两个方面的技术发展决定的。第 11 页1.1.2 1.1.2 微型计算机技术的发展过程微型计算机技术的发展过程注注1 1：书上提到计算机按体积、性能、价格分为巨型：书上提到计算机按体积、性能、价格分为巨型机、大型机、中型机、小型机和机、大型机、中型

9、机、小型机和微型计算机微型计算机五类五类。这是传统的分类方式，随着微型计算机的发展，其这是传统的分类方式，随着微型计算机的发展，其性能已经远远超过传统的大型机、中型机、小型性能已经远远超过传统的大型机、中型机、小型机，所以现在计算机只有巨型机，微型机两类了。机，所以现在计算机只有巨型机，微型机两类了。注注2 2：再次强调微型计算机属于：再次强调微型计算机属于第四代第四代VLSICVLSIC计算机计算机产品。产品。第 12 页一、微型计算机结构一、微型计算机结构(structure)structure)的发展的发展1.1.单板机：单板机：single board computersingle b

10、oard computer2.2.单片机单片机:microcontroller:microcontroller3.3.系统机系统机:computer system(computer system(本课程介绍）本课程介绍）4.4.工作站工作站:work station:work station5.5.网络网络:computer network:computer network第 13 页第 14 页二、二、微型计算机核心部件微型计算机核心部件CPUCPU的发展的发展(Intel)Intel)第 15 页第 16 页1.1.3 1.1.3 微型计算机的应用和特点微型计算机的应用和特点一、微型计算机

11、的应用方面。一、微型计算机的应用方面。1.1.科学计算科学计算2.2.过程检测与控制过程检测与控制3.3.信息管理信息管理4.4.计算机辅助系统计算机辅助系统注：实际上微型机的应该远不止这四个方面。注：实际上微型机的应该远不止这四个方面。第 17 页二、微型计算机的特点二、微型计算机的特点1.1.高性能、低价格。高性能、低价格。2.2.体积小，功耗低。体积小，功耗低。3.3.可靠性高。可靠性高。4.4.应用面广泛。应用面广泛。注：这些特点导致了大型机，中型机，小型机甚至注：这些特点导致了大型机，中型机，小型机甚至计算机工作站的被淘汰。计算机工作站的被淘汰。第 18 页1.1.4 1.1.4 微

12、型计算机的分类微型计算机的分类一、可以从不同的视线角度，对微型机进行分类。一、可以从不同的视线角度，对微型机进行分类。1.1.按制造工艺按制造工艺2.2.按机器组成（组成结构）按机器组成（组成结构）3.3.机器的字长（处理数据的字长）机器的字长（处理数据的字长）注：字长的概念是指微型计算机的中央处理单元注：字长的概念是指微型计算机的中央处理单元(CPU)(CPU)能进行并行处理的数据位数。能进行并行处理的数据位数。第 19 页1.1.5 1.1.5 一体机与平板电脑一体机与平板电脑一、书上提到以下两类是最流行的电脑。一、书上提到以下两类是最流行的电脑。1.1.一体机一体机2.2.平板电脑平板电

13、脑注：其实最流行的是台式机，笔记本，平板电脑三注：其实最流行的是台式机，笔记本，平板电脑三类。这三类电脑各有优势所长。类。这三类电脑各有优势所长。第 20 页1.21.2 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识 当今世界上的绝大多数计算机都是采用一种当今世界上的绝大多数计算机都是采用一种称为冯诺依曼的结构类型。称为冯诺依曼的结构类型。19461946年美籍匈牙利科年美籍匈牙利科学家冯学家冯诺依曼诺依曼(John Von Neuman)(John Von Neuman)提出提出存储程存储程序原理序原理，把程序本身当作数据来对待把程序本身当作数据来对待，程序和该程序和该程序处理的数据用同样的方式

14、存储程序处理的数据用同样的方式存储，并确定了存，并确定了存储程序计算机的五大组成部分和基本工作方法。储程序计算机的五大组成部分和基本工作方法。第 21 页 最早的计算机只有固定用途（比如电子积分最早的计算机只有固定用途（比如电子积分器），若想要改变它的用途，就必须更改线路、器），若想要改变它的用途，就必须更改线路、结构甚至重新设计此硬件计算机。结构甚至重新设计此硬件计算机。而储存程序式计算机改变了这一概念。它借而储存程序式计算机改变了这一概念。它借助于一组指令集结构，将所谓的运算转化成一串助于一组指令集结构，将所谓的运算转化成一串程序指令的执行细节，这样一台存储程序型计算程序指令的执行细节，这

