計(jì)算機(jī)導(dǎo)論（第5版） 課件 第4章-計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)

計(jì)算機(jī)導(dǎo)論第4章計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)目錄CONTENTS0102計(jì)算機(jī)的基本組成與工作原理中央處理器03輸入設(shè)備04存儲(chǔ)器目錄CONTENTS0506輸出設(shè)備主板07計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展08總線計(jì)算機(jī)的基本組成與工作原理計(jì)算機(jī)的基本組成；計(jì)算機(jī)的基本工作原理/01計(jì)算機(jī)的基本組成與基本工作原理

計(jì)算機(jī)是一種能夠按照程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)處理的電子設(shè)備。這里所說(shuō)的計(jì)算機(jī)是指存儲(chǔ)程序式電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，組成計(jì)算機(jī)硬件的主體是電子器件和電子線路，計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和處理的是數(shù)字信息，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的程序通過(guò)控制器控制計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理工作。計(jì)算機(jī)的基本組成組成一臺(tái)計(jì)算機(jī)的所有物理設(shè)備構(gòu)成計(jì)算機(jī)硬件子系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)硬件是看得見(jiàn)摸得著的實(shí)體，是計(jì)算機(jī)工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。在分析“埃尼阿克”設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，1945年6月，馮·諾依曼等人完成了《EDVAC報(bào)告初稿》，報(bào)告給出了電子計(jì)算機(jī)邏輯設(shè)計(jì)的基本要素：二進(jìn)制，不僅數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示和存儲(chǔ)，組成程序的指令也用二進(jìn)制表示和存儲(chǔ)；存儲(chǔ)程序，程序及其要處理的數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)器中；5個(gè)基本組成部分，計(jì)算機(jī)由控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5個(gè)部分組成。計(jì)算機(jī)的基本組成計(jì)算機(jī)各組成部分的主要功能運(yùn)算器用來(lái)完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算?？刂破靼闯绦虼a的要求控制計(jì)算機(jī)各個(gè)部分協(xié)調(diào)一致地工作，完成程序規(guī)定的任務(wù)。存儲(chǔ)器用來(lái)存放程序及其要處理的數(shù)據(jù)，這里的存儲(chǔ)器指內(nèi)存。輸入設(shè)備用于將程序與數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，常用輸入設(shè)備有鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、觸摸屏、掃描儀和3D掃描儀等。輸出設(shè)備用于將程序執(zhí)行結(jié)果輸出，常用輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、3D打印機(jī)和繪圖儀等。計(jì)算機(jī)的基本工作原理根據(jù)要完成任務(wù)的詳細(xì)工作步驟（算法），編寫(xiě)出相應(yīng)的程序。通過(guò)鍵盤(pán)等輸入設(shè)備把編寫(xiě)的程序輸入到計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，用一種稱為解釋器或編譯器的軟件將由語(yǔ)句組成的高級(jí)語(yǔ)言程序翻譯成由二進(jìn)制指令組成的機(jī)器語(yǔ)言程序并存放在存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的機(jī)器語(yǔ)言程序能夠被計(jì)算機(jī)直接執(zhí)行。執(zhí)行機(jī)器語(yǔ)言程序時(shí)，控制器首先按照取指令—分析指令—執(zhí)行指令的模式執(zhí)行程序中的第一條指令。執(zhí)行完一條指令，控制器讀取下一條指令，按同樣的取指令-分析指令-執(zhí)行指令模式把程序中所有的指令執(zhí)行完，任務(wù)也就完成了。中央處理器中央處理器的基本組成；中央處理器芯片的制作過(guò)程/02中央處理器的基本組成CPU的組成與功能中央處理器（CPU）由運(yùn)算器、控制器和寄存器組成。運(yùn)算器負(fù)責(zé)完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算；寄存器用于臨時(shí)保存參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)和運(yùn)算后的結(jié)果；控制器負(fù)責(zé)按照程序的要求指揮各部件工作。中央處理器是組成計(jì)算機(jī)最核心的部件。隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，CPU可以集成在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上，這種具有中央處理器功能的超大規(guī)模集成電路芯片，稱為微處理器。微處理器就是芯片化的CPU。CPU還廣泛應(yīng)用在智能手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和數(shù)控機(jī)床等數(shù)字化智能設(shè)備上。近些年，超級(jí)計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)等高端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也采用大量的通用高性能微處理器建造。中央處理器的基本組成CPU的主要性能指標(biāo)—兼容性每種微處理器都有特定的指令集，指令集就是某款CPU能夠識(shí)別的指令集合。適用于特定CPU的機(jī)器語(yǔ)言必須使用該CPU的指令集。由于各CPU都有特定的指令集，為某款CPU的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的程序在另一款CPU的計(jì)算機(jī)上可能無(wú)法運(yùn)行。CPU制造商在推出新產(chǎn)品時(shí)，需要認(rèn)真考慮兼容性問(wèn)題。如果運(yùn)行在舊款CPU上的程序不用修改，就能直接在新款的CPU上運(yùn)行，就稱新款CPU向下兼容舊款CPU。向下兼容有利于新型CPU及相應(yīng)計(jì)算機(jī)的推廣。中央處理器的基本組成CPU的主要性能指標(biāo)—字長(zhǎng)字長(zhǎng)是指CPU一次能夠處理數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位數(shù)，字長(zhǎng)的大小直接反映計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力，字長(zhǎng)越長(zhǎng)，一次可處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位數(shù)就越多，運(yùn)算速度也就越快。例如，要完成兩個(gè)64位二進(jìn)制數(shù)據(jù)的加法運(yùn)算，32位的CPU需要做兩次加法操作，而16位的CPU需要做4次加法，如果是目前常見(jiàn)的64位的CPU，做一次加法就可以了。當(dāng)然，字長(zhǎng)越長(zhǎng)，制作的技術(shù)難度就越大，成本也就越高。中央處理器的基本組成CPU的主要性能指標(biāo)—主頻主頻是指CPU的時(shí)鐘頻率，它決定了CPU每秒鐘可以劃分為多少個(gè)時(shí)鐘周期，可以執(zhí)行多少條指令。主頻越高，CPU的運(yùn)算速度也就越快。但主頻并不等于CPU一秒鐘執(zhí)行的指令條數(shù)，因?yàn)閳?zhí)行一條指令可能需要多個(gè)時(shí)鐘周期。例如，如果一款CPU的主頻為3.5GHz，則一秒鐘可以劃分為3.5×109個(gè)時(shí)鐘周期，如果執(zhí)行一條指令平均需要6個(gè)時(shí)鐘周期，則該CPU一秒鐘可以執(zhí)行約0.6×109條指令，即約6億條指令。CPU芯片的制作過(guò)程CPU的設(shè)計(jì)—設(shè)計(jì)指令集設(shè)計(jì)CPU，首先要做的工作是設(shè)計(jì)指令集，即明確CPU能執(zhí)行哪些指令，具備哪些功能。指令集中包括算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令、存取數(shù)據(jù)指令、比較指令、轉(zhuǎn)移指令等。設(shè)計(jì)指令集可以使用硬件描述語(yǔ)言（HDL），VerilogHDL和VHDL是最流行的兩種硬件描述語(yǔ)言。VerilogHDL以文本形式描述數(shù)字系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)和行為，用它可以表示邏輯電路圖、邏輯表達(dá)式，還可以表示數(shù)字邏輯系統(tǒng)所能完成的邏輯功能。CPU芯片的制作過(guò)程CPU的設(shè)計(jì)—畫(huà)出電路圖針對(duì)二進(jìn)制形式的指令，畫(huà)出相應(yīng)的電路圖，然后依據(jù)電路圖制作出實(shí)際的電路，一條指令對(duì)應(yīng)一部分電路。按照VerilogHDL代碼畫(huà)出數(shù)字電路設(shè)計(jì)圖可以使用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）軟件，EDA是一類(lèi)對(duì)電路進(jìn)行自動(dòng)布局、布線、分析、驗(yàn)證的設(shè)計(jì)軟件。基于VerilogHDL代碼描述的數(shù)字電路的邏輯功能，EDA軟件能夠完成自動(dòng)轉(zhuǎn)換成晶體管的布局、自動(dòng)排布晶體管之間的連接線路。以及時(shí)序分析、功耗分析、功能驗(yàn)證等工作。CPU芯片的制作過(guò)程CPU的生產(chǎn)—熔沙成硅對(duì)主要成分是二氧化硅的沙子進(jìn)行熔煉、脫氧和凈化等處理，得到可用于制造半導(dǎo)體的高純度硅，其形狀為圓柱形硅錠。隨著熔煉工藝的不斷改進(jìn)，硅錠的直徑從早期的2英寸（50毫米）逐步發(fā)展到近幾年的8英寸（200毫米）和12英寸（300毫米）。CPU芯片的制作過(guò)程CPU的生產(chǎn)—切割硅錠用切割工具對(duì)硅錠進(jìn)行橫向切割，得到稱為晶圓的圓形硅片，并對(duì)切割出的晶圓進(jìn)行拋光處理，使晶圓的表面非常平滑。CPU芯片的制作過(guò)程CPU的生產(chǎn)—光刻蝕刻在晶圓的表面涂抹一層非常薄、非常均勻的光刻膠，然后使用光刻機(jī)按照CPU版圖（電路圖）在晶圓上進(jìn)行光刻和蝕刻等處理，生成相應(yīng)的晶體管以及晶體管之間的連線。多次重復(fù)該過(guò)程，可以形成多層的電路。CPU芯片的制作過(guò)程CPU的生產(chǎn)—切分晶圓把晶圓切分成晶片。一片直徑為12英寸（300毫米）的晶圓，其面積有幾萬(wàn)平方毫米，可以切分出幾百片晶片，每一片晶片就是一個(gè)CPU內(nèi)核（die），包含一套完整的CPU電路。CPU芯片的制作過(guò)程CPU的生產(chǎn)—封裝測(cè)試把一片CPU晶片放到一個(gè)稱為襯底或基片的絕緣底座上，底座下面是用于連接到主板的焊點(diǎn)，晶片上面再覆蓋一個(gè)稱為散熱片的金屬殼，就形成了一個(gè)單內(nèi)核CPU。封裝后再進(jìn)行最后的測(cè)試，通過(guò)測(cè)試的芯片就可以自用或出售了。CPU芯片的制作過(guò)程制作CPU芯片是一項(xiàng)非常復(fù)雜、精細(xì)、嚴(yán)格的工作，對(duì)設(shè)計(jì)人員，對(duì)所用的設(shè)備和工具都有很高的要求。在設(shè)計(jì)指令集時(shí)，要考慮到CPU的內(nèi)部架構(gòu)設(shè)計(jì)和操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)。對(duì)提取出的硅的純度要求很高，要達(dá)到99.9999％，相當(dāng)于平均每一百萬(wàn)個(gè)硅原子中最多只有一個(gè)雜質(zhì)原子。晶圓的厚度只有1毫米左右，要在其上完成多層的拋光、涂抹光刻膠、光刻、蝕刻等處理。晶體管的集成度非常高，1平方毫米要集成上億個(gè)晶體管。存儲(chǔ)器內(nèi)存；外存/03存儲(chǔ)器概述

