第2章 中央处理器CPU
操作系统ppt chapter2处理器管理
g. Switch from user to kernel mode.
h. Access I/O device.
9
处理器状态（内核态和用户态）
• 处理器怎么知道当前是操作系统还是一般用户程序 在运行呢?
• 处理器状态标志: 管理状态（内核态、特权状态、系
操 PSW（Program Status Word）来区别不同的处理器 作 工作状态
系
统 • PSW用来控制指令执行顺序并保留和指示与程序有 关的系统状态，主要作用是实现程序状态的保护和 恢复
• 每个程序都有一个与其执行相关的PSW，每个处理 器都设置一个PSW寄存器。程序占有处理器执行， 它的PSW将占有PSW寄存器
系
统 ，停止处理器运行，将故障信息向操作员报告， 并对故障所造成的破坏进行估计和恢复。
30
程序错误包括：语法错误、逻辑错误和
操 执行过程中产生的异常（定点溢出、阶码下
作 溢、除数为0等）
系
统
操作系统主要处理第三类错误，操作系
统可以借助信号机制，将捕获的中断事件交
由程序自行处理
31
产生I/O中断的情况： 操 ➢ I/O操作正常结束
操 值、返回点以及子程序的局部变量。
作
系 核心栈：内存中属于操作系统空间的一块区域， 统 用于保存中断现场和操作系统程序间相互调用的
参数、返回值、返回点以及程序的局部变量。
12
2.1.2 程序状态字寄存器(1)
• 计算机如何知道当前处于何种工作状态？这时能否 执行特权指令？通常操作系统都引入程序状态字
统和分布存储(松散耦合)多处理
cpu2
5
IBM首次将8088芯 首次将8088 1981年，IBM首次将8088芯 片用于PC机器中， 片用于PC机器中，开创了全新 PC机器中 的个人电脑时代。第一台IBM 的个人电脑时代。第一台IBM PC采用了主频4.77MHz的 采用了主频4.77MHz PC采用了主频4.77MHz的Intel 8088，操作系统是Microsoft 8088，操作系统是Microsoft 提供的MS DOS。IBM将其命名 MS提供的MS-DOS。IBM将其命名 个人电脑（ 为“个人电脑（Personal Computer） 不久“ Computer）”，不久“个人电 的缩写“PC”成为所有个 脑”的缩写“PC”成为所有个 人电脑的代名词
4
2、Intel 8086/8088 、
1978年Intel公司推出了 年 公司推出了8086微处理器，集成了 微处理器， 公司推出了 微处理器 28000个晶体管，16位的寄存器与数据总路线，每秒 个晶体管， 位的寄存器与数据总路线 位的寄存器与数据总路线， 个晶体管 执行80万条指令 但是价格太高，一般人买不起。 万条指令， 执行 万条指令，但是价格太高，一般人买不起。 1979年Intel公司又推出了 公司又推出了8086的廉价版本 的廉价版本8088微 年 公司又推出了 的廉价版本 微 处理器，集成了29000个晶体管，内部寄存器以 位 个晶体管， 处理器，集成了 个晶体管 内部寄存器以16位 运行，但支持的是8位的数据总路线 每秒执行33万条 位的数据总路线， 运行，但支持的是 位的数据总路线，每秒执行 万条 指令，价格也较为人们所接受。 指令，价格也较为人们所接受。
第2章 CPU 章
主要知识点： 主要知识点： 认识CPU 一、认识 二、CPU 的发展 三、CPU的工作原理 的工作原理 四、CPU的技术参数 的技术参数 五、CPU的分类 的分类 六、CPU的型号和品牌 的型号和品牌 七、CPU的超频 的超频 掌握） （掌握） 掌握） （掌握） （掌握） 掌握） （了解） 了解） 掌握） （掌握） 了解） （了解） 了解） （了解）
第2章 中央处理器
5.倍频 CPU的倍频，全称是倍频系数。 CPU的主频（核心运行的频率）= 外频×倍 频系数 6.前端总线 前端总线是CPU与主板北桥芯片之间连接的 通道，前端总线也称为CPU总线，是PC系 统中最快的总线，也是芯片组与主板的核 心。
7.HT（HyperTransport，超级传输通道）总 线 2003年AMD推出了HyperTransport（简称HT） 来完成CPU与主板北桥芯片组之间的连接。
8.QPI（Quick Path Interconnect，快速通道互连） 总线 CPU集成内存控制器后，Intel把CPU与主板北桥芯 片组之间的连接总线命名为QPI（与AMD的HT总 线相似）。QPI是Intel用来取代FSB(Front Side Bus， 前端总线)的新一代高速总线。
13.字长及64位技术 CPU在单位时间内能一次同时处理的二进制数的位数叫字 长或位宽。 14．核心数 多核心处理器就是在一块CPU基板上集成多颗处理器的核 心，并通过并行总线将各处理器核心连接起来的处理器。 在服务器领域，多核心都早已经实现。 对于多核心处理器，又有原生核心和非原生核心之分，原 生核心是在设计和制造核心时就把多个核心做在一起，非 原生核心的多个核心是独立的，只是在封装时将多个核心 整合到同一块基板上，其结构示意图如图2-48所示。原生 核心的处理器的性能要优于非原生核心的处理器。
