第4章 中央处理器-new
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服务器基础知识
CPU基础知识介绍⏹CPU(Central Processing Unit ，中央处理器)是一块超大规模的集成电路，通常被称为计算机的大脑，是一台计算机的运算核心（Core ）和控制核心（ Control Unit ），也是整个计算机系统中最重要的组成部件。
⏹中央处理器主要包括运算器（算术逻辑运算单元，ALU ，Arithmetic Logic Unit ）和高速缓冲存储器（Cache ）及实现它们之间联系的数据（Data ）、控制及状态的总线（Bus ）。
⏹它与存储器（Memory ）和输入/输出（I/O ）设备合称为电子计算机三大核心部件。
CPU 概念寄存器运算器控制器输入设备输出设备数据信号 控制信号CPU 功能✓解释计算机指令 ✓处理计算机软件中的数据CPU 组成✓控制单元 ✓运算单元 ✓存储单元CPU分类-按指令集PowerPCMIPSX86 ARM DSP…………CISC RISC⏹CISC(complex instruction set computer)，复杂指令集。
早期的CPU全部是CISC架构，它的设计目的是要用最少的机器语言指令来完成所需的计算任务。
这种架构会增加CPU结构的复杂性和对CPU工艺的要求，但对于编译器的开发十分有利。
⏹RISC(Reduced Instruction Set Computer)，精简指令集。
RISC架构要求软件来指定各个操作步骤。
这种架构可以降低CPU的复杂性以及允许在同样的工艺水平下生产出功能更强大的CPU，但对于编译器的设计有更高的要求。
X86处理器发展简史X86处理器发展经历50年的历史： 字长从4位到64位；时钟频率逐步提升；晶体管集成规模逐渐增大；性能逐渐提高的过程。
Intel X86 CPU 路标Grantley PlatformMicroarchitecture Haswell Haswell22nmNew Mico-architectureBroadwell14nmSkylake14nmNew Mico-architectureCascade Lake 14nmCopper Lake 14nmNew Mico-architectureIce Lake10nm201720202021201920162014Purley PlatformMicroarchitecture Skylake Whitley PlatformMicroarchitecture Copper Romley PlatformMicroarchitecture SandyBridge Sandy Bridge32nmNew Mico-architectureIvy Bridge22nmTick-Tock ：Tick 年（工艺年）更新制作工艺，Tock 年（架构年）更新微架构。
第章中央处理器
3.1 CPU的技术指标和封装
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7．指令系统
CPU是靠执行指令来计算和控制系统的。每种CPU在 设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统， 包括几十或几百条指令。指令系统功能的强弱是CPU的重 要指标。Intel的MMX(Multi Media Extended)、AMD的 3DNow!和Intel的SSE(Streaming-Single instruction multiple data-Extensions)等都是新增的特殊指令集，分别 增强了CPU的多媒体、图形图像和Internet等处理能力。
3.1 CPU的技术指标和封装
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目前： P3系列CPU外频等于前端总线 Athlon系列前端总线等于外频乘以2 P4和C4以及CD系列前端总线等于外频乘以4
例：在计算机的主板上设定CPU的外频时钟频率为100MHz， 倍频数调整为8.0，此时CPU的工作频率是多少？
CPU的工作频率＝外频×倍频＝100×8tium可以在一个时钟周期内执行两条运算指令， 那么主频为100MHz的Pentium可以在1秒钟内执行2亿条指 令，主频为200MHz的Pentium每秒钟就能执行4亿条指令， 因此CPU主频越高，电脑运行速度就越快。
3.1 CPU的技术指标和封装
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说明：
❖ 大多数人认为CPU的主频指的是CPU运行的速度，实际上这个 认识是片面的。CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的 速度，与CPU实际的运算能力是没有直接关系。
达到533之高，内存只有266的速度，内存拖了CPU的后腿－双 通道内存 。
两条内存使用两条通道一起工作，一起提供数据，等于速 度又增加一倍，两条DDR266就有266×2=533的速度，刚好是 P4 CPU的前端总线速度，没有拖后腿的问题。
unit4 计算机专业英语
Notes