存儲(chǔ)器分為內(nèi)存和外存，也分別稱為主存儲(chǔ)器（主存）和輔助存儲(chǔ)器（輔存）。

內(nèi)存用于存放要執(zhí)行的程序和相應(yīng)的數(shù)據(jù)，外存作為內(nèi)存的后援設(shè)備，存放暫時(shí)不需要執(zhí)行而將來(lái)要執(zhí)行的程序和相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

沒(méi)有內(nèi)存，程序就無(wú)法保存到內(nèi)存中，因而也就無(wú)法執(zhí)行。沒(méi)有外存，輸入的程序及相應(yīng)的數(shù)據(jù)就不能長(zhǎng)久保存。存儲(chǔ)器概述

目前主要采用半導(dǎo)體器件和磁性材料作為存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)介質(zhì)。

一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)半導(dǎo)體電路或磁性材料的一個(gè)磁化元都可以存儲(chǔ)一個(gè)二進(jìn)制位，稱為一個(gè)存儲(chǔ)位或一個(gè)存儲(chǔ)元，由若干存儲(chǔ)元組成一個(gè)存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)器就是由很多個(gè)存儲(chǔ)單元組成的。每一個(gè)存儲(chǔ)單元有一個(gè)編號(hào)，稱為存儲(chǔ)單元的地址。一個(gè)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)稱為該存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，存儲(chǔ)容量越大，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)就越多。