15、样一台存储程序型计算机可轻易改变其用途，而不用重新设计线路。机可轻易改变其用途，而不用重新设计线路。第 22 页约翰约翰.冯冯.诺依曼介绍诺依曼介绍(1903-1957)(1903-1957)19031903年年1212月月2828日生于匈牙利的布达佩斯，日生于匈牙利的布达佩斯，父亲是一个银行家，家境富裕父亲是一个银行家，家境富裕19211921年一年一19231923年在苏黎世大学学习年在苏黎世大学学习19261926年以优异的成绩获得了布达佩斯大学年以优异的成绩获得了布达佩斯大学数学博士学位数学博士学位.19271927年一年一19291929年冯年冯诺依曼相继在柏林大学诺依曼相继在柏林大

16、学和汉堡大学担任数学讲师。和汉堡大学担任数学讲师。19301930年接受了普林斯顿大学客座教授的职年接受了普林斯顿大学客座教授的职位，位，19311931年他成为美国普林斯顿大学的年他成为美国普林斯顿大学的第一批终身教授。第一批终身教授。19571957年年2 2月月8 8日，因患癌症，在华盛顿去世，日，因患癌症，在华盛顿去世，终年终年5454岁。岁。第 23 页1.2.1 1.2.1 冯冯.诺依曼计算机的基本结构诺依曼计算机的基本结构一、一、冯冯.诺依曼的设计思想有诺依曼的设计思想有三个要点三个要点1.1.计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入设计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入设备

17、、输出设备五大部件。备、输出设备五大部件。2.2.计算机内部采用二进制数来表示指令和数据。计算机内部采用二进制数来表示指令和数据。3.3.计算机采用存储程序的方式工作。程序由指令和计算机采用存储程序的方式工作。程序由指令和数据组成。数据组成。第 24 页第 25 页1.2.2 1.2.2 微型计算机的工作流程微型计算机的工作流程一、程序存储一、程序存储 事先编写好的程序，然后通过输入设备，把程事先编写好的程序，然后通过输入设备，把程序送到计算机的存储器中保存起来。序送到计算机的存储器中保存起来。二、执行程序二、执行程序 程序执行时，将程序从存储器装入程序执行时，将程序从存储器装入CPUCPU的

18、指令寄的指令寄存器中，然后分析执行。（执行分为三个步骤）存器中，然后分析执行。（执行分为三个步骤）第 26 页1.1.取指令：取指令：从存储器中取出要执行的指令。放入从存储器中取出要执行的指令。放入CPUCPU内部的指内部的指令寄存器。等待指令译码。令寄存器。等待指令译码。2.2.指令译码：指令译码：对取到的指令进行译码，确定要完成什么动作。对取到的指令进行译码，确定要完成什么动作。不同的指令用不同的编码表示。不同的指令用不同的编码表示。第 27 页3.3.执行指令：执行指令：CPUCPU根据译码结果。取出相应的指令执行微控制根据译码结果。取出相应的指令执行微控制序列。产生相应的时钟控制脉冲动

19、作。序列。产生相应的时钟控制脉冲动作。注：书上的第四步提法不太精准。取完指令执行的注：书上的第四步提法不太精准。取完指令执行的同时，自动形成下一条要执行的指令地址放入程同时，自动形成下一条要执行的指令地址放入程序计数器。不再有独立的一个步骤去形成下一条序计数器。不再有独立的一个步骤去形成下一条地址。地址。第 28 页补充：程序的执行过程示意图补充：程序的执行过程示意图第 29 页1.2.3 1.2.3 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成第 30 页一、一、硬件系统的组成硬件系统的组成1.1.运算器运算器 又称为算术逻辑部件。又称为算术逻辑部件。Arithmatic Logic Unit,

20、Arithmatic Logic Unit,简称简称ALUALU。算术运算主要指对数字加减乘除四则运算。算术运算主要指对数字加减乘除四则运算。逻辑运算主要指对字符处理。比较相同不同等等。逻辑运算主要指对字符处理。比较相同不同等等。第 31 页2.2.控制器控制器 是分析和执行指令的部件。主要在是分析和执行指令的部件。主要在时钟控制时钟控制下，下，协调部件的工作。它有协调部件的工作。它有三个主要功能。三个主要功能。1 1）执行指令）执行指令 取指取指-译码译码-执行执行2 2）控制程序、数据的输入和）控制程序、数据的输入和结果的结果的输出。输出。3 3）对异常情况和特殊情况进行处理。）对异常情况

