2011年计算机等级考试三级PC技术第三章要点(11)

　　第三章

　　一、微型计算机硬件组成与工作原理，微处理器的原理与组成:微处理器结构，指令及其执行过程，程序中断，支持芯片及其与CPU的互连

　　微机的基本配置包括主机箱(内含CPU、内存、外存、I/O接口、总线等部件)、显示器、键盘和鼠标器。

　　在微机主板上的主要部件包括CPU、快存与主存、ROM与CMOS电路、支持系统工作的控制电路(磁盘控制、中断控制、DMA控制、系统定时控制、DRAM刷新控制等)、总线和扩展插槽等。在主板上一般有4个或8个内存条插槽。每个内存条的容量可以是4MB、8MB、16MB或更大。内存条有30线、72线和168线，其数据位宽分别为16位、32位和64位。

　　主存储器常采用EDO(Extended Data Out)DRAM和SDRAM(同步DRAM)两种快速芯片。目前在主板上一般都有3个PCI总线插槽和4个ISA总线插槽，一共可插入7块I/O卡。目前奔腾机主板上一般有1个并行口，2个串行口，一个软盘插口(可接4个软驱)，1个IDE插口(可接一个硬盘驱动器和一个光盘驱动器)。

　　微机常用的输入设备有:键盘、鼠标器、扫描仪、数字化仪以及条形码读入器、磁卡读入器、IC卡读入器等。

　　微机常用的输出设备有:显示器、打印机、绘图仪等。

　　1.微处理器的基本部件

　　微处理器的基本部件包括运算单元、控制单元和总线接口单元，在运算单元中有若干寄存存储器组。

　　2.指令及其执行过程

　　指令主要由两部分组成:操作码和操作数(或操作数地址)。微处理器的指令长度为一字节或多字节构成。微处理器的指令系统曾经为了兼容性而越来越复杂，而事实上使用频率很高的指令只有很少一部分，因此提出了精简指令系统计算机(RISC)的概念。RISC结构指令长度固定，指令格式与种类简单，在硬件和软件上采取相应措施，可以提高指令的执行速度，获得较高的性能/价格比。

　　指令的执行过程包括5个步骤:取指令、指令译码、取操作数、执行运算和回送结果。在现代微处理器中通常采用流水线结构，使指令的不同步骤对不同的指令同时执行，就象工厂的流水线一样，这样指令的执行时间主要与CPU的时钟周期有关，而与指令执行需要多少步骤无关。3.时钟周期、总线周期与指令周期

　　时钟周期是CPU时钟频率的倒数。

　　总线周期是CPU通过总线读写存储器或I/O设备所需要的时间。

　　指令周期是从取指令开始到回送结果完成所需要的时间，不同的指令其指令周期也不相同。在8086CPU中，一条指令的指令周期包含一个到几个总线周期;一个总线周期又包含4个或4个以上的时钟周期。在80486及其以上的CPU中，由于采用指令的流水线结构，可以在一个时钟周期内执行1条甚至多条指令。

　　4.CPU的支持芯片及其与CPU的互连

　　早期CPU(8086、80286)的支持芯片分为两类:

　　①协处理器、总线控制器、时钟电路、地址驱动电路、数据收发电路等，通过局部总线与CPU相连，支持CPU访问内存和完成指令功能;

　　②中断控制器(8259)、DMA控制器(8237)、定时/计数器(8253)、通过系统总线与CPU相连，支持CPU完成I/O操作。

　　在Pentium机中现在普遍采用基于PCI/ISA总线的系统结构，CPU的支持芯片也分为两类:①主存与二级Cache控制器芯片，CPU局部总线至PCI总线的桥控制芯片，用来连接软驱、硬驱、光驱、网卡等快速外设;

　　②PCI接口芯片(可选择IDE、SCSI或LAN接口)，PCI至ISA的桥芯片(实现PCI总线到ISA总线的转换，并将8238、8259、8253等芯片集成其中)，ISA总线用来连接打印机等慢速外设。

　　5.80X86CPU系列的发展

　　8086CPU，数据位宽16位，地址线20条，可访问内存空间1MB，不支持虚存。其内部由2个部件组成:执行部件(EU)和总线接口部件(BIU)。

　　8086CPU，数据位宽16位，地址线24条，可访问内存空间16MB，支持段式虚存，最大虚存容量为1GB(2 30 B)，工作方式分为2种:实地址方式和保护方式。其内部由4个部件组成:总线部件(BU)、指令部件(IU)、执行部件(EU)和地址部件(AU)。

　　80386CPU，数据位宽为32位，地址线32条，可访问内存空间4GB，支持段页式虚存，最大虚存容量为64TB(2 46 B)，工作方式分为3种:实地址方式、保护方式和虚拟8086方式。其内部由6个部件组成:总线接口部件、指令预取部件、指令译码部件、执行部件、分段部件、分页部件。80486CPU，除80386的指标外，主要是将80386协处理器和8KB的高速缓存(Cache)集成在芯片中。

　　Pentium CPU，数据线位宽64位，地址线32条，其主要特点是采用了超标量流水线(即多条指令流水线)结构，在一个CPU时钟周期内能完成两条指令;具有分支指令预测功能;将常用指令固化;具有系统管理模式(SMM)功能(例如当系统暂时不工作时，令其处于休眠状态，以降低能耗，按任一键，可唤醒之)等。

　　PentiumⅡ具有化复杂指令为精简指令的功能，也就是具有CISC和RISC二者的优点;它含有3路超标量结构，14级指令流水线;在芯片中包含了16KB高速缓存和256KB二级高速缓存。}

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