计算机cpu介绍ppt课件.ppt

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1、第四章中央处理器CPUCPU是组成微型计算机的核心部件，承担着的运算和控制任务。本章主要讲述主流CPU的功能结构、性能指标、发展趋势和CPU的关键技术。第四章微型机的中央处理器CPU4.1CPU概述4.2CPU的主要技术参数4.3微处理器中所采用的新技术4.4单指令多数据流技术4.5CPU的封装与接口类型4.6典型CPU介绍4.1CPU概述4.2CPU的主要技术参数位、字节和字长时钟频率主频、外频和倍频超频运行与外频的选择L1和L2Cache的容量和速率工作电压地址总线宽度、数据总线宽度地址总线宽度数据总线宽度制造工艺4.2.1位、字节和字长位：

2、在数字电路和微机技术中采用二进制，代码只有“0”和“1”，其中无论是“0”或是“1”在CPU中都是一“位”。字节和字长：微机技术中对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。所以能处理字长为8位数据的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。CPU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。12345678910111213141516字字节位4.2.2时钟频率时钟频率时钟频率是描述周期性循环脉冲信号在单位时间内所出现的

3、脉冲数量多少的计量名称；频率的标准计量单位是Hz（赫）。主频、外频和倍频CPU主频也叫工作频率，是CPU内核(整数和浮点运算器)电路的实际运行频率。CPU主频、倍频、外频三者的关系主频=外频×倍频。超频运行与外频的选择超频就是在实际使用中让CPU工作在高于额定的工作频率上。外频主频4.2.3L1和L2Cache的容量和速率L1和L2Cache的容量和工作速率对提高微机速度起关键作用，尤其是L2Cache对提高运行图形处理较多的软件速度有显著作用。4.2.4工作电压工作电压指的也就是CPU正常工作所需的电压。早期CPU（286－486时代）的工作电

4、压一般为5V，那是因为当时的制造工艺相对落后，以致于CPU的发热量太大，使得寿命减短。随着CPU的制造工艺与主频的提高，近年来各种CPU的工作电压有逐步下降的趋势，以解决散热热过高的问题，目前一般CPU工作电压有低于3V或2V，而笔记本微机专用的CPU其工作电压就更低了，甚至达到1.2V。4.2.5地址总线宽度、数据总线宽度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，简单地说就是CPU到底能够使用多大容量的内存。对于32位地址线的宽度为，最多可以直接访问4096MB（4GB）的物理空间。数据总线宽度数据总线负责整个系统的数据流量的

5、大小，而数据总线宽度则决定了CPU与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。4.2.6制造工艺线宽是指芯片上的最基本功能单元—门电路的宽度，缩小线宽意味着晶体管可以做得更小、更密集，可以降低芯片功耗，系统更稳定，CPU得以运行在更高的频率下。第一代奔腾CPU的制造工艺是0.35微米，最高达到266Mhz的频率，PII和赛扬是0.25微米，频率最高达到450Mhz。铜矿核心的奔腾Ⅲ制造工艺缩小到了0.18微米，最高频率达到1.13Ghz。最新Northwood核心的奔腾4CPU制造工艺达到0.13微米，目前频率已经达到2.4G

6、hz，现在，IntelCPU的制造工艺达到了0.09微米。流水线流水线（pipeline）是Intel首次在486芯片中开始使用的。流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线。在CPU中由5~6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条X86指令分成5~6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，因此提高CPU的运算速度。流水线指令的执行过程指令1指令2指令3指令4指令5FI123456789DFIFODFIEFODFIWEFODFIWEFODFIWEFODFIWEFODFIWEFODFI4.3.2高

7、速缓存技术什么是高速缓存CPU的运算速度比主内存的读写速度要快得多，这就使得CPU在访问内存时要花很长时间来等待内存的操作，这种空等造成了系统整体性能的下降。例如：500MHZ的PentiumⅢ，一次指令执行时间为2ns，与其相配的内存存取时间为10ns，比前者慢5倍，CPU的性能不能充分发挥。为了解决这种速度上的不匹配问题，我们在CPU与主内存之间加入了比主内存要快的高速缓存Cache。Cache储存了主内存的映象，使CPU可以直接通过访问Cache来完成数据的读写。由于Cache速度与CPU的速度相当，从而大大缩短了数据读写的等待时间，系统的

8、整体速度也自然得到提高。Cache的工作过程当CPU读取数据时，先通过地址总线把物理地址送到Cache，与Cache中的块地址标签进行对