21、和特殊情况进行处理。第 32 页注注1 1：这里的异常情况：这里的异常情况(Exception)(Exception)指的是指的是CPUCPU发生情发生情况异常，况异常，CPUCPU主动打断指令连续执行的循环。去转主动打断指令连续执行的循环。去转向异常处理服务程序。向异常处理服务程序。注注2 2：这里的特殊情况：这里的特殊情况中断中断(Interupt)(Interupt)指的是外部设指的是外部设备部件，有紧急情况要请求打断指令的连续执行备部件，有紧急情况要请求打断指令的连续执行循环。去转向中断服务程序。循环。去转向中断服务程序。第 33 页3.3.存储器：存储器：主要用来保存程序和数据的部件

22、。可分为两类。主要用来保存程序和数据的部件。可分为两类。1)1)内部存储器（主存）内部存储器（主存）CPUCPU能能直接访问直接访问处理的存储器称为内部存储器。一处理的存储器称为内部存储器。一般由半导体存储器组成。直接访问是指用存储指般由半导体存储器组成。直接访问是指用存储指令令MOVMOV完成数据传送。完成数据传送。MOVMOV要给出存储器地址。要给出存储器地址。注注1 1：内存的访问按照地址进行。每个地址的内存单内存的访问按照地址进行。每个地址的内存单元可以存放元可以存放8 8位二进制数。位二进制数。总的内存地址数目由总的内存地址数目由CPUCPU的地址线引脚数多少决定。的地址线引脚数多少

23、决定。所以内存容量是有限的。所以内存容量是有限的。第 34 页例例:8086/8088 208086/8088 20条地址线：存储容量条地址线：存储容量2 22020=1=1MB MB 80286 2480286 24条地址线：存储容量条地址线：存储容量2 22424=16=16MB MB 80386 3280386 32条地址线条地址线：存储容量存储容量2 23232=4=4GBGB注注2:2:内存又可以分为内存又可以分为RAMRAM和和ROMROM两种。两种。第 35 页RAM:RAM:存放程序和数据，可读写，掉电信息易失。存放程序和数据，可读写，掉电信息易失。ROM:ROM:存放基本输入

24、输出系统存放基本输入输出系统(BIOS),BIOS),只能读出，不能只能读出，不能写入，掉电信息非易失。写入，掉电信息非易失。第 36 页注注3：存储器单元和存储器地址的关系：存储器单元和存储器地址的关系第 37 页注注4 4：存储有关的术语描述存储有关的术语描述位位 bitbit字节字节 ByteByte字字 WORDWORD双字双字 DWORDDWORD要点：这里提的是存储类型的概念。要点：这里提的是存储类型的概念。第 38 页注注5 5：存储器容量概念存储器容量概念存储器最存储器最存单元存单元是是:位（位（bitbit）存储器最基本的存储器最基本的访问单位访问单位是是:字节字节(Byte

25、)Byte)，也就是，也就是说必须说必须8 8位一组进行读写。位一组进行读写。1 1字节字节(B)=8 bit(B)=8 bit，1 1千字节千字节(KB)=1024 BKB)=1024 B1 1兆字节兆字节(MB)=1024 KBMB)=1024 KB，千兆字节，千兆字节(GB)=1024 MBGB)=1024 MB第 39 页要点：要点：IBM PC IBM PC机采用字节（机采用字节（ByteByte）作为计算机存储信息作为计算机存储信息的基本计量单位。每个计量单位分配一个访问地的基本计量单位。每个计量单位分配一个访问地址（址（MEM AddressMEM Address）。）。第 40

26、 页2 2）外部存储器）外部存储器 （辅存）（辅存）a.CPUa.CPU不能直接访问。要把它当一个外部设备看待，不能直接访问。要把它当一个外部设备看待，用专门的输入输出指令访问。用专门的输入输出指令访问。b.b.主要由磁盘、光盘和半导体存储器主要由磁盘、光盘和半导体存储器(固体盘）组成。固体盘）组成。用来存放暂时不用的程序和数据。用来存放暂时不用的程序和数据。c.c.无容量限制。容量大小只取决于设备本身。无容量限制。容量大小只取决于设备本身。第 41 页4.I/O4.I/O设备设备1)1)输入设备：输入设备：输入程序，数据，人工干预。输入程序，数据，人工干预。主要有键盘和鼠标两种。主要有键盘和