[5]Routing tables are the means by which a router selects the fastest or nearest path to the next “hop” on the way to a data packet’s final destination. 本句中， by which a router selects the fastest or nearest path to the next “hop” on the way to a data packet’s final destination 是一个介词前置的定语从句，修饰和限定the means。on the way to“在……途中”。
学生课下活动设计
阅读Unit4的Reading。完成作业
作业： 我的梦想是成为一家电脑公司的销售经理。 老师告诉同学们别触摸电脑屏幕。 他停下来喝了杯茶。 他努力学习为了通过期末考试。 学校是孩子们学习的好地方。 这些学生经常帮助老师打扫实验室。 昨天我忘了邮信了。 他足够大了可以自己做决定。
教学参考资料推荐
Notes
[3] The MAU does actively regenerate signals as it transmits data around the ring. 本句中，does起强调作用。 [4]Routers contain internal tables of information called routing tables that keep track of all known network addresses and possible paths throughout the internetwork,along with cost of reaching each network. 本句中，called routing tables是过去分词短语，做定语，修饰 和限定internal tables of information。that keep track of all known network addresses and possible paths throughout the internetwork,along with cost of reaching each network是一 个定语从句，修饰和限定routing tables。keep track of是“ 跟踪”。
CPU相关知识介绍
CPU相关知识介绍一、决定CPU性能技术指标每个买CPU的消费者，第一时间要过问的就是它的性能，关于一个CPU来说，性能是否强大是它能否在市场上生存下去的第一要素，那么CPU的性能是由什么因素决定的咧？下面就列出影响CPU性能的要紧技术指标：1、主频，也就是CPU的时钟频率，简单地说也就是CPU的工作频率。
通常说来，一个时钟周期完成的指令数是固定的，因此主频越高，CPU的速度也就越快了。
只是由于各类CPU的内部结构也不尽相同，因此并不能完全用主频来概括CPU的性能。
至于外频就是系统总线的工作频率；而倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。
用公式表示就是：主频=外频×倍频。
2、内存总线速度或者者叫系统总线速度，通常等同于CPU的外频。
内存总线的速度对整个系统性能来说很重要，由于内存速度的进展滞后于CPU的进展速度，为了缓解内存带来的瓶颈，因此出现了二级缓存，来协调两者之间的差异，而内存总线速度就是指CPU与二级(L2)高速缓存与内存之间的工作频率。
3、L1高速缓存，也就是我们经常说的一级高速缓存。
在CPU里面内置了高速缓存能够提高CPU的运行效率。
内置的L1高速缓存的容量与结构对CPU 的性能影响较大，只是高速缓冲存储器均由静态RAM构成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。
使用回写(WriteBack)结构的高速缓存。
它对读与写操作均有可提供缓存。
而使用写通(Write-through)结构的高速缓存，仅对读操作有效。
在486以上的计算机中基本使用了回写式高速缓存。
在目前流行的处理器中，奔腾Ⅲ与Celeron处理器拥有32KB的L1高速缓存，奔腾4为8KB，而AMD的Duron与Athlon处理器的L1高速缓存高达128KB。
4、L2高速缓存，指CPU第二层的高速缓存，第一个使用L2高速缓存的是奔腾Pro处理器，它的L2高速缓存与CPU运行在相同频率下的，但成本昂贵，市场生命很短，因此其后奔腾II的L2高速缓存运行在相当于CPU频率一半下的。
第四章 第4讲 中央处理器概述
控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产 生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完 成协调和指挥整个计算机系统的操作。控制器的主要功能有：
06:00:32 4
