[登錄] [注冊]
網站首頁 >> 電腦知識 >> 硬件知識 >> 文章內容

電腦硬件知識大全

[日期:2011-03-20]   來源:碧波蕩漾網  作者:碧波蕩漾網   [字體: ]
    CPU

    中央處理器(Central Processing Unit)的縮寫,即CPU,CPU是電腦中的核心配件,只有火柴盒那么大,幾十張紙那么厚,但它卻是一臺計算機的運算核心和控制核心。電腦中所有操作都由CPU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(Central Processing Unit,CPU),是電子計算機的主要設備之一。其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機熒光增白劑軟件中的數據。所謂的計算機的可編程性主要是指對CPU的編程。

    CPU是計算機中的核心配件,只有火柴盒那么大,幾十張紙那么厚,但它卻是一臺計算機的運算核心和控制核心。計算機中所有操作都由CPU負責讀取指令,對指令譯碼并執行指令的核心部件。

  CPU、內部存儲器和輸入/輸出設備是電子計算機的三大核心部件。

  同時,中國藥科大學涼皮機的英語簡稱也是CPU(China Pharmaceutical University )

基本原理

  CPU的主要運作原理,不論其外觀,都是執行儲存于被稱為程式里的一系列指令。在此討論的是遵循普遍的架構設計的裝置。程式以一系列數字儲存在電動推桿電腦記憶體中。差不多所有的CPU的運作原理可分為四個階段:提取(Fetch)、解碼(Decode)、執行(Execute)和寫回(Writeback)。

Intel公司Core(酷睿) 2系列下的一款CPU

第一階段,提取,從程式記憶體中檢索指令(為數值或一系列數值)。由程式計數器(Program Counter)指定程式記憶體的位置,程式計數器保存供識別目前程式位置的數值。換言之,程式計數器記錄了CPU在目前程式里的蹤跡。

  提取指令之后,程式計數器根據指令式長度增加記憶體單元。指令的提取常常必須從相對較慢的記憶體尋找,導致CPU等候指令的送入。這個問題冷庫板主要被論及在現代處理器的快取和管線化架構(見下)。

  CPU根據從記憶體提取到的指令來決定其執行行為。在解碼階段,指令被拆解為有意義的片斷。根據CPU的指令集架構(ISA)定義將數值解譯為指令。

  一部分的指令數值為運算碼(Opcode),其指示要進行哪些運算。其它的數值通常供給指令必要的資訊,諸如一個加法(Addition)運算的運算目標。這樣的運算目標也許提供一個常數值(即立即值),或是一個空間的定址值:暫存器或記憶體位址,以定址模式決定。

  在舊的設計中,CPU里的指令解碼部分是無法改變的硬體裝置。不過在眾多抽象且復雜的CPU和指令集架構中,一個微程式時常用來幫助轉袋式過濾器換指令為各種形態的訊號。這些微程式在已成品的CPU中往往可以重寫,方便變更解碼指令。

  在提取和解碼階段之后,接著進入執行階段。該階段中,連接到各種能夠進行所需運算的CPU部件。

  例如,要求一個加法運算,算數邏輯單元(ALU,Arithmetic Logic Unit)將會連接到一組輸入和一組輸出。輸入提供了要相加的數值,而且在輸出將含有總和結果。ALU內含電路系統,以于輸出端完成簡單的普通運算和邏輯運算(比如加法和位元運算)。如果加法運算產生一個對該CPU處理而言過大的結果,在標志暫存器里,運算溢出(Arithmetic Overflow)標志可能會土雞被設置(參見以下的數值精度探討)。

  最終階段,寫回,以一定格式將執行階段的結果簡單的寫回。運算結果經常被寫進CPU內部的暫存器,以供隨后指令快速存取。在其它案例中,運算結果可能寫進速度較慢,但容量較大且較便宜的主記憶體。某些類型的指令會操作程式計數器,而不直接產生結果資料。這些一般稱作“跳轉”(Jumps)并在程式中帶來循環行為、條件性執行(透過條件跳轉)和函式。

  許多指令也會改變標志暫存器的狀態位元。這些標志可用來影響程式行為,緣由于它們時常顯出各種運算結果。   例如,以一個“比較”指令判斷兩個值的大小,根據比較結果在標志暫存器上設置一個數值。這個標志可藉由隨后的跳轉指令塑料軟管來決定程式動向。