27、鼠标两种。2)2)输出输出设备：设备：输出数据（程序），查看结果输出数据（程序），查看结果 主要有显示器和打印机两种。主要有显示器和打印机两种。第 42 页二、软件系统的组成二、软件系统的组成1.1.系统软件系统软件 维持计算机运行和管理需要的软件。维持计算机运行和管理需要的软件。基本输入输出系统（基本输入输出系统（BIOSBIOS），操作系统（），操作系统（OSOS）2.2.应用软件应用软件 完成各种特定应用的软件。完成各种特定应用的软件。第 43 页补充：硬件和软件关系图补充：硬件和软件关系图第 44 页补充：计算机系统硬件和软件的层次图补充：计算机系统硬件和软件的层次图第 45 页1.3

28、 1.3 计算机内数据和指令的表示计算机内数据和指令的表示从从2020世纪初，科学家们就在争论制造可以进行数值世纪初，科学家们就在争论制造可以进行数值计算的机器的结构。人们被习惯的十进制计数方计算的机器的结构。人们被习惯的十进制计数方法所困扰。那时以研制模拟计算机的呼声更为响法所困扰。那时以研制模拟计算机的呼声更为响亮和有力。后来，冯亮和有力。后来，冯.诺依曼大胆地提出，抛弃十诺依曼大胆地提出，抛弃十进制，采用二进制作为数字计算机的数制基础。进制，采用二进制作为数字计算机的数制基础。同时，他还提出预先编制计算程序，然后由计算同时，他还提出预先编制计算程序，然后由计算机来事前制定的计算顺序来执行

29、数值计算工作。机来事前制定的计算顺序来执行数值计算工作。第 46 页1.3.1 1.3.1 计算机中的数制计算机中的数制一、二进制：一、二进制：只有只有“0”“0”和和“1”“1”，逢，逢“2”“2”进进“1”“1”二、八进制：这个数字制式已经很少采用了。二、八进制：这个数字制式已经很少采用了。三、十六进制：用于简化二进制数的书写与阅读。三、十六进制：用于简化二进制数的书写与阅读。第 47 页1.3.2 1.3.2 计算机中数的表示计算机中数的表示一、计算机的数据分为数字和字符两种。一、计算机的数据分为数字和字符两种。1.1.数字。数字。有正负、大小概念，可以四则运算。有正负、大小概念，可以四

30、则运算。2.2.字符。没有大小，但是有含义。可以逻辑操作。字符。没有大小，但是有含义。可以逻辑操作。第 48 页一、符号位的数字化一、符号位的数字化1.1.实用的数据有正数和负数，因计算机内部的硬件实用的数据有正数和负数，因计算机内部的硬件只能表示两种物理状态（用只能表示两种物理状态（用0 0和和1 1表示），因此实表示），因此实用数据的正号用数据的正号“+”+”或负号或负号“-”-”，在机器里就用，在机器里就用一位二进制的一位二进制的0 0或或1 1来区别。这就是数的符号位数来区别。这就是数的符号位数字化。字化。第 49 页2.2.通常这个符号放在二进制数的最高位，称符号位，通常这个符号放在

31、二进制数的最高位，称符号位，以以0 0代表符号代表符号“+”+”，以，以1 1代表符号代表符号“-”-”。3.3.因为有符号占据一位，数的形式值就不等于真正因为有符号占据一位，数的形式值就不等于真正的数值，的数值，带符号位的机器数带符号位的机器数对应的数值对应的数值称为机器称为机器数的数的真值真值。例：二进制真值数例：二进制真值数-011011-011011，其机器数为，其机器数为10110111011011。第 50 页二、符号位如何参与运算二、符号位如何参与运算1.1.正数用原码表示。正数用原码表示。就是就是机器数真值本身机器数真值本身。2.2.负数用补码表示。负数用补码表示。真值连带符号

