解释该指令的含义,控制运算器的操作,记录CPU的内部状态
指令与指令系统
? 程序:能完成某个任务的一连串指令。
? 指令:用二进位表示,它用来规定CPU执行什么操作。指令是构成程序的基本单位。 ? 指令由两个部分组成:
操作码——指出计算机应执行何种操作
操作数地址——指令所处理的数据或数据所在的位置 ? 指令在计算机中的执行过程:
取指令:CPU的控制器从存储器读取一条指令并放入指令
寄存器?
指令译码:指令寄存器中的指令经过译码,决定该指令应
进行何种操作、操作数在哪里
执行指令:执行单元从存储器取操作数,完成指令所规定
的运算或操作
保存结果:执行单元保存运行结果到寄存器或主存储器,
指令计数器自动加1形成下一条指令的地址
? 指令系统:CPU可执行的全部指令称为该CPU的指令系统 ? 每一种CPU都有自己独特的一组指令。
? 同一公司同一系列的CPU具有向下(前)兼容性:即所有新处理器均保留老处理器的全部指令,同时还扩充功能更
强的新指令。这样,A计算机(使用新型号CPU)的程序不能在B计算机(使用老型号CPU)上运行,B计算机的程序却能在A计算机上运行
? 不同公司的不同CPU产品其指令系统不同,它们未必互相兼容:A计算机(使用Intel公司CPU)的程序不能在B计算机(使用IBM公司的Power PC微处理器)上直接运行,B计算机的程序也不能在A计算机上直接运行 ? 奔腾4系列的产品发展过程为:8088(8086)→80286 →80386→80486 →Pentium→Pentium PRO→Pentium II →Pentium III →Pentium 4 →奔腾D→奔腾至尊→酷睿→酷睿2 ? 常见的技术术语:
超标量(superscalar)结构:包含多个ALU,均可同时
工作
流水线结构
SSE/SSE2/SSE3指令:其特点是1条指令可处理128位的
数据,因此一条指令中可包含若干个整数或浮点数,从而大大提高了计算速度,有利于完成3D图形、语音识别、图像处理等多媒体应用
超线程(Hyper-Threading, HT)技术:把硬件模拟成两个
处理器芯片,从OS来看就像有两个CPU一样,可同时执行2个线程。由于不是2个真正的CPU,它们需要共享ALU、cache等资源,当两个线程同时
需要使用某个资源时,一个线程必须暂停运行,直到该资源空闲后才能继续执行,因此超线程的性能达不到2个物理CPU的性能,当运行单线程应用软件时,超线程技术甚至会降低系统性能。
双核处理器:1个芯片中有两个功能相同的处理器(内核),
在操作系统看来,系统中有2个CPU
CPU的性能指标
? 计算机的性能主要表现在程序执行速度的快慢,它由许多因素决定,例如CPU、内存、硬盘、显卡等,但通常CPU是主要因素。
? CPU性能高低的主要指标是CPU的速度,有2种衡量方法: ? 计算每秒钟可执行的指令数目,单位有:百万条定点指令/秒MIPS、百万条浮点指令/秒MFLOPS、万亿条浮点指令/秒TFLOPS
? 使用常用软件(办公软件、数字媒体处理软件和3D游戏等)的运行速度来衡量CPU的性能 ? 影响CPU性能的主要因素:
? CPU的字长(位数):CPU中整数寄存器和定点运算器的宽度,目前PC使用的CPU大多是32位处理器,新一代的PC机将使用64位处理器
? 主频(CPU时钟频率):一般主频越高,执行一条指令所需时间越少,CPU的处理速度越快
? CPU总线(前端总线)的速度:CPU总线速度决定了CPU与内存间数据传输速度的快慢,总线速度越快,CPU的性能发挥得越充分
? 高速缓存(cache)的容量与结构:cache有利于CPU访问内存的次数,通常cache容量越大、级数越多,其效用就越显著
? CPU的指令系统: 指令的类型、数目和功能会影响程序的执行速度
? CPU的逻辑结构:CPU包含的定点运算器和浮点运算器数目、是否具有数字信号处理功能、有无指令预测和数据预测功能、流水线的结构和级数都对指令的速度有影响 2.3 PC机的主机
? PC机通常由机箱、显示器、键盘、鼠标和打印机组成 ? 机箱内有主板、硬盘、软驱、光驱、电源和风扇等 ? 主板上安装了CPU、内存、总线、I/O控制器等部件,是PC机的核心 主板、芯片组与BIOS
? 主板的作用:安装所有的电子器件、电路与连接件 ? 主板上通常安装有CPU插座、芯片组、存储器插槽、扩充卡插槽、BIOS、CMOS存储器、辅助芯片和若干用于连接外部设备的I/O插口
? 芯片组的作用:是PC机各组成部分相互连接和通信的枢纽 ? 芯片组一般由两块超大规模集成电路芯片组成:北桥芯片和南桥芯片。
? 北桥芯片:存储控制中心(MCH),用于高速连接CPU、存储器、显卡,并与南桥芯片相连;
? 南桥芯片:I/O控制中心(ICH),主要与PCI总线槽、USB接口、硬盘接口、音频解码器、BIOS和CMOS存储器等连接,并借助Super I/O芯片提供对键盘、鼠标、串行口和并行口的控制。 ? 关于芯片组的一些说明:
? 芯片组与CPU芯片同步发展,有什么样功能和速度的CPU,就有什么样的芯片组与之配套
? 由于集成电路集成度越来越高,为降低系统成本,芯片组中集成了越来越多的功能,包括网卡、显卡、声卡等功能 ? BIOS(Basic Input/Output System)即“基本输入/输出系统”,它是存放在主板上只读存储器(ROM)芯片中的一组机器语言程序。BIOS是PC机软件中最基础的部分,没有它机器无法启动。
? BIOS功能:诊断计算机故障 ;启动计算机工作;控制基本的输入输出操作( 键盘、鼠标、磁盘读写、屏幕显示等) ? BIOS 芯片中包含的程序:
? 加电自检程序程序POST(Power On Self Test):用于检测