2.1微型计算机系统概述.pptVIP

2.1 微处理器概述 2.1.1 CPU的基本概念和组成 2.1.2 CPU主要技术参数 2.1.3 CPU主流技术术语浅析 2.1.1 CPU的基本概念和组成 微处理器即微型化的中央处理器又称为中央处理器。 微处理器的职能是执行算术/逻辑运算，并负责控制整个计算机系统，使之能自动协调地完成各种操作。 CPU的内部结构与工作原理  CPU0由运算器和控制器组成，CPU的内部结构可分为控制单元，逻辑单元和存储单元三大部分。CPU的工作原理就象一个工厂对产品的加工过程：进入工厂的原料（指令），经过物资分配部门（控制单元）的调度分配，被送往生产线（逻辑运算单元），生产出成品（处理后的数据）后，再存储在仓库（存储器）中，最后等着拿到市场上去卖（交由应用程序使用）。 2.1.2 CPU主要技术参数 1．位、字节和字长 2．CPU外频 3．CPU主频 4．前端总线（FSB）频率 5．L1和L2 Cache的容量和速率 1．位、字节和字长 位：电脑技术中采用二进制“0”和“1”，其中无论是 “0”或是“1”在CPU中都是一“位”。 字长：电脑技术中对CPU能一次处理的二进制数的位数叫字长。 字节和字长的区别：由于常用的英文字符用8位二进制就可以表示，所以通常就将8位称为一个字节。对于不同的CPU字节的长度是不固定的，字长的长度也不一样。8位的CPU一次只能处理一个宇节，而32位的CPU一次就能处理4个宇节，同理字长为64位的CPU一次可以处理8个字节。 2．CPU外频 CPU外频是由主板为CPU提供的基准时钟频率。 正常情况下CPU总线频率和内存总线频率相同， 所以当CPU外频提高后，与内存之间的交换速度也相应得到了提高，对提高电脑整体运行速度影响较大。 3．CPU主频 主频也叫工作频率，用来表示CPU的运算速度。 CPU的主频＝外频×倍频系数。 CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运行能力是没有直接关系的。 4。 前端总线（FSB）频率 前端总线(FSB)频率（即总线频率）是直接影响CPU与内存直接数据交换速度。 外频与前端总线频率的区别：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。 5。缓存 缓存是指可以进行高速数据交换的存储器，它先于内存与CPU交换数据，因此速度很快。 L1　Cache（一级缓存） L2　Cache（二级缓存） 2.1.3 CPU主流技术术语浅析 1．流水线技术 2．超流水线和超标量技术 3．乱序执行技术 4．分支预测和推测执行技术 5．指令特殊扩展技术 1．流水线技术 流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线。在CPU中由5~6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条指令分成5~6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，因此提高CPU的运算速度。 2．超流水线和超标量技术 超流水线是指某些CPU内部的流水线超过通常的5~6步以上，例如Pentiumpro的流水线就长达14步。将流水线设计的步（级）数越多，其完成一条指令的速度越快，因此才能适应工作主频更高的CPU。 超标量是指在CPU中有一条以上的流水线，并且每时钟周期内可以完成一条以上的指令，这种设计就叫超标量技术。 3．乱序执行技术 乱序执行是指CPU采用了允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术。 4．分支预测和推测执行技术 分枝预测和推测执行是CPU动态执行技术中的主要内容，动态执行是目前CPU主要采用的先进技术之一。采用分枝预测和动 态执行的主要目的是为了提高CPU的运算速度。 由于程序中的条件分枝是根据程序指令在流水线处理后结果再执行的，所以当CPU等待指令结果时，流水线的前级电路也处于空闲状态等待分枝指令，这样必然出现时钟周期的浪费。 如果CPU能在前条指令结果出来之前就能预测到分枝是否转移，那么就可以提前执行相应的指令，这样就避免了流水线的空闲等待，相应也就提高了CPU的运算速度。但另一方面一旦前指令结果出来后证明分枝预测错误，那么就必须将已经装入流水线执行的指令和结果全部清除，然后再装入正确指令重新处理，这样就比不进行分枝预测等待结果后再执行新指令还慢了 5．指令特殊扩展技术 在介绍CPU性能中还经常提到扩展指令或特殊扩展一说，这都是指该CPU是否具有对X86指令集进行指令扩展而言。扩展指令中最早出现的是Intel公司自己的MMX，其次是AMD公司的3DNow！，最后是Pentium Ⅲ中的SSE * 第2章 微处理器 * 返回本章首页 返回本节 返回本节 返回本节 * 第2章 微处理器