18.节能技术 随着CPU的性能越来越强大，也带来了更高的功 耗，为减少CPU在闲置时的能量浪费，Intel和 AMD推出了各自降低CPU功耗的技术：Intel的 EIST（Enhanced Intel SpeedStep Technology，智能 降频技术）和AMD的C&Q（Cool and Quiet，冷又 静）技术。 19.TDP热设计功耗 TDP（Thermal Design Power，热设计功耗）是指 CPU负荷最大时释放出的热量，单位是瓦（W）， 它主要是作为散热器厂商的参考标准。
微型计算机系统的组成
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。
图 2-5 80486
图 2 -6 P en tiu m P ro
微型计算机系统的组成
2.2 中央处理器CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 3、CPU的发展
几种CPU的外观图如下所示。
图 2 -7 C elero n
图 2 -8 P en tiu m 4
图 2 -9 Itan iu m
微型计算机系统的组成
输出设备
机 外存储器
系
统
操作系统
的
语言处理系统
系统软件
组
系统服务程序
成
软件系统
数据库管理系统
文字处理软件
应用软件
表格处理软件 辅助设计软件
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微型计算机系统的组成实时控制软件
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
2.1 概述
2.1.2 软件系统
系统软件
监控程序 操作系统 编辑程序 解释程序 编译程序 诊断程序
软件 程序设计语言
机器语言 汇编语言 高级语言
应 用 软 件 ：如 软 件 包 、数 据 库 等
微型计算机系统的组成
主机
中央处理器
运算器 控制器
内存储器
什么是CPU(CPU即中央处理器是计算机的核心部件负责执行指令和处理数据)
什么是CPU（CPU即中央处理器是计算机的核心部件负责执行指令和处理数据）在现代科技高速发展的时代，计算机已经成为人们生活中必不可少的工具。
而作为计算机的核心部件之一，CPU（中央处理器）在整个计算机系统中起着至关重要的作用。
本文将详细介绍什么是CPU以及它在计算机中的功能和工作原理。
一、什么是CPUCPU，全称为Central Processing Unit，翻译为中央处理器，是计算机中的核心部件之一。
它被认为是计算机的“大脑”，负责执行计算机指令、处理数据和控制计算机的各个部件。
CPU是一种集成电路芯片，由运算器、控制器和寄存器等组成。
计算机的指令和数据都存储在主存储器中，CPU通过内部总线将指令和数据从主存中取出，经过运算器进行计算和处理，最后将结果写回主存储器中。
二、CPU的功能1. 执行指令CPU负责执行计算机指令，它能够识别不同的指令类型，并按照指令的要求执行相应的操作。
不同的指令包括算术运算、逻辑运算、数据传输等，它们通过一系列的指令周期被CPU执行。
2. 处理数据CPU能够对数据进行各种运算和处理，包括加法、减法、乘法、除法等算术运算，以及逻辑运算、比较运算等。
通过这些运算和处理，CPU能够实现复杂的计算和操作。
3. 控制计算机的各个部件CPU控制计算机的各个部件，包括主存储器、输入输出设备、硬盘等。
它负责将指令和数据从主存中取出，将运算结果写回主存，同时控制输入输出设备的工作，实现数据的输入和输出。
三、CPU的工作原理CPU的工作原理可以简单概括为指令的取指、译码、执行和写回。
1. 取指取指是CPU执行指令的第一步。
CPU通过地址总线将指令的地址发送到主存储器中，然后通过数据总线将指令取回到CPU的指令寄存器中。
2. 译码译码是指对取回的指令进行解析和识别，确定指令的类型和操作内容。
CPU会根据指令码的不同，调用相应的电路和控制信号。
3. 执行执行是CPU对指令进行操作和处理的阶段。
2-中央处理器
第一节 中央处理器基础知识一、中央处理器的概念中央处理器就是我们常说的CPU ，英文全名是Central Processing Unit ，中文也就是中央处理器。
中央处理器是由各种功能电路组成的指令处理系统，由数百万个晶体管所构成，其结构图2-1 Inter 公司的中央处理器奔腾III 系列中央处理器奔腾III(slot1)系列中央处理器 Celeron (赛扬)系列中央处理器 奔腾4系列中央处理器可分为控制单元，逻辑单元和存储单元三大部分，负责完成计算机各种指令的解释、执行及控制功能，是计算机系统的核心。
如果把计算机比作一个人，CPU 就是心脏。
二、CPU 主要的性能指标1. 主频、外频和倍频主频就是CPU 的时钟频率，也就是CPU 运算时的工作频率，它的英文全称是CPU Clock Speed ，单位是MHz （兆赫兹）。
一般说来，主频越高，CPU 的速度越快。
但是由于内部结构不同，时钟频率相同的CPU 的性能并不一样。
我们一般所说的CPU 频率就是指CPU 的主频。
外频就是系统总线的工作频率，是CPU 的基准频率，也叫前端总线频率，目前使用最广泛的是66MHz 和100MHz 。
CPU 的外频越高，CPU 与L2Cache 和系统内存交换速度也就越快。
