2014三级《PC技术》考试要点:微型计算机硬件组成与工作原理
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。