CPU的中文名稱是中央處理器,又可稱中央處理單元、微處理器;它是計算機系統的運算和控制核心,是信息處理、程序運行的最終執行單元,其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。CPU主要包括兩個部分,即控制器、運算器,其中還包括高速緩沖存儲器及實現它們之間聯系的數據、控制的總線。
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CPU的中文名稱是中央處理器(Central Processing Unit),又可稱中央處理單元、微處理器;一般由邏輯運算單元、控制單元和存儲單元組成。
CPU作為計算機系統的運算和控制核心,是信息處理、程序運行的最終執行單元。CPU自產生以來,在邏輯結構、運行效率以及功能外延上取得了巨大發展。
中央處理器(CPU),是電子計算機的主要設備之一,電腦中的核心配件。其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。CPU是計算機中負責讀取指令,對指令譯碼并執行指令的核心部件。中央處理器主要包括兩個部分,即控制器、運算器,其中還包括高速緩沖存儲器及實現它們之間聯系的數據、控制的總線。電子計算機三大核心部件就是CPU、內部存儲器、輸入/輸出設備。中央處理器的功效主要為處理指令、執行操作、控制時間、處理數據。
在計算機體系結構中,CPU 是對計算機的所有硬件資源(如存儲器、輸入輸出單元) 進行控制調配、執行通用運算的核心硬件單元。CPU 是計算機的運算和控制核心。計算機系統中所有軟件層的操作,最終都將通過指令集映射為CPU的操作。
工作原理
馮諾依曼體系結構是現代計算機的基礎。在該體系結構下,程序和數據統一存儲,指令和數據需要從同一存儲空間存取,經由同一總線傳輸,無法重疊執行。根據馮諾依曼體系,CPU的工作分為以下 5 個階段:取指令階段、指令譯碼階段、執行指令階段、訪存取數和結果寫回。
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取指令(IF,instruction fetch),即將一條指令從主存儲器中取到指令寄存器的過程。程序計數器中的數值,用來指示當前指令在主存中的位置。當 一條指令被取出后,程序計數器(PC)中的數值將根據指令字長度自動遞增。
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指令譯碼階段(ID,instruction decode),取出指令后,指令譯碼器按照預定的指令格式,對取回的指令進行拆分和解釋,識別區分出不同的指令類 別以及各種獲取操作數的方法。現代CISC處理器會將拆分已提高并行率和效率。
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執行指令階段(EX,execute),具體實現指令的功能。CPU的不同部分被連接起來,以執行所需的操作。
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訪存取數階段(MEM,memory),根據指令需要訪問主存、讀取操作數,CPU得到操作數在主存中的地址,并從主存中讀取該操作數用于運算。部分指令不需要訪問主存,則可以跳過該階段。
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結果寫回階段(WB,write back),作為最后一個階段,結果寫回階段把執行指令階段的運行結果數據“寫回”到某種存儲形式。結果數據一般會被寫到CPU的內部寄存器中,以便被后續的指令快速地存取;許多指令還會改變程序狀態字寄存器中標志位的狀態,這些標志位標識著不同的操作結果,可被用來影響程序的動作。
在指令執行完畢、結果數據寫回之后,若無意外事件(如結果溢出等)發生,計算機就從程序計數器中取得下一條指令地址,開始新一輪的循環,下一個指令周期將順序取出下一條指令。許多復雜的CPU可以一次提取多個指令、解碼,并且同時執行。
CPU主要的性能指標有:
主頻即CPU的時鐘頻率(CPU Clock Speed)。這是我們最關心的,我們所說的233、300等就是指它,一般說來,主頻越高,CPU的速度就越快,整機的就越高。
時鐘頻率即CPU的外部時鐘頻率,由電腦主板提供,以前一般是66MHz,也有主板支持75各83MHz,目前Intel公司最新的芯片組BX以使用100MHz的時鐘頻率。另外VIA公司的MVP3、MVP4等一些非Intel的芯片組也開始支持100MHz的外頻。精英公司的BX主板甚至可以支持133MHz的外頻,這對于超頻者來是首選的。
內部緩存(L1 Cache):封閉在CPU芯片內部的高速緩存,用于暫時存儲CPU運算時的部分指令和數據,存取速度與CPU主頻一致,L1緩存的容量單位一般為KB。L1緩存越大,CPU工作時與存取速度較慢的L2緩存和內存間交換數據的次數越少,相對電腦的運算速度可以提高。
外部緩存(L2 Cache):CPU外部的高速緩存,Pentium
Pro處理器的L2和CPU運行在相同頻率下的,但成本昂貴,所以Pentium II運行在相當于CPU頻率一半下的,容量為512K。為降低成本Inter公司生產了一種不帶L2的CPU命為賽揚,性能也不錯,是超頻的理想。
MMX技術是“多媒體擴展指令集”的縮寫。MMX是Intel公司在1996年為增強Pentium CPU在音像、圖形和通信應用方面而采取的新技術。為CPU增加57條MMX指令,除了指令集中增加MMX指令外,還將CPU芯片內的L1緩存由原來的16KB增加到32KB(16K指命+16K數據),因此MMX CPU比普通CPU在運行含有MMX指令的程序時,處理多媒體的能力上提高了60%左右。目前CPU基本都具備MMX技術,除P55C和Pentium ⅡCPU還有K6、K6 3D、MII等。
制造工藝:現在CPU的制造工藝是0.35微米,最新的PII可以達到0.28微米,在將來的CPU制造工藝可以達到0.18微米。
CPU的廠商
1.Intel公司
Intel是生產CPU的老大哥,它占有80%多的市場份額,Intel生產的CPU就成了事實上的x86CPU技術規范和標準。最新的PII成為CPU的首選。
2.AMD公司
目前使用的CPU有好幾家公司的產品,除了Intel公司外,最有力的挑戰的就是AMD公司,最新的K6和K6-2具有很好性價比,尤其是K6-2采用了3DNOW技術,使其在3D上有很好的表現。
3.IBM和Cyrix
美國國家半導體公司IBM和Cyrix公司合并后,使其終于擁有了自己的芯片生產線,其成品將會日益完善和完備。現在的MII性能也不錯,尤其是它的價格很低。
4.IDT公司
IDT是處理器廠商的后起之秀,但現在還不太成熟。
5.VIA威盛公司
VIA威盛是臺灣一家主板芯片組廠商,收購了前述的 Cyrix和IDT的cpu部門,推出了自己的CPU
6.國產龍芯
GodSon 小名狗剩,是國有自主只是產權的通用處理器,目前已經有2代產品,只能趕上INTEL公司P2時代