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第二節(jié) 計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)

1. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

根據(jù)馮·諾依曼模型，計(jì)算機(jī)硬件由5大部分組成：

l   運(yùn)算器

l   控制器

l   存儲器

l   輸入設(shè)備

l   輸出設(shè)備

2. 計(jì)算機(jī)的指標(biāo)

（1）位數(shù)

也稱字長，是指CPU一次能處理多少位的數(shù)據(jù)（二進(jìn)制），字長越長，數(shù)的表示范圍也越大，精度也越高。

l   位（bit或b）：計(jì)算機(jī)中最小的數(shù)據(jù)單位

l   字節(jié)（Byte或B）：計(jì)算機(jī)存儲容量的基本單位

l   字（word）：由一個或若干個字節(jié)組成，通常為16位。

（2）速度

中央處理器的主頻越高，其處理速度也就越快

l   MIPS（Million Instruction Per Second）：每秒鐘執(zhí)行的百萬條指令數(shù)

l   MFLOPS（Million FLOating Instruction Per Second）：每秒鐘執(zhí)行的百萬條浮點(diǎn)指令數(shù)

（3）容量

容量是指計(jì)算機(jī)所能存儲的程序和數(shù)據(jù)的多少

存儲容量的單位是字節(jié)，用B表示，還有KB、MB、GB、TB、PB等

l   1KB=2¹⁰B=1024B≈10³B

l   1MB=2²⁰B=1024²B≈10⁶B

l   1GB=2³⁰B=1024³B≈10⁹B

…..

其他幾個指標(biāo)（主要用來衡量硬盤）

l   平均尋道時間：磁頭沿著盤徑移動到需要讀寫的那個磁道所花費(fèi)的平均時間

l   平均等待時間：需要讀寫的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下面所花費(fèi)的平均時間

l   平均訪問時間：磁頭找到所需讀寫的扇區(qū)所需要的時間，平均訪問時間=平均尋道時間+平均等待時間

l   硬盤的數(shù)據(jù)傳輸速率：磁頭找到所讀寫的扇區(qū)后，每秒鐘可以讀出或?qū)懭氪疟P的字節(jié)數(shù)

（4）數(shù)據(jù)傳輸速率

數(shù)據(jù)傳輸速率指的是每秒鐘傳輸多少比特的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)傳輸速率單位為bps（或b/s）、Kbps、Mbps、Gbps

l   1Kbps=10³bps

l   1Mbps=10⁶bps

l   1Gbps=10⁹bps

（5）可靠性

l   平均無故障時間（Mean Time Between Failure, MTBF） ——可靠性

l   平均故障修復(fù)時間（Mean Time To Repair, MTTR）——可維修性

3. 計(jì)算機(jī)分類

（1）按照原理來分

l   數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)

l   模擬式電子計(jì)算機(jī)

l   混合式電子計(jì)算機(jī)

（2）按照計(jì)算機(jī)用途分類

l   通用計(jì)算機(jī)：解決各種問題

l   專用計(jì)算機(jī)：解決一個或一類特定問題

（3）按照計(jì)算機(jī)性能分類

l   巨型機(jī)

l   小巨型機(jī)

l   大型機(jī)

l   小型機(jī)：16位的PDP-11及32位的VAX-11系列

l   工作站：Sun系列工作站

l   個人計(jì)算機(jī)

4. CPU芯片的發(fā)展歷史

按照位數(shù)劃分，可以分為：

l   4位（Intel的4004、4040）

l   8位（Intel的8008、8080、Zilog的Z80、Motorola的6800）

l   16位（Intel的8086、8088、80186、80286）

l   32位（Intel的386、486、奔騰、奔騰II、奔騰III、奔騰4）

l   64位（Intel的安騰、AMD的速龍64、HP的Alpha）

5. 奔騰芯片的技術(shù)特點(diǎn)

（1）超標(biāo)量技術(shù)

通過內(nèi)置多條流水線來同時執(zhí)行多個處理，其實(shí)質(zhì)是用空間換取時間。

這兩條流水線如果同時工作，則他們必須都執(zhí)行精簡指令。

（2）超流水線技術(shù)

通過細(xì)化流水，提高主頻，使得機(jī)器在一個周期內(nèi)完成一個甚至多個操作，其實(shí)質(zhì)是用時間換取空間。

（3）分支預(yù)測

為提高流水線吞吐率，內(nèi)置分支目標(biāo)緩存器，動態(tài)的預(yù)測程序分支的轉(zhuǎn)移情況。這樣預(yù)取的指令恰好是將要執(zhí)行的指令。

（4）雙Cache的哈佛結(jié)構(gòu)

一個用于數(shù)據(jù)緩存，一個用于指令緩存。

（5）固化常用指令

（6）增強(qiáng)的64位數(shù)據(jù)總線

奔騰的內(nèi)部總線是32位的，但它與存儲器之間的外部總線增為64位。

（7）總線周期通道技術(shù)

總線周期通道技術(shù)能使CPU在第一周期完成之前就開始第二周期。

（8）采用PCI標(biāo)準(zhǔn)的局部總線

PCI總線與ISA總線進(jìn)行了激烈的競爭，PCI取得明顯優(yōu)勢。

（9）安騰芯片的技術(shù)特點(diǎn)

奔騰是32位芯片，主要用于臺式機(jī)和筆記本電腦；而安騰是64位芯片，主要用于服務(wù)器和工作站。安騰采用了EPIC，即簡明并行指令計(jì)算（Explicitly Parallel Instruction Computing）技術(shù)。

6．主機(jī)技術(shù)

（1）主板的組成

主機(jī)板簡稱主板（Mainboard）或母板（Motherboard），它是計(jì)算機(jī)的主要部件，通常由5部分組成：

l   CPU

l   存儲器

l   總線

l   插槽

l   電源

（2）主板的分類

主板分類方法很多，處在不同的角度，就有不同的說法。

l   按CPU芯片分類，如486主板、奔騰主板、奔騰4主板等。

l   按CPU插座分類，如Socket 7主板、Slot 1主板等。

l   按主板的規(guī)格分類，如AT主板、Baby-AT主板、ATX主板等。

l   按存儲器容量分類，如16MB主板、32MB主板、64MB主板等。

l   按芯片集分類，如TX主板、LX主板、BX主板等。

l   按是否即插即用分類，如PnP主板、非PnP主板等。

l   按系統(tǒng)總線的帶寬分類，如66MHz主板、100MHz主板等。

l   按數(shù)據(jù)端口分類，如SCSI主板、EDO主板、AGP主板等。

l   按擴(kuò)展槽分類，如EISA主板、PCI主板、USB主板等。