1、从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位 置。 2、对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以 便启动规定的动作。 3、指挥并控制CPU、内存和输入／输出设备之间数据流动的 方向。 运算器的组成：算术逻辑单元（ALU）、累加寄存器、数 据缓冲寄存器和状态条件寄存器。运算器的主要功能： 1、 执行所有的算术运算。 2、 执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试。 这一章的主要内容是对控制器的讲解。
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三、CPU中的主要寄存器 1、缓冲寄存器（DR） 缓冲寄存器用来暂时存放由内存读出的一条指令或一 个数据字；反之，当向内存存入一条指令或一个数据字时， 也暂时将它们存放在缓冲寄存器中。 2、指令寄存器（IR） 用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时， 先把它从内存取到缓冲寄存器，然后再传送至指令寄存器。
第四讲 中央处理器概述
06:00:32
1
中央处理器
主要内容：中央处理器的功能，控制器的 功能及组成。
要求：深入理解中央处理器的功能，控制 器的功能及组成。
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2
一、中央处理器的功能 当用计算机解决某个问题时，我们首先必须为它编写程序。 一旦把程序装入内存，就可以由计算机来自动完成取出指令和 执行指令的任务。专门用来完成此项工作的计算机部件称为中 央处理器，通常简称CPU。 CPU对整个计算机系统的运行是极其重要的，它具有如下 四方面的功能： 1、指令控制 程序的顺序控制，称为指令控制。保证机器按顺序执行程序。 2、操作控制 管理并产生由内存取出的每条指令的操作信号，把各种操作 信号送往相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动 作。 2007-4-26
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1、从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位 置。 2、对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以 便启动规定的动作。 3、指挥并控制CPU、内存和输入／输出设备之间数据流动的 方向。 运算器的组成：算术逻辑单元（ALU）、累加寄存器、数 据缓冲寄存器和状态条件寄存器。运算器的主要功能： 1、 执行所有的算术运算。 2、 执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试。 这一章的主要内容是对控制器的讲解。
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三、CPU中的主要寄存器 1、缓冲寄存器（DR） 缓冲寄存器用来暂时存放由内存读出的一条指令或一 个数据字；反之，当向内存存入一条指令或一个数据字时， 也暂时将它们存放在缓冲寄存器中。 2、指令寄存器（IR） 用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时， 先把它从内存取到缓冲寄存器，然后再传送至指令寄存器。
第四讲 中央处理器概述
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中央处理器
主要内容：中央处理器的功能，控制器的 功能及组成。
要求：深入理解中央处理器的功能，控制 器的功能及组成。
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一、中央处理器的功能 当用计算机解决某个问题时，我们首先必须为它编写程序。 一旦把程序装入内存，就可以由计算机来自动完成取出指令和 执行指令的任务。专门用来完成此项工作的计算机部件称为中 央处理器，通常简称CPU。 CPU对整个计算机系统的运行是极其重要的，它具有如下 四方面的功能： 1、指令控制 程序的顺序控制，称为指令控制。保证机器按顺序执行程序。 2、操作控制 管理并产生由内存取出的每条指令的操作信号，把各种操作 信号送往相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动 作。 2007-4-26
中央处理器PPT课件
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(1) 指令部件 指令部件的作用是完成取指令和指
令译码的操作。
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包括程序计数器、指令寄存器、指 令译码器及地址形成部件。
39
* 程序计数器PC 程序计数器（Programming Counter,
简称PC）又称为指令计数器，其作用是 存储程序或指令的地址。
40
当程序开始执行时，PC中存放的是
执行指令。
8
CPU还具有诸如：程序的输入、运算结果 的输出、总线的控制、系统的中断的控 制以及计算机的异常工作状况的处理等 其它功能。
9
2、工作过程： 对于一台冯·诺曼结构的计算机的
工作过程是：将计算机的程序存储在计 算机主存中。
10
