大学计算机硬件技术基础（第三版）-艾德才-课件PPT
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大学计算机硬件技术基础（第三版）-艾德才-课件PPT,大学计算机,硬件,技术,基础,第三,艾德才,课件,ppt
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第10章,常用输入输出 设备及接口,键盘是PC机基本的系统部件之一，是主要的输入设备。通过键盘可以向PC机发布操作命令或输入数据。图展示出目前比较流行的几款键盘。,10.1 键盘及接口,键盘的结构,PC机键盘可以分为外壳、按键和电路板三个部分。 1.外壳：键盘的外壳是用来支撑键盘和保护电路板的。 2.按键：键盘的按键按其功能可分为打字键、功能键和控制键三类。 3.电路板：键盘的电路板是将每个按键发出不同的信号转换成相应的二进制代码，然后通过键盘接口送入计算机。,按键： （1）打字键：包括数字键（09）、字母键（AZ）、符号键、运算功能键。 （2）功能键：F1F12是功能键。 （3）控制键：除打字键和功能键以外的各键均为控制键。,键盘的分类,1.按键盘开关接触方式分类 机械式键盘： 一般是由金属片和触点组成，每个键相当于一个按钮开关。 导电橡胶式键盘 是由印刷电路板触点和导电橡胶组成。 电容式键盘 是一种无触点开关。 塑料薄膜式键盘 使用的是薄膜（membrane）开关，键盘内有四层塑料薄膜。,2.按按键的个数分类 早期IBM-PC机的键盘是83键。后来不断增加新的控制功能键，按键的数目增加为标准的101键，Windows95面世后，在101键盘的基础上又增加了3个Windows专用键，按键数目达到104键. 3.按键盘的外形分类 可将键盘分为： 标准键盘 人体工程学键盘。,4.按键盘与电脑连接方式分类 可将键盘分为 有线键盘 无线键盘。 有线连接是最普遍，最常见的连接方式. 无线连接方式没有键盘连线，可在离电脑主机距离较远的较大范围使用。无线连接的具体方式可分为红外，蓝牙，无线电等等。,键盘接口 早期的键盘接口都是AT插头，目前已经基本淘汰。 USB通用串行接口。目前常见的USB接口按照版本可分为USB1.1及USB2.0，最大数据传输率分别是12Mbps和480Mbps。,键盘接口,PC机上用到的键盘接口分为AT接口、PS/2接口和USB接口3种。常用PS/2及USB接插件如图所示。,图 PS/2及USB接插件,鼠标的分类,按照鼠标的按键数目可分为： 两键鼠标、三键鼠标和滚轮鼠标等； 按照鼠标的工作原理可分为： 机械式鼠标、光电式鼠标、无线式鼠标等 按照鼠标的接口类型可分为： PS/2接口鼠标、串行接口鼠标、USB接口鼠标等。,10.2鼠标器及接口,图 各种形式的鼠标,各种形式的鼠标如图所示,鼠标的接口,鼠标与主机的接口有3种 早期的鼠标采用RS-232串行接口（9针D型插头座）与主机连接。 传统使用的是PS/2接口，它是一种6针微型DIN接口。 目前许多新的鼠标产品都采用了USB接口，与前两种接口相比，其优点是非常高的数据传输率，完全能够满足各种鼠标在刷新率和分辨率方面的要求.,图 鼠标接口,载波检测 接受数据 发送数据 数据终端就绪 信号地 数据设备就绪 请求发送 发送允许 响铃指示,(a) RS-232串行接口,(b) PS/2接口,(c) USB接口,鼠标的工作原理,鼠标的工作原理是： 在鼠标垫上移动鼠标时，借助于机械的或光学的方法把鼠标移动的距离和方向（X方向及Y方向的距离）分别变换成两个脉冲信号输入计算机，计算机运行鼠标驱动程序将脉冲个数再转换成鼠标在水平方向和垂直方向的位移量，从而控制屏幕上鼠标箭头的运动。 鼠标按工作原理可分为机械式鼠标、光机式鼠标、光电式鼠标和无线式鼠标等。,目前最流行的一种光电鼠标,触摸板也是笔记本电脑中鼠标的一种替代设备，它是安装在键盘下方的一块矩形板，是一种压力和运动的敏感装置,10.3 笔输入设备及接口,笔输入设备的组成 笔输入设备俗称“手写笔”，一般都由两部分组成，一部分是与主机相连接的基板，基板上有连接线，可接到主机的串行口（或PS/2口、USB口）上；另一部分是在基板上写字的“笔”。可通过笔与基板的相互作用来完成写字、画图和控制鼠标箭头的操作。 笔输入设备的分类 笔输入设备按工作原理可分为电阻式、电磁感应式和电容触控式三大类。,1. 电阻式笔输入设备 这种“手写笔”利用笔触及到基板时，基板上的电阻值发生变化，基板可依据电阻值的变化计算出笔所在的位置，并把位置参数输入主机。 主机根据笔的位置，将鼠标箭头做相应的移动，或完成其他动作。由于笔必须接触基板才能起作用，所以提起笔来后，不论笔在空中如何移动显示屏上的光标都不会移动。,2.电磁感应式笔输入设备 这种“手写笔”会发出电磁波，被基板感应后将产生相应的感应信号，基板依据所感应的信号计算出笔的位置参数并输入主机。