图 2-2 AMD 公司的中央处理器K6系列中央处理器 K6-2系列中央处理器Duron 系列中央处理器Athlon 中央处理器倍频系数，也简称倍频，是CPU外频与主频相差的倍数。
例如当某CPU的外频为120MHz，主频是360MHz时，CPU的倍频系数即为3。
主频、外频、倍频系数三者的关系是：主频= 外频x倍频系数。
例如Intel Celeron 300A CPU 的主频为300MHz，其外频为66MHz，则使用时应将倍频系数设置为4.5，即66.67 x 4.5 = 300 MHz。
当外频改为100MHz时，如CPU的倍频系数仍设为4.5，则主频将达到450MHz。
第二章 计算机组成原理考点
第 2 章计算机组成原理★考核知识要点、重点、难点精解★考点 1 * ：计算机硬件的组成及其功能计算机硬件主要包括中央处理器（CPU ）、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等，它们通过系统总线互相连接1. 输入设备（1）输入设备的概念用来向计算机输入信息的设备通称为“输入设备”。
（2）输入设备的分类输入设备有多种，例如，数字和文字输入设各（键盘、写字板等），位置和命令输入设备（鼠标器、触摸屏等），图形输入设备（扫描仪，数码相机等），声音输入设各（麦克风、MIDI 演奏器等），视频输入设备（摄像机），温度、压力输入设备．（温度、压力传感器）等。
注意：输入到计算机中的信息都使用二进位（“0”和“ 1 " ）来表示。
2 中央处理器（CPU）负责对输入信息进行各种处理（例如计算、排序、分类、检索等）的部件称为“处理器”。
注意：一台计算机中往往有多个处理器，它们各有其不同的任务，有的用于绘图，有的用于通信．其中承担系统软件和应用软件运行任务的处理器称为“中央处理器（CPU），它是任何一台计算机必不可少的核心组成部件。
3 ．内存储器( l ) 内存储器的概念计算机的一个重要特性是它具有强大的“记忆”功能，能够把程序和数据（包括原始数据、中间运算结果与最终结果等）储存起来，具有这种功能的部件就是“存储器”。
( 2 ) 内存的工作原理内存是存取速度快而容量相对较小（因成本较高）的一类存储器。
内存储器直接与CPU 相连接，是计算机中的工作存储器，它用来存放正在运行的程序和需要立即处理的数据。
CPU 工作时，它所执行的指令及处理的数据都是从内存中取出的，产生的结果也存放在内存中。
4 ．外存储器外存则是存取速度较慢而容量相对很大的一类存储器。
外存储器也称为辅助存储器，其存储容量很大，它能长期存放计算机系统中几乎所有的信息。
计算机执行程序时，外存中的程序及相关的数据必须先传送到内存，然后才能被CPU 使用。
第二章参考答案
1.CPU指什么?它由哪些部分组成?答：CPU指中央处理器，它是计算机的核心部件，其作用很像“人脑”。
中央处理器是由计算机的运算器和控制器所组成。
2. 控制器有哪些部件组成，简要说明各个部件的功能。
答：控制器由指令部件（程序计数器、指令寄存器、指令译码器及地址形成器等）、时序部件和微操作控制部件。
程序计数器：用来存放将要执行的指令在存储器中的存放地址。
指令寄存器：用来存放从存储器取出的指令指令译码器：用来实现对指令操作码译码。
地址形成器：实现程序计数器的内容自动加1；转移地址的形成以及形成操作数的有效地址。
时序部件：将一条指令所包含的一系列微操作安排在不同的“节拍”中即可实现对微操作的定时。
微操作部件：综合时序部件所产生的时表信号和指令译码器所产生的译码信号，发出取指令所需要的一系列微操作信号。
3．什么是RAM？什么是ROM？说明四种ROM的特点答：RAM是一种可读写存储器，在程序执行过程中，该存储器中的每个存储单元可随机的写入或读出信息。
ROM是一种在程序执行过程中只能将内部信息读出而不可以写入的存储器。
①固定掩模型ROM：这类ROM的内部信息是在制作集成电路新芯片时，用定做的掩模"写入"的，制作后用户不能再修改。
②可编程序只读存储器PROM：这类ROM的内部信息是由用户按需要写入的，但只允许编程一次。
③可擦除可编程只读存储器EPROM：这类ROM的内部信息可多次改写。
当用户自行写入的信息不需要时，可用“擦除器”（紫外线照射或通以大电流）将原存的信息擦掉，再写入新的内容。
④电擦除可编程只读存储器E2PROM：它包含了EPROM的全部功能，而在擦除与编程方面更加方便．这就使E2PROM比EPROM有更大的灵活性和更广泛的适应性。
4．什么是辅助存储器?目前常用的辅助存储器有哪几种?答：辅助存储器用于存放当前不立即使用的信息。
一旦需要，辅存便与主存成批交换数据，或将信息从辅存调入主存，或将信息从主存调出到辅存。
第二章习题答案
第二章主机习题答案一、名词解释1.中央处理器：又叫做CPU，它是微型计算机的核心部件，它反映了不同时代微型计算机的档次和基本性能2.主频：CPU的时钟频率称为主频, 主频越高, 则计算机工作速度越快。
3.外频：系统的前端总线频率（FSB）也就是所谓的外频，是由主板为CPU提供的基准的时钟频率。
4.倍频：倍频即主频与外频之比。
5.BIOS：即计算机的基本输入输出系统(Basic Input-Output S ystem)，是集成在主板上的一个ROM芯片，其中保存有计算机重要的基本输入/输出程序、系统信息设置、开机通电自检程序和系统启动自检程序。