CPU将主存中的程序或命令逐条按序
取出，依据取出的程序或命令包含的信
44
* 指令寄存器IR 指令寄存器（Instruction
Register, 简称IR）用于保存当前正在 执行的指令。
45
* 指令译码器ID 指令译码器（Instruction Decoder,
简 称ID）又称操作码译码器，是对指 令寄存器的指令进行解析的部件。
46
* 地址形成部件 地址形成部件的作用是根据指令的
51
时序信号由时序控制器产生，一般
包括脉冲源、启停控制逻辑部件和节拍
信号发生器等部件组成。
52
脉冲源的作用是产生具有一定频率
和脉宽的时钟信号，为整个计算机系统
提供基准时钟信号。
53
启停控制逻辑部件的作用是：根据
计算机的需要，正确的控制时序部件的
各种信号的发生和停止，保证计算机各
部件有序的运行。
息内容完成特定的工作。
11
《计算机英语》电子教案 (new)
《计算机英语》电子教案1、课程概况课程名称：计算机专业英语课程英文名称：Computer English授课班级：计算机1班授课教师：授课地点：多媒体教室教材：计算机英语（第3版）课程类别：必修课2、课程任务与目的本课程的任务和目的是通过对专业英语的学习，掌握计算机相关的英语词汇，具有阅读计算机专业资料的能力，具有一定的专业翻译能力，能够用英语表达专业意义并实现业务沟通。
3、教学内容本课程以Unit 为教学单位，包括以下教学模块：1）播放课文MP3，培养学生专业英语的听力。
2）精讲课文Text A，这些课文既包括基本概念和基础知识，也包括行业应用，同时尽量覆盖行业的主要子领域。
通过对Text A译文详细讲解，让学生掌握阅读理解的方法，培养翻译技能。
3）New Words：学习课文中出现的新词，这些单词既有公共英语中不常使用、而在专业英语中经常出现的单词，也有在专业英语中有特殊含义的单词。
学生由此可以积累专业词汇。
4）Phrases：学习课文中的常用专业英语词组及部分非专业英语词组。
5）Abbreviations：学习课文中出现的、业内人士必须掌握的缩略语。
缩略语在计算机行业中十分重要，必须给予充分的重视。
6）Notes：讲解课文中出现的难句、长句、语法结构复杂的句子。
这有利于学生透彻领会难句的含义，也可以培养学生的阅读理解能力。
7）Exercises：练习巩固部分。
其中，【Ex1.】检查学生对Text A课文的掌握情况；【Ex2.】解释本课学习的核心英语单词意义；【Ex3.】培养学生英文翻译成中文的能力；【Ex4.】熟悉计算机等级考试的真题；【Ex5.】通过短文选词填空，培养学生的篇章阅读能力和对整篇文章的领悟能力。
8）Reading Material：此部分内容为行业相关的材料，供学生课外学习，进一步扩大视野。
4、教学过程（详情附后）5、考核方式与要求1．本课程为考查课，考核方式采用翻译为主的考试方式，要求学生掌握基本的计算机专业词汇以及理解计算机文献。
中央处理器-计算机组装与维护
详细描述
中央处理器，也称为CPU，是计算机硬件系统的核心部分，负责执行计算机程序中的指令，处理和操作数据。它 能够按照程序中指令的顺序执行任务，并对数据进行计算、传输、转换等操作。
中央处理器的历史与发展
总结词
随着技术的不断进步，中央处理器经历了从简单到复杂的发展历程。
详细描述
中央处理器的发展历程可以追溯到上世纪四十年代，当时计算机的体积庞大，运算能力有限。随着集 成电路和微处理器技术的出现，中央处理器的体积逐渐缩小，性能得到大幅提升。现代的中央处理器 集成了更多的晶体管，运算速度更快，功能更强大。
散热器的清洁。
检查散热器和风扇是否正常运转
定期检查散热器和风扇是否正常运转，如果发现风扇运转 异常或散热器出现故障，应及时进行维修或更换。
更新驱动程序和BIOS固件
随着操作系统的更新和硬件的发展，可能需要更新驱动程序和 BIOS固件以获得更好的性能和稳定性。因此，需要定期检查并
更新驱动程序和BIOS固件。
际需求和预算进行综合考虑，如性能、价格、兼容性等。
02
CATALOGUE
中央处理器的工作原理
指令执行
指令执行是CPU的基本功能，它负责执行存储在内存中的程序指令。CPU 通过读取指令，解码指令，执行指令三个步骤来执行指令。
解码阶段，CPU将取回的指令与指令集进行比较，确定需要执行的操作。
执行阶段，CPU根据解码后的指令执行相应的操作，如算术运算、逻辑运 算、移位操作等。
准备必要的工具和材料
03
安装中央处理器需要准备一些基本的工具和材料，如螺丝刀、
散热膏、导热硅胶片等。
安装步骤
打开机箱并取出主板
将中央处理器插入主板插槽
首先需要打开计算机的机箱，并从机箱中 取出主板。
中央处理器，也称为CPU，是计算机硬件系统的核心部分，负责执行计算机程序中的指令，处理和操作数据。它 能够按照程序中指令的顺序执行任务，并对数据进行计算、传输、转换等操作。
中央处理器的历史与发展
总结词
随着技术的不断进步，中央处理器经历了从简单到复杂的发展历程。
详细描述
中央处理器的发展历程可以追溯到上世纪四十年代，当时计算机的体积庞大，运算能力有限。随着集 成电路和微处理器技术的出现，中央处理器的体积逐渐缩小，性能得到大幅提升。现代的中央处理器 集成了更多的晶体管，运算速度更快，功能更强大。
散热器的清洁。
检查散热器和风扇是否正常运转