32、位取反加一真值连带符号位取反加一。3.3.引入负数用补码表示后，加减运算都可以用加法引入负数用补码表示后，加减运算都可以用加法完成，符号位参与运算。乘除运算可以用加减运完成，符号位参与运算。乘除运算可以用加减运算的算法完成。算的算法完成。第 51 页三、小数点的表示三、小数点的表示计算机引入定点数和浮点数来解决小数点问题。计算机引入定点数和浮点数来解决小数点问题。1.1.定点表示法定点表示法 小数点约定在机器的某个固定位置上。因而不需小数点约定在机器的某个固定位置上。因而不需要表达。要表达。1)1)定点整数。定点整数。2)2)定点纯小数。定点纯小数。第 52 页2.2.浮点表示法浮点表示法 小

33、数点位置不固定。一个小数点位置不固定。一个既有整数部分既有整数部分又有又有小小数部分数部分的浮点数的浮点数D D，可以表示为，可以表示为:D=R*2 D=R*2 N N 注注1:1:这里这里R R为纯小数称为为纯小数称为 D D的的尾数尾数，N N为整数称为为整数称为D D的的阶码阶码。第 53 页在计算机中，通常用一串连续的二进制数来存放二在计算机中，通常用一串连续的二进制数来存放二进制浮点数。进制浮点数。注注2:2:书上书上 P13P13图图1.51.5展示了一种浮点数在计算展示了一种浮点数在计算 机内部的表示形式。机内部的表示形式。注注3:3:浮点数的具体位数格式在各种平台上差异很大，浮

34、点数的具体位数格式在各种平台上差异很大，Intel Intel公司的公司的80878087浮点处理器采用浮点处理器采用8080位格式。位格式。第 54 页1.3.3 1.3.3 西文字符与汉字的编码西文字符与汉字的编码一、字符的编码一、字符的编码 西文字符用西文字符用ASCIIASCII码码表示。标准表示。标准ASCIIASCII码用七位码用七位（bitbit）二进制数来表示）二进制数来表示一个字符一个字符。可以表示。可以表示1 1个英文字母、数字或符号。个英文字母、数字或符号。注注1:1:详细见书上详细见书上P14 P14 表表1.41.4第 55 页二、汉字的编码二、汉字的编码1.1.汉字

35、数目超过汉字数目超过256256个，用一个字节不够表示。所以个，用一个字节不够表示。所以要用两个字节。（要用两个字节。（2 21616=65536=65536个）个）2.2.为了有效地管理、使用汉字为了有效地管理、使用汉字 国家制定标准国家制定标准 GB 2310-80 GB 2310-80 信息交换用汉字编码信息交换用汉字编码字符集。它规定了字符集。它规定了汉字的排列顺序和编码汉字的排列顺序和编码。这样。这样的编码称为的编码称为汉字的国标码（又称区位码）汉字的国标码（又称区位码）。第 56 页3.3.汉字机内码汉字机内码1 1）为了和西文为了和西文ASCIIASCII码兼容不冲突码兼容不冲突

36、。不能在计算机。不能在计算机内部用内部用区位码区位码存放汉字。而要用汉字存放汉字。而要用汉字机内码机内码。2 2）国标）国标(区位区位)码和机内码的转换码和机内码的转换 高位机内码高位机内码=区码区码+A0HA0H 低位机内码低位机内码=位码位码+A0HA0H第 57 页4.4.输入码输入码 汉字因各种不同的输入法，输入同样一个汉字会汉字因各种不同的输入法，输入同样一个汉字会有不同的输入码。那其实只是一个中间代码，最有不同的输入码。那其实只是一个中间代码，最终要形成输入汉字的机内码。终要形成输入汉字的机内码。所以书上讨论的这种代码的意义不大。所以书上讨论的这种代码的意义不大。第 58 页5.5

37、.字形码字形码 这个字形码，更确切应该称为汉字这个字形码，更确切应该称为汉字字模信息字模信息，通，通常指常指点阵字库点阵字库里具体描写汉字写法的里具体描写汉字写法的点阵信息点阵信息。例如：例如：16X1616X16点阵字库，每个汉字要点阵字库，每个汉字要 16X216X2个字节。个字节。24X24 24X24点阵字库，每个汉字要用点阵字库，每个汉字要用24X324X3个字节。个字节。第 59 页6.6.址码址码1 1）作者用这个名词代表在字库中位置地址。）作者用这个名词代表在字库中位置地址。其实其实这是不专业的说法。这是不专业的说法。同样一个汉字在同样一个汉字在16X1616X16字库字库和在