6.CMOS：本意是指互补金属氧化物半导体，一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料。
在计算机中是指微机主板上的一块可擦写的RAM芯片，用来保存当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定。
7.只读存储器：它是一种存储芯片，其中的内容一经写入就不能修改，并且在主机关掉后内容也不会消失。
8.随机存储器：它是一种可以通过在紫外线的照射或者使用电来擦除其中内容的特殊的PROM芯片。
其中的内容被擦除后，可以重新写入新内容。
9.SDRAM：SDRAM是同步动态存储器的缩写，其时钟频率与CPU前端总线的系统时钟频率相同，利用一个单一的系统时钟同步所有的地址数据和控制信号。
使用SDRAM不但能提高系统表现，还能简化设计、提供高速的数据传输。
在功能上，它类似常规的DRAM，且也需时钟进行刷新。
可以说，SDRAM是一种改善了结构的增强型DRAM。
目前的SDRAM有10ns和8ns两种参数类型。
10.DDR SDRAM：DDR SDRAM是双速同步动态存储器，是内存的一种，它支持数据在每个时钟周期的两个边沿进行数据传输，从而使内存芯片的数据吞吐率提高了一倍。
DDR-SDRAM还降低了能耗，是目前主流的内存。
二、填空题1.CPU的主频与外频的关系：主频是cpu的频率，外聘是主板的频率。
2-2CPU的组成结构与工作原理
成功超频需要的条件
• • • • •
CPU体质 低倍频 制作工艺 温度 好的主板
AMDCPU开核
• 开核就是AMD公司在生产四核的工程中， 生产出来的核心不是每个都达到技术要求， 为了降低成本和CPU的功耗，于是厂家将 没有达到要求的核心屏蔽掉，就有了原生 四核架构的双核和三核CPU。开核的意思 就是把被屏蔽掉的核心打开 • 开核需要主板支持，（必须采用南桥是 SB710或SB750的AMD 7和8系列的主板。 并且主板的BIOS中要有ACC选项。 • 与超频不同，开核失败并不会损坏CPU。
CPU的选购与测试
集显用AMD的 CPU 独显用INTEL
CPU超频
• 电脑的超频就是通过人为的方式将CPU、显卡等 硬件的工作频率提高，让它们在高于其额定的频 率状态下稳定工作。 • 超频方法：软超和硬超 • 超频的利弊 • 成功超频需要的条件：CPU体质，低倍频，制作 工艺，温度，好的主板。
CPU指令集
• 所谓指令集，就是CPU中用来计算和控制计 算机系统的一套指令的集合，而每一种新 型的CPU在设计时就规定了一系列与其他硬 件电路相配合的指令系统。而指令集的先 进与否，也关系到CPU的性能发挥，它也是 CPU性能体现的一个重要标志。
AMD -CPU 与 英特尔CPU
• AMD的CPU性价比 比INTEL的要好 • FSB和HT • AMD 功耗要比 INTEL的略高
CPU的缓存
• CPU缓存（Cache Memory）是位于CPU与 内存之间的临时存储器，它的容量比内存 小的多但是交换速度却比内存要快得多。 缓存的出现主要是为了解决CPU运算速度 与内存读写速度不匹配的矛盾，因为CPU 运算速度要比内存读写速度快很多，这样 会使CPU花费很长时间等待数据到来或把 数据写入内存。在缓存中的数据是内存中 的一小部分，但这一小部分是短时间内 CPU即将访问的，当CPU调用大量数据时，
第二章 计算机组成原理知识点
第二章计算机组成原理2.1计算机的组成与分类2.1.1计算机的发展与作用作用：①速度快，通用性强②具有多种多样的信息处理能力，不仅能进行复杂的数学运算，而且能对图像，文字和声音等多种形式的信息进行获取，编辑，转换，存储，展现等处理③信息存储容量大，存取速度高④具有互联，互通和互操作的特性，计算机网络不仅能进行信息的交流与共享，还可借助网络上的其他计算机协同完成复杂的信息处理任务。
2.1.2 计算机的逻辑组成计算机系统由硬件和软件两部分组成。
硬件是计算机系统中所有实际物理装置的总称。
软件是指计算机中运行的各种程序及其处理的数据和相关的文档。
CPU，内存存储器，总线等构成计算机的“主机”输入/输出设备和外存储器称为“外设”承担系统软件和应用软件运行任务的处理器称为“中央处理器”使用多个CPU实现超高速计算的技术称为“并行处理”总线是用于在CPU，内存，外存和各种输入输出设备之间传输信息并协调它们工作的一种部件（含传输线和控制电路）计算机系统中的I/O设备一般都通过I/O接口与各自的控制器连接，然后由控制器与I/O总线相连2.1.3计算机的分类巨型机，大型机，服务器，个人计算机，嵌入式计算机微处理器（µP或MP），通常指使用单片大规模集成电路制成的，具有运算和控制功能的部件SOC：单个集成电路芯片中包含微处理器，存储器，输入/输出控制与接口电路，电子系统模拟电路，数字/模拟混合电路和无线通信使用的射频电路2.2 CPU的结构与原理2.2.1 CPU的作用与组成匈牙利数学家冯·诺依曼的“存储程序控制”原理CPU的根本任务是执行指令CPU的组成：寄存器组（用来临时存放参加运算的数据和运算得到的中间结果），运算器：也称算术逻辑部件（ALU），控制器：指令计数器（用来存放CPU正在执行的指令的地址）和指令寄存器（用来保存当前正在执行的指令）2.2.2 