定期检查散热器和风扇是否正常运转，如果发现风扇运转 异常或散热器出现故障，应及时进行维修或更换。
更新驱动程序和BIOS固件
随着操作系统的更新和硬件的发展，可能需要更新驱动程序和 BIOS固件以获得更好的性能和稳定性。因此，需要定期检查并
更新驱动程序和BIOS固件。
际需求和预算进行综合考虑，如性能、价格、兼容性等。
02
CATALOGUE
中央处理器的工作原理
指令执行
指令执行是CPU的基本功能，它负责执行存储在内存中的程序指令。CPU 通过读取指令，解码指令，执行指令三个步骤来执行指令。
解码阶段，CPU将取回的指令与指令集进行比较，确定需要执行的操作。
执行阶段，CPU根据解码后的指令执行相应的操作，如算术运算、逻辑运 算、移位操作等。
准备必要的工具和材料
03
安装中央处理器需要准备一些基本的工具和材料，如螺丝刀、
散热膏、导热硅胶片等。
安装步骤
打开机箱并取出主板
将中央处理器插入主板插槽
首先需要打开计算机的机箱，并从机箱中 取出主板。
计算机专业英语(张强华-第二版)重点单词及部分课后答案
Unit 1单词：〖Ex. 3〗根据下面的英文解释，写出相应的英文词汇（使用学过的单词、词组或缩略语）〖Ex. 5〗把下列短文翻译成中文系统面板和普通键盘有专门控制键，你可以使用这些控制键实现主要的多媒体功能：观相片、听音乐和看电影。
面板还有为看电视和阅读电视指南而设的快速启动按钮。
Ex. 9〗用that从句做宾语将下面汉语译成英语你应该知道，你不仅仅能读取磁盘上的数据，也能够往上面写新的信息1. You should know that you can not only read data from the disk but also write new information to it.你应该意识到，软盘容纳不了多少数据2. You should realize that floppies do not hold too much data.我们计算机老实说，USB要比火线慢多了3. Our computer teacher said that USB is much slower than Firewire.我认为CPU主要责任是执行指令4. I think/believe that the CPU is primarily responsible for executing instructions.Unit 2单词〖Ex. 3〗根据下面的英文解释，写出相应的英文词汇（使用学过的单词、词组或缩略语）Unit 3〖Ex. 3〗根据下面的英文解释，写出相应的英文词汇（使用学过的单词、词组或缩略语）Unit 4单词〖Ex. 3〗根据下面的英文解释，写出相应的英文词汇（使用学过的单词、词组或缩略语）Unit 5单词〖Ex. 3〗根据下面的英文解释，写出相应的英文词汇（使用学过的单词、词组或缩略语）〖Ex. 5〗把下列短文翻译成中文佳能打印机有五种样式，价格从$80 到$500不等，满足了任何想打印相片用户的需求。
什么是计算机的中央处理器
什么是计算机的中央处理器计算机的中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）是计算机系统中最重要的组成部分之一。
它被认为是计算机的心脏和大脑，承担着指挥、运算和控制计算机所有硬件设备和软件运行的任务。
本文将介绍计算机的中央处理器的定义、功能、结构以及其发展和前景。
一、定义计算机的中央处理器是一种电子数字逻辑器件，负责执行和控制计算机系统中的各项任务。
它是计算机的核心部件，负责解析并执行计算机程序中的指令，进行数据操作和运算，控制和协调计算机系统中的各个硬件设备。
二、功能1. 指令解析和执行：中央处理器能够解析计算机程序中的指令，并根据指令的要求执行相应的操作，如算术运算、逻辑判断、数据传输等。
2. 数据操作和运算：CPU具备进行数据操作和运算的能力，能够对内存中存储的数据进行读取、写入、修改和计算，从而实现各种复杂的计算任务。
3. 控制和协调：中央处理器能够控制和协调计算机系统中的各个硬件设备，包括内存、硬盘、显卡、输入输出设备等，确保它们按照预定的方式工作并协同配合，实现计算机的整体功能。
三、结构计算机的中央处理器通常由以下几个部件组成：1. 控制单元（Control Unit）：负责指令的解析和执行，控制数据的流动和操作的协调。
2. 算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，简称ALU）：负责进行算术运算和逻辑操作，如加减乘除、与或非等。
3. 寄存器组（Register File）：用于存储CPU执行指令和运算所需要的数据，包括通用寄存器、程序计数器、指令寄存器等。
4. 数据通路（Data Path）：用于数据的传输和操作，包括数据总线、地址总线、控制总线等。
四、发展和前景随着计算机技术的不断发展，中央处理器在性能和功能上得到了极大的提升。
现代CPU采用了多核技术和超线程技术，可以同时执行多个任务，有效提高计算能力和效率。
未来，中央处理器的发展还面临着许多挑战和机遇。
第五章 中央处理器new
(5)STA Z: Z →AR, AC (4)ADD Y: Y →AR →M →DR
→DR →M
→ALU →ADD →AC
思考
用二进制码表示的指令和数据都放在内存里，那 么CPU 是怎样识别出它们是数据还是指令呢?