存儲(chǔ)器概述一個(gè)存儲(chǔ)元存儲(chǔ)一個(gè)二進(jìn)制位（bit,簡(jiǎn)記b），一個(gè)存儲(chǔ)單元一般存儲(chǔ)8個(gè)二進(jìn)制位，稱為一個(gè)字節(jié)（Byte，簡(jiǎn)記B），存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量用字節(jié)數(shù)來(lái)表示。

常用的存儲(chǔ)容量的度量單位有千字節(jié)（KB）、兆字節(jié)（MB）、吉字節(jié)（GB）、太字節(jié)（TB）、拍字節(jié)（PB）、艾字節(jié)（EB）、澤字節(jié)（ZB）等。

其中，1ZB=1024EB，1EB=1024PB，1PB=1024TB，1TB=1024GB，1GB=1024MB，1MB=1024KB，1KB=1024B，1B=8b。內(nèi)存最早的內(nèi)存是以磁芯的形式排列在線路上，每個(gè)磁芯與晶體管組成一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路，用于存儲(chǔ)一個(gè)二進(jìn)制位，一位的存儲(chǔ)器體積有玉米粒大小，其整體存儲(chǔ)容量因體積影響受到很大限制。隨著集成電路的出現(xiàn)和集成度的不斷提高，出現(xiàn)了能夠焊接在主板上的集成電路形態(tài)的內(nèi)存芯片，大幅度提高了存儲(chǔ)容量。隨著CPU的發(fā)展和升級(jí)，對(duì)內(nèi)存的性能提出了更高的要求，出現(xiàn)了內(nèi)存條——將內(nèi)存芯片焊接到事先設(shè)計(jì)好的印制電路板上，在計(jì)算機(jī)主板上留有相應(yīng)的內(nèi)存插槽，可以方便地插拔和更換內(nèi)存條，為靈活配置和擴(kuò)充內(nèi)存容量帶來(lái)了方便。內(nèi)存隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）隨機(jī)存取指可以根據(jù)地址直接存取任一單元中的數(shù)據(jù)，其存取速度比順序存取要快得多。RAM可分為靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM）和動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM），RAM內(nèi)存主要選用DRAM。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，出現(xiàn)了同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SDRAM），并在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)了單倍數(shù)據(jù)速率SDRAM（SDR-SDRAM，簡(jiǎn)稱SDR）、雙倍數(shù)據(jù)速率SDRAM（DDR-SDRAM，簡(jiǎn)稱DDR）、4倍數(shù)據(jù)速率SDRAM（QDR-SDRAM，簡(jiǎn)稱QDR）。內(nèi)存隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）現(xiàn)在用得比較多的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器是DDR內(nèi)存，DDR內(nèi)存經(jīng)歷了DDR、DDR2、DDR3、DDR4、DDR5的發(fā)展，存儲(chǔ)容量越來(lái)越大，存取速度越來(lái)越快。目前的RAM一般以內(nèi)存條的形式存在。在通電的情況下，RAM中的數(shù)據(jù)能夠保持，關(guān)機(jī)或斷電將導(dǎo)致RAM中的數(shù)據(jù)丟失。內(nèi)存只讀存儲(chǔ)器（ROM）ROM中的數(shù)據(jù)一般是在計(jì)算機(jī)出廠前由制造商寫(xiě)入的，在斷電或關(guān)機(jī)后數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。主要用于存放與計(jì)算機(jī)開(kāi)機(jī)相關(guān)的系統(tǒng)引導(dǎo)程序、開(kāi)機(jī)自檢程序和系統(tǒng)參數(shù)等。隨著技術(shù)的進(jìn)步及為了滿足現(xiàn)實(shí)的需要，陸續(xù)出現(xiàn)了多種可由用戶寫(xiě)入數(shù)據(jù)的ROM：只允許寫(xiě)入數(shù)據(jù)一次的PROM、可多次寫(xiě)入的EPROM/EEPROM和快閃存儲(chǔ)器（閃存）。閃存不僅集成度高、功耗低、體積小，而且擦寫(xiě)方便，因而很快發(fā)展起來(lái)，得到廣泛應(yīng)用的U盤(pán)就是一種基于閃存技術(shù)的存儲(chǔ)設(shè)備。內(nèi)存高速緩存（cache）為了解決內(nèi)存與CPU工作速度上的矛盾，設(shè)計(jì)人員在CPU和內(nèi)存之間增設(shè)了一級(jí)存儲(chǔ)容量不大、但存取速度很快的高速緩沖存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱高速緩存或緩存。緩存中存放部分正在運(yùn)行的指令和數(shù)據(jù)，當(dāng)CPU需要讀取新的指令和數(shù)據(jù)時(shí)，首先從緩存中查找，找到則直接執(zhí)行；如果所需指令和數(shù)據(jù)不在緩存中，再到內(nèi)存中讀取，并同時(shí)寫(xiě)入緩存中。因此采用緩存可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度。緩存由存取速度快、成本高的靜態(tài)存儲(chǔ)器（SRAM）構(gòu)成，緩存的容量早期在KB級(jí)，現(xiàn)在達(dá)到了MB級(jí)。內(nèi)存高速緩存（cache）早期的緩存只有一級(jí)，分指令緩存和數(shù)據(jù)緩存，集成在CPU內(nèi)部，后來(lái)出現(xiàn)了二級(jí)緩存和三級(jí)緩存，二級(jí)和三級(jí)緩存一般不再分指令緩存和數(shù)據(jù)緩存，有集成在CPU內(nèi)部的，也有集成在主板上的。外存軟盤(pán)軟盤(pán)是軟磁盤(pán)的簡(jiǎn)稱，現(xiàn)在已經(jīng)不用了，但通過(guò)對(duì)軟盤(pán)的介紹可以更好的理解機(jī)械硬盤(pán)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。1967年，IBM公司推出世界上第一張軟盤(pán)，直徑為32英寸。