微型计算机系统基础知识
微型计算机简称“微型机”、“微机”,由于其具备人脑的某些功能,所以也称其为“微电脑”。微型计算机是由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机。它是以微处理器为基础,配以内存储器及输入输出(I/0)接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机。微型计算机的特点是体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便。把微型计算机集成在一个芯片上即构成单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)。由微型计算机配以相应的外围设备(如打印机)及其他专用电路、电源、面板、机架以及足够的软件构成的系统叫做微型计算机系统(Microcomputer System)(即通常说的电脑)。
一个完整的微型计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。硬件系统由运算器、控制器、存储器( 含内存、外存和缓存)、各种输入输出设备组成,采用“ 指令驱动”方式工作。
软件系统可分为系统软件和应用软件。系统软件是指管理、监控和维护计算机资源(包括硬件和软件)的软件。它主要包括:操作系统、各种语言处理程序、数据库管理系统以及各种工具软件等。其中操作系统是系统软件的核心,用户只有通过操作系统才能完成对计算机的
各种操作。应用软件是为某种应用目的而编制的计算机程序,如文字处理软件、图形图像处理软件、网络通信软件、财务管理软件、CAD软件、各种程序包等。
20世纪70年代以来,随着大规模和超大规模集成电路的发展,微型计算机性能不断提高,价格不断降低,软件也不断推陈出新。多媒体技术和网络技术的产生和发展,使微型计算机不仅能处理数据、文字、图形,还可以处理音频、视频、动画,在Internet上浏览信息,发送/接收等,因此微型计算机的应用越来越广泛。本章将重点介绍微型计算机系统的基础知识。
2.1 微型计算机的硬件系统
随着半导体集成电路的集成度的不断提高,微型计算机的硬件发展越来越快。其发展规律遵循“摩尔定律”,即每18个月,其集成度提高一倍、速度提高一倍、价格降低一半。微型计算机的硬件系统采用冯·诺依曼体系结构,即由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成,运算器和控制器是微处理器的核心(图2-1)。本节将对微型计算机硬件系统做详细介绍。
图 2-1 微型计算机结构图
2.1.1 总线
1.总线的概念
计算机系统中功能部件必须互联,但如果将各部件和每种外围设备都分别用一组线路与CPU直接连接,那么连线将会错综复杂,难以实现。为了简化系统结构,常用一组线路,
配以适当的接口电路,与各部件和外围设备连接,这组多个功能部件共享的信息传输线称为总线。稍的拼音和组词语微型计算机采用总线结构将CPU、主存储器和输入、输出接口电路连接起来。采用总线结构便于部件和设备的扩充,使用统一的总线标准,不同设备间互联将更容易实现。
2. 总线的分类
微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。内部总线指芯片内部连接各元件的总线。系统总线指连接CPU、存储器和各种I/O模块等主要部件的总线。外部总线是微机和外部设备之间的总线。这里主要介绍微机中的系统总线。
3. 系统总线
系统总线根据传送内容的不同分为数据总线、地址总线、控制总线。
①数据总线(Data Bus,DB):用于CPU 与主存储器、CPU 与I/O 接口之间传送信息。数据总线的宽度(根数)决定每次能同时传输信息的位数。因此数据总线的宽度是决定计算机性能的主要指标。计算机总线的宽度等于计算机的字长。目前,微型计算机采用的数
据总线有16位、32位、64位等几种类型。
②地址总线(Address Bus,AB):用于给出源数据或目的数据所在的主存单元或I/O端口的地址。地址总线的宽度决定CPU 的寻址能力。若微型计算机采用n位地址总线,则该计算机可寻址的内存空间为2n。
③控制总线(Control Bus,CB):用来控制对数据线和地址线的访问和使用。
4. 常用的总线标准
(1)ISA总线
ISA(Industrial Standard Architecture)总线标准是IBM 公司1984年为推出PC/AT机而建立的系统总线标准,所以也叫AT总线。它的时钟频率为8MHz,数据线的宽度为16位,最大传输速率为16MB/s。
(1)EISA总线
EISA(Extended Industrial Architecture)总线是1988年由Compaq等9家公司联合推出的
总线标准,是在ISA总线的基础上发展起来的高性能总线。EISA总线完全兼容ISA总线信号,时钟频率为8.33MHz,数据总线和地址总线都是32位,最大传输速率为33MB/s。
(3)VESA总线
VESA(Video Electronics Standard Association)总线简称VL(VESA Local Bus)总线。它定义了32位数据线且可扩展到64 位,使用33MHz时钟频率,最大传输率达132MB/s。VESA总线可与CPU同步工作,是一种高速、高效的局部总线。VESA总线可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔腾微处理器。
(4)PCI总线