  在執行指令并寫回結果資料之后,程式計數器的值會遞增,反覆整個過程,下一個指令周期正常的提取下一個順序指令。如果完成的是跳轉指令,程式計數器將會修改成跳轉到的指令位址,且程式繼續正常執行。許多復雜的CPU可以一次提取多個指令、解碼,并且同時執行。這個部分一般涉及“經典RISC管線”,那些實際上是在眾多使用簡單CPU的電子裝置中快速普及(常稱為微控制(Microcontrollers))。

基本結構

  CPU包括運算邏輯部件、寄存器部件和控制部件。CPU從存儲器或高速緩沖存儲器中取出指令,放入指令寄存器,并對指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作,然后發出各種控制命令,執行微操作系列,從而完成一條指令的執行。

  指令是計算機規定執行操作的類型和操作數的基本命令。指令是由一個字節或者多個字節組成,其中包括操作碼字段、一個或多個有關操作數活性氧化鋁地址的字段以及一些表征機器狀態的狀態字和特征碼。有的指令中也直接包含操作數本身。

32位CPU的寄存器

通用寄存器又可分定點數和浮點數兩類,它們用來保存指令中的寄存器操作數和操作結果。

  通用寄存器是中央處理器的重要組成部分,大多數指令都要訪問到通用寄存器。通用寄存器的寬度決定計算機內部的數據通路寬度,其端口數目往往可影響內部操作的并行性。

  專用寄存器是為了執行一些特殊操作所需用的寄存器。

  控制寄存器通常用來指示機器執行的狀態,或者保持某些指針,有處理狀態寄存器、地址轉換目錄的基地址寄存器、特權狀態煤炭化驗設備寄存器、條件碼寄存器、處理異常事故寄存器以及檢錯寄存器等。

  有的時候,中央處理器中還有一些緩存,用來暫時存放一些數據指令,緩存越大,說明CPU的運算速度越快,目前市場上的中高端中央處理器都有2M左右的二級緩存。

  控制部件,主要負責對指令譯碼,并且發出為完成每條指令所要執行的各個操作的控制信號。

  其結構有兩種:一種是以微存儲為核心的微程序控制方式;一種是以邏輯硬布線結構為主的控制方式。

  微存儲中保持微碼,每一個微碼對應于一個最基本的微操作,又稱微指令;各條指令是由不同序列的微碼組成,這種微碼序列構成微程序。中央處理器聚氨酯板在對指令譯碼以后,即發出一定時序的控制信號,按給定序列的順序以微周期為節拍執行由這些微碼確定的若干個微操作,即可完成某條指令的執行。

  簡單指令是由(3~5)個微操作組成,復雜指令則要由幾十個微操作甚至幾百個微操作組成。

  邏輯硬布線控制器則完全是由隨機邏輯組成。指令譯碼后,控制器通過不同的邏輯門的組合,發出不同序列的控制時序信號,直接去執行一條指令中的各個操作。

  應用大型、小型和微型計算機的中央處理器的規模和實現方式很不相同,工作速度也變化較大。中央處理器可以由幾塊電路塊甚至由整個二手挖掘機機架組成。如果中央處理器的電路集成在一片或少數幾片大規模集成電路芯片上,則稱為微處理器(見微型機)。

  現 狀

  中央處理器的工作速度與工作主頻和體系結構都有關系。中央處理器的速度一般都在幾個MIPS(每秒執行100萬條指令)以上。有的已經達到幾百MIPS 。

  速度最快的中央處理器的電路已采用砷[shēn]化鎵[jiā]工藝。在提高速度方面,流水線結構是幾乎所有現代中央處理器設計中都已采用的重要措施。未來,中央處理器工作頻率的提高已逐漸受到物理上的限制,而內部執行性(指利用中央處理器內部的硬件資源)的進一步地毯清洗改進是提高中央處理器工作速度而維持軟件兼容的一個重要方向。

發展過程

  CPU這個名稱,早期是對一系列可以執行復雜的計算機程序或電腦程式的邏輯機器的描述。這個空泛的定義很容易在“CPU”這個小吃車名稱被普遍使用之前將計算機本身也包括在內。
相關文章
相關評論
26选5数