微型计算机体系结构

大学计算机第三章第四节微型计算机体系结构重点内容总结，内容丰富逻辑清晰，欢迎大家参考学习！

微型计算机的系统组成

• 主机箱
  • 主板可从系统组成角度上分为三个物理层
    • 芯片（集成电路）
      • 模拟集成电路
      • 数字集成电路（大多数）
      • 计算机最重要的芯片是CPU
    • 主板（系统板/母板）
      • 微机中最大的一块电路板
      • 主板安装在机箱内，CPU和内存直接安装在主板上
      • 主板作为其他硬件运行的平台，为计算机的运行发挥了联通和纽带的作用
      • 开放式结构，配有拓展插槽，用于插接外部设备的控制卡（适配器）
      • 芯片组（核心组成部分）
        • 芯片组是主板的灵魂，几乎决定了主板的功能，进而影响到整个计算机系统性能的发挥
        • 北桥芯片（主导性作用，又成主桥）
          • 提供对CPU的类型和主频，内存的类型和最大容量，ISA，PCI，AGP插槽，ECC纠错等的支持
        • 南桥芯片
    • 系统单元
      • 通常把主机箱看成是一个独立的系统单元
      • 主机箱里并不只有主机部件，还有其他一些设备的驱动器
      • 其他外部设备通过电缆和接口与系统单元相连
• 显示器
• 键盘
• 鼠标
• 外部设备
• 微处理器与协处理器
  • 微处理器
    • 将CPU（运算器、控制器）以及一些需要的电路集成在一个半导体芯片上
    • 优点：体积小，重量轻和容易模块化
  • 协处理器
    • 功能：辅助微处理器完成特殊任务，用于减轻处理器的负担
    • GPU
• 微型计算机的两大结构特点： 一，采用微处理器作为CPU 二，采用总线实现系统连接 ※微处理器是计算机的心脏，总线是微机的神经
• 以总线为数据通道的微机体系结构
  • 总线的类型
    • 内部总线（片内总线）
      • 在CPU集成电路芯片内部的总线，作为CPU内部的公共数据通道，用于提高控制器，运算器及各逻辑单元之间的信息传送效率
    • 系统总线
      • 主要提供了CPU与计算机系统各部分之间的信息通路，决定了CPU与主存，内部与外部的联络方式
      • 数据总线：传输指令和数据信息
      • 地址总线：传输指令和数据的地址信息
      • 控制总线：将微处理器与微机系统各部件之间的连接组织在一起，传递CPU发出的各种控制信号以及各部件的回答信号
      • 三总线结构
    • 外部总线（扩展总线）
      • 微机与外部设备之间的总线
      • 提供了计算机系统的功能扩展
  • 总线的技术指标
    • 总线带宽
      • 单位时间内总线可传送的数据量，表达了数据的传输率
      • 与总线位宽，总线频率的关系
        • 总线带宽＝总线频率×总线位宽/8
        • 总线带宽＝（总线位宽/8）/总线周期
    • 总线位宽
      • 总线能同时传送的二进制位数，总线位数越多，传输数据就越快
    • 总线频率
• 微型计算机的多级储存体系
  • 微处理器存储层—第一层
    • 由CPU内部的通用寄存器组，指令与数据缓冲栈来实现
    • 通用寄存器的数量非常有限，不可能承担更多的数据存储任务，仅用于存储使用最频繁的数据
  • 高速缓冲存储层—第二层
    • 设置在微处理器和内存之间，高速缓冲存储器cache由静态随机存储器SRAM组成，通常集成在CPU芯片内部，容量比内存小的多，但速度比内存快得多，接近CPU的速度
    • cache的使用依据是程序局部性原理，信息来自于内存
  • 主存储器层（内存）—第三层
    • CPU可以直接访问的唯一大容量存储区域，内存的速度在很大程度上决定了系统的运行速度
    • 内存
      • 存储体
        • 用来存放数据
      • 地址译码驱动电路
        • 包含译码器和驱动器两部分，接受来自于系统的地址总线（AB）的信息，并进行译码产生有效电平，完成对被选中存储单元的读写操作
      • I/O和读写电路
        • 用已完成被选中存储单元中各位的读出和写入操作
  • 外存储器层
    • 软盘
    • 硬盘
      • 固定硬盘（联机外存）
        • 通常是和主板连接，固定在主机箱内，操作系统等平台软件必须存放在联机硬盘中
      • 移动硬盘
        • 属于移动存储设备，比光盘U盘存储容量大得多
    • 磁带
    • CD
    • 磁卡
    • 特点：具有永久保存信息且大容量的特点
  • 综上所述，每一种储存器都不是孤立的，而是有机整体的一部分， 以内存-外存为主体的多级存储体系会长期存在
• 外部设备与通信接口
  • 外部设备
    • 外部存储设备
      • 扩展内存
    • 输入输出设备
      • 实现人和计算机的交互
  • 通信接口
    • 将外部设备和主机连接，以实现信息的存储及输入输出
  • 扩展卡与扩展槽
    • 扩展卡（配适器）是实现扩展功能的装置，有的扩展卡作为外部设备经过电缆与计算机链接
      • 视频卡
      • 声卡
      • 内置调制解调器
        • 一种通信装置，它可以使计算机通过电话线与另一台机器通信
      • 已被集成在主板上
    • 扩展槽
      • 专门为连接扩展卡准备的，微机主板上通常都有多个扩展槽
  • 接口
    • 串口
      • 每次只能传送一个二进制位，多用于数据传输速度要求不是很快的设备，如鼠标，键盘等
    • 并口
      • 每次能传送一组二进制位，数据的传送比串口快，e.g.显示器，打印机
    • USB接口
  • 外部存储设备
    • 光盘，分CDROM，DVD，需要光驱才能工作
    • U盘
    • 速度：硬盘＞光盘＞软盘＞磁带
    • 存储容量：硬盘＞光盘＞磁盘
  • 输出设备
    • 显示器
      • 阴极射线管显示器：台式计算机
      • 液晶显示器：笔记本计算机
      • 内容以像素为单位，像素越小，分辨率越大，图形就越清晰美观
      • 显示配适器（显示控制器）
    • 打印机
      • 打印机控制器（打印配适器）并行接口
  • 输入设备
• 微型计算机的性能指标
  • 字长
    • 微型处理器一次能够完成的二进制运算的位数
  • 主频
    • CPU的时钟频率
  • 内存容量
  • 外部存储器的容量
  • 外设扩展能力
• 微型计算机体系结构