PCI(Peripheral Component Interconnect)总线是当前最流行的总线之一。它是由Intel公司推出的一种局部总线,定义了32位数据总线且可扩展为64位,使用33MHz时钟频率,传输速率可达132MB/s,64位的传输速率为264MB/s,可同时支持多组外围设备。 PCI总线不能兼容现有的ISA、EISA、MCA(Micro Channel Architecture)总线,但不受制于处理器,是基于奔腾等新一代微处理器的总线。
5.系统总线的性能指标
(1) 总线的带宽
总线的带宽是指单位时间内总线上可传送的数据量,即通常所说的每秒传送的字节数,与总线的位宽和总线的工作频率有关。
(2) 总线的位宽
总线的位宽是指总线能同时传送的数据位数,即数据总线的位数。
(3) 总线的工作频率
总线的工作频率也称为总线的时钟频率,以MHz为单位。工作频率越高,总线工作速度越快,总线带宽越宽,其关系如下
总线带宽=总线位宽/8×总线工作频率 MB/s
图2-1-1 Core i7 CPU
2.1.2 中央处理器(CPU)1. 概念和功能
中央处理器 (Central Processing Unit,CPU),又被称作微处理器 (Micro Processing Unit,MPU),是微型计算机的核心部件。它主要由运算器、控制器、寄存器等组成,并且采用超大规模集成电路制成芯片,如图2-1-1所示。运算器的主要功能是完成各种算术运算、逻辑运算。控制器的主要功能是从内存中读取指令并对指令进行分析,按照指令的要求控制各部件工作。寄存器是在处理器内部的暂时存储部件,寄存器的位数是影响CPU性能与速度的一个重要因素。微型计算机中常用的CPU主要有 Intel公司的Pentium、Conroe、Celeron(赛扬)、Xeon等以及AMD公司的Sempron、Duron、Athlon、Opteron等。
目前,Intel不再追求单CPU的频率指标,而采用双核心和多核心处理器来提升处理器性能。CPU的核心数是指单个CPU封装中的CPU内核数量,早期的CPU都是单核的,但从Pentium D开始,越来越多的CPU采用了多核心设计,如Intel的Core 2 Duo,AMD的Athlo
n 64 x2等。
2012年属虎人的运程2. CPU的主要性能指标
(1) 字与字长
计算机内部作为一个整体参与运算、处理和传送的一串二进制数,称为一个“字”(Word)。字是计算机内CPU进行数据处理的基本单位。一般将计算机数据总线所包含的二进制位数称为字长。字长的大小直接反映计算机的数据处理能力,字长越长,一次可处理的数据二进制位越多,运算能力就越强,计算精度就越高。目前微型计算机字长有8位、16位、32位和64位等。大多数Pentium4属于32位CPU,而Intel的Conroe属于64位CPU。
(2) 主频
主频即CPU的时钟频率(CPU Clock Speed)。主频越高,一个时钟周期里完成的指令数也越多,CPU的运算速度也就越快。但是,由于内部结构不同,并非所有时钟频率相同的CPU性能都一样。目前CPU的主频可达2GHz以上。
(3) 时钟频率
时钟频率即CPU的外部时钟频率新冠病毒疫苗接种须知(即外频),直接影响CPU与内存之间的数据交换速度。数据带宽=(时钟频率×数据宽度)/8。时钟频率由电脑主板提供。Intel公司的芯片组BX提供100MHz的时钟频率,815和845芯片组提供133MHz的时钟频率,目前CPU外频已经达到了400MHz以上。
(4) 地址总线宽度
地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间关于向国旗敬礼的寄语。简单地说就是CPU能够使用多大容量的内存。假设CPU有n根地址线,则其可以访问的物理地址为2n。目前,微型计算机地址总线有8位、16位、32位等。
(5) 数据总线宽度
数据总线负责整个系统的数据流量的大小,数据总线宽度决定了CPU与二级高速缓存、内存以及输入输出设备之间一次数据传输的信息量。
(6) 我是歌手第二季歌曲内部缓存(L1、L2 Cache)
封闭在CPU芯片内部的高速缓存,用于暂时存储CPU运算时的部分指令和数据,存取速度与CPU主频一致。L1、L2缓存的容量单位一般为KB。L1缓存越大,CPU工作时与存取速度较慢的L2缓存和内存间交换数据的次数越少,相对电脑的运算速度越快。
2.1.3 内存储器
微机内部直接与CPU交换信息的存储器称主存储器或内存储器,其主要功能是存放计算机运行时所需要的程序和数据。内存储器是计算机中最主要的部件之一,它的性能在很大程度上影响计算机的性能。
1. 内存的分类
微机的内存储器分为随机存储器(Random Access Memory,RAM)、只读存储器(Read Only Memory,ROM)、高速缓冲存储器(Cache)。
(1) 随机存储器(RAM)
2寸照片大小
图2-1-2 内存条
RAM 中的内容随时可读、可写,断电后RAM中的信息全部丢失。RAM用于存放当前运行的程序和数据。根据制造原理不同,RAM可分为静态随机存储器(SRAM)和动态随机存储器(DRAM)。DRAM较SRAM电路简单,集成度高,但速度较慢,微机的内存一般采用DRAM。目前微机中常用的内存以内存条的形式插于主机板上,如图2-1-2所示。常用的容量为1GB、2GB、4GB等。版权声明:本站内容均来自互联网,仅供演示用,请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198,我们将在24小时内删除。
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