在主机的控制下可移动光标或完成其他相应的操作。,3.电容触控式笔输入设备 电容式触控板的工作原理，是通过人体的电容来感知手指的位置。在触控板表面附着有一种传感矩阵，这种传感矩阵与一块特殊芯片一起，持续不断地跟踪着使用者手指电容的“轨迹”，经过内部一系列的处理，从而能够每时每刻精确定位手指的位置（X、Y坐标），同时测量出由于手指与板间距离（压力大小）形成的电容值的变化，确定Z坐标，最终完成X、Y、Z坐标值的确定,10.4 扫描仪及接口 扫描仪的结构和工作原理 扫描仪主要由上盖、原稿台、光源、光学成像部分、感光组件和模拟-数字转换电路光电转换部分、机械传动等部件组成。扫描仪是基于光电转换原理设计的。,扫描仪是一种能直接将图像（照片）、文字等信息输入计算机的输入设备。可利用OCR文字识别功能扫描原稿，将原稿文字快速录入计算机。如图示。,图 扫描仪实物图,扫描仪的分类 扫描仪可有几种不同的分类方法。 1.按扫描仪的处理对象来分类 分为反射式扫描仪和透射式扫描仪两种。 2.按扫描仪的结构来分类 可分为手持式扫描仪、平板式扫描仪、胶片专用扫描仪和滚筒式扫描仪等。 3.按扫描对象纬度分 可分为平面扫描仪、和实物扫描仪和3D扫描仪等。,扫描仪的接口 扫描仪与计算机的接口一般有以下四种。 1.EPP 接口 2.SCSI接口： 3. IEEE 1394接口： 4.USB接口：,10.5 数字照相机及接口,图 数字照相机,数字照相机的基本结构 数字照相机主要由镜头、图像传感器、A/D（模/数）转换器、DSP数字信号处理器、MPU微处理器、LCD液晶显示器、PC卡（可移动存储器）和接口等部成。通常这些部件都安装在数字照相机的内部。如图所示。,液晶显示器,数字照相机的主要性能指标 1.CCD的像素数（分辨率） 2.分辨率（拍摄图像的分辨率） 3.色彩位数 4.自平衡调整 5.镜头和焦距,数字照相机的分类 1.按感光器件分类 （1）单CCD数字照相机： （2）3CCD数字照相机： （3）线性CCD数字照相机： （4）CMOS数字照相机：,2.按内部结构分类 数字照相机按内部结构分类可分为普通型数字照相机、单镜头反光式数字照相机、专业型数字照相机。,10.6 显示器及接口,CRT显示器 LCD液晶显示器 显示控制卡,CRT显示器,从20世纪80年代至今，在二十多年的时间里，CRT显示器得到了快速发展，其种类和档次也越来越多。CRT显示器是十几年来，外形与使用功能变化最小的电脑外设产品之一，其外观结构如图所示。,CRT显示器外部结构,CRT显示器分类,按照显示屏幕大小不同 按照显像管表面平坦度的不同 按照显像管表面平坦度的不同,LCD 液晶显示器,与传统的CRT相比，LCD不但体积小，厚度薄，重量轻、耗能少、工作电压低且无辐射，无闪烁并能直接与集成电路匹配。如图所示。,LCD外部结构,液晶显示的分类 液晶显示器按照控制方式不同可分为: 被动矩阵式LCD 主动矩阵式LCD,显示控制卡,由于CRT显示器工作在模拟状态，而计算机处理的是数字信号，因此，需要将数字信号转换为模拟信号。显示卡的基本功能就是完成这种数模转换。,显示卡组成部分,显示控制卡的组成结构,VGA接口 CRT显示器上使用VGA接口（也称D-SUB端口），如图示。此接口共15针，分为3排，每排5针，接口为D字型，用于传送模拟信号。 一般主板集成的显卡只提供该接口的输出。目前，该接口的15针并没有完全利用起来。15针中有5针是用来传送红（R）、绿（G）、蓝（B）、行（H）、场（V）这5种分量信号，如表所示。图展示出VGA接口引脚。,VGA接口引脚,表 15针VGA显示器接口管脚排列及信号含义,VGA接口,107 声音输出设备及接口,声卡 声卡的分类 按照声卡的转换器位数，可分为：8位声卡16位声卡32位声卡64位声卡. 按照声卡的功能的不同，可分为单声道声卡： 按照声卡的组成结构，可分为: 独立声卡和板载声卡。,声卡的结构和接口,图 声卡的组成部分,声卡主要组成 数字信号处理芯片 数字音频编码解码芯片Codec 功率放大器 内部连接端口 外部连接端口,10.8 打印机及其接口技术,打印机是将计算机的运行结果或中间结果打印在纸张上的常用输出设备。 按打印的颜色有单色、彩色之分； 根据打印机的工作原理可分为针式打印机、激光印字机和喷墨打印机。,打印机的基本工作原理,针式打印机 也称点阵打印机，外观如图。它是利用打印头内的若干点阵撞针，撞击色带在打印纸上形成一种由点阵组成的字符或图形。,针式打印机外观,激光印字机 激光打印机是一种高速度、高精度、低噪音的输出设备，外观见图。,图 激光打印机外观,喷墨打印机 喷墨打印机是把墨滴微粒喷射到纸面上并形成字符或图像来实现输出打印的，其外观见图。,图 喷墨打印机外观,打印机的接口 并行打印通常采用 Centronics 并行接口标准。目前使用的大多是USB 串行总线标准和 Centrorlies并行接口标准打印机。