6-第五部分 中央处理器.ppt

第六部分 中央处理器 一、 前 言 二、 控制器概述 三、 微程序控制 四、 硬布线控制 五、 流水线 目标：理解并掌握指令的执行过程 Pentium Ⅱ Pentium 4 一、前 言 1、CPU基本概念 CPU —— 中央处理单元，是英文Central Processing Unit的缩写。 地位：是整个系统的核心。 分类：8位、16位、 32位 、 64位 2、CPU主流产品 目前个人PC用的比较多的CPU有各系列Intel的和AMD的产品。 3、CPU的组成 早期的处理器运算器和控制器是分离的。随着集成电路的出现及其集成度的提高，出现了微处理器，微处理器把运算器与控制器集成在一个芯片上，通常称为中央处理部件。 现在的CPU一般由三部分组成：控制单元、ALU、存储单元。 4、CPU的主要技术指标 主频： CPU的主频是指CPU的工作时钟频率，单位是MHz，目前已晋升为GHz（1GHz=1000MHz），它是CPU速度的重要指标，通常标注在CPU表面的型号中。CPU的时钟频率，即CPU进行运算时的工作频率。主频数值越高，CPU的速度越快。 外频：即系统总线，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。为了将高主频的CPU与较低时钟频率的主板相匹配，CPU主频采用了较低的输入时钟频率和在内部倍频到主时钟频率的方法。CPU输入时钟称为外频，常取为主板系统总线的频率。 倍频：原先并没有倍频概念，CPU的主频和系统总线的速度是一样的，但CPU的速度越来越快，倍频技术也就应允而生。它可使系统总线工作在相对较低的频率上，而CPU速度可以通过倍频来无限提升。那么CPU主频的计算方式变为：主频 = 外频 * 倍频。 4．运算速度 CPU的运算速度是指其每秒钟能够处理的指令数，单位为MIPS（百万指令每秒）。这个指标是CPU速度的本质指标，它不光取决于主频，更主要地取决于CPU处理指令的逻辑结构。即使在同样主频下，不同档次的CPU其运算速度也有成倍的差别。 CPU电源的双电压 早期的CPU仅以5V或3.3V供电，称为单电压CPU。而现在的CPU一般都采用双电压供电，CPU核心用低电压，它的I/O电路则用较高的电压，既保证了电路的驱动能力和可靠性，又减少了功耗。CPU的核心电压（Vcore）从2.9V到1.8V，甚至到0.8V。CPU的I/O电压（Vio）从3.3V到3.6V。 超频 超频是指把主板的CPU工作时钟调整为略高于CPU规定值，企图使之超高速工作。通常不提倡对CPU进行超频来提高系统性能，这会造成CPU过热、减少寿命、系统运行混乱甚至烧毁CPU。但也有一些CPU，比如赛扬366等，允许进行较大幅度（20%）的超频使用，以满足电脑发烧族的愿望。 地址总线的宽度：CPU可访问的物理地址空间。 数据总线宽度：CPU与其他设备之间一次能传输的数据量。 制造工艺 在硅材料上生产CPU时内部各元器件的连接线宽度，用um或nm表示。 内部缓存 即L1 Cache。集成在CPU内核中，用于CPU在处理数据过程中数据的暂时保存。由于缓存指令和数据与CPU同频工作，L1级高速缓存的容量越大，存储信息越多，可减少CPU与内存之间的数据交换次数，提高CPU的运算效率。但因高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在有限的CPU内核芯片面积上，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。 外部缓存 即L2 Cache。由于L1级高速缓存容量的限制，为了再次提高CPU的运算速度，在CPU内核外部放置一高速存储器，即二级缓存。工作主频比较灵活，可与CPU同频，也可不同。CPU在读取数据时，先在L1中寻找，再从L2寻找，然后是内存，最后是外存储器。所以L2对系统的影响也不容忽视。 FSB（Front System Bus） 前端系统总线指CPU与北桥之间的线路。 FSB频率是指数据传输率。 北桥：就是主板上离CPU最近的一块芯片，负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI数据在北桥内部传输。 北桥 5、CPU的发展简史 6、计算机工作过程 计算机进行信息处理分两个过程，首先将数据和程序输入到存储器中，然后从程序入口开始执行程序，执行完所有的程序，结束运行。程序入口指的是该程序开始执行的第一条指令的地址。 计算机的工作过程可描述如下： 停机与停电 停机时电压仍正常,因此寄存器与存储器仍保持信息不变,重新启动后从程序停顿处继续执行.而停电后,寄存器与