指令与指令系统指令是构成程序对的基本单位，采用二进制表示，指令由操作码和操作数地址组成，CPU所能执行的全部指令称为指令系统2.2.3 CPU的性能指标字长，主频，CPU总线速度，高速缓存的容量与结构，指令系统，逻辑结构，内核个数 TFLOPS（万亿条浮点指令/秒）MIPS（百万条定点指令/秒），MFLOPS（百万条浮点指令/秒）2.3 PC主机的组成2.3.1 主板，芯片组与BIOSCPU芯片和内存条分别通过主板上的CPU插座和存储器插槽安装在主板上，PC机常用外围设备通过扩充卡或I/O接口与主板相连，扩充卡借助卡上的印刷插头插在主板上的PCI总线插槽中主板上还有两块特别有用的集成电路：一块是闪烁存储我，其中存放的是BIOS，它是PC机软件中最基础的部分，没有它机器就无法启动，另一个集成电路芯片是CMOS存储器，其中存放者与计算机系统相关的一些参数（称为配置信息），包括当前的日期和时间，开机口令，已安装的光驱和硬盘的个数及类型等，CMOS 芯片是一种易失性存储器，它由主板上的电池供电，即使计算机关机后它也不会丢失所存储的信息芯片组由北桥芯片（MCH）和南桥芯片（ICH）组成，CPU时钟信号由芯片组提供芯片组还决定了主板上所能安装的内存最大容量，速度及可使用的内存条的类型每次机器加电时，CPU首先执行BIOS程序，它具有诊断计算机故障和加载操作系统并启动其运行的功能BIOS:加电自检程序，引导装入程序，CMOS设置程序，基本外围设备的驱动程序内存储器由称为存储器芯片的半导体集成电路组成，RAM目前多采用MOS型半导体集成电路芯片制成DRAM:电路简单，集成度高，功耗小，成本低SRAM:电路复杂，集成度低，功耗大，成本高每个存储单元都有一个地址，CPU按地址对存储器进行访问存储器的存取时间指的是从CPU给出存储器地址开始到存储器读出数据并送回到CPU所需要的时间解决主存速度慢的方法是：①采用cache存储器②改进存储器芯片的电路与工艺，并对DRAM的存储控制技术进行改进2.3.3 I/O总线与I/O接口CPU芯片与北桥芯片相互连接总线称为CPU总线（前端总线FSB），I/O设备控制器与CPU，存储器之间相互交换信息，传输数据的一组公用信号线称为I/O总线，总线上有三类信号：数据信号，地址信号和控制信号总线带宽（MB/S）=(数据线宽度/8)X总线工作频率（MHZ）X每个总线周期的传输次数PCI-E是PC机I/O总线的一种新标准，采用高速串行传输USB电源（5V,100mA～500Ma） USB3.0的电流是1A2.4常用输入设备扫描仪的性能指标：①扫描仪的光学分辨率：普通家用扫描仪分辨率在1600～3200dpi②色彩位数③扫描幅面④与主机的接口2.5 常用输出设备显示器的刷新频率越高，图像的稳定性越好，响应时间越小越好。
计算机中央处理器
计算机中央处理器中央处理器（CPU）是计算机的大脑。
它是计算机硬件中最重要的组成部分之一。
它负责执行计算机程序的指令，控制计算机的各个组件操作，处理和存储数据。
计算机的性能取决于CPU的速度和处理能力。
本文将深入了解计算机CPU的工作原理和演变历史。
一、CPU的工作原理CPU的工作原理可以分为三个步骤：取指令、解码指令和执行指令。
1. 取指令当计算机开机时，CPU会从主存（RAM）中读取指令。
CPU 通过程序计数器（PC）来确定要读取的下一条指令在内存中的位置。
指令以字节为单位存储在内存中，CPU每次读取一个字节的指令，并根据指令长度确定下一条指令的位置。
2. 解码指令CPU接收到指令后，需要将指令转换为电路可以理解的形式。
这就需要CPU进行指令的解码。
CPU将指令中的二进制数转换为控制信号，通过控制总线向计算机的其他组件发出控制指令。
3. 执行指令在进行指令解码之后，CPU开始执行指令操作。
CPU先读取数据，然后将其存储在寄存器中。
然后，CPU会根据指令的要求进行运算或跳转到指定的地址执行下一条指令。
二、CPU 的发展历史CPU是计算机技术发展史上最重要的里程碑之一。
下面是近年来CPU的演变历程：1. 单核处理器早期计算机都是采用单核处理器。
计算机内的所有操作都由单核处理器执行。
这种处理器可以处理各种任务，但它的速度比较慢。
随着技术的发展，单核处理器逐渐被淘汰。
2. 多核处理器多核处理器包含两个或多个核心。
每个核心可以同时执行独立的任务。
多核处理器提高了计算机的计算速度和执行能力。
多个核心可以同时运行，彼此之间不会相互干扰，从而加快了计算机的响应速度。
3. 超线程处理器超线程是一种在物理CPU内部仿造多CPU的技术。
通过超线程技术，一个CPU可以模拟出多个虚拟CPU，并同时执行多个线程。
超线程技术使CPU的效率得到了较大提升。
4. GPU处理器GPU（图形处理器）是一种特殊类型的处理器，它被用于处理图像计算和计算机游戏等应用。
计算机二级第二章
固态驱动器（SSD）
采用闪存技术存储信息，具有速度快、 价格高、容量适中的特点。
网络存储
通过网络连接远程服务器进行数据存 储和访问，具有灵活性高、可扩展性 强的特点。
04
输入输出系统
输入输出原理
输入输出系统的基本概念
输入输出系统是计算机与外部设备之间的接口，负责数据的输入和输出。
输入输出操作的过程
处理方法。
移位运算
包括算术移位、逻辑移位和循环移位 等运算的规则和性质。
