『期末复习』微处理器发展历程与微型计算机结构

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首发日期：2022年6月26日星期日

上期文章：『期末复习』第一台计算机ENIAC与冯氏结构

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运算器和控制器合在一起称为中央处理单元—CPU（Central Processing Unit）

把整个CPU集成在一个集成电路芯片上，就把它称为微处理器（Microprocessor）。

1.中央处理器CPU

作用：将运算器和控制器集成在一起，用来解释指令并执行。

查看自己CPU位数：

CMD: systeminfo

查看自己CPU是否多核？（）

2.CPU 的制造工艺(扩展知识)

CPU制造工艺又叫做CPU制程，它的先进与否决定了CPU的性能优劣。

CPU的发展史也可以看作是制作工艺的发展史。

IBM联盟2015年搞定了7nm工艺，可集成多达200亿个晶体管，而最新的5nm工艺，可以在指甲盖的面积内集成300亿个晶体管！IBM宣称，相比当今的10nm，基于纳米片的5nm工艺可在同等功耗下带来40％的性能提升，或者在同等性能降低75％的功耗。

3.未来计算机发展方向(扩展知识)

1. 纳米计算机
2. 量子计算机
3. 光子计算机
4. 生物计算机
5. 人工智能计算机

4.微型计算机结构(考点)

微处理器：把CPU和寄存器（Registers）的特殊存储器集成在一片大规模集成电路或超大规模集成电路封装之中，这个器件才被称为微处理器

微型计算机：以微处理器为核心，配上由大规模集成电路制作的只读存储器（ROM）、读写存储器（RAM）、输入／输出接口电路及系统总线等所组成的计算机，称为微型计算机

单片机：将这些组成部分集成在一片超大规模集成电路芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机

微型计算机系统：以微型计算机为中心，配以相应的外围设备以及控制微型计算机工作的软件，就构成了完整的微型计算机系统

•微型计算机如果不配有软件，只有硬件部分，通常称为裸机

5.硬件部分

典型计算机都由微处理器、存储器、输入输出子系统及总线4个主要部份构成

1.微处理器CPU (Central Processer Unit)：由运算器、控制器、寄存器组3部分组成。实现运算和控制功能。又称中央处理单元CPU。

2.存储器 ：由CPU之外的半导体存储器芯片组成，存放程序、操作数、运算的中间结果和最终数据。 分为只读存储器ROM（Read Only Memory)与可读可写的随机存储器RAM (Random Access Memory)

3. I/O接口电路与I/O设备 ：输入设备将程序、数据信息送给计算机；输出设备将处理结果以各种形式表现出来。

4. 总线 ：连接多个功能部件的一组公共信号线，具有逻辑控制功能。分为地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB。

数据总线DB：装载数据和指令代码。是双向的。

地址总线AB：装载地址信号，确定被访问的存储单元、I/O端口。是单向总线。地址线的根数决定了CPU所能直接访问的存储空间容量。 CPU的寻址范围 = 2^n， n为地址线根数

控制总线CB：CPU向其他部件传送控制信号，其他部件向CPU传送状态信号和请求信号，宽度各异，是双向的。

Tips：CB中每一根线的方向是一定的、单向的，但作为一个整体则是双向的，所以在各种结构框图中，凡涉及到控制总线CB，均以双向线表示。

6.软件部分

应用软件

系统软件

7.微处理器系统的总线结构类型

单总线、双总线，全局总线

单总线

• 特征：存储器和I/O分时使用同一总线
• 优点：结构简单，成本低廉，易于扩充
• 缺点：带宽有限，传输率不高（可能造成物理长度过长）

双总线

• 特征：分别有存储总线+I/O总线（在CPU和主存之间单独架起一条总线）
• 优点：提高了总线带宽和数据传输速率，克服单总线共享的限制，以及存储/IO访问速度不一致而对总线的要求也不同的矛盾
• 缺点：CPU繁忙

全局总线

• 特征：高速外设和低速外设分开使用不同的总线
• 优点：高效，进一步提高系统的传输带宽和数据传输速率
• 缺点：复杂

8.问答环节

1.为什么内存存储空间小，价格贵，称为主存；硬盘存储空间大，价格相对便宜，称为辅存？

1. 内存可以直接于cpu通信
2. 主存可直接与cpu数据交换

2.什么是电脑三大件？

1. 主机
2. 键鼠
3. 显示器

3.什么是主机三大件？

1. cpu
2. 主板
3. 内存

4.ENIAC的特点

外观：

体积大，质量重，功耗大，人数多，造假贵

技术：

5000次/s，采用十进制，没有存储器

5.诺依曼结构特点:

• 串行顺序处理机制
• 采用二进制
• 采用程序存储方式

6.简述微型计算机系统的三个层次

7.请说出冯氏结构的组成及作用？