第二节 计算机的硬件系统

1. 计算机系统的结构

根据冯·诺依曼模型，计算机硬件由5大部分组成：

l   运算器

l   控制器

l   存储器

l   输入设备

l   输出设备

2. 计算机的指标

（1）位数

也称字长，是指CPU一次能处理多少位的数据（二进制），字长越长，数的表示范围也越大，精度也越高。

l   位（bit或b）：计算机中最小的数据单位

l   字节（Byte或B）：计算机存储容量的基本单位

l   字（word）：由一个或若干个字节组成，通常为16位。

（2）速度

中央处理器的主频越高，其处理速度也就越快

l   MIPS（Million Instruction Per Second）：每秒钟执行的百万条指令数

l   MFLOPS（Million FLOating Instruction Per Second）：每秒钟执行的百万条浮点指令数

（3）容量

容量是指计算机所能存储的程序和数据的多少

存储容量的单位是字节，用B表示，还有KB、MB、GB、TB、PB等

l   1KB=2¹⁰B=1024B≈10³B

l   1MB=2²⁰B=1024²B≈10⁶B

l   1GB=2³⁰B=1024³B≈10⁹B

…..

其他几个指标（主要用来衡量硬盘）

l   平均寻道时间：磁头沿着盘径移动到需要读写的那个磁道所花费的平均时间

l   平均等待时间：需要读写的扇区旋转到磁头下面所花费的平均时间

l   平均访问时间：磁头找到所需读写的扇区所需要的时间，平均访问时间=平均寻道时间+平均等待时间

l   硬盘的数据传输速率：磁头找到所读写的扇区后，每秒钟可以读出或写入磁盘的字节数

（4）数据传输速率

数据传输速率指的是每秒钟传输多少比特的数据。

数据传输速率单位为bps（或b/s）、Kbps、Mbps、Gbps

l   1Kbps=10³bps

l   1Mbps=10⁶bps

l   1Gbps=10⁹bps

（5）可靠性

l   平均无故障时间（Mean Time Between Failure, MTBF） ——可靠性

l   平均故障修复时间（Mean Time To Repair, MTTR）——可维修性

3. 计算机分类

（1）按照原理来分

l   数字式电子计算机

l   模拟式电子计算机

l   混合式电子计算机

（2）按照计算机用途分类

l   通用计算机：解决各种问题

l   专用计算机：解决一个或一类特定问题

（3）按照计算机性能分类

l   巨型机

l   小巨型机

l   大型机

l   小型机：16位的PDP-11及32位的VAX-11系列

l   工作站：Sun系列工作站

l   个人计算机

4. CPU芯片的发展历史

按照位数划分，可以分为：

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、奔腾、奔腾II、奔腾III、奔腾4）

l   64位（Intel的安腾、AMD的速龙64、HP的Alpha）

5. 奔腾芯片的技术特点

（1）超标量技术

通过内置多条流水线来同时执行多个处理，其实质是用空间换取时间。

这两条流水线如果同时工作，则他们必须都执行精简指令。

（2）超流水线技术

通过细化流水，提高主频，使得机器在一个周期内完成一个甚至多个操作，其实质是用时间换取空间。

（3）分支预测

为提高流水线吞吐率，内置分支目标缓存器，动态的预测程序分支的转移情况。这样预取的指令恰好是将要执行的指令。

（4）双Cache的哈佛结构

一个用于数据缓存，一个用于指令缓存。

（5）固化常用指令

（6）增强的64位数据总线

奔腾的内部总线是32位的，但它与存储器之间的外部总线增为64位。

（7）总线周期通道技术

总线周期通道技术能使CPU在第一周期完成之前就开始第二周期。

（8）采用PCI标准的局部总线

PCI总线与ISA总线进行了激烈的竞争，PCI取得明显优势。

（9）安腾芯片的技术特点

奔腾是32位芯片，主要用于台式机和笔记本电脑；而安腾是64位芯片，主要用于服务器和工作站。安腾采用了EPIC，即简明并行指令计算（Explicitly Parallel Instruction Computing）技术。

6．主机技术

（1）主板的组成

主机板简称主板（Mainboard）或母板（Motherboard），它是计算机的主要部件，通常由5部分组成：

l   CPU

l   存储器

l   总线

l   插槽

l   电源

（2）主板的分类

主板分类方法很多，处在不同的角度，就有不同的说法。

l   按CPU芯片分类，如486主板、奔腾主板、奔腾4主板等。

l   按CPU插座分类，如Socket 7主板、Slot 1主板等。

l   按主板的规格分类，如AT主板、Baby-AT主板、ATX主板等。

l   按存储器容量分类，如16MB主板、32MB主板、64MB主板等。

l   按芯片集分类，如TX主板、LX主板、BX主板等。

l   按是否即插即用分类，如PnP主板、非PnP主板等。

l   按系统总线的带宽分类，如66MHz主板、100MHz主板等。

l   按数据端口分类，如SCSI主板、EDO主板、AGP主板等。

l   按扩展槽分类，如EISA主板、PCI主板、USB主板等。