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计算机基础知识
第1页，共135页，编辑于2022年，星期三
计算机系统概述
硬件系统（设备）
软件系统（程序、文档）
计算机系统
硬件
系统软件
应用软件
组成图
层次图
第2页，共135性能    　
　 CPU性能的高低直接决定了一个微型机系统的档次，
CPU性能主要是由以下几个主要因素决定的：
⑴ CPU执行指令的速度    即CPU每秒所能执行的指令的条数。早期用电子管元
件制作的 CPU，每秒钟大约能执行数千条基本指令。而目
前的PentiumⅣ微处理器芯片每秒执行的指令数可达数亿条
之多。
   CPU执行指令的速度与“系统时钟”有直接的关系。系
统时钟不在CPU芯片内，是一个独立的部件，在计算机工
作过程中，系统时钟每隔一定的时间间隔发出脉冲式的电
信号，这种脉冲信号控制着各种系统部件的动作速度，使
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它们能够协调同步就好像一个定时响铃的钟表，人们按照它
的铃声来安排作息时间一样。在一台计算机里，系统时钟的
频率是根据部件的性能决定的。如果系统时钟的频率太慢，
则不能发挥CPU等部件的能力，但如果太快而工作部件跟
不上它，又会出现数据传输和处理发生错误的现象。因此，
CPU能够适应的时钟频率，或者说CPU作为产品的标准工
作频率，即CPU在一秒钟内能够完成的工作周期数，就是
一个很重要的性能指标。CPU的标准工作频率就是人们常
说的CPU“主频”。CPU主频以MH（兆赫）为单位计算，
1MH指每秒一百万次（脉冲）。显然，在其它因素相同的
情况下，主频越快的CPU速度越快。80年代初，IBM PC机
上采用的Intel ，而目前的
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PentiumⅣ微处理器的主频已达到了300MHz以上。但是，
CPU 芯片在速度上的优劣并不完全取决于它的“主频”或者
执行指令的速度，实际的CPU速度与芯片内部的体系结构
以及CPU和外围电路的配合等都有密切的关系。
⑵ CPU 的“字长”    即CPU一次所能处理的数据的二进制位数。如果一个
CPU的字长为 8 位，它每执行一条指令可以处理8位二进制
数据。如果要处理更多位数的数据，就需要执行多条指令。
显然，可同时处理的数据位数越多，CPU的档次就越高，
从而它的功能就越强，工作速度也越快，其内部结构也就越
复杂。因此，按CPU字长可将微型机分为８位、16位、32
位和64位等类型。通常，８位机和16位机是早期的微型机产
品，目前流行的主要是64位机。
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⑶ 指令本身的处理能力   早期CPU只包含一些功能比较弱的基本指令，
例如，从算术指令看，可能只包含最基本的整数加
减法和乘法指令，而整数除法运算就要由许多条指
令组成的程序来完成；对浮点数的计算需要执行由
更多基本指令组成的程序。随着制造技术的进步，
后来的CPU在基本指令集里提供了很多复杂运算的
指令，这样一条指令能够完成的工作增加了，指令
的种类增加了，CPU的处理能力也就增强了。
    　当然，这种增加指令功能和种类的做法只是一
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种提高性能的途径。在CPU芯片设计技术方面还有
另一种重要的方向，叫做RISC（Reduced Instruction Set Computers），即“精减指令系统”
芯片技术，这种技术把过去复杂的指令系统最大限
度地简化成基本指令集，使指令系统非常简洁，　
指令的执行速度大大加快，也能够提高CPU芯片的
速度。目前，有两种高速芯片，Power-PC 芯片和
Alpha芯片，都是采用RISC技术生产的。
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高速缓冲存储器﹙Cache﹚
高速缓存是位于CPU和主存之间的高层存储子系
统。采用高速缓存的主要目的是提高存储器的平均
访问速度，从而使存储器的速度与CPU的速度相匹
配。
Cache通常由两部分组成，块表和快速存储器。
其工作原理是：处理器访问主存时，存储器地址的
高端部分通过主存—Cache地址映像机构借助查表
判定该地址的存储单元是否在Cache中，如果在，
存储系统
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则Cache命中，按Cache地址访问Cache，由Cache提供数
据给处理器。否则，Cache不命中，则需要访问主存，并从
主存中调入相应数据块到Cache中，若Cache中已写满，则
要按某种算法将Cache中的某一块替换去，并修改有关的
地址映