之后陸續(xù)推出了直徑為8英寸、5英寸、3英寸的軟盤(pán)。5英寸和3英寸軟盤(pán)在20世紀(jì)80~90年代曾得到廣泛應(yīng)用。軟盤(pán)的圓形盤(pán)片由塑料等軟質(zhì)材料做成，其表面涂覆一層用于存儲(chǔ)信息的磁性材料，盤(pán)片被封裝在方形保護(hù)套內(nèi)。外存軟盤(pán)軟盤(pán)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是按一系列同心圓記錄在圓形盤(pán)片表面的，每一個(gè)同心圓稱為一個(gè)磁道。磁道從外向內(nèi)依次編號(hào)為0道、1道、2道、……，每個(gè)磁道又劃分為若干弧段，稱為扇區(qū)，扇區(qū)是軟盤(pán)的基本存儲(chǔ)單位，每個(gè)扇區(qū)的存儲(chǔ)容量為512B，扇區(qū)按1、2、3、…的順序編號(hào)。軟盤(pán)的存儲(chǔ)容量=盤(pán)面數(shù)×每面磁道數(shù)×每磁道扇區(qū)數(shù)×每扇區(qū)字節(jié)數(shù)曾經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的3英寸軟盤(pán)，兩面都能存儲(chǔ)信息，每面有80個(gè)磁道，每個(gè)磁道分為18個(gè)扇區(qū)，因此其存儲(chǔ)容量為：2×80×18×512=1.44MB計(jì)算機(jī)通過(guò)軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器讀寫(xiě)軟盤(pán)上的數(shù)據(jù)。外存硬盤(pán)（機(jī)械硬盤(pán)）硬盤(pán)是硬磁盤(pán)的簡(jiǎn)稱，最早出現(xiàn)在1956年，由IBM公司研制成功，存儲(chǔ)容量只有5MB。1973年IBM公司研制出第一塊溫徹斯特硬盤(pán)，存儲(chǔ)容量達(dá)到60MB，其主要特點(diǎn)是具有密封、固定并高速旋轉(zhuǎn)的鍍磁盤(pán)片，磁頭沿盤(pán)片徑向移動(dòng)，磁頭懸浮在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的盤(pán)片上方，而不與盤(pán)片直接接觸。1991年IBM公司生產(chǎn)的使用了巨磁阻效應(yīng)磁頭的3英寸硬盤(pán)的存儲(chǔ)容量首次達(dá)到了1GB。2000年，IBM公司使用玻璃取代傳統(tǒng)的鋁作為盤(pán)片材料，這為硬盤(pán)帶來(lái)更大的平滑性及更高的堅(jiān)固性，玻璃材料在高轉(zhuǎn)速時(shí)具有更高的穩(wěn)定性，硬盤(pán)的存儲(chǔ)容量達(dá)到75GB。在硬盤(pán)的發(fā)展過(guò)程中，體積越來(lái)越小、容量越來(lái)越大，并出現(xiàn)了移動(dòng)硬盤(pán)。目前一塊硬盤(pán)的存儲(chǔ)容量已達(dá)到TB級(jí)。外存硬盤(pán)（機(jī)械硬盤(pán)）一塊硬盤(pán)中可包含多張硬盤(pán)片，而且硬盤(pán)片與硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器是封裝在一起的，所以日常所說(shuō)的硬盤(pán)既包括硬盤(pán)片，也包括硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。硬盤(pán)的存儲(chǔ)容量=磁頭數(shù)×柱面數(shù)×每磁道扇區(qū)數(shù)×每扇區(qū)字節(jié)數(shù)磁頭磁頭臂磁盤(pán)主軸與主軸電動(dòng)機(jī)磁頭臂軸與電動(dòng)機(jī)外存固態(tài)硬盤(pán)固態(tài)硬盤(pán)是使用固態(tài)電子存儲(chǔ)芯片制成的硬盤(pán)，目前常用的固態(tài)硬盤(pán)采用快閃存儲(chǔ)器（閃存）作為存儲(chǔ)介質(zhì)。其內(nèi)部主體是一塊印制電路板（PCB），PCB上最主要的部件是控制芯片、緩存芯片和閃存芯片陣列。控制芯片的主要作用是合理調(diào)配數(shù)據(jù)在各個(gè)閃存芯片上的存儲(chǔ)及對(duì)外接口，緩存芯片輔助控制芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，閃存芯片陣列用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。相對(duì)于機(jī)械硬盤(pán)，固態(tài)硬盤(pán)的優(yōu)點(diǎn)是讀寫(xiě)速度快、防震動(dòng)抗摔碰性能好、無(wú)噪聲、更輕便，缺點(diǎn)是價(jià)格比較高、擦寫(xiě)次數(shù)有限制、損壞后數(shù)據(jù)難以恢復(fù)。外存固態(tài)硬盤(pán)目前常用的固態(tài)硬盤(pán)主要有SATA接口硬盤(pán)和M.2接口硬盤(pán)。SATA接口的固態(tài)硬盤(pán)與機(jī)械硬盤(pán)在外形與大小上一致，但比機(jī)械硬盤(pán)的存取速度快。M.2接口的固態(tài)硬盤(pán)比SATA接口的固態(tài)硬盤(pán)體積小、速度更快，更適合用于筆記本等移動(dòng)設(shè)備中。外存光盤(pán)光盤(pán)中的數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在其螺旋形的光道上，通過(guò)激光照射讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。CD光盤(pán)：包括只讀光盤(pán)（CD-ROM）、一次寫(xiě)入型光盤(pán)（CD-R）、可重復(fù)寫(xiě)光盤(pán)（CD-RW）等，常用CD的存儲(chǔ)容量有650MB和700MB兩種，用戶存放音樂(lè)。VCD光盤(pán)：可存儲(chǔ)約70分鐘基于MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)的影視節(jié)目。VCD的存儲(chǔ)容量與CD相同。外存光盤(pán)DVD光盤(pán)：具有更大的存儲(chǔ)容量和更好的存儲(chǔ)質(zhì)量。每張DVD光盤(pán)的存儲(chǔ)容量可以達(dá)到4.7GB、8.5GB、9.4GB和17GB。DVD有6種格式DVD-ROM用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，只讀型光盤(pán)。DVD-R可由用戶寫(xiě)入一次數(shù)據(jù)。DVD-RW采用順序存取方式并可以重寫(xiě)1000次。DVD-RAM能隨機(jī)存取并可以重寫(xiě)100000次。