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微型计算机的工作过程和主要性能指标

微型计算机的工作过程
根据冯·诺依曼的设计,计算机应能自动执行程序,而执行程序又归结为逐条执行指令。执行一条指令又可分为以下五个基本操作:
1)取指令:从存储器某个地址单元中取出要执行的指令送到 CPU 内部的指令寄存器暂存。
2)分析指令:或称指令译码,把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器,译出该指令对应的微操作信号,控制各个部件的操作。
3)取操作数:如果需要,发出取数据命令,到存储器取出所需的操作数。
4)执行指令:根据指令译码,向各个部件发出相应控制信号,完成指令规定的各种操作。
5)保存结果:如果需要保存计算结果,则把结果保存到指定的存储器单元中。完成一条指令所需的时间称为指令周期。一个指令周期往往包括多个总线周期,而一个总线周期又包含多个时钟周期。时钟周期是计算机中最小的时间单位。

微型计算机的主要性能指标
微型计算机的性能是一个综合的指标,它与微型计算机的系统结构、各部件的硬件性能以及系统的软件配置有关,主要评估指标有以下几项。
1.微处理器的字长
计算机一次能并行处理的二进制的位数称为字长。微处理器的字长一般由算术逻辑单元(ALU)的位数和数据总线的宽度来决定,字长越长,表示数据的精度越高,传送处理数据的速率越快。例如,8086 是 16 位字长处理器。有些处理器的 ALU 位数和数据总线宽度并不相同,例如,8088 的 ALU 是 16 位,但为了和 8 位的 I/O 设备兼容,其数据总线只有 8 位,因此称其为准 16 位处理器。

2.内存储器容量和访问时间

存储器容量和存储器访问时间是反映微型计算机内存储器性能的两个主要指标。内存储器的最大容量和处理器的地址线宽度有关,8086 有 20 位地址线,最大内存容量为1MB,存储器访问时间体现了内存储器的速度,直接影响处理机的性能。20 世纪 80 年代初,动态存储器 DRAM 的访问时间在几百纳秒,近年来提高到几十纳秒。但是存储器速度的提高远远赶不上微处理器速度的提高,弥补它们之间的速度间隙一直是微型计算机技术中的难题。

3.系统总线传输速率

总线每秒钟能够传送的最大字节数称作总线的传输速率。总线速率和总线宽度及总线周期时间有关。总线宽度指总线中数据线的位数。基于 8088 的 PC 系统总线宽度为 8 位,ISA 标准数据线宽度为 16 位。总线周期时间指进行一次总线访问花费的时间,ISA 总线的典型总线周期时间为 3 个时钟周期,即每 3 个时钟周期传送 1B;8MHz 主频 16 位宽度的ISA 总线传输速率是 5.3MB/s。

4.运算速度

运算速度是衡量计算机性能的一项重要指标。通常所说的计算机运算速度(平均运算速度),是指每秒钟所能执行的指令条数,一般用“百万条指令/s”(MIPS,MillionInstruction Per Second)来描述。同一台计算机,执行不同的运算所需时间可能不同,因而对运算速度的描述常采用不同的方法。常用的有 CPU 时钟频率(主频)、每秒平均执行指令数(IPS)等。

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