CPU的基本概念和组成

CPU的基本概念和组成 一、CPU的基本概念和组成: CPU原材料其实是沙子，然后通过各种技术加工为成品CPU。其内部元件可以分为:控制单元、逻辑单元、储存单元、三大部分。指令由控制单元分配到逻辑单元，经过加工处理之后，再送到存储单元里等待应用程序的使用。三个部分互相协调，便可以进行，判断，运算并控制计算机各部分协调工作。 二、 CPU的内部结构和各自的作用: 1. 算术逻辑单元: ALU是运算器的核心。它是以全加器为基础，辅之以移位寄存器及相应控制逻辑组合而成的电路，在控制信号的作用下可完成加、减、乘、除四则运算和各种逻辑运算。这里就相当于工厂中的生产线，负责运算数据。 2.寄存器组: RS实质上是CPU中暂时存放数据的地方，里面保存着那些等待处理的数据，或已经处理过的数据，CPU访问寄存器所用的时间要比访问内存的时间短。采用寄存器，可以减少CPU访问内存的次数，从而提高了CPU的工作速度。但因为受到芯片面积和集成度所限，寄存器组的容量不可能很大。寄存器组可分为专用寄存器和通用寄存器。专用寄存器的作用是固定的，分别寄存相应的数据。而通用寄存器用途广泛并可由程序员规定其用途。通用寄存器的数目因微处理器而异。 3.控制单元: 正如工厂的物流分配部门，控制单元是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR、指令译码器ID和操作控制器0C三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。它根据用户预先编好的程序，依次从存储器中取出各条指令，放在指令寄存器IR中，通过指令译码(分析)确定应该进行什么操作，然后通过操作控制器OC，按确定的时序，向相应的部件发出微操作控制信号。操作控制器OC中主要包括节拍脉冲发生器、控制矩阵、时钟脉冲发生器、复位电路和启停电路等控制逻辑。 4.总线 : 就像工厂中各部位之间的联系渠道，总线实际上是一组导线，是各种公共信号线的集合，用于作为电脑中所有各组成部分传输信息共同使用的“公路”。直接和 CPU相连的总线可称为局部总线。其中包括: 数据总线DB、地址总线AB 、控制总线CB。其中，数据总线用来传输数据信息;地址总线用于传送CPU发出的地址信息;控制总线用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。 以上内容简明要领:由晶体管组成的CPU是作为处理数据和执行程序的核心，其英文全称是:Central Processing Unit即中央处理器。首先，CPU的内部结构可以分为控制单元，逻辑运算单元和存储单元(包括内部总线及缓冲器)三大部分。CPU的工作原理就像一个工厂对产品的加工过程:进入工厂的原料(程序指令)，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(存储单元)中，最后等着拿到市场上去卖(交由应用程序使用)。在这个过程中，我们注意到从控制单元开始，CPU就开始了正式的工作，中间的过程是通过逻辑运算单元来进行运算处理，交到存储单元代表工作的结束。 三、主频，外频，倍频之间的关系、 倍频: CPU的倍频，全称是倍频系数。CPU的核心工作频率与外频之间存在这一个比值关系，这个比值就是倍频系数，简称倍频，理论上倍频是从1.5一直到无限的。 时钟频率: 就是CPU的主频，相当汽车的最高时速。 外频: 在486之前(486是以80486系列芯片为CPU的组装个人电脑)，CPU的主频还处于一个较低的阶段，CPU的主频一般都等于外频。是CPU乃至整个计算机系统的基准频率，单位是MHZ(兆赫兹)。内存与主板之间的同步运行的速度等于外频，在这种方式下，可以理解为CPU外频直接与内存相连通，实现两者间的同步运行状态。而在486出现以后由于CPU工作频率不断提高，而PC机的一些其他设备(如显卡、硬盘等)却受到工艺限制，不能承受更高的频率，因此限制了CPU频率的进一步提高。因此出现了倍频技术，该技术能够使CPU内部工作 频率变为外部频率的倍数，从而通过提升倍频而达到提升主频的目的。倍频技术就是使外部频率可以工作在一个较低的外频上，而CPU主频是外频的倍数。 前端总线FSB: 是处理器与主板北桥芯片或内存控制集线器之间的数据通道，其频率高低以直接影响CPU访问内存的速度。 前端总线是由CPU决定的，如果主板不支持CPU所需要的前端总线，系统就无法工作。也就是说，需要主板和CPU都支持某个前端总线，系统才能工作，只不过一个CPU默认的前端总线是唯一的，因此看一个系统的前端总线主要看CPU就可以。 