DVD-Video用于存儲(chǔ)和播放電影和其他可視娛樂(lè)節(jié)目。DVD-Audio用于存儲(chǔ)音頻數(shù)據(jù)并且比標(biāo)準(zhǔn)CD具有更好的音質(zhì)。外存U盤(pán)U盤(pán)是USB盤(pán)的簡(jiǎn)稱，通過(guò)USB接口與計(jì)算機(jī)相連。USB是通用串行總線（UniversalSerialBus）的英文縮寫(xiě)，是一個(gè)外部總線標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范個(gè)人計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的連接和通信，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到3.0版本，成為目前個(gè)人計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展接口。USB接口具有傳輸速度快（USB3.0達(dá)到5.0Gbps）、使用方便、支持熱插拔和連接靈活等優(yōu)點(diǎn)，可以連接鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、打印機(jī)、掃描儀、移動(dòng)硬盤(pán)、U盤(pán)、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、攝像頭、USB網(wǎng)卡等幾乎所有的外部設(shè)備。U盤(pán)是一種基于閃存技術(shù)的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，閃存用快可擦可編程只讀存儲(chǔ)器芯片（EPROM芯片）來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。外存U盤(pán)U盤(pán)具有體積小、存儲(chǔ)容量大和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，是目前人們最常用的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，存儲(chǔ)容量從早期的幾十MB到幾百M(fèi)B，發(fā)展到目前的幾十GB。U盤(pán)的存儲(chǔ)介質(zhì)是基于集成電路的閃存芯片，隨著集成度的不斷提高，U盤(pán)的體積越來(lái)越小、存儲(chǔ)容量越來(lái)越大、成本越來(lái)越低。下圖所示為一款普通U盤(pán)和一款帶寫(xiě)保護(hù)口的U盤(pán)。輸入設(shè)備鍵盤(pán)；鼠標(biāo)；觸摸屏；掃描儀；3D掃描儀/04輸入設(shè)備鍵盤(pán)鍵盤(pán)是最常用的輸入設(shè)備。通過(guò)鍵盤(pán)，可以向計(jì)算機(jī)輸入字母、漢字、數(shù)字和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等數(shù)據(jù)，也可以輸入命令控制計(jì)算機(jī)的運(yùn)行。隨著圖形界面操作系統(tǒng)成為主流，101鍵和104鍵鍵盤(pán)得到廣泛應(yīng)用。在104鍵鍵盤(pán)之后出現(xiàn)的是新興多媒體鍵盤(pán)，在傳統(tǒng)的鍵盤(pán)基礎(chǔ)上增加了一些常用快捷鍵或音量調(diào)節(jié)裝置，對(duì)于收發(fā)電子郵件、打開(kāi)瀏覽器和啟動(dòng)多媒體播放器等都只需要按一個(gè)特殊按鍵即可，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了操作。輸入設(shè)備鼠標(biāo)隨著圖形界面操作系統(tǒng)成為主流操作系統(tǒng)，鼠標(biāo)也成為微型機(jī)的標(biāo)配輸入設(shè)備，鼠標(biāo)的使用給人們操作各種圖形界面軟件帶來(lái)了極大的方便。美國(guó)著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家道格拉斯·恩格爾巴特因發(fā)明鼠標(biāo)，獲得1992年度的IEEE-CS計(jì)算機(jī)先驅(qū)獎(jiǎng)和1997年度的圖靈獎(jiǎng)。鼠標(biāo)類(lèi)型主要有機(jī)械鼠標(biāo)和光電鼠標(biāo)。光電鼠標(biāo)的內(nèi)部有紅外或激光發(fā)射、接收裝置，它利用光的反射來(lái)確定鼠標(biāo)的移動(dòng)，是目前常用的一種鼠標(biāo)。目前USB接口有線鼠標(biāo)和2.4G無(wú)線鼠標(biāo)較為常見(jiàn)。輸入設(shè)備觸摸屏觸摸屏是一種用手指或筆觸及屏幕上所顯示的選項(xiàng)來(lái)完成指定操作的人機(jī)交互式輸入設(shè)備。觸摸屏由三個(gè)部分組成，一是傳感器，把手指或筆觸及的位置檢測(cè)出來(lái)；二是控制卡，觸及信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器形成位置數(shù)據(jù)，經(jīng)接口送入計(jì)算機(jī)；三是驅(qū)動(dòng)程序，即相應(yīng)的管理軟件。觸摸屏是平板電腦的主要輸入設(shè)備，觸摸屏還廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、筆記本電腦、智慧教室顯示屏、自動(dòng)售票等設(shè)備上，極大地方便了用戶操作。輸入設(shè)備掃描儀掃描儀是一種將圖像信息輸入計(jì)算機(jī)的輸入設(shè)備，它將圖像分割成條或塊，逐條或逐塊依次掃描，利用光電轉(zhuǎn)換元件把模擬信號(hào)（紙上圖像）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)（數(shù)字圖像）并輸入計(jì)算機(jī)。利用掃描儀可以輸入圖片，也可以輸入文字?，F(xiàn)在除了獨(dú)立的掃描儀外，很多激光打印機(jī)也附帶有掃描儀功能。輸入設(shè)備3D掃描儀3D掃描儀也稱三維掃描儀，是一種采集三維物體的形狀與外觀數(shù)據(jù)并輸入計(jì)算機(jī)的設(shè)備。3D掃描儀通過(guò)掃描的方式采集目標(biāo)物體的幾何形狀與外觀數(shù)據(jù)，外觀數(shù)據(jù)包括物體表面的顏色、光照亮度等，并把采集到的數(shù)據(jù)用于進(jìn)行三維重建計(jì)算，在計(jì)算機(jī)中建立起目標(biāo)物體的三維數(shù)字模型。3D掃描、三維數(shù)字模型重建、3D打印已逐步廣泛應(yīng)用于虛擬博物館、電影制作、游戲創(chuàng)作、工業(yè)設(shè)計(jì)、智慧醫(yī)療等領(lǐng)域。