第二章：中央处理器.ppt

1、第2节 中央处理器,2.1 CPU的发展历程 2.2 CPU的内部结构 2.2 CPU的工作原理 2.3 CPU的性能指标,复习回顾,提问：计算机内部的主要组成部件有哪些？ 回答：,内存、,CPU、,主板、,硬盘等,显卡、,决定1台电脑主要性能的高低，就在于电脑主机里的中央处理器芯片，简称CPU(Central Processing Unit)。,中央处理器，顾名思义，就是“把数据收集到一起集中进行处理的器件”。CPU是一个电子元件，直接处理计算机的大部分数据，它处理数据速度的快慢直接影响着整台电脑性能的发挥，所以人们把CPU形象地比喻为计算机的大脑。,计算机的核心部分：C P U,Intel

2、公司,2.1 CPU的发展历程,AMD公司,99年2月22日，AMD在全球范围发布400MHz AMD K6。,2.1 CPU的发展历程,当前用于计算机的CPU生产的公司只有Intel和AMD两家。,2.1 CPU的发展历程,Intel 奔腾4,AMD 速龙 64X2,CPU是计算机系统的核心部件，控制着整个计算机系统的工作。它能有如此强大的功能，与它的内部物理构造息息相关。内部结构主要包括5部分：内核、基板、填充物、贴片电容以及编号标签等。,2.2 CPU的内部结构,所有计算、接收、存储命令和处理数据都在这里完成。,承载CPU核心用的电路板，负责核心芯片与外界的数据传输。,介于内核与基板之间

3、，缓解来自散热器的压力及固定芯片和电路基板。其质量优劣有时直接影响整个CPU的质量。,CPU的编号分别对主频、外频、缓存、工作电压、生产日期等内容进行了说明。,片式陶瓷电容器。,2.3 CPU的工作原理,CPU一般由运算单元、控制单元、存储单元三大部分组成。这三部分互相协调，便可进行分析、判断、运算并控制计算机各个部件协调工作。,运算单元：,控制单元：,存储单元：,（执行单元）对数据进行算术和逻辑运算。,（指挥中心）读指令 分析指令 做出相应控制 解释指令含义，控制其他部件工作，记录系 统内部状态。,临时存放数据。,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（指令）经过物资

4、分配部门（控制单元）的调度分配，被送往生产线（运算单元），生产出成品（处理后的数据）后存储在仓库（存储器）中，最后等着拿到市场上出售（交给应用程序使用）。,控制单元,运算单元,存储单元,应 用 程 序,指令,数据,2.3 CPU的工作原理,CPU工作原理流程图,2.4 CPU的性能参数,1、主频 :CPU核心工作的时钟频率，单位是MHz。反映CPU内部数字时钟脉冲信号震荡的速度。主频越高,CPU在一个时钟周期里所能完成的指令数越快。 2、外频 :CPU与周边设备传输数据的频率，具体是指CPU到与主板之间的同步运行的时钟频频率。 CPU的基准频率，单位也是MHz。 3、倍频:指CPU主频与外频之

5、间的相对比例关系 , 是CPU的运行频率与整个系统外频之间的倍数。在相同的外频下，倍频越高。CPU的性能也越高。 计算公式：主频 = 外频 倍频 4、前端总线频率 :反映CPU与内存直接数据交换速度 。前端总线频率越高，代表CPU与内存之间数据传输量越大。 前端总线是CPU与主板北桥芯片之间连接的通道，用来与高速缓存、主存和北桥之间传送信息。,2.4 CPU的性能参数,5、字长:CPU在单位时间内能一次同时处理的二进制数的位数。例如32位字长的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。 6、指令集:指存储在CPU内部，对CPU运算进行指导和优化的硬程序。拥有这些指令集，CPU就可以更

6、高效地运行。 7、缓存:高速缓冲存储器，是位于CPU与内存之间的临时存储器，其功能是减少CPU因等待低速主存所导致的延迟，以改进系统的性能。,缓存的工作原理是:当CPU要读取一个数据时，首先从缓存中查找，如果找到就立即读取并送给CPU处理；如果没有找到，就用相对慢的速度从内存中读取并送给CPU处理，同时把这个数据所在的数据块调入缓存中，可以使得以后对整块数据的读取都从缓存中进行，不必再调用内存。,思考：,缓存和内存 区别与联系是什么？,所以，缓存的出现是为了解决CPU运算速率与内存速率不匹配的矛盾。,2.4 CPU的性能参数,8、制造工艺: 也称为制程宽度或制程，一般用nm表示，表示处理器内部

7、晶体管之间连线宽度。电路连接线宽度值越小，制造工艺就越先进，单位面积内集成的晶体管就越多，CPU可以达到的频率越高，CPU的体积更小。 9、工作电压：指CPU核心正常工作时所需的电压。CPU的工作电压是根据CPU的制造工艺而定的。一般制造工艺数值越小，核心工作电压越低，一般在1.3V3V之间。 10、封装方式:指将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。有安放、固定、密封、保护芯片和增强散热的功能。,练习题,（1）CPU也称微处理器，是电脑的核心部分，其结构归纳起来可以分为_、 _、 _、三大部分。其内部物理结构可分为_、 _、 _、 _、 _五部分。 （2） _质量的优劣有时直接影响着整个CPU的质量。 A.CPU基板 B.CPU内核和CPU基板之间的填充物 C.封装 D.贴片电容,控制单元,运算单元,存储单元,编号标签,贴片电容,填充物,基板,内核,B,讨论： CPU的工作频率越高，性能就一定强吗？为什么？,练习题,1、CPU的发展历程 2、CPU的