前端总线和外频的关系 : “前端总线”这个名称是由AMD在推出K7 CPU时提出的概念，但是一直以来都被大家误认为这个名词不过是外频的另一个名称。通常所说的外频指的是CPU与主板连接的速度，这个概念是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的，而前端总线的速度指的是数据传输的速度，由于数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输的速度，由于数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率，即数据宽度=(总线频率x数据位宽)除以8。PC机上所能达到的前端总线频率有266MHZ、333MHZ、400MHZ、533MHZ、667MHZ、800MHZ、1066MHZ、1333MHZ、前端总线的频率越大，代表着CPU与内存之间的数据传输量越大，更能充分发挥出CPU的功能。CPU技术发 展的很快，运算速度提高很快，而足够打的前端总线可以保障有足够的数据供给给CPU，较低的前端总线将无法给足够的数据给CPU，这样就限制了CPU性能的发挥，成为瓶颈。因为主板直接影响到整个系统的稳定、性能、功能与拓展性，其重要性不言而喻。主板选购看似简单，其实要注意的东西很多。选购时当留意产品的芯片组、做工用料、功能接口甚至使用的简便性，这就要求对主板具备透彻的认识，才能选择到满意的产品，所以在CPU分析完毕之后我也会为大家分析主板，让大家更容易区分和选择主板，有耐心的朋友可以继续往下看，相信对你会有不小的帮助。 总线是将计算机微处理器与内存芯片以及与之通信的设备连接起来的硬件通道。前端总线将CPU连接到主内存和通向磁盘驱动器、调制解调器以及网卡这类系统部件的外设总线。大家常常以MHZ表示的速度来描述总线频率。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。主板支持的前端总线是由芯片组决定的，一般都带有足够的向下兼容性。如微星ZH77A-G43支持的前端总线速度是1066MHZ，那安装的CPU前端总线可以是1066MHZ，也可以是800MHZ，但这样就无法发挥出主板的全部功效。再就是北桥芯片负责联系内存，显卡等数据吞吐量最大的部件，并和南桥芯片连接。CPU就是通过前端总线FSB连接到北桥芯片，进而通过北桥芯片和内存，显卡交换数据。前端总线是CPU和外界交换数据的最主要通道，因此前端总线的数据传输能力对PC整体性能的作用很大，如果没足够快的前端总线，再强的CPU也不能明 显提高计算机整体速度。前端总线的速度指的是CPU和北桥芯片间总线的速度，更实质性的表示了CPU和外界数据传输的速度。而外频的概念是建立在数字脉冲震荡速度基础之上的，也就是说，100MHZ外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡1万万次，它更多的影响了PCI及其他总线的频率。之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆，主要的原因是在以前的很长一段时间里(Pentium 4出现之前和刚出现的时候)前端总线和外频是相同的，因此往往直接称前端总线为外频，最终造成这样的误会。 以上内容简明要领: 时钟频率相当汽车的最高时速。 倍频相当于这条车道上最多几辆车。 外频相当与汽车的载重。 总线就是一天内，车从A到B能运多少东西。 步进: 步进(Stepping)是CPU的一个重要参数，也叫分级鉴别产品数据转换，“步进”编号用来标识一系列CPU的设计或生产制造版本数据，步进的版本会随着这一系列CPU生产工艺的改进、BUG的解决或特性的增加而改变，也就是说步进编号是用来标识CPU的这些不同的“修订”的。同一系列不同步进的CPU或多或少都会有一些差异，例如在稳定性、核心电压、功耗、发热量、超频性能甚至支持的指令集方面可能会有所差异。 对于CPU制造商而言，步进编号可以有效地控制和跟踪所做的更改;而对于CPU的最终用户而言，通过步进编号则可以更具体的识别其系统所安装的CPU版本，确定CPU的内部设计或制作特性等等。 一般来说步进采用“字母+数字”的方式来表示，例如C0，A0，A1，B1，B2，C2，E0等等，字母或数字越靠后的步进也就是越新的产品。一般来说，步进编号中“数字”的变化，例如 A0到A1，表示生产工艺较小的改进;而步进编号中“字母”的变化，例如A0到B1，则表示生产工艺比较大的或复杂的改进。