《计算机组装与维护》

《计算机组装与维护》2012——2013年第一学期课程名称:《CPU的结构与工作原理》班级:11多媒体学号:1126113125学生姓名：李阳日期：2013/12/17Cup的结构与工作原理摘要:当今社会,随着科技的不断发展,计算机在生活水平中越来越普及。人们对计算机也应该有些基本认识。CUP是电脑的核心部件,我们多掌握ー些关于CPU的工作原理和内部结构随虽电脑的安装没多大帮助,但却是安装和维护电脑所必须要知道的知识。掌握了这些不仅可以尽量减少在安装的过程中部件的损坏，同时也有利于使用者自己处理一些比较轻微的机器故障。关键词:CPU寄存器组运算器控制器指令ー认识CPUCPU是英文“centralprocessingUnit”中央处理器的缩写,它是电脑的核心部件。它是由逻辑运算单元、控制单元和存储单元组成。在逻辑运算与控制单元中包括一些寄存器,这些寄存器用于CPU在处理数据过程中数据的暂时保存。CPU的工作过程是接到指令,然后到达控制单元经过调度分配,被送往逻辑运算单元,经过处理器处理后,然后保存到存储器中,最后交由应用程序使用,因此CPU是整个电脑系统的核心。随着计算机的不断更新与发展,CPU的运行速度也不断地提升，已由166MHz升到3GHz甚至更高。而且CPU的速度竞赛还在继续，但有一点要注意，CPU的性能绝不仅仅由MHz或者GHz前面的数字来决定的。随着芯片的运算速度的加快以及对性能的需求的增加,作为电脑的初学者需要了解CPU的基本功能。CPU具有三项基本功能:读数据、处理数据以及把数据写到存储器中。二CPU的组成结构CPU处理存储在内存单元上的信息。那些信息可以是数据，也可以使指令。数据时二进制表达式,可以表示字母、数字或颜色。而指令则告诉CPU如何处理这些数据,例如对它们进行加、减或移动等操作。CPU的具体任务是执行指令,它按照指令的要求完成对数据的基本运算和处理。它的结构是由三个部分组成:.寄存器组。它由十几个甚至几十个寄存器组成。寄存器的速度很快,他们用来临时存放参加运算的数据和运算得到的中间结果。需要运算器处理的数据总是预先从内存传到寄存器;运算结果不再需要继续参加运算时就从寄存器保存到内存。.运算器。是用来对数据进行加、乘、除或者与、或、非等各种基本的算术运算和逻辑运算,所以也称为算术逻辑部件(ALU)O通常,参加运算的数据来自寄存器,运算结果也由寄存器保存。有时,为了加快运算速度,运算器中的ALU可能有多个,有的负责完成整数运算,有的负责完成实数（浮点数）的运算,有的还能进行ー些特殊的运算处理。.控制器。这是CPU的指挥中心。它有一个指令计数器,用来存放CPU正在执行的指令的地址，CPU将按照该地址从内存读取所要执行的指令。多数情况下,指令时按照顺序执行的,因此CPU每执行一条指令后就加1,所以被称为指令计数器或程序计数器。控制器中还有一个指令寄存器,它是用来保存当前所使用的指令,通过译码器解释这条指令的意思,控制运算器的操作，记录CPU的内部状态等。三指令与指令系统我们通常使用计算机完成某项任务时必须运行相应的程序。而在计算机内部,程序是由指令组成的,指令是构成程序的基本单位。指令是采用二进位的计算方式表示的,它用来规定计算机完成什么操作。在通常情况下,指令由两部分组成:L操作码指出计算机应执行什么样操作的命令词,如加减乘除、取存等操作,每ー种操作都有各自的代码,称之为操作码。.操作数地址是用来表示该指令所处理的数据或者数据所在位置。操作数地址可能是ー个、二个甚至更多个,操作数地址的数量是由操作码决定。通过计算机,我们可以完成非常复杂的程序,这些复杂的程序的运行总是由CPU通过执行一条条指令来完成的。CPU执行每一条指令要分成很多步进行,每ー步仅仅完成一个或多个简单的操作。下面来看看指令的执行过程大体如下:.CPU的控制器从内存中读出一条指令,并把它放入指令寄存器中。.从指令寄存器中取出指令把它交给解码器由解码器解释指令,并决定该指令进行何种操作、操作数在哪里。.根据操作数的位置取出操作数。运算器按照操作数的要求,对操作数进行规定的运算,或者其他的ー些处理。.把运算结果保存到指定的寄存器。.修改指令计数器,决定下一条指令的地址。这个过程一直持续着,一条指令接一条指令,以令人眼花缭乱的速度运行,直到最后出现在显示屏上所见的结果。这些程序结果都是由指令完成。然不同的指令操作要求也不一样,被处理的操作数类型、个数和来源也不一样,执行时的步骤和复杂程度也可能相差很大。特别是CPU需要通过总线去。