cpu基础知识及分类.ppt

1、CPU简介,内容概要 一、CPU简介 二、CPU基本结构 三、CPU制造流程 四、CPU封装 五、CPU的相关指标 六、当前CPU的技术特点 七、双核CPU 八、四核CPU 九、三核CPU 十、ARM微处理器 十一、ARM微处理器系列,一、CPU简介,中央处理器（英文Central Processing Unit，CPU）是一台计算机的运算核心和控制核心。按照其处理信息的字长可以分为：八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等 CPU厂商主要有Intel、AMD、VID。 CPU功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据； 功能主要包括： 1、指令顺序控制：控

2、制程序中指令的执行顺序 2、操作控制： CPU要根据指令的功能，产生相应的操作控制信号，发给相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作 3、时间控制：对各种操作实施时间上的定时 4、数据加工：对数据进行算术运算和逻辑运算，或进行其他的信息处理,二、CPU基本结构,CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成 运算逻辑部件：运算逻辑部件，可以执行定点或浮点算术运算操作、移位操作以及逻辑操作，也可执行地址运算和转换 寄存器部件：包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器，分别用于保存指令中的寄存器操作数和操作结果；执行一些特殊操作；用来指示机器执行的状 控制部件：

3、要负责对指令译码，并且发出为完成每条指令所要执行的各个操作的控制信号,三、CPU制造流程,切片粘片压焊塑封电镀管教加工 四、CPU封装 CPU的封装有DIP、QFP、PGA、BGA、CSP、MCM DIP：双列直插式封装 QFP：塑料方型扁平式封装，四面管腿，一般为正方形 PGA：在芯片的内外有多个方阵形的插针，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列 BGA：球栅阵列封装 CSP：减小了芯片封装外形的尺寸 MCM：多芯片模块系统,五、CPU的相关指标,1、主频、外频和倍频 主频：CPU运算时的工作频率 外频：系统总线的工作频率 倍频：cpu外频与主频相差的倍数（主频=外频*倍数） 2、内存

4、总线速度 指CPU二级高速缓存和内存之间的通信速度（二级（L2）缓存是为协调内存和 CPU的运行速度的） 3、地址总线宽度 地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间 4、工作电压 CPU正常工作所需的电压 5、超标量 一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令 6、L1高速缓存：一级高速缓存，CPU内置高速缓存可以提高运行效率 7、前端总线(FSB)频率 前端总线(FSB)频率(即总线频率)是直接影响CPU与内存直接数据交换速度 外频与前端总线(FSB)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,六、当前CPU的技术特点,1、制造的工艺-更细的线

5、宽 原有晶体管门电路更大限度的缩小，在同样的面积内可以集成更多 的晶体管，能耗降低，CPU也更省电 2、封装方式socket架构主流 CPU按其安装插座规范可分为Socket x和Slot x两大架构。 以Intel处理器为例，Socket 架构的CPU中分为Socket 370、Socket 423和Socket 478三种，分别对应Intel PIIICeleron处理器、P4 Socket 423处理器和P4 Socket 478处理器。Slot x架构的CPU中可分为Slot 1、Slot 2两种，分别使用对应规格的Slot槽进行安装 slot 1插座 说socket 478插座 3、

6、缓存全速L2 Cache 缓存就是可以进行高速数据交换的存储器，它先与内存与CPU交换数据，因此速度极快，又称为高速缓存，与处理器相关的缓存有L1 Cache（片内缓存）和L2 Cache（二级缓存） L2 Cache全内置并与处理器同频工作是大势所趋，而这也正是决定CPU处理性能的一个关键所在,七、双核CPU,1、核心（Die）又称为内核，是CPU最重要的组成部分。CPU中心那块隆起的芯片就是核心，双内核应该具备两个物理上的运算内核； 双核处理器是指在一个处理器上集成两个运算核心，从而提高计算能力，最近逐渐热起来的“双核”概念，主要是指基于X86开放架构的双核技术 2、处理器实际性能是处理器

