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cpu對(duì)計(jì)算機(jī)影響論文

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隨著人們對(duì)計(jì)算機(jī)緊湊性設(shè)計(jì)的要求越來越高,計(jì)算機(jī)的CPU芯片也在朝著高度集成的方向不斷發(fā)展,由此造成其在性能方面對(duì)溫度也更加敏感,其散熱技術(shù)也成為了相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家推薦的cpu對(duì)計(jì)算機(jī)影響論文，供大家參考。

cpu對(duì)計(jì)算機(jī)影響論文范文一：計(jì)算機(jī)CPU論文

摘要: CPU 是計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算的核心, 主要性能指標(biāo)有字長(zhǎng)、頻率、高速緩存、前端總線頻率、超線程技術(shù)的應(yīng)用、支持的擴(kuò)展指令集等對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)的性能起著至關(guān)重要的作用。在計(jì)算機(jī)的使用中常見的CPU 超頻故障、計(jì)算機(jī)感染病毒使CPU 性能大幅度下降,偶伴隨死機(jī)等現(xiàn)象, 逐步掌握CPU 主要性能與故障的排除技巧, 達(dá)到舉一反三的效果。

關(guān)鍵詞: CPU; 性能指標(biāo); 高速緩存; 顯示器黑屏; 故障排除

1 計(jì)算機(jī)CPU 的主要性能指標(biāo)

Central Processing Unit, CPU 通常也稱“微處理器”或“中央處理器”, 是計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算的核心, 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中相當(dāng)于“大腦”,主要負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)運(yùn)算和發(fā)出計(jì)算機(jī)的控制指令, 是控制計(jì)算機(jī)中其他設(shè)備運(yùn)行的“總指揮”。在計(jì)算機(jī)的發(fā)展過程中, CPU 技術(shù)的發(fā)展一直是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn), 在計(jì)算機(jī)的使用中CPU 的故障排除也是一個(gè)難點(diǎn), 有待我們認(rèn)真地研究, 以加深對(duì)CPU的了解, 逐步掌握CPU 常見故障的排除方法與技巧, 配合CPU 工作, 協(xié)調(diào)CPU 的處理速度, 在使用中達(dá)到舉一反三的效果。

1.1 CPU“字長(zhǎng)”是表示運(yùn)算器性能的主要技術(shù)指標(biāo):在

計(jì)算機(jī)技術(shù)中, 把CPU 在單位時(shí)間內(nèi)一次處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)稱為“字長(zhǎng)”。一般情況下, 把單位時(shí)間內(nèi)能處理為8 位數(shù)據(jù)的CPU 叫8 位CPU。同理, 64 位的CPU 在單位時(shí)間內(nèi)能處理字長(zhǎng)為64 位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。字長(zhǎng)是表示運(yùn)算器性能的主要技術(shù)指標(biāo),通常等于CPU 數(shù)據(jù)總線的寬度。CPU 字長(zhǎng)越長(zhǎng), 運(yùn)算精度越高, 信息處理速度越快, CPU 性能也就越高。

1.2 CPU 的頻率與CPU 的外頻和倍頻的關(guān)系:CPU 的頻率是指計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)的工作頻率, 也稱為“主頻”或“時(shí)鐘頻率”。CPU 的頻率表示CPU 內(nèi)部數(shù)字脈沖信號(hào)振蕩的速度, 代表了CPU 的實(shí)際運(yùn)算速度, 單位是Hz。CPU 的頻率越高, 在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)所能完成的指令數(shù)也就越多, CPU 的運(yùn)算速度也就越快。

1.2.1 倍頻越高, CPU 的頻率就越高,CPU 實(shí)際運(yùn)行的頻率與CPU 的外頻和倍頻有關(guān), CPU 的實(shí)際頻率=外頻!倍頻。外頻即CPU 的基準(zhǔn)頻率, 是CPU 與主板之間同步運(yùn)行的速度。外頻速度越高, CPU 就可以同時(shí)接受更多來自外圍設(shè)備的數(shù)據(jù), 從而使整個(gè)系統(tǒng)的速度進(jìn)一步提高。倍頻是CPU 運(yùn)行頻率與系統(tǒng)外頻之間差距的參數(shù), 也稱為“倍頻系數(shù)”, 通常簡(jiǎn)稱為“倍頻”。在相同的外頻下, 倍頻越高, CPU 的頻率就越高。

1.2.2 主頻越高, CPU 的速度也就越快,當(dāng)我們使用CPU 時(shí), 通常會(huì)說到“奔騰Ⅲ 600”、“奔騰4 3.0”等等, 其實(shí), 這些型號(hào)里面的數(shù)字“600”和“3.0”就是指CPU 的主頻。CPU 的主頻一般以MHz 為單位, 通常所說的“奔騰Ⅲ600”中的“600”實(shí)際上就是指該CPU 的主頻是600MHz。但隨著CPU 主頻的提高, 一般以GHz( 1GHz=1000MHz) 為單位, 如“奔騰4 3.0”中的3.0 即指該CPU 的工作頻率是3.0GHz, 即3000MHz。一般說來,一個(gè)時(shí)鐘周期完成的指令數(shù)是固定的, 因此主頻越高, CPU 的速度也就越快。

1.3 緩存容量越大, 性能也就越高：

1.3.1 緩存(Cache) 的作用是為CPU 和內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)