数据加密与解密运算
包括常见加密算法如DES、AES等的 基本原理和实现方法，以及数据加密 标准的发展历程和趋势。
03
存储系统
存储器的层次结构
寄存器
位于CPU内部，速度最快，容量最小，用于暂存 指令和数据。
主存储器（内存）
位于主机内部，速度与Cache相比较慢，容量较 大，用于存放正在运行的程序和数据。
Mac OS系列
由苹果公司开发的专有操作 系统，具有优雅的界面设计 和强大的多媒体处理能力， 广泛应用于苹果计算机和移 动设备领域。
Android系列
由Google公司和开放手机联 盟联合开发的基于Linux的 开源移动操作系统，具有广 泛的应用软件支持和良好的 用户体验，广泛应用于智能 手机和平板电脑等领域。
操作系统的分类和特点
批处理操作系统
将用户提交的作业成批地处理，分为单道和多道批处理系统 。
分时操作系统
允许多个用户通过终端同时与计算机交互，共享主机资源。
操作系统的分类和特点
80%
实时操作系统
对外部输入的信息在规定的时间 内做出响应，适用于实时控制和 实时信息处理等领域。
100%
网络操作系统
计算机组装试题
第一章一、填空１、计算机系统由（）、（）两部分组成。
２、微型计算机硬件基本结构包括（）、（）和（）三个主要组成部分，它们三者由（）连接，构成一个有机的整体。
３、输入／输出（Ｉ／Ｏ）子系统一般包括（）和（）。
４、（）是构成计算机系统的物质基础，而（）是计算机系统的灵魂，二者相辅相成，缺一不可。
５、驱动程序在（）和（）之间进行命令翻译。
６、内部总线位于（）内部，外部总线通常称为（）。
二、名词解释１、字长：２、系统总线：３、输入设备：４、总线：三、判断１、磁盘驱动器也是一种输入输出设备。
（）２、１ＫＢ＝１０００Ｂ（）３、人使用带有病毒的计算机后就会生病。
（）４、系统软件就是买来的软件，应用软件就是自己编写的软件。
（）５、数据总线是双向总线，地址总线是单向总线。
（）四、选择１、Ｉ／Ｏ设备的含义是（）。
Ａ、通信设备Ｂ、网络设备C、后备设备D、输入输出设备２、下列设备中既属于输入设备又属于输出设备的是（）。
Ａ、硬盘驱动器B、显示器Ｃ、打印机Ｄ、键盘３、Ｉ／Ｏ接口电路是介于计算机和外部设备之间的电路，具有以下基本功能（）。
Ａ、对数据的缓存作用Ｂ、对信号的变换作用C、联络作用D、放大作用４、机箱面板有（）。
Ａ、电源开关B、复位开关Ｃ、硬盘指示灯Ｄ、电源指示灯５、中央处理器是微机的核心，其基本功能是进行（）。
Ａ、数据的算术运算和逻辑运算Ｂ、暂存数据Ｃ、控制和指挥其他部件协调一致的工作Ｄ、自检６、计算机中所有信息都是用（）来表示的。
Ａ、八进制代码Ｂ、二进制代码Ｃ、ＡＳＣＩＩ码Ｄ、ＢＣＤ码７、计算机存储容量的基本单位是（）。
Ａ、位Ｂ、字节Ｃ、字长Ｄ、字８、以下哪一项不可以做微机的输入设备。
（）Ａ、鼠标Ｂ、键盘Ｃ、显示器Ｄ、扫描仪９、第一代计算机采用的电子元件是（）。
Ａ、电子管Ｂ、集成电路Ｃ、大规模集成电路Ｄ、晶体管１０、世界上第一台电子数字计算机研制成的时间是（）。
Ａ、１９４６年Ｂ、１９４７年Ｃ、１９８１年Ｄ、１９８２年１１、计算机总线中不包括（）。
《中央处理器—CPU》教案修改
计算机组装与维护第二章课题名称：《中央处理器——CPU》教学时间：4课时讲课教师：李天平教学目标：1．知识目标：了解中央处理器——CPU的品牌，型号，性能以及如何选购CPU。
2. 技能目标：学会如何安装和拆卸CPU。
3．能力目标：培养学生通过观察和亲身经历去寻找解决问题的最佳办法；培养学生自我探索、自我激励、自主学习和团队协作能力。
4．情感目标：培养学生的责任意识，让他们在实践中实现自我激励，体验成功的乐趣，从而激发学生的求知欲和探索的兴趣。
5．拓展目标：通过实践，让学生将课堂学习与专业技能实践结合起来，帮助学生养成自主学习，自觉实践的习惯，锻炼专业技能，增强“乐学好学”意识。
职业技能教学点：随着计算机的普及推广，计算机已经成为日常工作和生活中必不可少、且最具效率的数据管理工具，让学生学会中央处理器——CPU的品牌，型号，性能以及如何选购CPU，能够组装和拆卸CPU，并结合学生的生活和学习实际设计问题，在活动过程中培养学生应用所学知识解决问题的能力，可以为今后解决相关问题打下基础。
如：购买电脑不会上当，能优化电脑配置，使其在生活，工作和学习中受益。
教学设计：组织教学——引入新课——讲授新课——动手实践——本课小结——课后作业在课程设计中，不仅要着眼于知识的传授和传递，更重要的是运用知识解决具体问题的能力培养，要注重学生思维品质的形成和认知技能的发展。
在以上循序渐进的任务体系中，学生作为教学活动的主体，主动经历了知识的发生、发展和形成结论的思考、探索过程，通过意义建构，不断地积累知识、提高学习能力。
教师在活动中起着关键的启发、引导作用。
教学手段：我主要采用案例教学法、提问法、任务驱动法、讲授法、实践法来组织教学。
通过设计记录启动大型软件所需时间，使学生感性的认识了解CPU在计算机中的地位，激发他们对后续步骤的探索兴趣，培养学生的观察、分析力还有总结问题的能力。
从解决问题出发，让学生亲历处理信息、开展交流、相互合作的过程。
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1.