,图 DB-25并口管脚排列,图 打印机与PC机并口连接线缆,表 36线Centronics标准引脚线和信号之间的对应关系,表 25 线Centronics标准引脚线和信号之间的对应关系,第10章常用输入输出设备及接口 键盘是PC机基本的系统部件之一，是主要的输入设备。通过键盘可以向PC机发布操作命令或输入数据。图展示出目前比较流行的几款键盘。 10.1 键盘及接口键盘的结构 PC机键盘可以分为外壳、按键和电路板三个部分。1.外壳：键盘的外壳是用来支撑键盘和保护电路板的。2.按键：键盘的按键按其功能可分为打字键、功能键和控制键三类。3.电路板：键盘的电路板是将每个按键发出不同的信号转换成相应的二进制代码，然后通过键盘接口送入计算机。按键： （1）打字键：包括数字键（09）、字母键（AZ）、符号键、运算功能键。 （2）功能键：F1F12是功能键。 （3）控制键：除打字键和功能键以外的各键均为控制键。键盘的分类1.按键盘开关接触方式分类机械式键盘： 一般是由金属片和触点组成，每个键相当于一个按钮开关。导电橡胶式键盘 是由印刷电路板触点和导电橡胶组成。电容式键盘 是一种无触点开关。塑料薄膜式键盘 使用的是薄膜（membrane）开关，键盘内有四层塑料薄膜。2.按按键的个数分类 早期IBM-PC机的键盘是83键。后来不断增加新的控制功能键，按键的数目增加为标准的101键，Windows95面世后，在101键盘的基础上又增加了3个Windows专用键，按键数目达到104键.3.按键盘的外形分类 可将键盘分为： 标准键盘 人体工程学键盘。4.按键盘与电脑连接方式分类 可将键盘分为 有线键盘 无线键盘。 有线连接是最普遍，最常见的连接方式. 无线连接方式没有键盘连线，可在离电脑主机距离较远的较大范围使用。无线连接的具体方式可分为红外，蓝牙，无线电等等。 键盘接口 早期的键盘接口都是AT插头，目前已经基本淘汰。 USB通用串行接口。目前常见的USB接口按照版本可分为USB1.1及USB2.0，最大数据传输率分别是12Mbps和480Mbps。 键盘接口 PC机上用到的键盘接口分为AT接口、PS/2接口和USB接口3种。常用PS/2及USB接插件如图所示。图 PS/2及USB接插件 鼠标的分类按照鼠标的按键数目可分为： 两键鼠标、三键鼠标和滚轮鼠标等；按照鼠标的工作原理可分为： 机械式鼠标、光电式鼠标、无线式鼠标等 按照鼠标的接口类型可分为： PS/2接口鼠标、串行接口鼠标、USB接口鼠标等。 10.2鼠标器及接口图 各种形式的鼠标各种形式的鼠标如图所示 鼠标的接口鼠标与主机的接口有3种 早期的鼠标采用RS-232串行接口（9针D型插头座）与主机连接。 传统使用的是PS/2接口，它是一种6针微型DIN接口。 目前许多新的鼠标产品都采用了USB接口，与前两种接口相比，其优点是非常高的数据传输率，完全能够满足各种鼠标在刷新率和分辨率方面的要求.图 鼠标接口载波检测接受数据发送数据数据终端就绪信号地数据设备就绪请求发送发送允许响铃指示(a) RS-232串行接口(b) PS/2接口(c) USB接口 鼠标的工作原理 鼠标的工作原理是： 在鼠标垫上移动鼠标时，借助于机械的或光学的方法把鼠标移动的距离和方向（X方向及Y方向的距离）分别变换成两个脉冲信号输入计算机，计算机运行鼠标驱动程序将脉冲个数再转换成鼠标在水平方向和垂直方向的位移量，从而控制屏幕上鼠标箭头的运动。 鼠标按工作原理可分为机械式鼠标、光机式鼠标、光电式鼠标和无线式鼠标等。目前最流行的一种光电鼠标 触摸板也是笔记本电脑中鼠标的一种替代设备，它是安装在键盘下方的一块矩形板，是一种压力和运动的敏感装置10.3 笔输入设备及接口 笔输入设备的组成 笔输入设备俗称“手写笔”，一般都由两部分组成，一部分是与主机相连接的基板，基板上有连接线，可接到主机的串行口（或PS/2口、USB口）上；另一部分是在基板上写字的“笔”。可通过笔与基板的相互作用来完成写字、画图和控制鼠标箭头的操作。 笔输入设备的分类 笔输入设备按工作原理可分为电阻式、电磁感应式和电容触控式三大类。1. 电阻式笔输入设备 这种“手写笔”利用笔触及到基板时，基板上的电阻值发生变化，基板可依据电阻值的变化计算出笔所在的位置，并把位置参数输入主机。 主机根据笔的位置，将鼠标箭头做相应的移动，或完成其他动作。由于笔必须接触基板才能起作用，所以提起笔来后，不论笔在空中如何移动显示屏上的光标都不会移动。 2.电磁感应式笔输入设备 这种“手写笔”会发出电磁波，被基板感应后将产生相应的感应信号，基板依据所感应的信号计算出笔的位置参数并输入主机。在主机的控制下可移动光标或完成其他相应的操作。3.电容触控式笔输入设备 电容式触控板的工作原理，是通过人体的电容来感知手指的位置。