輸出設(shè)備顯示器；打印機(jī)；3D打印機(jī)；繪圖儀/05輸出設(shè)備顯示器顯示器用來(lái)顯示字符與圖形圖像信息，是計(jì)算機(jī)必配的輸出設(shè)備。常用的顯示器有CRT顯示器和液晶顯示器，早期臺(tái)式計(jì)算機(jī)主要配置CRT顯示器，目前液晶顯示器已經(jīng)取代了CRT顯示器。液晶顯示器（LCD）是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，通過(guò)通電與否來(lái)控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來(lái)產(chǎn)生畫(huà)面。LCD顯示器具有體積小、重量輕、省電、無(wú)閃爍和不產(chǎn)生輻射等優(yōu)點(diǎn)。輸出設(shè)備顯示器顯示器要通過(guò)顯示適配器（顯卡）才能與CPU相連，顯卡連接CPU與顯示器的接口電路，插接在主板的擴(kuò)展槽上。顯卡的主要作用是把CPU向顯示器發(fā)出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為顯示器所需的模擬信號(hào)。顯卡分集成顯卡和獨(dú)立顯卡，獨(dú)立顯卡具有比集成顯卡更強(qiáng)大、快速的圖形圖像處理能力及并行計(jì)算能力，而且易于更新升級(jí)。顯卡主要由顯示芯片、顯示內(nèi)存、RAMDAC芯片和總線接口組成。輸出設(shè)備顯示器顯示芯片是顯卡的核心部件，其主要功能是對(duì)要顯示的圖形、圖像、視頻信息進(jìn)行計(jì)算處理和渲染。顯示內(nèi)存用來(lái)存放顯示芯片處理后的數(shù)據(jù)，其容量和存取速度影響著顯卡的整體性能，對(duì)顯示器的分辨率及色彩的位數(shù)也有影響。RAMDAC芯片將顯示內(nèi)存中的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成能在顯示器上顯示的模擬信號(hào)，其轉(zhuǎn)換速度影響著顯卡的刷新頻率和最大分辨率?？偩€接口是顯卡與主板總線的通信接口，實(shí)現(xiàn)顯示器與CPU的連接與通信，近幾年使用較多的是PCI-E接口。輸出設(shè)備顯示器早期顯卡的作用比較簡(jiǎn)單，主要功能是把數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為能夠在顯示器上顯示的模擬信號(hào)。隨著3D圖形圖像成為重要的顯示內(nèi)容，能夠高效處理3D圖形圖像的圖形處理器(GPU)成為顯示芯片的主流選擇。GPU的使用使圖形圖像處理減少了對(duì)CPU的依賴，提高了圖形圖像處理速度和顯示效果。GPU的計(jì)算部件是專(zhuān)門(mén)針對(duì)圖形圖像和視頻處理等高強(qiáng)度并行浮點(diǎn)運(yùn)算而設(shè)計(jì)的，而人工智能模型的訓(xùn)練也需要大量的并行浮點(diǎn)運(yùn)算，近幾年GPU卡在人工智能模型訓(xùn)練上得到了廣泛應(yīng)用，有效提高了模型的訓(xùn)練速度。輸出設(shè)備打印機(jī)打印機(jī)也是一種常用的輸出設(shè)備，用于將計(jì)算機(jī)處理結(jié)果打印在紙上。利用打印機(jī)不僅可以打印數(shù)字、文字，也可以打印圖形和圖像。目前常用的打印機(jī)有針式打印機(jī)、激光打印機(jī)和噴墨打印機(jī)。針式打印機(jī)的打印頭上有若干根精密的打印針，打印時(shí)相應(yīng)的打印針撞擊色帶（在打印紙上留下細(xì)小的色點(diǎn)痕跡）來(lái)完成打印工作，常用的是24針打印機(jī)?，F(xiàn)在在銀行、賓館、藥店等需要多聯(lián)票據(jù)打印的地方還在使用。輸出設(shè)備打印機(jī)噴墨打印機(jī)的打印頭上有許多小噴嘴，使用液體墨水，精細(xì)的小噴嘴將墨水噴到紙面上形成字符或圖像等要打印的內(nèi)容。激光打印機(jī)采用激光和電子放電技術(shù)，通過(guò)靜電潛像，再用碳粉使?jié)撓褡兂煞巯瘢訜岷筇挤酃潭?，最后印出?nèi)容。選擇購(gòu)買(mǎi)打印機(jī)可以從打印分辨率、打印速度、打印紙最大尺寸和價(jià)格等方面綜合考慮。輸出設(shè)備3D打印機(jī)3D打印其實(shí)是一種快速成形技術(shù)，以3D數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用塑料、金屬等可黏合材料，通過(guò)逐層打印粘合材料的方式來(lái)構(gòu)造物體。基于3D打印技術(shù)，完成3D打印工作的設(shè)備稱為3D打印機(jī)。3D打印機(jī)的打印方式：一是在成形的區(qū)域噴灑一層液態(tài)黏合劑，然后再噴灑一層均勻的原料粉末，粉末遇到黏合劑會(huì)迅速固化粘結(jié)，這樣在一層液態(tài)黏合劑一層粉末的交替下，實(shí)物被逐漸打印成形。二是使用激光燒結(jié)技術(shù)，按形狀先噴灑一層粉末，然后通過(guò)激光高溫?zé)Y(jié)后，再噴灑一層粉末，再通過(guò)激光高溫?zé)Y(jié)，層層累加，打印出實(shí)物。三是使用熔積成型技術(shù)，在噴頭內(nèi)熔化原料并逐層擠出，原料擠出后凝固成型。輸出設(shè)備3D打印機(jī)最早的3D打印機(jī)出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，3D打印將會(huì)沖擊基于車(chē)床、鉆頭、沖壓機(jī)、制模機(jī)等工具的傳統(tǒng)制造業(yè);但從目前看，由于受到打印材料、打印成本和打印速度等因素的制約，主要還是用于產(chǎn)品模型、設(shè)計(jì)樣品等的打印，還難以規(guī)模化打印實(shí)用產(chǎn)品。3D打印機(jī)可以和3D掃描儀配合使用，對(duì)于一個(gè)實(shí)物，先用3D掃描儀掃描生成三維數(shù)字模型，然后用3D打印機(jī)打印出來(lái)。輸出設(shè)備繪圖儀繪圖儀是一種能在紙張、薄膜和膠片等記錄介質(zhì)上繪出計(jì)算機(jī)生成的各種圖形或圖像的設(shè)備。按結(jié)構(gòu)和工作原理繪圖儀可以分為滾筒式和平臺(tái)式兩大類(lèi)。繪圖儀除了必要的硬件設(shè)備之外，還必須配備豐富的繪圖軟件。只有軟件與硬件結(jié)合起來(lái)，才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)繪圖。主板芯片；擴(kuò)展槽；對(duì)外接口/06主板概述主板（mainboard）是微型機(jī)最基本的也是最重要的部件之一，是其他部件組裝和工作的基礎(chǔ)。