访问存储器时,指令执行过程就比较复杂ー些。不同的CPU都有它独特的ー组指令。CPU所能执行的全部指令称为该CPU的指令系统。通常,指令系统中有着上百种不同的指令,它们分成许多的类,如在Core2处理器中共有七大类指令,即数据传输类、算术运算类、逻辑运算类、移位操作类、位操作类、控制转移类、输入/输出类。每ー类指令又按照操作数的性质、长度等区分为许多不同的指令。随着新型号微处理器的不断推出,它们的指令系统也在发生着变化。不同公司生产的CPU各有各自的指令系统。它们未必兼容。如现在大多数的PC机都使用intel公司的微处理器作为CPU,而ー些大型机、平板电脑、智能手机使用的其他类型的微处理器它们的指令系统有很大差别。因此PC机上的程序代码不能直接在大型机、平板电脑、和智能手机上运行,反过来也一样。但有些PC机使用的是AMD公司的微处理器,它们与Intel处理器的指令系统ー样,因此这些PC机互相兼容。四CPU的插槽CPU是插在主板上的,目前，CPU插槽随着电脑档次的不同而变化着。无论是插孔数、体积、形状都发生了变化,所以不能互相接插。目前电脑主板上常见的CPU插槽型号有以下几类:Socket?：Socket用英文就是插槽的意思，是Intel公司为PMMX系列CPU设计的插槽,其基本特征是321插孔,可接插与其管脚兼容的CPU,如AMDK6或K6-2、CyrixM2等。Socket370：Socket370是!ntel公司为赛扬系列CPU设计的插槽,基本特征是370插孔,只能接插与其管脚兼容的赛扬系列CPU。3.Slot:Slot在英文中也是槽的意思,是Intel公司专为其PHI系列的CPU设计的插槽。该方案将PHICPU及其相关控制电路、二级缓存都做到ー块子卡上插入主板上的该插槽中,与其他CPU插槽不兼容。Socket423：Socket423是!ntel公司为新一代处理器P4系列CPU二设计的插槽。它有423个插孔。它与以前的Socket370完全不兼容。虽然它与AMDAthlon处理器使用的Socket423插脚相同,但也不兼容。Socket478：Socket478是第二代P4使用的插槽。SocketA：这ー种插槽是由AMD公司专门为了抗衡!ntel公司的赛扬!!和PII而生产的ThunderBird（雷鸟）、Duron（毒龙）和Athlon系列的使用的CPU插槽,它采用462脚架封装。他以良好的性价比,超强的超频能力得到广大电脑发烧友的青睐。五CPU的性能指标计算机的性能很大程度上是由CPU上决定的，它是电脑系统的核心,也是各种档次电脑的代名词,就如人们所说的“奔4”、“赛龙”等。CPU的性能大致反映出电脑的性能,CPU的性能主要表现在程序执行速度的快慢,而执行速度与CPU相关的因素有很多,如:.字节。字节指的是CPU中整数寄存器和定点运算器的宽度。由于存储器地址是整数,整数运算是定点运算器完成的,因而定点运算器的宽度也就大体决定了地址码位数的多少。地址码的长度决定了CPU可访问的存储器的最大空间,这是影响CPU性能的ー个重要因素。多年来个人计算机使用的CPU大多是32位处理器,近些年开始使用的Core2和Corei5/i7已经扩充了64位处理功能。.主频。是CPU电子线路的工作频率,它决定着CPU芯片内部数据传输与操作速度的快慢,可以直接机器的性能。通常说,主频越高,执行一条指令需要的时间久越少,CPU的处理速度就越快。.CPU总线速度。CPU总线的工作频率和数据线宽度决定着CPU与内存之间传输数据的速度快慢,总线的速度越快,CPU的性能将会发挥的越发充分。.高速缓存（cache）的容量和结构。程序在运行的过程中高速缓存有利于减少CPU访问内存的次数。一般而言,cache容量越大、级别越多，其效果就越显著。.指令系统。指令的类型和数目、指令的功能等都会影响程序的执行速度。.逻辑结构。CPU包含的定点运算器和浮点运算器数目、是否具有数字信号处理功能、有无指令预测和数据预测功能、流水线结构和级数等都对指令执行的速度有影响,甚至对某些特定应用有很大的影响。近年来,随着科技的发展,应用程序执行速度不仅与CPU、内存有关,还和硬盘、存储器、操作系统密切相关,在加上实际应用千变万化,因此一般的个人计算机并不使用上述的方法衡量性能,而是面向应用进行性能测试。总的来说,影响计算机性能的并不只这些,对电脑了解的人还有外频、前端总线等这些影响其性能。我们仅仅是了解ー些关于计算机的基础知识,如果大家对计算机想深入了解,就从CPU