从时间上来说，取指令事件发生在指令周期的第一个 CPU周期中，即发生在“取指令”阶段，而取数据事件 发生在指令周期的后面几个CPU周期中，即发生在“执 行指令”阶段。
Q
Q
D
CP
节拍电位
逻辑电路
逻辑电路
节拍脉冲
信息 节拍电位 打入条件 节拍脉冲
节拍的选取
由于不同的机器周期内需要完成的微操作内容和 个数是不同的，因此，不同机器周期内所需要的 节拍数也不同。节拍的选取有几种方法：
统一节拍法
以最复杂的机器周期为准定出节拍数。这种方法采 用统一的、具有相等时间间隔和相同数目的节拍， 使得所有的机器周期长度是相等的，因此称为定长 CPU周期。
节拍 电位
在各条不同指令的不同机器周期的不同节拍中应产 生什么微操作控制信号是由指令操作流程图严格规 定的，所以时序部件 实质上只需要产生各个机器周 期中的节拍信息。
节拍脉冲
所有的操作是按节拍进行的，在节拍电位有效期间产生 的脉冲叫做“节拍脉冲”。一个节拍中可产生多个节拍 脉冲。
节拍 电位
m
节拍
1
B
D
+1
状态寄存器 操作控制器
主存储器M
A
AC ALU
状态寄存器
B 操作控制器
例题1 (2)取指令的数据通路：
PC →AR →M →DR
C
→IR
D
+1 （3）LDA X的数
计算机英语第四版课文翻译
计算机英语第四版课文翻译第一课：计算机硬件1.1 介绍计算机硬件是构成计算机系统的物理部分，它包括中央处理器（CPU）、主板、内存、硬盘驱动器等。
计算机硬件决定了计算机的运算能力和性能。
1.2 中央处理器（CPU）中央处理器（CPU）是计算机的大脑，它负责控制和执行计算机的指令。
CPU包含控制单元和算术逻辑单元（ALU），控制单元负责解析和执行指令，而ALU负责处理数学和逻辑运算。
1.3 主板主板是计算机的主要电路板，它连接和支持计算机的核心组件。
主板提供了内存插槽、扩展插槽、外部连接端口等。
1.4 内存内存是计算机用于存储数据和程序的临时存储器。
内存分为主存储器和辅助存储器，主存储器包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
1.5 硬盘驱动器硬盘驱动器是计算机的永久存储器，用于存储操作系统、应用程序和用户数据。
硬盘驱动器使用磁盘来存储数据，具有较大的存储容量和较快的读写速度。
1.6 图形处理器（GPU）图形处理器（GPU）是计算机的显卡，它负责处理计算机的图形和图像。
GPU在计算机游戏、图像处理和视频编辑等领域发挥着重要的作用。
第二课：计算机软件2.1 介绍计算机软件是计算机系统中的程序和数据。
它包括操作系统、应用软件和编程语言等。
2.2 操作系统操作系统是计算机的核心软件，它负责管理和控制计算机的硬件和软件资源。
操作系统提供了文件系统、内存管理、进程管理等功能。
2.3 应用软件应用软件是用于完成特定任务的软件，如文字处理软件、图形设计软件和数据库管理软件等。
应用软件让计算机能够满足用户的不同需求。
2.4 编程语言编程语言是用于编写计算机程序的语言。
常见的编程语言有C、Java和Python等。
编程语言让开发人员能够创建各种应用程序和软件。
2.5 开发工具开发工具是用于编写、调试和测试计算机程序的工具。
常见的开发工具有集成开发环境（IDE）和调试器等。
开发工具大大提高了程序员的工作效率。
unix课后习题
第1章操作系统概述1、什么是操作系统？答：控制其他程序运行，管理系统资源并为用户提供操作界面的系统软件的集合。
2、操作系统有哪三种类型，他们之间有什么区别？答：单用户单进程、单用户多进程、多用户多进程。
第一个是操作系统在同一时间允许一个用户，同一时间只能运行一个进程。
3、对分时系统，给出一个清晰而准确的描述？答：多个用户分享使用一台JSJ，多个程序分时共享硬件和软件资源。
多路性、独占性、交互性和与时性。
4、目前典型操作系统的主要功能是什么？这些功能的基本用途是什么？答：功能，执行程序，程序的输入和输出操作进程间的通信，错误检测与报告，不同类型的文件操作，用户和安全管理。
5、分别列出字符用户界面和图形用户界面的一个优点和一个缺点？答：CUI执行效率高，外观不美观；GUI 便于使用，缺乏可扩展性。
6、分别列出字符用户界面和图形用户界面有什么不同？目前，在UNIX系统中最流行的图形用户界面是什么？它是由谁开发的？答：CUI通过输入命令来完成相关操作，GUI通过输入设备（如鼠标）来完成相关操作。
7、应用程序程序员接口（API）和应用程序用户接口（AUI）分别包括那些内容？答：AUI通过语言库和系统调用接口与操作系统内核联系在一起，应用软件构成了AUI，系统调用接口由一组为完成特定任务而执行内核代码的函数构成，语言库和系统调用接口构成API。
8、列出UNIX家族中常见的5种操作系统。
你现在使用的是哪一个UNIX系统？答：UNIX版本：AIX、BSD、FreeBSD、LINUX、system V。
第2章UNIX操作系统简史2、如果由你来设计POSIX标准，将包含那些内容？答：支持程序和命令互相兼容，易用性。
3、UNIX系统的前身是什么？UNIX与其前身最初在哪里，由谁开发的？答：前身是MULTICS，由Dennis Ritchie 和Ken Thompson在AT&T中研制。
第3章UNIX起步1、主存的作用是什么？答：主存用来存储正在运行的程序或进程。
Intel CPU详解
• New instructions (HNI, includes Advanced Vector Extensions 2 (AVX2), gather, BMI1, BMI2, ABM and FMA3 support).
• The instruction decode queue, which holds instructions after they have been decoded, is no longer statically partitioned between the two threads that each core can service.