7、在每个时钟周期内所能处理器指令数的总量，因此增加一个内核，处理器每个时钟周期内可执行的单元数将增加一倍。 优点： 多核心处理器带来的直接优势是可以降低随着单核心处理器频率的不断上升而增大的热量和功耗。多核心处理器有助于为将来更加先进的软件提供卓越的性能。 缺点：随着物理内核数量的增加，CPU内核之间的通讯量和系统用于资源同步及维护的开销也会逐渐上升。双核处理器在成本上相对于单核心处理器也没有优势。同时大量的晶体管也带来了更大的功耗和发热量。,八、四核CPU,四核处理器即是基于单个半导体的一个处理器上拥有四个一样功能的处理器核心。换句话说，将四个物理处理器核心整合入一个核中。 四核里面是由两个双

8、核组成，每个双核是共享4M的L2的. 从理论上去看，在两者均未达到满载的时候，成绩应该相差不大。而双方都同时达到满载时，四核的成绩应该比双核好上一倍; 与双核心系统相比，四核计算机在高负载情况下的耗电与热度要略高一些，但在正常情况下大多数四核处理器的功耗要低于双核处理器的功耗，并且获得较高的性能提升 物理四核相对于物理双核提升的幅度最大值为80%左右，超线程四核相对于物理双核提升的最大幅度为40%左右，两者的提升幅度相差约为一倍,九、三核CPU,三核产品最早是由AMD公司研发的 三核心处理器的缓存优势更明显。虽然损失了一个核心，但共享的三级缓存并未受到影响，只是原先由四个核心分享，现在则成了三

9、个，因此每个核心可以访问的三级缓存容量可以在系统满载的时候增多8.33%，有利于提高对缓存敏感的程序的性能。 四核心处理器现在的普及率还相当低(据Mercury Research统计，2007年第二季度出货的桌面处理器中只有不到2%是四核心)，应用程序对多核心的优化也严重不足，而且三核心架构并不陌生，Xbox 360主机里就是三核心的IBM PowerPC。 目前核心做的多的是intel i7-980X 3.33G主频 6核心12线程 moreIntel 酷睿i7 9 CPU主频：3330MHz 智能加速：3600MHz 插槽类型：LGA 1366 制作工艺：32 纳米 二级缓存：6256KB

10、 三级缓存：12MB 核心数量：六核心 核心类型：Gulftown 线程数：十二线程 总线类型：QPI总线 6.4GT/s,十、ARM微处理器,ARM微处理器凭借强大的处理能力和极低的功耗， ARM功能的增强和完善，某些方面可以取代原先X86架构的单片机，特别是工控领域； ARM公司设计了许多处理器，它们可以根据使用内核的不同划分到各个系列中。系列划分是基于ARM7、ARM9、ARM10、ARM11内核的，还设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器 ARM微处理器及技术的应用： 无线通讯领域：目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM技术， ARM以其高性能和低成本，在该领域的地位日益

11、巩固。 网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视频处理上进行了优化，并获得广泛支持 消费类电子产品： ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用 成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。,十一、ARM微处理器系列,1、ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC处理器，最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。ARM7微处理器系列具有如下特点 （1）具有嵌入式ICE-RT逻辑，调试开发方便 （2）极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用

12、，如便捷式产品 （3）代码密度高并兼容16位的Thumb指令集 （4）对操作系统的支持广泛，包括Windows CE、Linux、Palm OS等 （5）指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用户的产品升级换代 （6）主频最高达130MIPS，告诉的运算能力能胜任绝大多数的复杂应用 （7）能够提供0.9MIPS/MHZ的三级流水线结构 ARM系列微处理器的主要应用领域为：工业控制，Interbnet设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用 ARM7系列微处理器包括：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ，其中ARM7

13、TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，属低端ARM处理器核。,2、ARM9微处理器系列 ARM9系列微处理器在高性能和低消耗特性方面提供最佳的性能，具有以下特点： （1）5级整数流水线，指令执行效率更高 （2）支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集 （3）支持32位的高速AMBA总线接口 （4）全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统 （5）MPU支持实时操作系统 （6）支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令分数据处理能力 ARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字

