第2章计算机硬件系统

✓特性： DB双向的，宽度决定了CPU和其他设备间交换数据的位数， 即运算能力，通常与寄存器位数相同
AB是单向的，传送CPU发出的地址信息，其宽度决定了 CPU的最大寻址能力，即主存容量。p64-计算题：11,2,4,5,6题。
思考题：AB的宽度为4b，该机能寻址的范围是（?）字节。
CPU
多核
多核处理器p51-图2-16-在任务管理器上可见各核使用状态
是指在一个处理器上集成多个运算核心，从而提高计算能力。
Core Yonah 65nm核心照片
✓双核心分类：
原生双核（AMD）和封装双核（Intel）
✓AMD的双核： 将两个内核做在一个Die（晶元）上， 通过直连架构连接起来，集成度更高。
✓Intel的双核（“双芯”如左上图）：
将在不同Die（晶元）上的两个内
微型计算机系统p49:=软件+硬件
超级计算机
系统组成
微型计算机硬件系统-p49—重点讲授
控制器 运 算
寄存器 器
void main( ) {
int a, b, c; scanf("%d%d", &a,&b);
输 入 设 备
主（内）存储器
输 c=a+b; 出 printf("c=%d\n",c); 设} 备
➢ 按传输方式分类（传统接口形式p62倒数第1段）： •串行接口:单线(或1对)、单列、慢、稳定，长距离 •并行接口:多线、多列、快、易错，适于短距离传送
➢ 新型接口—USB(通用串行总线Universal Serial Bus) (1996年推出，取代串/并口。p63第2段)
高速、串口、可热插拔。USB 2.0-480Mbps USB 3.0 >=4.8Gbps
‘A’0 1 0 0 0 0 0 1
‘B’0 1 0 0 0 0 1 0 ‘a’ 0 1 1 0 0 0 0 1 ‘b’ 0 1 1 0 0 0 1 0
多核
01234 0000 1111 0011 0000 0000 0000 0101 1010
5个存储单元
辅存
外存储器—p54--CPU不能直接访问
外存储器
✓ CPU：微处理器(控制+运算+寄存)p50
✓ 主机：CPU + 主/内存储器 ✓ 外设: I/O+ 辅/外存储器 ✓ 主板: 最大一块电路板,各部件的连接平台
下面根据该程序，介绍各器件和工作原理
硬件系统
工作原理
void main( ) {
int a=5, b=4, c; c=a+b;
CPUp50计算机工作原理5+4 p50倒数第3段：取指令-执行指令、cpu内部结构
控制器
运
算
存
寄存器
器
储
ALU
CU
内部总线
器 ?+?
printf("c=%d\n",c);
}
O设备
9
✓运算器: 算术(+-*/)和逻辑(逻辑加/乘/非)
✓控制器: 读取指令/分析/发出控制指令
指令
指令内容
顺序 执行操作操作码 操作数
✓寄存器: 直接参与运算/存放中间结果
1 取数-0100 2 取数-0100
软盘
铝合金圆盘
磁存储-p55 图2-22、23
光驱
光 盘
Flash memory-闪存
光盘存储-p56-图2-25
“非易失性”指断电后数据仍能保留的半导体存储器。p57第一自然段。
主存
输入
输入设备-p59
键盘-输入文字
扫描仪--输入图片
麦克风-输入声音
鼠标-点选图形界面 手写板-文字输入
摄像头-输入影象
计算机的总线结构p51-图2-15
I+O设备+外存储器=外设(简称I/O设备)、运算+控制+存储=主机、接口外设与主机桥梁
取数
P8-图1-2 微型机组成框图
数据总线
微机的组成 微
微处理器
处 理
存储器
I/O接口
存储器
器
I/O设备
地址总线
I/O
CPU
✓按位置：内部总线、外部总线
控制总线
✓按功能：数据(Data Bus)、地址(Address Bus)、控制(Control Bus)
小格， 许多die
大的 核封装在一起。
✓晶元：单晶硅棒经过抛光、切片之后，就成为了大晶元片。直径在3~12英
寸。晶元越大，同一圆片上可生产的die就越多，可降低成本。
总线结构
主存
存储器系统—p52-重点讲授主存储器
✓主存( 内存）： 存放数据和程序的部件称为存储器，主存和辅存。 存放CPU正在、即将处理或处理完毕的数据，是CPU可 直接访问的存储器。主要材料半导体。
CCDp60-电荷耦合器件是图像输入设备的核心部件—俗称“光眼”。高感
光度的半导体成像器件，通过模数转换芯片将光信号转换成数字信号—
2009年诺贝尔物理学奖—2名美籍科学家—1969年发明。
外存
输出
输出设备-p61
显示器 打印机
绘图仪
输入
接口
外部设备接口-p62
COM源自文库
➢ 接口 : Portp62倒数第3段 是设备与计算机或其他设备的连接端口，是1组信号交换标准
注意M、G、b的含义
输出
END
第3代的 小规模集成电路
第2章计算机硬件系统
巨型/超级计算机列表（201106）p48
全球超级计算 机500强评选始 自1993年，每 半年评选1次。 评选由美国能 源部劳伦斯.伯 克利国家实验 室、田纳西大 学和德国曼海 姆大学共同完 成。
名次 名称 1 K COMPUTER 2 天河一号国防科技大学 3 JAGUAR
峰值速度 Petaflop/s 千万亿次/s
8.16
日本
2.57
中国
1.76
美国
由数百数千甚至更多的处理器（机）组成的、能计算普
计算速度>=1T次/s
通PC机和服务器不能完成的大型复杂课题的计算机。 (天河一号，就用了逾7000个Intel处理器）
2014年6月：第1名-天河2号-5.49亿亿次。
5-0101 4-0100
✓字长: 单位时间内能同时处理的比特数 3 加法-0010 5，4
✓总线: 信息传递的高速公路按下页，介绍总线结构
4 存数-0101 9-1001
5 打印-1000
9
冯机2：程序存储。自动执行指令集合 6 停机-1111 （取分析执行指令，指令即2进制编码）
硬件系统
总线结构
✓存储器的组成： 由许多存储单元组 成(存放2进制位的电 路) ，一典型的存 储单元的容量是8 位(即由8个2进制 位组成8bit)，1B。 每个单元的唯一标 识称为地址。
地址不变，内容可 变后续介绍数制及编码
0 1234
5 6789
10 11 12 13 14
存储单元及其地址 例, ASCII码p28