在触控板表面附着有一种传感矩阵，这种传感矩阵与一块特殊芯片一起，持续不断地跟踪着使用者手指电容的“轨迹”，经过内部一系列的处理，从而能够每时每刻精确定位手指的位置（X、Y坐标），同时测量出由于手指与板间距离（压力大小）形成的电容值的变化，确定Z坐标，最终完成X、Y、Z坐标值的确定 10.4 扫描仪及接口 扫描仪的结构和工作原理 扫描仪主要由上盖、原稿台、光源、光学成像部分、感光组件和模拟-数字转换电路光电转换部分、机械传动等部件组成。扫描仪是基于光电转换原理设计的。 扫描仪是一种能直接将图像（照片）、文字等信息输入计算机的输入设备。可利用OCR文字识别功能扫描原稿，将原稿文字快速录入计算机。如图示。图 扫描仪实物图 扫描仪的分类 扫描仪可有几种不同的分类方法。1.按扫描仪的处理对象来分类 分为反射式扫描仪和透射式扫描仪两种。2.按扫描仪的结构来分类 可分为手持式扫描仪、平板式扫描仪、胶片专用扫描仪和滚筒式扫描仪等。3.按扫描对象纬度分 可分为平面扫描仪、和实物扫描仪和3D扫描仪等。 扫描仪的接口 扫描仪与计算机的接口一般有以下四种。1.EPP 接口2.SCSI接口：3. IEEE 1394接口：4.USB接口：10.5 数字照相机及接口 数字照相机的基本结构 数字照相机主要由镜头、图像传感器、A/D（模/数）转换器、DSP数字信号处理器、MPU微处理器、LCD液晶显示器、PC卡（可移动存储器）和接口等部成。通常这些部件都安装在数字照相机的内部。如图所示。液晶显示器 数字照相机的主要性能指标 1.CCD的像素数（分辨率） 2.分辨率（拍摄图像的分辨率） 3.色彩位数 4.自平衡调整 5.镜头和焦距 数字照相机的分类1.按感光器件分类（1）单CCD数字照相机：（2）3CCD数字照相机：（3）线性CCD数字照相机：（4）CMOS数字照相机：2.按内部结构分类 数字照相机按内部结构分类可分为普通型数字照相机、单镜头反光式数字照相机、专业型数字照相机。 10.6显示器及接口CRT显示器LCD液晶显示器 显示控制卡CRT显示器 从20世纪80年代至今，在二十多年的时间里，CRT显示器得到了快速发展，其种类和档次也越来越多。CRT显示器是十几年来，外形与使用功能变化最小的电脑外设产品之一，其外观结构如图所示。 CRT显示器外部结构 CRT显示器分类按照显示屏幕大小不同按照显像管表面平坦度的不同按照显像管表面平坦度的不同LCD 液晶显示器 与传统的CRT相比，LCD不但体积小，厚度薄，重量轻、耗能少、工作电压低且无辐射，无闪烁并能直接与集成电路匹配。如图所示。 LCD外部结构 液晶显示的分类 液晶显示器按照控制方式不同可分为: 被动矩阵式LCD 主动矩阵式LCD显示控制卡 由于CRT显示器工作在模拟状态，而计算机处理的是数字信号，因此，需要将数字信号转换为模拟信号。显示卡的基本功能就是完成这种数模转换。 显示卡组成部分显示控制卡的组成结构 VGA接口 CRT显示器上使用VGA接口（也称D-SUB端口），如图示。此接口共15针，分为3排，每排5针，接口为D字型，用于传送模拟信号。 一般主板集成的显卡只提供该接口的输出。目前，该接口的15针并没有完全利用起来。15针中有5针是用来传送红（R）、绿（G）、蓝（B）、行（H）、场（V）这5种分量信号，如表所示。图展示出VGA接口引脚。 VGA接口引脚表 15针VGA显示器接口管脚排列及信号含义107 声音输出设备及接口 声卡声卡的分类 按照声卡的转换器位数，可分为：8位声卡16位声卡32位声卡64位声卡. 按照声卡的功能的不同，可分为单声道声卡： 按照声卡的组成结构，可分为: 独立声卡和板载声卡。声卡的结构和接口 图 声卡的组成部分 声卡主要组成数字信号处理芯片数字音频编码解码芯片Codec功率放大器内部连接端口外部连接端口 10.8 打印机及其接口技术 打印机是将计算机的运行结果或中间结果打印在纸张上的常用输出设备。按打印的颜色有单色、彩色之分；根据打印机的工作原理可分为针式打印机、激光印字机和喷墨打印机。打印机的基本工作原理针式打印机 也称点阵打印机，外观如图。它是利用打印头内的若干点阵撞针，撞击色带在打印纸上形成一种由点阵组成的字符或图形。 针式打印机外观激光印字机 激光打印机是一种高速度、高精度、低噪音的输出设备，外观见图。图 激光打印机外观喷墨打印机 喷墨打印机是把墨滴微粒喷射到纸面上并形成字符或图像来实现输出打印的，其外观见图。图 喷墨打印机外观 打印机的接口 并行打印通常采用 Centronics 并行接口标准。目前使用的大多是USB 串行总线标准和 Centrorlies并行接口标准打印机。 图 DB-25并口管脚排列 图 打印机与PC机并口连接线缆 表 36线Centronics标准引脚线和信号之间的对应关系 表 25 线Centronics标准引脚线和信号之间的对应关系 第 11 章,高档微处理器,11.1 高能奔腾 Pentium Pro,1996年后，Intel又相继推出了 高能奔腾Pentium Pro、 多能奔腾Pentium MMX、 二代奔腾Pentium II、 多能奔腾二代 Pentium III 等Pentium系列高档微处理器,1 RISC 技术 Intel 在开发Pentium Pro 微处理器高性能过程中也采用了RISC技术。