38、和在24X2424X24字库。地址是不相同的。所以讨论地址字库。地址是不相同的。所以讨论地址码没有意义。码没有意义。位置码可以从区位码结合字库结构位置码可以从区位码结合字库结构计算出来的，不用单独列出一种编码。计算出来的，不用单独列出一种编码。第 60 页1.3.4 1.3.4 指令的表示指令的表示一、指令的定义一、指令的定义 P15P151.1.指令是能被计算机识别并执行的二进制代码，它指令是能被计算机识别并执行的二进制代码，它规定了计算机能完成的某种操作。规定了计算机能完成的某种操作。2.2.指令通常由操作码和操作数组成。指令通常由操作码和操作数组成。1)1)操作码：指明该指令要完成的操作

39、类型或性质。操作码：指明该指令要完成的操作类型或性质。2)2)操作数：指明操作对象或其所在单元的地址。操作数：指明操作对象或其所在单元的地址。第 61 页3)3)指令系统指令系统 指的是指的是CPUCPU所有指令的集合。不同的所有指令的集合。不同的CPUCPU可以有不可以有不同的指令系统。同的指令系统。第 62 页1.41.4 微型计算机性能微型计算机性能 衡量微型计算机性能的好坏，通常用一些技术指衡量微型计算机性能的好坏，通常用一些技术指标，来评估微型计算机主要部件标，来评估微型计算机主要部件CPUCPU的处理复杂数的处理复杂数据的能力，以及处理数据的速度等等。同时整个据的能力，以及处理数据

40、的速度等等。同时整个微型计算机的性能还和其他组成部件，以及微型微型计算机的性能还和其他组成部件，以及微型计算机的结构等有关，所以也要用一些技术指标计算机的结构等有关，所以也要用一些技术指标来考量。来考量。第 63 页1.4.1 1.4.1 微型计算机性能的主要指标微型计算机性能的主要指标一、一、CPUCPU的字长：的字长：指的是指的是CPUCPU的运算器的运算器ALUALU的物理宽度。一般等同内的物理宽度。一般等同内部数据总线的宽度。部数据总线的宽度。CPU CPU在同一时间里，一次能并行处理的最大的二进在同一时间里，一次能并行处理的最大的二进制数的位数叫制数的位数叫CPUCPU的的字长字长。

41、能并行处理能并行处理1616位数据的位数据的CPUCPU就叫字长就叫字长1616位。位。80868086CPUCPU能并行处理能并行处理1616位位。第 64 页二、运算速度二、运算速度 CPU CPU工作快慢的指标。每秒完成多少次运算来度工作快慢的指标。每秒完成多少次运算来度量。量。三、内存容量三、内存容量 内存是内存是CPUCPU交换信息主要的对象。内存容量有上交换信息主要的对象。内存容量有上限，与限，与CPUCPU地址线数目有关。实际安装的内存可以地址线数目有关。实际安装的内存可以小于小于CPUCPU的最大内存容量。的最大内存容量。第 65 页四、存取周期：四、存取周期：存储器的读写时间

42、存储器的读写时间五、输入输出数据传输速率。五、输入输出数据传输速率。即计算机主机与外设交换数据的速度。即计算机主机与外设交换数据的速度。六、可靠性六、可靠性七、兼容性七、兼容性第 66 页1.4.2 CPU1.4.2 CPU性能性能一、主频：一、主频：CPU CPU内核的主要时钟工作频率。内核的主要时钟工作频率。二、多核：二、多核：多核心的多核心的CPUCPU，在处理多任务的时候，更加有效。，在处理多任务的时候，更加有效。三、工作电压三、工作电压1.CPU1.CPU的工作电压分为的工作电压分为内核电压内核电压和和I/OI/O电压电压两种，通两种，通常常CPUCPU的核心电压小于等于的核心电压小

43、于等于I/OI/O电压。电压。第 67 页2.2.其中内核电压的大小是根据其中内核电压的大小是根据CPUCPU的生产工艺而定，的生产工艺而定，一般制作工艺越小，内核工作电压越低；一般制作工艺越小，内核工作电压越低；I/OI/O电压电压一般都在一般都在1.61.6-5V-5V。低电压能解决耗电过大和发热低电压能解决耗电过大和发热过高的问题。过高的问题。四、协处理器四、协处理器(主要指浮点运算）主要指浮点运算）1.CPU1.CPU分为通用的和专用的两类，这类专用的分为通用的和专用的两类，这类专用的CPUCPU英英文叫做文叫做co-processorco-processor，又称，又称协处理器协处理