主板的主要功能有兩個(gè)：一是提供插接CPU、內(nèi)存條和各種功能卡的插槽，部分主板甚至將一些功能卡（如顯卡和聲卡等）集成在主板上；二是為各種常用外部設(shè)備，如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)、掃描儀、硬盤(pán)和U盤(pán)等提供與CPU連接的通用接口。主板的性能影響著整個(gè)微型機(jī)系統(tǒng)的性能。主板由芯片、擴(kuò)展槽和對(duì)外接口三個(gè)主要部分組成。主板概述主板圖CPU插座PCIEX16插槽

（用于獨(dú)立顯卡）PCIEX1插槽CPU供電插座內(nèi)存插槽主板供電插座M.2硬盤(pán)插口

（位于散熱片下）SATA硬盤(pán)接口CPU散熱風(fēng)扇供電插座芯片部分芯片組芯片組是主板的核心，由北橋芯片和南橋芯片組成。北橋芯片主要負(fù)責(zé)CPU與內(nèi)存、顯卡等高速部件之間的數(shù)據(jù)傳輸。隨著設(shè)計(jì)的不斷改進(jìn)和集成電路集成度的不斷提高，北橋芯片的功能逐步被移入CPU內(nèi)部，目前有的主板已經(jīng)沒(méi)有北橋芯片了。南橋芯片主要負(fù)責(zé)CPU與硬盤(pán)、U盤(pán)、集成網(wǎng)卡等低速設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。芯片組中的芯片焊接在主板上，不像CPU和內(nèi)存條等通過(guò)插槽可進(jìn)行簡(jiǎn)單的升級(jí)替換。芯片部分RAID控制芯片：支持多個(gè)硬盤(pán)組成各種RAID（獨(dú)立冗余磁盤(pán)陣列）模式，把多臺(tái)小容量的硬盤(pán)組合成一臺(tái)大容量的硬盤(pán)，具有數(shù)據(jù)保護(hù)和提高數(shù)據(jù)傳輸速度的功能。BIOS芯片：其中保存著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的基本輸入輸出程序、系統(tǒng)設(shè)置信息、自檢程序和系統(tǒng)啟動(dòng)自舉程序等?，F(xiàn)在主板的BIOS還具有電源管理、CPU參數(shù)調(diào)整、系統(tǒng)監(jiān)控和計(jì)算機(jī)病毒防護(hù)等功能。CMOS芯片：用來(lái)存放BIOS中一些可由用戶設(shè)定和修改的參數(shù)，如計(jì)算機(jī)是從硬盤(pán)啟動(dòng)還是從光盤(pán)啟動(dòng)、芯片組工作特性、能源管理參數(shù)、管理員密碼等。開(kāi)機(jī)時(shí)，CMOS由系統(tǒng)電源供電，關(guān)機(jī)時(shí)靠主板上的電池供電。擴(kuò)展槽部分CPU插座CPU芯片通過(guò)CPU插座連接到主板上，不同類(lèi)型的CPU需要有與之對(duì)應(yīng)的CPU插座。目前常見(jiàn)CPU的接口是針腳式或觸點(diǎn)式接口。內(nèi)存插槽通過(guò)該插槽可以更換或增加內(nèi)存條，以擴(kuò)充內(nèi)存容量，但要注意內(nèi)存條與插槽的匹配以及新內(nèi)存條與原有內(nèi)存條的匹配?？偩€擴(kuò)展槽通過(guò)總線擴(kuò)展插槽可以插接多種標(biāo)準(zhǔn)板卡，如顯卡、視頻采集卡、聲卡和網(wǎng)卡等。目前的主板上主要有PCI擴(kuò)展槽和PCI-E擴(kuò)展槽，插接進(jìn)擴(kuò)展槽的板卡實(shí)現(xiàn)了與CPU的連接，成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成部分。對(duì)外接口部分接口主要用于外設(shè)和主機(jī)的連接，主機(jī)和外設(shè)是不能直接通過(guò)總線連接的，因?yàn)橥庠O(shè)都是些機(jī)電、磁性或光學(xué)設(shè)備等，而構(gòu)成主機(jī)的CPU和內(nèi)存是電子設(shè)備（數(shù)字電路）。與CPU和內(nèi)存相比，外設(shè)的工作速度要慢得多、處理的信號(hào)格式也可能不同，因此需要有某種機(jī)制來(lái)緩解這種差異，外設(shè)是通過(guò)一種被稱為接口的部件連接到總線的。接口一般由兩部分組成：硬件電路和相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。例如，要把一臺(tái)打印機(jī)連接到計(jì)算機(jī)上打印文檔，一是要把打印機(jī)的數(shù)據(jù)線插接到計(jì)算機(jī)的相應(yīng)接口（可以是USB接口），二是運(yùn)行與打印機(jī)品牌、型號(hào)對(duì)應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，之后打印機(jī)才能正常工作。對(duì)外接口部分主要接口SATA接口：用于插接機(jī)械硬盤(pán)和固態(tài)硬盤(pán)。音頻接口：分為SPEAKER、MIC、LINEIN/OUT等不同類(lèi)型，分別用于連接音箱/耳機(jī)、麥克風(fēng)、線路輸入輸出設(shè)備，進(jìn)行聲音的播放與錄制。USB接口：USB接口具有傳輸速度快、使用方便、支持熱插拔和連接靈活等優(yōu)點(diǎn)，可以連接鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、打印機(jī)、掃描儀、U盤(pán)、手機(jī)等幾乎所有的外部設(shè)備。是目前使用最多的一種接口。M.2接口：是一種新型接口，可以兼容SATA、PCI-E、USB等多種協(xié)議，目前常見(jiàn)的接入設(shè)備是固態(tài)硬盤(pán)和無(wú)線網(wǎng)卡。總線數(shù)據(jù)總線；地址總線；控制總線/07總線所謂總線，是指將數(shù)據(jù)從一個(gè)或多個(gè)源部件傳送到一個(gè)或多個(gè)目的部件的一組傳輸線，是計(jì)算機(jī)中傳輸數(shù)據(jù)的公共通道。采用總線結(jié)構(gòu)便于部件和設(shè)備的擴(kuò)充，使用統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)，不同設(shè)備間的互連更容易實(shí)現(xiàn)。總線一般有內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部總線之分：內(nèi)部總線指芯片內(nèi)部連接各元件的總線，如CPU芯片內(nèi)部連接運(yùn)算器和控制器的總線。系統(tǒng)總線指連接CPU、內(nèi)存和各種輸入輸出接口的總線。外部總線則是指外設(shè)接口和外部設(shè)備之間的連接總線?？偩€系統(tǒng)總線就是主板上的板級(jí)總線數(shù)據(jù)總線：用于CPU與內(nèi)存、CPU與外設(shè)接口之間傳輸數(shù)據(jù)。目前，微型計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)據(jù)總線有PCI總線和PCI-E總線。地址總線：從內(nèi)存單元或外設(shè)端口中寫(xiě)數(shù)據(jù)，首先要知道內(nèi)存單元或外設(shè)端口的地址，地址總線就是用來(lái)傳送這些地址信息的。控制總線：用于傳輸控制信息，進(jìn)而控制對(duì)內(nèi)存和外部設(shè)備的訪問(wèn)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展CISC與RISC；流水線技術(shù)；并行處理技術(shù)/08CISC與RISCCISC

