CPU的内部结构与工作原理.docx

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1、一、CPU的内部结构与工作原理CPU是Central Processing Unit－－中央处理器的缩写，它由运算器和控制器组成，CPU的内部结构可分为控制单元，逻辑单元和存储单元三大部分。CPU的工作原理就象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（存储器）中，最后等着拿到市场上去卖（交由应用程序使用）。 ?<穌$[or? 鳎+R鬲颀  二、CPU的相关技术参数 ??凉>d 

2、 ???Η  1.主频 枤?拫3(┐  主频也叫时钟频率，单位是MHz，用来表示CPU的运算速度。CPU的主频＝外频×倍频系数。很多人以为认为CPU的主频指的是CPU运行的速度，实际上这个认识是很片面的。CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运算能力是没有直接关系的。当然，主频和实际的运算速度是有关的，但是目前还没有一个确定的公式能够实现两者之间的数值关系，而且CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标。由于主频并不直接代表运算速度，所以在一定情况下，很可能会

3、出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。因此主频仅仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。 ???? 橹?@  2.外频 ?倸}锾黒  外频是CPU的基准频率，单位也是MHz。外频是CPU与主板之间同步运行的速度，而且目前的绝大部分电脑系统中外频也是内存与主板之间的同步运行的速度，在这种方式下，可以理解为CPU的外频直接与内存相连通，实现两者间的同步运行状态。外频与前端总线(FSB)频率很容易被混为一谈，下面的前端总线介绍我们谈谈两者的区别。 so?鰀B? 3.前端总线(FSB

4、)频率 {鶟l6僛  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。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，即数据带宽＝（总线频率×数据带宽）/8。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。也就是说，100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一千万次；而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz×64bit÷8Byte/bit=800MB/s。 *d

5、4榘猁R  'Ix嵌灻  4.倍频系数 簘??w慀  倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频下，倍频越高CPU的频率也越高。但实际上，在相同外频的前提下，高倍频的CPU本身意义并不大。这是因为CPU与系统之间数据传输速度是有限的，一味追求高倍频而得到高主频的CPU就会出现明显的“瓶颈”效应——CPU从系统中得到数据的极限速度不能够满足CPU运算的速度。 N6頡L??? ?偄???  5.缓存 ??衤晳翳  缓存是指可以进行高速数据交换的存储器，它先于内存与CPU交换数据，因

6、此速度很快。L1　Cache（一级缓存）是CPU第一层高速缓存。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。一般L1缓存的容量通常在32～256KB. Y泦"5呯6'  撛驯h?  L2　Cache（二级缓存）是CPU的第二层高速缓存，分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与主频详图，而外部的二级缓存则只有主频的一半。L2高速缓存容量也会影响CPU的性能，原则

7、是越大越好，现在家庭用CPU容量最大的是512KB，而服务器和工作站上用CPU的L2高速缓存更高达1MB-3MB。 ? 絜跌S  "針揼?  6.CPU扩展指令集 o脦谢M"h瑉  CPU扩展指令集指的是CPU增加的多媒体或者是3D处理指令，这些扩展指令可以提高CPU处理多媒体和3D图形的能力。著名的有MMX（多媒体扩展指令）、SSE（因特网数据流单指令扩展）和3DNow!指令集。 涗e9G环  丕{詂Zl? 7.CPU内核和I/O工作电压 &诉景S伉? 从586CPU开始，CPU的工作电压分为内

8、核电压和I/O电压两种。其中内核电压的大小是根据CPU的生产工艺而定，一般制作工艺越小，内核工作电压越低；I/O电压一般都在1.6~3V。低电压能解决耗电过大和发热过高的问题。 O奾搥?邉  恑G鳙M!*  8.制造工艺 k糀Qa衰? 指在硅材料上生产CPU时内部各元器材的连接线宽度，一般用微米表示。微米值越小制作工艺越先进，CPU可以达到的频率越高，集成的晶体管就可以更多。目前Intel的P4和AMD的XP都已经达到了0.09微米的制造工艺