44、器。第 68 页2.2.通用的通用的CPUCPU是是8086/8088,8086/8088,专用的专用的CPUCPU是是8087/80898087/80893.80873.8087专门用于浮点运算。专门用于浮点运算。80898089用于高速用于高速I/OI/O。4.4.由于图形界面由于图形界面WindowsWindows的兴起，的兴起，8048680486以后的以后的CPUCPU，浮点运算的协处理器集成到了浮点运算的协处理器集成到了CPUCPU内部，成为了内部，成为了CPUCPU的标准组件。的标准组件。第 69 页五、流水线技术与超标量五、流水线技术与超标量1.1.流水线流水线(pipelin

45、e)pipeline)指令操作分为取指、译码、执行、写结果，等几指令操作分为取指、译码、执行、写结果，等几个步骤。流水线是一种预取指技术。个步骤。流水线是一种预取指技术。2.2.超标量指一个时钟周期内超标量指一个时钟周期内CPUCPU可以执行一条以上的可以执行一条以上的指令。指令。（只有在流水线技术后，才有可能）（只有在流水线技术后，才有可能）超标量是通过内置多条流水线来同时执行多个处超标量是通过内置多条流水线来同时执行多个处理，其实质是以理，其实质是以空间换取时间空间换取时间。第 70 页六、乱序执行和分支预测六、乱序执行和分支预测1.1.由于跳转等指令的存在。有可能使预取的下一条由于跳转等

46、指令的存在。有可能使预取的下一条指令落空。指令落空。2.2.乱序执行和分支预测就是为了弥补这种落空的问乱序执行和分支预测就是为了弥补这种落空的问题。题。3.3.跳转分为无条件转移和有条件转移，跳转分为无条件转移和有条件转移，分支预测主分支预测主要用于条件转移。要用于条件转移。第 71 页七、高速缓存七、高速缓存 (cache)(cache)1.L11.L1高速缓存高速缓存 (Level1 cache memory)Level1 cache memory)在在CPUCPU的内核（的内核（diedie）里面。内部更高速的）里面。内部更高速的SRAMSRAM2.2.L2L2高速缓存高速缓存 (Lev

47、el2 cache memory)Level2 cache memory)在在cpucpu的内核的内核diedie外面。但封装在一个外面。但封装在一个ICIC块中。一块中。一般与般与 CPUCPU的工作频率相同。的工作频率相同。第 72 页八、制造工艺八、制造工艺1.1.制造工艺是指光刻技术能导致的制造工艺是指光刻技术能导致的ICIC内电路与电路内电路与电路之间的最小距离。之间的最小距离。2.2.密度愈高的密度愈高的ICIC电路设计，意味着同样大小面积的电路设计，意味着同样大小面积的ICIC可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计。可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计。3.3.以前主要是以前主

48、要是130130，9090，65nm65nm。现在主要是现在主要是45nm45nm以及以及以下的制造工艺了。以下的制造工艺了。第 73 页九、指令执行时间九、指令执行时间一般常用下列两个标准衡量：一般常用下列两个标准衡量：1.MIPS(Million Instructions Per Second)1.MIPS(Million Instructions Per Second)：机机器每秒钟执行的百万条指令数。器每秒钟执行的百万条指令数。2.MFLOPS(Million Floating Point Operations 2.MFLOPS(Million Floating Point Opera

49、tions Per Second)Per Second)：机器每秒钟百万次浮点操作的数目。机器每秒钟百万次浮点操作的数目。第 74 页1.4.3 1.4.3 总线的性能总线的性能 总线是决定微型机性能的重要的结构。总线是决定微型机性能的重要的结构。一、总线宽度一、总线宽度 指数据总线的宽度。指数据总线的宽度。单位：单位：bit二、总线的时钟（工作频率）二、总线的时钟（工作频率）单位：单位：MHz三、最大数据传输速率（总线的带宽）三、最大数据传输速率（总线的带宽）指总线上的传输速度指总线上的传输速度。单位：。单位：MBytes/s第 75 页四、四、信号线条数信号线条数五、负载能力五、负载能力第 76 页1.4.4 1.4.4 外设的性能外设的性能一、一、.硬盘的性能硬盘的性能二、二、光盘驱动器光盘驱动器第 77 页1.51.5 计算机性能测试程序计算机性能测试程序