CPU的工作原理和性能参数

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,CPU,执行三种基本操作,读出数据，处理数据和往内存写数据,三,CPU,的工作原理,CPU,是特别纯净的硅材料上制造的一个,CPU,芯片包含上千万个晶体管，在这上面存储对应于,0,和,1,的电荷，而,0,和,1,组成了计算机工作采用的二进制语言和数据，成组的晶体管联合起来，可以存储数据，也可进行逻辑运算和数字运算，一条指令可包含按明确顺序执行的许多操作，,CPU,的工作就是执行指令，工作过程为：指令指针给指令读取器，,指示,存放指令的内存地址，指令读取器从内存读取指令，并送给指令译码器，而指令译码器,分析,指令，并决定完成指令需多少步骤，如需处理，则,ALU,将按照指令要求工作，做,加减,或其他,运算,，在,CPU,解释和执行指令,后，控制单元告诉指令读取器从内存中读取下一条指令，这个过程不断重复，产生在显示器上所看到的结果。,三,CPU,的工作原理,1,、主频,CPU,运行时的时钟频率。,表示,C,PU,内数字脉冲信号的频率。单位一般用,MHz,主频直接影响,CPU,的 运行速度，主频越高速度越快，但主频相同的,CPU,性能不一定相同。,举例,:,跑步的例子，频率和幅度决定跑步的速度,2,、,A,MD,的处理器,A,thlon,XP 1800+,它的实际频率是：,1.53GHz,四,CPU,的技术参数,2,、外频,CPU,的基准频率，单位为,MHz,，外频是,CPU,与主 板之间同步运行的速度，也是大部分电脑内存与 主板之间同步运行的速度，可理解为，,CPU,的外 频直接与内存相连通，实现两者 间的同步运行状 态。,四,CPU,的技术参数,3,、前端总线（,FSB,）频率,（,1,）前端总线频率即总线频率。由于，数据总 线频率,=,总线频率*数据宽度,/8,，所以其直 接影响,CPU,和内存的数据交换速度。,（,2,）前端总线频率与外频的区别：外频,通常为 系统总线的工作频率（系统时钟频率），,CPU,与周边设备传输数据的频率,具体是指,CPU,到芯片组之间的总线速度。前端总线 的速度指的是数据传输的速度，外频是,CPU,与主板之间同步运行的速度。,3,、前端总线（,FSB,）频率,数据,带宽,FSB,数据,宽度,8,=,(,),4,、倍频系数：,倍频系数是指,CPU,主频与外频之间的相对比 例关系，在相同外频下，倍频越高,CPU,的频率越 高。但在实际上，在相同外频下，高倍频的,CPU,本身意义并不大，因为，,CPU,与系统之间的数据 传输速度是有限的，,CPU,受其“瓶颈”的影响。,5,、高速缓存（,Cache,）,（,1,）缓存是一种比主存更快的存储器（一般为 静态,RAM,组成），它优先于内存和,CPU,交 换数据。,主频,外频,倍频系数,=,（,2,）,L1 Cache,集成在,CPU,内部，速度与,CPU,同 步，,L2 Cache,在新款,CPU,中也集成在了内 部，一般以,1/2CPU,的速度运行（与,CPU,同 步的,L2Cache,为全速二级高速缓存）。,L1,为,CPU,内部指令集和数据的交换区，,L2,为,CPU,与内存间的交换区。,（,3,）作用：为了缓解高速设备和低速设备数据 传输的瓶颈。,（,4,）工作过程：,CPU,需要数据时，首先查找,Cache,，如果没有找到再查找内存，找到后 直接送到,CPU,并在,Cache,中做备份。,6,、,CPU,扩展指令集,（,1,）指令集就是,CPU,中所有指令的集合（,CPU,的 运行其实是一个个独立的指令（微指令）执行的结果），基本上每个指令都可以在 一个执行周期内完成（如果，指令集中无 直接的单一指令，则需多个指令共同完 成，速度变慢）。,（,2,）常见指令集有：,MMX,（多媒体扩展指令 集，,Intel,）、,SSE,（因特网数据流单指令扩 展，,Intel,）、,3DNOW!,（,AMD,）,7,、内存总线速度,内存和,L2,之间的通讯速度,8,、,CPU,工作电压,从,586 CPU,开始，,CPU,工作电压分成内核电压 和,I/O,电压两种，其中内核电压根据生产工艺而 定，一般制作工艺越小，内核工作电压越低；,I/O,电压一般都在,1.6v3v,，低电压能解决功耗和 发热大的问题。,9,、制造工艺,指硅材料上生产,CPU,时内部各元器件的连接 宽度，一般用微米表示，微米值越小，制作工艺 越先进，,CPU,可达到的频率越高，集成的晶体管 的数量就越多，目前，,Intel,和,AMD,以达到,0.13,微 米，今年,Intel,将达到,0.09,微米的制造工艺。,10,、封装（最后一道工序）,（,1,）采用特定的材料将,CPU,芯片或,CPU,模块固 定在其中以防损坏，它是沟通芯片内部世界和 外部电路的桥梁。,（,2,）常见封装：,PDIP,：塑料双列直插封装，引脚从两端引出。,Intel 8,位和,16,位处理器使用。,PQFP,：塑料四边引出扁平封装，引脚四边引 出，,80386,采用。,CPGA/PPGA,：陶瓷,/,塑料针脚网格阵列封装，引脚从底端引出，并形成了规则的阵列（用于,SOCKET,处理器）。,(3),目前,Pentium 4,使用的大部分,FC-PGA2,封装,BGA,：球状网格阵列封装，常用于笔记本电脑 的处理器。,CSP,：芯片级封装，芯片面积与封装面积之比 尽可能为,1:1,。,11,、地址总线宽度,CPU,一次发出的地址信息的位数，其决定 了,CPU,能访问的最大地址容量空间。（,32,位，,4GB,空间）。,12,、数据总线宽度,CPU,与二级高速缓冲存储器、内存、输入 输出设备之间一次实际传输数据的位数。,五,CPU,的分类,按接口结构分类：,1,、,Socket,结构：,Socket7,：,196,针，,Pentium MMX,、,AMD,的,K 6,。,Socket370,：,370,针，,Pentium III,、,CeleronII,。,Socket423/478/775,：,423/478,针（,423,使用,RDRAM,，,478,使用,RDRAM,或,SDRAM,，,775,面向,Celeron D,），,P4,、,Celeron4,、,P4EE,。,Socket754,：,AMD Athlon64,（面向大众）,Socket939,：,AMD Athlon64FX-51,（面向高端）,2,、,Slot,结构,Slot1,：,242,个接口，,SEC,单边接触,PII,、,PIII,Slot2,：主要用于高端工作站和服务器系列。采用,Slot2,结构的主板一般有两个或两个以上的,CPU,插座，以供处理器同时工作。,Slot A,：只支持,AMD,公司的,K7,，不支持,Intel,主 板。,按使用的指令分：,CISC,：复杂指令集。便于编程和提高内存的访 问效率。,RISC,：精简指令集，提高处理器的运行速度。,六,CPU,的型号和品牌,1,、,Intel,公司,奔腾（,Pentium,）系列，赛扬（,Celeron,）系列，安腾（,Itanium,）系列。,2,、,AMD,（超微）公司,K,系列，,Duron,（毒龙），,Thunderbird,（雷 鸟），,Athlon,系列,3,、,VIA,（威盛）,其收购了,Cyrix CPU,生产厂家，,Cyrix,系列,CPU,