Pentium Pro 微处理器不仅是一代卓越的超标量微处理器，而且是超流水线型的，在同样的时钟速率下比Pentium快三分之一。 2Pentium Pro新技术 Intel的Pentium Pro 微处理器的“Dynamic Execution(动态执行)”使得Pentium Pro 微处理器在大多数情况下处理指令的效率比Pentium更高一些。 3事务总线 Pentium Pro 微处理器采用的是事务总线设计，可以支持多个特殊的总线请求。 4Pentium Pro内部结构 Pentium Pro 微处理器采用的是一种特殊的总线结构。二级Cache 被设计成与Pentium Pro 微处理器同处一个芯片内，同被封装在一起 5Pentium Pro 流水线 Pentium Pro 微处理器使用是一种被划分为按序、乱序和退出这样三个操作部分的14级深的流水线，,11. 2 多能奔腾Pentium MMX 1996年底推出的Pentium 微处理器系列的改进版本Pentium MMX微处理器（多能奔腾），所采用的MMX技术是Intel 最新发明的一项多媒体增强指令技术。它的指令系统新增加了57条为丰富和加速PC机上多媒体和通信而设计的新指令，所以被称之为“多媒体扩展指令系统”。,1MMX技术 Pentium MMX使用了一种叫做单指令流、多数据流（SIMD）的技术，该技术能够使CPU同时对二个、四个甚至八个数据元素进行计算，且不会降低操作速度。 2体系结构的改进 Pentium MMX功能的增强会简化系统中其他子系统。Pentium MMX提高了处理机分担多媒体计算的能力，这将使图形加速、声频、视频的设计和实现变得简单，从而降低了整个系统的成本。 3简单的乘累加操作 （1）在Pentium MMX上的操作方法 （2）在经典Pentium上操作的方法,11. 3 二代奔腾Pentium II 1997年5月，Intel 推出了与Pentium Pro同一个级别的微处理器Pentium II。 Pentium II 虽然采用了原有Pentium Pro相同的核心体系结构，但它加快了对段寄存器写操作的速度，还增加了MMX指令，从而加速了操作系统的执行速度。由于Pentium II又增加了可重命名的段寄存器，因此Pentium II有能力可以猜测地执行写操作。 在总线方面，Pentium II采用了双独立总线结构，即其中的一条总线被连接到了二级Cache，另一条总线主要是负责主存储器的信息传送操作。,1体系结构的增强 Pentium II微处理器又新配备了八个64位的MMX寄存器，以加速多媒体任务的执行。并且配置了可重命名的段寄存器，用以加速操作系统的执行速度。 采用了MMX多媒体增强技术的Pentium II微处理器与多能Pentium MMX微处理器相比，体系结构又有新意，结合双独立总线结构，即其中一条总线连接到二级Cache，另一条总线主要负责与主存储器之间的信息传送。 2Pentium II 流水线 超标量技术 被Intel巧妙地移植到CISC类的Pentium II微处理器上。 超标量组织的主要部件是 指令预取和译码部件、 调度发送和执行部件、 指令缓冲部件 恢复部件。 3. Pentium II 的Cache 将Pentium II 上的一级Cache的容量从16KB加倍到32 KB 4. 分支转移预测 Pentium II使用的是基于转移指令近期执行历史的动态转移预测策略。由一个分支转移目标缓冲存储器（BTB）负责控制着它的运行，BTB进行的是高速缓冲存储操作，其内保存着近期所遇到的有关转移指令的相关信息。,11. 4 多能奔腾二代 Pentium III 1999年2月，推出了Pentium III芯片。它是为提高用户的互联网计算而设计的微处理器。 Pentium III芯片所带来的最重要的技术创新之一就是它新增加的71条被称之为互联网的指令和处理机的序列号。 1SSE指令 Pentium新增添的7条互联网SSE指令，SSE指令集中包含有以下三类指令： 八条高速缓冲存储器控制指令； 50条单指令多数据浮点运算指令； 12条新的多媒体指令等；,2 Pentium III的微体系结构 Pentium是基于Intel的P6微体系结构，其中包括增加带宽的快速100 MHz系统总线、大小规模为512 KB的二级Cache和使微处理器效率更高的动态执行技术。 微处理器的核心逻辑有所扩展，增加了一个新的微处理器状态、一个新的数据类型，和能够进行并行浮点和整数操作的8个128位的寄存器。总线速度扩展到450 MHz、500 MHz。 （1） 二级Cache Pentium把全速256 KB的二级Cache集成进了其核心芯片之内， （2） 更高的后端总线传输带宽 Pentium的“高级传输高速缓冲存储器”除了运行主频与核心频率一样外，它与Pentium核心运算部件之间的数据通路也从原来的64位提高到现在的256位，仅数据通路的带宽就提高了4倍。,11. 5 Pentium 4 为Pentium 4设计了一种被称之为“ NetBurst”的新微体系结构，它可以更好地满足目前互联网用户的需求。Pentium 4在数据加密、视频压缩和对等网络等方面的性能都有较大幅度的提高。 1Pentium 4 的 NetBurst 微体系结构 所谓NetBurst，顾名思义；Net即网的意思；Burst成组传输 、突发传输的意思。 若在网上传输数据，不传则已，传则即为很大的信息量。如传一幅图片，总不能让用户等半天才能得到信息。这样就要求Pentium 4 快速地、大量地处理信息和传送信息。,图中展示出了Pentium 4 微处理器内部结构及各功能部件在芯片内的位置,2 超级流水线技术 Pentium 4配备了新的超级流水线技术，它把流水线的深度增加到20级，Pentium 4的超级流水线上配备有20个基本操作部件，所以Pentium 4的操作速度也就快得多。 衡量CPU性能的公式是： 性能 = CPU的主频 IPC 3高速的系统总线（400 MHz） Pentium 4在数据传输方面采用了其时钟频率为400 MHz新的系统总线。 4拥有执行追踪功能的一级 Cache Pentium 4的一级指令Cache 被改进成执行追踪的Cache，其容量12KB，但是由于在 Pentium 4的执行追踪的Cache内存放着已经译好码的微指令 ( OPs ) ，使Pentium 4不必每次都要重新给指令译码，从而大大加快了译码速度，,5 高级动态执行机制 Pentium 4配备的高级动态执行机制，使Pentium 4在流水线中所能处理的指令条数比Pentium III多出3倍以上，并能合理地预测分支转移指令。 6. 高速执行引擎 在Pentium 4中配置了一种时钟缓冲器电路，可以使NetBurst微体系结构下的算术运算和逻辑运算部件ALU能够在倍于CPU主频的速度下操作，Intel把其称之为高速执行引擎。 7配备有先进传输机制的二级Cache Pentium 4的NetBurst微体系结构使用的二级Cache其大小规模为256 KB，又称可进行高级传输的缓冲存储器,9性能增强了的浮点部件和多媒体部件 Pentium 4 把浮点寄存器扩展成了128位，并且又增加了一个用于数据传送的 辅助寄存器，这样就大大改善了浮点部件和多媒体部件的性能。 10单指令多数据扩展的数据流SIMD (SSE2)指令集 Pentium 4引进了为加速执行各种应用程序而设计的、包含144条多媒体及图形指令的单指令多数据扩展的数据流 SIMD (SSE2)指令集，其中SIMD是指单指令多数据操作，它们是第二代高级浮点以及多媒体指令集（SSE2）。,11. 6 64位技术,2005年4月，Intel推出了她的64位微处理器EM-64T，即存储器扩展64位微处理器技术。 存储器扩展64位微处理器技术具体表现在：新的操作模式，新增加和增强的指令多达432条。 存储器扩展64位微处理器技术，对传统模式、兼容模式、64位模式等这3种操作模式都给以支持：,1传统模式 所谓传统模式，即在32位微处理器使用过的，而在64位微处理器上保留下来的操作模式。在存储器扩展64位微处理器上，像之前的32位操作系统、32位应用程序、32位驱动程序等都是传统模式，64位微处理器技术一如既往地都提供支持。 2兼容模式 兼容模式是在代码段基础上的、经操作系统允许的一种操作模式。 在存储器扩展的64位微处理器上，不仅对新的64位操作系统、新的64位驱动程序提供支持，而且对以前的32位应用程序也照样提供支持 364位模式 64位的操作模式是在代码段基础上，由操作系统允许并启动的一种操作模式。 在存储器扩展64位微处理器上，对全新的64位操作系统、64位应用程序、64位驱动程序、64位虚拟地址空间给以支持，而且使用全新的64位通用寄存器GPRs。 当访问比64位寄存器和64位地址还大的信息时，使用64位的通用寄存器GPRs。,4 通用寄存器 在存储器扩展64位微处理器上，把现有的32位的8个通用寄存器都展宽到64位，根据功能的需求又新增加了8个64位通用寄存器。 64位微处理器，还新设置了8个新的128位的、单指令多数据流SIMD 扩展寄存器 5. 不变的寄存器 64位微处理器， 它就保留了32位微处理器使用的那个32位的标志寄存器EFLAGS ，浮点部件上的那8个80位的浮点数值寄存器ST0ST7，32位微处理器上使用的8个64位的多媒体寄存器MM0MM7，也同样保留了下来。 