封装时主要考虑的因素： 芯片面积与封装面积之比，尽量接近1：1, 提高封装效率 引脚尽量短以减少延迟，引脚间距尽量远， 保证互不干扰，提高性能 封装越薄越好,便于散热
2.
3.
1、DIP（Dual in line package）双列直插封装。 在PCB板上焊接，体积大。中小规模的IC中， 引脚数一般不超过100，有两排引脚，需要 插入到具有DIP结构的芯片插座上，也可以 直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板 上进行焊接。4004、8008、8086、8088等 CPU都采用了DIP封装
7 370 423 A 478 603 604
引脚数 321 370 423 462 478 603 604
支持平台 Pentium MMX Pentium 2/3 Pentium 4 1.3GHz～1.8GHz AMD Athlon XP/Duron Pentium 4 Xeon MP和早期的Xeon Xeon MP/Intel64位的Xeon
CPU的物理结构分为内核、基板、填充物、 CPU的外部结构 2.1.2 CPU的外部结构 封装及接口五部分。基板上还有控制逻辑和 贴片电容等。 1．CPU的基板 CPU的基板 基板承载CPU核心用的电路板。负责内核芯 基板承载CPU核心用的电路板。 片与外界的通信，并决定核心的时钟频率 2．CPU的核心 CPU的核心 CPU中间凸起部分是核心芯片或CPU核心 CPU中间凸起部分是核心芯片或CPU核心 （Die），是CPU硅晶片部分。完成指令和数 Die），是CPU硅晶片部分。 据处理
939 Athlon 64/Athlon 64 FX/Athlon 64 X2 AMD64位桌面Athlon 64 X2/Athlon 64 FX
Socket AM2
940
200
Socket 940
940 AMD64
200
Socket F
1027 AMD服务器 /工作站
200
5.封装
封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。 作用： (1)起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能 (2)便于安装和运输, (3)与外界隔离，防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀 而造成电气性能下降 (4)是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁——芯片上 的接点用导线连接到封装外壳的引脚上 ，引脚又 通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。 (5)采用不同封装技术的CPU，在性能上存在较大差距。
2.1
分类、 分类、结构和主要参数 CPU的分类 CPU的分类
2.1.1
（1）按CPU的生产厂家分类 ）按CPU的生产厂家分类 （2）按CPU的位数分类 ）按CPU的位数分类 （3）按CPU的接口分类 ）按CPU的接口分类
（4）按CPU型号或标称频率分类386/486/P ）按CPU型号或标称频率分类386/486/P （5）按CPU的核心数量分类:单核/双核/四 ）按CPU的核心数量分类:单核/双核/ 核 （6）按CPU的核心代号或制造工艺分类 ）按CPU的核心代号或制造工艺分类 （7）按适用类型分类 ① 桌面版 ② 移动版 ③ 服务器版
3．填充物 内核和基板之间,作用是缓解来自散热器的 压力，固定芯片和电路基板。连接着温度 有较大差异的两部分，其质量的优劣直接 影响着整个CPU的质量。
Athlon XP的外观
Pentium 4的外观
3．填充物 内核和基板之间,作用是缓解来自散热器的压 力，固定芯片和电路基板。连接着温度有 较大差异的两部分，其质量的优劣直接影 响着整个CPU的质量。
2、PQFP/PFP： plastic Quad Flat package/ plastic Flat package,塑料方型扁平式封装/塑料扁平式封装。 四排引脚，PCB板上焊接。信号可靠。芯片引脚之 间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大规模集 成电路采用这种封装形式，其引脚数一般都在100 以上。该技术封装CPU时操作方便，可靠性高；而 且其封装外形尺寸较小
800MHz的HyperTransport 双通道DDR2 200 800MHz的HyperTransport 667MHz、1066MHz和 200 1333MHz 200 200 200 1000MHz的 HyperTransport双通道内 存 1000MHz的 HyperTransport双通道 DDR2 1001MHz的 HyperTransport双通道内 存ECC 1000MHz的 HyperTransport双通道 ECC DDR2
外频 66 100 100 133 133/200 133 133/200
支持技术
Socket S1 Socket 754 Socket 771 Socket 775 /T Socket 939
638 AMD64位移动CPU 754 AMD64 771 Xeon 5000 /Xeon 5100 775 P4/P4 EE/Celeron D/双核心Pentium D/Pentium EE/Cornoe
FC-PGA:Flic chip。倒装芯片，反转芯片针脚栅