CISC是指復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)，CISC結(jié)構(gòu)的CPU主要用在服務(wù)器、臺(tái)式機(jī)和筆記本上。設(shè)計(jì)CPU時(shí)都要首先為其設(shè)計(jì)一組實(shí)現(xiàn)多種功能的機(jī)器語(yǔ)言指令，稱為指令集。指令集中指令越多，編寫(xiě)機(jī)器語(yǔ)言程序就越容易，解決實(shí)際問(wèn)題的能力就越強(qiáng)。CISC的指令集中有大量的指令，包括一些實(shí)現(xiàn)復(fù)雜任務(wù)的指令（如求開(kāi)方值的指令），每一項(xiàng)簡(jiǎn)單或復(fù)雜的任務(wù)都有一條對(duì)應(yīng)的指令。在CISC結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)上編寫(xiě)程序比較容易。但復(fù)雜的指令集使得CPU的電路設(shè)計(jì)也非常復(fù)雜，因?yàn)槊恳粭l指令都需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件電路。CISC與RISCRISC

RISC是指精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)，RISC結(jié)構(gòu)的CPU主要用于智能手機(jī)和平板電腦中。RISC體系結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)就是簡(jiǎn)化指令集，指令集中只保留最常用的那些實(shí)現(xiàn)基本操作的簡(jiǎn)單指令，這樣就能簡(jiǎn)化CPU的電路設(shè)計(jì)。在RISC結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)上，簡(jiǎn)單功能直接由指令集中的指令實(shí)現(xiàn)，復(fù)雜的功能則由多條簡(jiǎn)單指令組合成微程序?qū)崿F(xiàn)。由于RISC結(jié)構(gòu)CPU的每條指令的執(zhí)行時(shí)間相同，指令的執(zhí)行便于組織成流水線方式，CPU具有較快的處理速度，而且功耗低。流水線技術(shù)計(jì)算機(jī)執(zhí)行一條指令一般包括三個(gè)步驟：取指令、分析指令和執(zhí)行指令。在早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，多以串行方式執(zhí)行指令，即完成一條指令的“取指令、分析指令和執(zhí)行指令”，再進(jìn)行下一條指令的“取指令、分析指令和執(zhí)行指令”。如果每條指令的執(zhí)行需要時(shí)間T，則執(zhí)行n條指令就需要n×T的時(shí)間。由于取指令、分析指令和執(zhí)行指令分別由CPU中的不同部件（電路模塊）完成，在一條指令的執(zhí)行期間，雖然CPU作為整體沒(méi)有閑著，但其中的部件（如取指令部件）是時(shí)而工作時(shí)而空閑的，所以執(zhí)行效率并不高。流水線技術(shù)流水線技術(shù)的設(shè)計(jì)靈感來(lái)自現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)流水線，即把計(jì)算機(jī)中各個(gè)功能部件要完成的操作分解成若干個(gè)“操作步驟”來(lái)處理。一條指令分成取指令、分析指令和執(zhí)行指令3個(gè)串行執(zhí)行的步驟。如果把一條指令的各個(gè)步驟與后一條指令的各個(gè)步驟安排成流水線方式，每一個(gè)部件完成當(dāng)前指令的任務(wù)后，不會(huì)等待，而是立即進(jìn)入下一條指令的處理過(guò)程。原本每條指令需要3t的時(shí)間完成從取指令到分析指令、執(zhí)行指令的過(guò)程，采用流水線后，3條指令的執(zhí)行只需要5t的時(shí)間即可完成。并行處理技術(shù)多核計(jì)算機(jī)多核計(jì)算機(jī)所用處理器為多核處理器，多核處理器指在一個(gè)CPU芯片內(nèi)包含多個(gè)內(nèi)核。計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)，CPU內(nèi)的多個(gè)內(nèi)核可同時(shí)完成計(jì)算等工作，提高了計(jì)算和其他處理工作的速度。2023年1月英特爾公司推出了第13代酷睿處理器—酷睿i9-13980HX，這款CPU擁有24個(gè)內(nèi)核，包括8個(gè)性能核和16個(gè)能效核。

并行處理技術(shù)多處理器計(jì)算機(jī)多處理器計(jì)算機(jī)指包含多個(gè)處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，也稱為并行計(jì)算機(jī)。多處理器計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)，多個(gè)處理器可同時(shí)工作，分別承擔(dān)某項(xiàng)處理任務(wù)的一部分，可有效提升計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。多處理器計(jì)算機(jī)可分為并行向量計(jì)算機(jī)、大規(guī)模并行處理機(jī)、對(duì)稱式共享存儲(chǔ)器多處理機(jī)、分布式共享存儲(chǔ)多處理機(jī)等。

并行處理技術(shù)多處理器計(jì)算機(jī)—并行向量計(jì)算機(jī)向量是一種常見(jiàn)的數(shù)據(jù)形式，一個(gè)向量可以包含很多個(gè)元素，特別適合并行處理和流水線處理（同時(shí)處理不同分量數(shù)據(jù)）。并行向量計(jì)算機(jī)（PVP）簡(jiǎn)稱向量機(jī)，其中的處理器設(shè)計(jì)有專(zhuān)門(mén)的向量表示和向量處理指令，而且一臺(tái)向量機(jī)可以包含多個(gè)向量處理器。美國(guó)Cray公司推出的多個(gè)機(jī)型、NEC公司的SX-X44、我國(guó)國(guó)防科技大學(xué)研制成功的“銀河I”“銀河II”都是向量機(jī)。1991年公布推出