Haswell New Features
• Wider core: fourth ALU, third AGU, second branch prediction unit, deeper buffers, higher cache bandwidth, improved front-end and memory controller
single die inside the processor package. In contrast, Sandy Bridge's predecessor, Clarkdale, has two separate dies (one for GMCH, one for processor) within the processor package. This tighter integration reduces memory latency even more. • A 14- to 19-stage instruction pipeline, depending on the micro-operation cache hit or miss.
• The instruction decode queue, which holds instructions after they have been decoded, is no longer statically partitioned between the two threads that each core can service.
Haswell New Features
• Wider core: fourth ALU, third AGU, second branch prediction unit, deeper buffers, higher cache bandwidth, improved front-end and memory controller
single die inside the processor package. In contrast, Sandy Bridge's predecessor, Clarkdale, has two separate dies (one for GMCH, one for processor) within the processor package. This tighter integration reduces memory latency even more. • A 14- to 19-stage instruction pipeline, depending on the micro-operation cache hit or miss.
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（h）判 0 部件
4.4 实现MIPS的一个基本方案
程序计数器PC
用于指出当前正在执行的指令的地址。 每执行一条指令，就要把PC中的值加4（每条指令占4 个字节），使其指向下一条指令。
指令存储器IM
假设要执行的程序已经加载到了IM中
在其地址输入端IA（Instruction Address）加载地址， 在其输出端Ins就能得到相应的指令。 两个输入端
实现了MIPS指令系统的核心子集。
2. 所包含的指令
算术逻辑运算指令（R类型指令格式）
add，sub，and，or，slt （小于比较SLT rd, rs, rt）
操作码字段Op=0
存储器访问指令（I类型指令格式）
lw（load word，op=35）
sw（store word，Op=43）
判0部件
输入是一个32位数据，输出是1位的信号。 当输入为0时，输出为真。
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3. 取指令的数据通路
对于所有指令都是相同的。 主要操作：把PC中的地址送到指令存储器IM的
IA输入端，读出一条指令。同时用加法器把PC中 的值加4，使它指向下一条指令。
4
PC
IA Ins IM
ALU
4.4 实现MIPS的一个基本方案
访存指令（load和store指令）
load指令的操作
Байду номын сангаас
把指令字中的16位偏移量字段进行符号位扩展， 变成32位数，送给ALU； 用IR[rs]作为地址去访问寄存器组Reg，读出的操 作数送给ALU，与上一步扩展了的地址相加，计 算出访存的有效地址，将之送到数据存储器DM的 地址输入端DA； 从DM读出数据（将DMRead设置为有效），将该 数据送到通用寄存器组的数据入口端WD，写入由 IR[rt]指定的寄存器。
两个控制信号
DMRead（读数据） DMWrite（写数据） 在任何时候，它们最多只能是一个有效。
通用寄存器组（Register file）
有两个读端口和一个写端口。能同时进行两个读操作和 一个写操作。
4个输入端
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4.4 实现MIPS的一个基本方案
RR1（Read Register 1）和RR2：给出两个读操作的地址 WR（Write Register）给出写操作的地址 WD（Write Data）给出要写入的数据。
ADD
4. 指令译码
5. 根据不同的指令操作码进行相应的处理
R类指令
用指令中的源寄存器地址字段rs和rt作为地址去访问 通用寄存器组Reg，读出两个源操作数，送给ALU进 行运算。 把运算结果送到寄存器组的WD端，写入由rd字段所 指定的目标寄存器。
IR[rs] 指令 IR[rt] IR[rd] RR1 RR2 WR WD RD1 Reg RD2
定义各个部件的控制信号；
确定时钟周期； 完成控制器的设计。
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4.3 逻辑设计的约定和定时方法
4.3.1 逻辑设计的约定
1. 中央处理器设计中，有两种逻辑部件：
对数据值进行操作的部件（组合逻辑电路）
没有内部状态，其输出仅依赖于当前的输入，与过 去的值无关。 在任何时候，对于相同的输入总是得到相同的输出。
辑，再到达状态部件2所需的时间。
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状态 部件 1 时钟
组合逻辑
状态 部件 2
