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请详细讲解一下CPU的工作原理

CPU工作原理 一·CPU的基本概念及组成 CPU(Central Processing Unit 中央处理器…

CPU工作原理

一·CPU的基本概念及组成

CPU(Central Processing Unit 中央处理器)

世界上第一台PC机中的CPU-i8086是美国IBM公司1981年推出的·

其执行指令为X86指令集·同时为提高浮点运算能力,增加X87指令集,以后的X86及X87统称为X86指令集·该指令集一直沿用到现在的PIIICPU·

CPU主要包含运算器及控制器,其内部结构可分为控制单元,逻辑单元和存储单元·运算器主要完成各种算数(加,减,乘,除)和逻辑运算(逻辑加,逻辑减和非运算)·控制器不具有运算功能,它只是读取各种指令,并对指令分析,作出相应的控制·

二·CPU的主要参数

1·位,字节和字长

通常我们提到的16位,32位机是指CPU可以同时处理16位,32位的二进制数据·CPU按照其处理信息的字长可分为8位微处理器,16位微处理器

32位微处理器及64位微处理器·

位:在数字电路中和电脑技术中采用二进制,代码只有“0“和“1“,“0“和“1“在CPU中都是一“位“·

字节和字长:CPU在单位时间内(同一时间)能处理的二进制数的位数叫字长·一个字节等于八位(1byte=8bit)·如32位的CPU能在单位时间内同时处理字长为32位的二进制·通常8位称一个字节·32位的CPU一次只能同时处理4个字节·

2·CPU的外频

CPU的外频是指CPU的总线频率,是由主板提供的基准时钟频率·CPU的主频是按CPU的外频乘以倍频系数而来的·CPU的外频从过去的66MHZ发展到现在的100MHZ,133MHZ甚至200MHZ,随著外频的不断提高,CPU与内存数据之交换速度也随之不断提高·

3·前端总线(FSB-Front Site Bus)

前端总线的频率就是CPU的总线频率,内存的总线频率与前端总线频率相同,也就是CPU与L2 CACHE及内存之间交换数据的工作时钟·数据传输最大带宽取决于所同时传输的数据位宽度和传输频率,即数据带宽=(总线频率*数据宽度)/8·如前端总线的频率为100MHZ,CPU的数据宽度为64位,则其数据带宽=(100*64)/8=800MHZ,目前AMD公司已经推出前端总线频率为200MHZ的K7CPU,但CPU内核与内存之间的数据交换时钟仍然是100MHZ·

4·CPU的主频

CPU主频就是CPU的工作频率,是CPU内核(整数和浮点运算器)电路的实际运行的频率·在486DX2 CPU之前,CPU的主频与外频相等,在486DX2 CPU开始,所有的CPU主频等于外频乘上倍频系数·

5·L1和L2CACHE的容量和速度

L1和L2 CACHE的容量和工作速率起著决定性的作用·L2CACHE是从486时代开始的,目的是弥补L1CACHE(一级高速缓存)容量的不足,最大程度减少主内存对CPU运行造成的延缓·PII的L1的容量为64K,L2的容量为256K或512K,K6III的L1CACHE为64K,L2的容量为256K,在板的L3CACHE高达2M·设在CPU芯片内部L2CACHE运行速度与主频相同,而采用PII方式安装在CPU外部的L2CACHE运行频率一般为主频的二分之一,其效率要比芯片内的L2CACHE要低·

6·CPU执行指令步骤及其方式

1)·从RAM或CACHE中读出指令(FETCH)

2)·将读出的指令解成微指令(DECODE)

3)·将执行指令所需的控制质料读出(FECCH OPERANDS)

4)·执行解码后的微指令(EXECUTE)

5)·执行后的结果存回RAM中(WRITE BACK)

CPU执行指令方式可分为以下两种:

1)·非管线处理方式(NO-PIPELINE)

必须等前一个指令的上述5个步骤完成后,才进入下一个指令·

2)·管线处理方式(PIPELINE)

可以在前一个指令进入第二个步骤同时,下一个指令便可进入第一个步骤·

7·CPU的指令集

1)MMX:多媒体指令集·其使用了SIMD(Single Instruction,Multiple Data)

技术,MMX增强多媒体信息处理,提高CPU处理3D图形视频和音频能力·优化整数运算,但没有加强浮点运算·(共57条指令)

2)SSE:因特网数据流单指令序列扩展(Internet Streaming SIMD Extensions 的缩写·该指令增加了浮点预算能力,提高了内存的使用效率,优化了3D几何运算及动画处理,视频编辑/压缩/解压(图像DVD等)语音识别等功能·(70条指令)

3)3DNOW:AMD公司开发的多媒体扩展指令集,针对MMX指令集没有加强浮点处理能力的弱点,重点提高了AMD公司K6系列CPU对3D图像的处理能力,该指令主要是应用于3D游戏·对其它商业图形应用处理支持不足·(27条指令)

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作者: yyzn_admin

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