14、照相机和数字摄像机等。 ARM9系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三种类型，以适用于不同的应用场合。,3、ARM9E系列 ARM9系列的下一个处理器是基于ARM9E-S内核的，为综合处理器，适用单一的处理器内核提供了微控制器、DSP、Java应用系统的解决方案，极大的减少了芯片的面积和系统的复杂程度。ARM9E系列微处理器提供了增强的DSP处理能力，很适合于那些需要同时适用DSP和微控制器的应用场合。主要特点： （1）支持DSP指令集，适合于需要告诉数字信号处理的场合 （2）5级整数流水线，指令执行效率更高 （3）支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集 （4

15、）支持32位的高速AMBA总线接口 （5）支持VFP9浮点处理协处理器 （6）全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统 （7）MPU支持实时操作系统 （8）支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力 （9）主频最高可达300MIPS ARM9系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、存储设备和网络设备等领域 ARM9E系列微处理器包括ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S三种类型，以适用于不同的应用场合。,4、ARM10E微处理器系列 ARM10e紫烈微处理器既有高性能、

16、低功耗的特点，由于采用了新的体系结构，与同等的ARM9器件相比较，在同样的时钟频率下，性能提高的近50%，同时ARM10E系列微处理器采用了两种先进的节能方式，使其功耗极低，主要特点如下： （1）支持DSP指令集，适合于需要告诉数字信号处理的场合 （2）6级整数流水线，指令执行效率更高 （3）支持32位ARM指令集和16位thumb指令集 （4）支持32位的告诉AMBA总线接口 （5）支持VFP10浮点处理协处理器 （6）全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统 （7）支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力 （8）主

17、频最高可达400MIPS （9）内嵌并行读、写操作部件 ARM10E系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、通信和信息系统等领域 ARM10E系列微处理器包括ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S三种类型，以适用于不同的应用场合,5、SecurCore微处理器系列 SecurCore系列微处理器专为安全需要而设计，提供了完善的32位RISC技术的安全解决方案，因此， SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构的低功耗、高性能的特点外，还具有其独特的优势，即提供了对安全解决方案的支持 SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构

18、各种主要特点外，还在系统安全方面具有如下的特点： （1）带有灵活的保护单元，以确保操作系统和应用数据的安全 （2）采用软内核技术，防止外部对其进行扫描探测 （3）可集成用户自己的安全特性和其他协处理器 SecurCore系列微处理器主要用于一些对安全性要求较高的应用产品及应用系统，如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和认证系统等领域 SecurCore系列微处理器包含SecurCore SC100、 SecurCore SC110、 SecurCore SC200和SecurCore SC210四种类型，已适用于不同的应用场合,6、StrongARM微处理器系列 Inter StrongA

19、RM SA-1100处理器是采用ARM体系结构高度集成的32位RISC微处理器。它融合了Inter公司的设计和处理技术以及ARM体系结构的电源效率，采用在软件商兼容ARMv4体系结构、同时采用具有Inter技术有点的体系结构 Inter StrongARM处理器是便捷式通讯产品和消费类电子产品的理想选择，已成功应用于多家公司的掌上电脑系列产品。 7、Xscale处理器 Xscale是基于ARMv5TE体系结构的解决方案，是一款全性能、高性价比、低功耗的处理器。它支持16位的Thumb指令和DSP指令集，已使用在数字移动电话、个人数字助理和网络产品等场合。 Xscale处理器是Inter目前主要

20、推广的一款ARM微处理器,8、 ARM Cortex 应用程序处理器,ARM公司在经典处理器ARM11以后的产品改用Cortex命名 Cortex系列属于ARMv7架构，这是ARM公司最新的指令集架构。ARMv7架构定义了三大分工明确的系列：“A”系列面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用；“R”系列针对实时系统；“M”系列对微控制器 Cortex 应用程序处理器在高级工艺节点中可实现高达 2GHz+ 标准频率的卓越性能，从而可支持下一代的移动 Internet 设备 应用包括： 智能手机、智能本和上网本、电子书阅读器、数字电视 、家用网关和各种其他产品 Cortex-M 系列处理器主要是针对微控制器领域开发的，在该领域中，既需进行快速且具有高确定性的中断管理，又需