T的最大值确定了时钟周期的大小。
规定：
如果一个状态部件是每一个时钟周期都写入，就不需要 写控制信号，依靠时钟信号进行写入。 只有当状态部件不是每个时钟周期都写入时，才需要有 一个写控制信号。 写入操作仅发生在当该信号有效而且时钟的边沿到来的 时刻。
DMWrite IR[rs] RR1 RR2 WR WD IR[15:0] 符号位 扩展 32 DMRead
指令
IR[rt]
RD1 Reg RD2
ALU
DA RD WD
DM
4.4 实现MIPS的一个基本方案
beqz指令
Branch信号为有效表示当前指令是一条分支指令。
把指令字中的16位偏移量字段（IR[adr]）进行符号 位扩展，变成32位数，并左移两位送给ALU； 把PC＋4送给ALU的另一个输入，与上一步符号位扩 展和左移后的地址相加，得到转移目标地址； 用IR[rs]作为地址去访问寄存器组Reg，读出操作数 并送给判0部件。由该部件的输出确定是否分支成功。 如果为真，转移目标地址就成为新的PC值，分支成 功；否则就用PC＋4代替PC中的值，分支失败。
PCWrite
IA
DA
DA Ins WD
RD1 数据
PC
IM IA：指令地址 Ins：读出的指令
DM
（a）程序计数器 ALUCtrl n
（b）指令存储器
ALUo ALU
16 SUM ADD SUM：加法的结果 （f）加法器
符号位 扩展
32
32
= 0？
ALUo：运算的结果 （e）ALU
（g）符号位扩展部件
rt——对于load指令来说，rt所指出的寄存器是存 放所取的数据；对于store指令来说，是存放要写 入存储器的数据；对于beqz指令来说，是存放被 检测的数据。该字段用IR[rt]或IR[20:16]表示。
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4.2 关于模型机
5. 从计算机组成的角度来看，CPU设计的步骤
根据各指令的执行步骤来建立数据通路；
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4.4 实现MIPS的一个基本方案
DMWrite IR[rs] 指令 IR[rt] RR1 RR2 WR WD IR[15:0] 符号位 扩展 32 DMRead
RD1 Reg RD2
load指令所用到的数据通路
ALU
DA RD WD
DM
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store指令
前两步与load指令的相同。 用IR[rt]作为地址去访问通用寄存器组，读出的数据 （在RD2输出端口）送给DM的数据输入端WD，并 向DM发写入信号（将DMWrite置为有效），将数据 写入DM中相应单元。
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4.3 逻辑设计的约定和定时方法
4.3.2 定时方法
1. 定时方法确定什么时候可以进行读，什么时候可以进 行写。 2. 采用边缘触发的定时方法
时序部件中的值只有在时钟翻转的边沿才会发生
变化。
选择上跳沿或下跳沿作为有效边沿。
3. 组合逻辑、状态部件与时钟的关系
传输时间T：信号从状态部件1出发，经过组合逻
shamt——无用； funct——ALU指令的运算函数码字段，用IR[funct]或 IR[5:0]表示。
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4.2 关于模型机
I类型
6 操作码 31:26
5
5
16
rs
25:21
rt
20:16
adr
15:0
rs——基址寄存器字段，用IR[rs]或IR[25:21]表示。
adr——偏移量字段，用IR[adr]或IR[15:0]表示。 rs和adr用于计算访存有效地址或分支目标地址。
两个输出端RD1（Read Data）和RD2
分别给出所读出的寄存器单元（其地址分别由RR1和RR2 给出）的数据。
寄存器组只有一个控制信号RegWrite（写寄存器）。当且仅当 对寄存器组进行写入操作时，RegWrite才有效。 RR1、RR2和WR的宽度都是5位，WD、RD1和RD1的宽度都 是32位。
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4.4 实现MIPS的一个基本方案
4.4.1 构建基本的数据通路
1. 有两种典型的数据通路组织方式
基于总线的结构
减少信号线的数量，但性能不如直接连接方式。
直接连接
（我们选择直接连接的结构）
2. 构建数据通路要用到的一些基本构件
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RegWrite DMRead RR1 RR2 RD 寄存器号 Reg WR 数据 DMWrite DA：地址 WD：写入的数据 RD：读出的数据 （c）数据存储器 RR1、RR2：读操作的地址 RD1、RD2：读出的数据 WR：写操作的地址 WD：写入的数据 （d）通用寄存器组 WD RD2
包含状态的部件（时序电路 ）
状态部件的当前输出是前一个时钟周期写进去的值。
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4.3 逻辑设计的约定和定时方法
状态部件至少包括两个输入和一个输出。
两个输入：
要写入部件的值 时钟：确定何时进行写入
2. 约定
用“有效”表示信号线上的值为逻辑值“1”， 用“无效”表示逻辑值“0”。
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4.4 实现MIPS的一个基本方案
PC＋4
0 M U X 1
至 PC
IR[rs] 指令
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4.4 实现MIPS的一个基本方案
ALU
输入：两个32位的数据 输出ALUo：两个数据进行运算的结果（32位） 进行多种算术逻辑运算，由控制信号ALUCtrl（4位）确 定进行什么操作。
加法器
把两个输入的数据相加，把结果放到输出端SUM。
符号位扩展部件
用于把16位的数据按符号扩展为32位的数据。
程可能需要多步操作，控制器将为之形成完成该 指令功能所需要的操作控制信号。执行完毕后， 回到取指令阶段，去取下一条指令。如此反复， 直到整个程序执行完。