6分支转移技术 64位微处理器的扩展技术，把分支转移机制扩充成二个，以便满足64位线性地址空间中的分支转移需求。 （1）近程分支转移，在64位的操作模式中被重新定义。 （2）在64位的操作模式和兼容模式下，64位的调用门描述符用于远程调用。在64位的操作模式中，所有的近程分支转移的操作数规模大小，都被强制成64位的。,8超线程技术 采用超线程技术HT技术的目的，是在多任务处理环境内，在执行多线程操作系统以及应用程序，或者单线程应用程序时，用来改善32位微处理器的性能。 这项技术可以使一个微处理器同时运行两个或多个各自独立的程序。 9高级动态执行机制 64位微处理器上采用的高级动态执行技术包括： （1）较深的流水线技术、乱序执行技术、再加上推测执行引擎： 可以让126条指令鱼贯执行。 在流水线内可以执行 48个装入操作、以及 24个存储操作。 （2）增强了的分支转移预测能力 与较深的流水线技术结合在一起，有效地减少了由于不实 施预测而造成的损失。 先进的分支转移预测算法 在分支转移目标阵列内容纳4K个目标项。,11. 7 双核技术,1171. 什么是双核处理器 什么是双核处理器？就是在同一个微处理器芯片内配置有两个功能一样的处理器核心，这样的微处理器芯片就称为双核处理器，如图所示，所采用的技术就双核技术。若是在同一个微处理器芯片内配置有多个功能一样的处理器核心，就是多核处理器。,1172. 双核技术优势 采用多核处理器技术，可以使微处理器的性能更高，处理信息的能力更强，信息处理技术更先进，微处理器提供更强的性能，而不需要增加能耗或实际空间。 首先，采用双核技术是提高微处理器性能的行之有效的方法之一。增加一个内核，微处理器在每个时钟周期内执行的指令条数将增加一倍。 其次，在微处理器内引入双核结构，可以全面提升微处理器的功能,1173 双核微体系结构 图中展示出了双核处理器的体系结构，由图可以看出，在一个芯片内集成进两个核心执行部件，而每一个核心执行部件都配备有一个二级Cache L2，其容量为2MB。二级Cache与系统总线的前端相连。,第 11 章 高档微处理器11.1 高能奔腾 Pentium Pro 1996年后，Intel又相继推出了 高能奔腾Pentium Pro、 多能奔腾Pentium MMX、 二代奔腾Pentium II、 多能奔腾二代 Pentium III 等Pentium系列高档微处理器1 RISC 技术 Intel 在开发Pentium Pro 微处理器高性能过程中也采用了RISC技术。Pentium Pro 微处理器不仅是一代卓越的超标量微处理器，而且是超流水线型的，在同样的时钟速率下比Pentium快三分之一。 2Pentium Pro新技术 Intel的Pentium Pro 微处理器的“Dynamic Execution(动态执行)”使得Pentium Pro 微处理器在大多数情况下处理指令的效率比Pentium更高一些。3事务总线 Pentium Pro 微处理器采用的是事务总线设计，可以支持多个特殊的总线请求。4Pentium Pro内部结构 Pentium Pro 微处理器采用的是一种特殊的总线结构。二级Cache 被设计成与Pentium Pro 微处理器同处一个芯片内，同被封装在一起5Pentium Pro 流水线 Pentium Pro 微处理器使用是一种被划分为按序、乱序和退出这样三个操作部分的14级深的流水线， 11. 2 多能奔腾Pentium MMX 1996年底推出的Pentium 微处理器系列的改进版本Pentium MMX微处理器（多能奔腾），所采用的MMX技术是Intel 最新发明的一项多媒体增强指令技术。它的指令系统新增加了57条为丰富和加速PC机上多媒体和通信而设计的新指令，所以被称之为“多媒体扩展指令系统”。 1MMX技术 Pentium MMX使用了一种叫做单指令流、多数据流（SIMD）的技术，该技术能够使CPU同时对二个、四个甚至八个数据元素进行计算，且不会降低操作速度。 2体系结构的改进 Pentium MMX功能的增强会简化系统中其他子系统。Pentium MMX提高了处理机分担多媒体计算的能力，这将使图形加速、声频、视频的设计和实现变得简单，从而降低了整个系统的成本。3简单的乘累加操作 （1）在Pentium MMX上的操作方法 （2）在经典Pentium上操作的方法11. 3 二代奔腾Pentium II 1997年5月，Intel 推出了与Pentium Pro同一个级别的微处理器Pentium II。 Pentium II 虽然采用了原有Pentium Pro相同的核心体系结构，但它加快了对段寄存器写操作的速度，还增加了MMX指令，从而加速了操作系统的执行速度。由于Pentium II又增加了可重命名的段寄存器，因此Pentium II有能力可以猜测地执行写操作。 在总线方面，Pentium II采用了双独立总线结构，即其中的一条总线被连接到了二级Cache，另一条总线主要是负责主存储器的信息传送操作。