格阵列，芯片的处理器部分被暴露在处理器的上 部，缩短连线，更有效的冷却芯片。芯片底部的 针脚是锯齿形排列的。FC-PGA 封装用于P III 和 赛扬 处理器。
FC-PGA2 ：集成式散热器 (HIS) 安装到处理器片上。
HIS 与片模有很好的热接触，提供了更大的表面积以 更好地发散热量，显著地增加了热传导。 FC-PGA2 封装用于PIII 和赛扬处理器和奔P4 （478 针）。
LGA（Land Grid Array，基板栅格阵列）封装技术以触 点代替针脚，也称为Socket T。 LGA封装的特点是：用金属触点式封装取代针状插脚， 降低了CPU处理传输的延迟；在主板上安装CPU时借助 CPU固定盖而不是拉杆，更加方便安全，可使CPU的触 点正确地压在Socket插座的弹性触须上。
图2-33 Socket 370 CPU插座
(3) Socket A插座 AMDSocket A（Socket 462）是为 AthlonCPU设计的接口标准。Athlon、 Duron和Athlon XP CPU都采用。
图2-34 Socket A CPU插座(4)
(4) Socket 478 IntelSocket 478 接口支持Pentium 4 CPU
图2-35 Socket 478 CPU插座
（5）Socket 775 LGA接口 Intel LGA775封装的CPU所对应的 CPU接口
（6）Socket AM2/AM2+接口
2006.5发布支持DDR2内存的AMD64位桌面 CPU的插槽标准，有940个针脚插孔
类型 Socket Socket Socket Socket Socket Socket Socket
常见的AMD CPU型号: 常见的AMD CPU型号: Phenom羿龙X4四核系列：AMD Phenom X4 9900 X4四核系列 四核系列： （2.3GHz）、Phenom X4 9700（2.2GHz）、 2.3GHz）、Phenom 9700（2.2GHz）、 Phenom X4 9600（2.3GHz）、Phenom X4 9100e 9600（2.3GHz）、Phenom （1.8GHz）等型号。 1.8GHz）等型号。 Phenom三核系列 Phenom三核系列：AMD Phenom 8600（2.3GHz） 三核系列： 8600（2.3GHz） 等型号。 Athlon 64 X2双核系列：AMD Athlon 64 X2 5200+ X2双核系列 双核系列： （2.7GHz）、5000+（2.6GHz）、4800+ 2.7GHz）、5000+（2.6GHz）、4800+ （2.5GHz）、4400+（2.3GHz）、4000+（2.1GHz） 2.5GHz）、4400+（2.3GHz）、4000+（2.1GHz） 等型号。
QFP封装的80286
PFP封装的80386
3、PGA：Pin Grid Array,针型栅格阵列，针脚沿芯片的四周间隔 一定的距离排列成阵，CPU插座ZIF（zero insertion Force）,操作 方便。 有PPGA，CPGA，OPGA，FC-PGA， FC-PGA2之分。
“PPGA” 为“Plastic Pin Grid Array”， 是塑料针栅格阵列的缩写，为了提高热 传导性，PPGA 在处理器的顶部使用镀 镍铜质散热器。芯片底部的针脚是锯齿 形排列的。
4．CPU的接口 CPU的接口
CPU通过接口与主板相连，CPU接口和主板插 座必须完全吻合。 CPU的接口有触点式、针脚式、引脚式。 针脚式接口也称Socket，Socket接口的CPU有数 百个针脚（因为针脚数目不同而称为Socket 940、 Socket 478等）对应插在主板CPU插座的针孔上。 触点式接用触点连接方式,主要使用于LGA 775 封装（也称Socket T）的Intel Core 2 Duo（酷睿 2双核）和Quad（酷睿2四核），以及较早的 Pentium D和Pentium EE系列处理器. 卡式接口称为SLOT，卡式接口的CPU像各种扩 展卡（如显卡、声卡和网卡等）一样，主板上 必须有对应的SLOT插槽。
BGA ：Ball Grid Array,球型，不可拆装，用于 移动CPU。触点连接。和主板焊接一起，电 气性能好。空间小。
Pe.2 CPU的主要技术参数 CPU的主要技术参数 1．CPU型号 CPU型号
目前常见的Intel CPU型号: 目前常见的Intel CPU型号: Core 2四核极品系列：Intel Core 2 Extreme QX9650 2四核极品系列 四核极品系列： （3.0GHz，45nm）、QX6850（3.0GHz，65nm）等 3.0GHz，45nm）、QX6850（3.0GHz，65nm）等 型号。 Core 2四核系列：Intel Core 2 Quad Q9300（2.5GHz， 2四核系列 四核系列： Q9300（2.5GHz， 6MB L2）、Q9450（2.66GHz，12MB L2）、Q9550 L2）、Q9450（2.66GHz， L2）、Q9550 （2.83GHz，12MB L2）等型号，Intel Core 2 Quad 2.83GHz， L2）等型号，Intel Q6600（2.4GHz）、Q6700（2.66GHz）等型号。 Q6600（2.4GHz）、Q6700（2.66GHz）等型号。 Core 2双核极品系列：Intel Core 2 Extreme X6800 2双核极品系列 双核极品系列： （2.93GHz）等型号。 2.93GHz）等型号。