1体系结构的增强 Pentium II微处理器又新配备了八个64位的MMX寄存器，以加速多媒体任务的执行。并且配置了可重命名的段寄存器，用以加速操作系统的执行速度。 采用了MMX多媒体增强技术的Pentium II微处理器与多能Pentium MMX微处理器相比，体系结构又有新意，结合双独立总线结构，即其中一条总线连接到二级Cache，另一条总线主要负责与主存储器之间的信息传送。 2Pentium II 流水线 超标量技术 被Intel巧妙地移植到CISC类的Pentium II微处理器上。 超标量组织的主要部件是 指令预取和译码部件、 调度发送和执行部件、 指令缓冲部件 恢复部件。3. Pentium II 的Cache 将Pentium II 上的一级Cache的容量从16KB加倍到32 KB 4. 分支转移预测 Pentium II使用的是基于转移指令近期执行历史的动态转移预测策略。由一个分支转移目标缓冲存储器（BTB）负责控制着它的运行，BTB进行的是高速缓冲存储操作，其内保存着近期所遇到的有关转移指令的相关信息。 11. 4 多能奔腾二代 Pentium III 1999年2月，推出了Pentium III芯片。它是为提高用户的互联网计算而设计的微处理器。 Pentium III芯片所带来的最重要的技术创新之一就是它新增加的71条被称之为互联网的指令和处理机的序列号。1SSE指令 Pentium新增添的7条互联网SSE指令，SSE指令集中包含有以下三类指令： 八条高速缓冲存储器控制指令； 50条单指令多数据浮点运算指令； 12条新的多媒体指令等；2 Pentium III的微体系结构 Pentium是基于Intel的P6微体系结构，其中包括增加带宽的快速100 MHz系统总线、大小规模为512 KB的二级Cache和使微处理器效率更高的动态执行技术。 微处理器的核心逻辑有所扩展，增加了一个新的微处理器状态、一个新的数据类型，和能够进行并行浮点和整数操作的8个128位的寄存器。总线速度扩展到450 MHz、500 MHz。 （1） 二级Cache Pentium把全速256 KB的二级Cache集成进了其核心芯片之内， （2） 更高的后端总线传输带宽 Pentium的“高级传输高速缓冲存储器”除了运行主频与核心频率一样外，它与Pentium核心运算部件之间的数据通路也从原来的64位提高到现在的256位，仅数据通路的带宽就提高了4倍。 11. 5 Pentium 4 为Pentium 4设计了一种被称之为“ NetBurst”的新微体系结构，它可以更好地满足目前互联网用户的需求。Pentium 4在数据加密、视频压缩和对等网络等方面的性能都有较大幅度的提高。1Pentium 4 的 NetBurst 微体系结构 所谓NetBurst，顾名思义；Net即网的意思；Burst成组传输 、突发传输的意思。 若在网上传输数据，不传则已，传则即为很大的信息量。如传一幅图片，总不能让用户等半天才能得到信息。这样就要求Pentium 4 快速地、大量地处理信息和传送信息。 图中展示出了Pentium 4 微处理器内部结构及各功能部件在芯片内的位置 2 超级流水线技术 Pentium 4配备了新的超级流水线技术，它把流水线的深度增加到20级，Pentium 4的超级流水线上配备有20个基本操作部件，所以Pentium 4的操作速度也就快得多。 衡量CPU性能的公式是： 性能 = CPU的主频 IPC3高速的系统总线（400 MHz） Pentium 4在数据传输方面采用了其时钟频率为400 MHz新的系统总线。4拥有执行追踪功能的一级 Cache Pentium 4的一级指令Cache 被改进成执行追踪的Cache，其容量12KB，但是由于在 Pentium 4的执行追踪的Cache内存放着已经译好码的微指令 ( OPs ) ，使Pentium 4不必每次都要重新给指令译码，从而大大加快了译码速度，5 高级动态执行机制 Pentium 4配备的高级动态执行机制，使Pentium 4在流水线中所能处理的指令条数比Pentium III多出3倍以上，并能合理地预测分支转移指令。 6. 高速执行引擎 在Pentium 4中配置了一种时钟缓冲器电路，可以使NetBurst微体系结构下的算术运算和逻辑运算部件ALU能够在倍于CPU主频的速度下操作，Intel把其称之为高速执行引擎。7配备有先进传输机制的二级Cache Pentium 4的NetBurst微体系结构使用的二级Cache其大小规模为256 KB，又称可进行高级传输的缓冲存储器 9性能增强了的浮点部件和多媒体部件 Pentium 4 把浮点寄存器扩展成了128位
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