交換時(shí)提供一個(gè)高速的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。當(dāng)CPU 要讀取數(shù)據(jù)時(shí), 首先會(huì)在緩存中尋找, 如果找到了則直接從緩存中讀取, 如果在緩存中未能找到, 那么CPU 就從主內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)。CPU 緩存一般分為L(zhǎng)1 高速緩存和L2 高速緩存。

1.3.2 一級(jí)高速緩存與二級(jí)高速緩存對(duì)CPU 的性能影響L1 高速緩存也稱為一級(jí)高速緩存( L1Cache) 用于暫存部分指令和數(shù)據(jù), 以使CPU 能迅速地得到所需要的數(shù)據(jù)。L1 高速緩存與CPU 同步運(yùn)行, 其緩存容量大小對(duì)CPU 的性能影響較大。__L2 高速緩存也稱為二級(jí)高速緩存( L2Cache) 的容量和頻率對(duì)CPU 的性能影響也較大, 其作用就是協(xié)調(diào)

CPU 的運(yùn)行速度與內(nèi)存存取速度之間的差異。L2 高速緩存是CPU 晶體管總數(shù)中占得最多得一部分, 由于L2 高速緩存得成本很高, 因此L2 高速緩存得容量大小一般用來作為高端和低端CPU 產(chǎn)品得分界標(biāo)準(zhǔn)。目前CPU 的L2 高速緩存有低至64KB 的, 也有高達(dá)4MB 的。

1.4 前端總線頻率比外頻更具代表性：前端總線頻率是AMD 公司在推出K7CPU 時(shí)提出的概念, 一直以來很多人都誤認(rèn)為這個(gè)名詞是外頻的一個(gè)別稱。其實(shí), 通常所說的外頻是指CPU 與主板的連接速度, 這個(gè)概念建立在數(shù)字脈沖信號(hào)振蕩速度的基礎(chǔ)之上, 而前端總線頻率指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)際速度, 即每秒鐘CPU 可以接收的數(shù)據(jù)傳輸量。例如100MHz 外頻是指數(shù)字脈沖信號(hào)在每秒鐘振蕩1000 萬次, 而1001MHz 前端總線頻率則是指CPU 每秒鐘可接受的數(shù)據(jù)傳輸量是100MHz!64bit/8bit/Byte=800MB。就處理器速度而言, 前端總線比外頻更具代表性。

1.5 CPU 的制造工藝直接關(guān)系到CPU 的電氣性能：

1.5.1 CPU 在更高的頻率下工作,線路寬度越小, CPU 的功耗和發(fā)熱量就越低目前Inter 公司的主流產(chǎn)品的制造工藝已經(jīng)達(dá)到0.065 m 級(jí)別。由于CPU 制造完成后, 是一塊不到1cm2 的硅晶片( 或集成電路) , 還要對(duì)其進(jìn)行封裝, 并安裝引腳( 或稱為“針”) 后才能插到主板上、通常所說的Socket478 和Socket939 中的數(shù)值的就是指該CPU 的引腳數(shù), CPU 的封裝一般有陶瓷封裝和樹脂封裝兩種。

1.5.2 超線程技術(shù)的應(yīng)用超線程(Hyper- Threading,HT) 是Inter 公司為Pentium4 專門設(shè)計(jì)的一項(xiàng)技術(shù)。超線程是一種同步多線執(zhí)行技術(shù), 一款應(yīng)用超線程技術(shù)的IntelCPU 可以在邏輯上被模擬成兩個(gè)任務(wù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用超線程技術(shù)后, 可使整機(jī)性能提高25%以上。

1.6 支持的擴(kuò)展指令集對(duì)提高CPU 的效率具有重要作用：指令集是CPU 用來計(jì)算和控制系統(tǒng)的命令, 是與硬件電路相配合的一系列指令。指令集是評(píng)價(jià)CPU 性能的重要指標(biāo)之一。目前指令集有Intel 公司的MMX、SSE、SSE2、SSE3 和AMD 公司的“3DNow! ”等。MMX(Multi Media Extensions,多媒體擴(kuò)展)指令集由Intel 公司開發(fā), 包括57 條多媒體指令, 通常這些指令可以同時(shí)處理多個(gè)數(shù)據(jù), 提高CPU 處理圖形、視頻和音頻的能力。SSE(Streaming SIMDExtensions,單指令多數(shù)據(jù)流擴(kuò)展)指令集是MMX指令集的擴(kuò)展, 是Intel 公司在Pentium3 處理器中開始使用的。SSE2 支持雙精度浮點(diǎn)數(shù)的SIMD 處理, 用在64 位CPU 中。SSE3 是Intel 公司在最新的Pentium 4 Prescott 處理器中為了增強(qiáng)Pentium 4 CPU 在多媒體方面的性能二新增加的一組指令集合, 有助于增強(qiáng)Intel CPU 的超線程功能?！?DNow! ”指令集廣泛

應(yīng)用于AMD 公司的K6- 2,K6- 3 以及Athlon( k7) 處理器中。在軟件的配合下, 可以大幅度提高3D 處理性能。“3Dnow! ”指令集是最早的三維指令集。

2 計(jì)算機(jī)使用中CPU 常見故障的排除

2.1 故障現(xiàn)象：一般說來, CPU 是不容易出現(xiàn)故障的, 但由于超頻或者電壓工作不穩(wěn)定和CPU 的制造工藝的不同等原因, 會(huì)導(dǎo)致CPU 不能正常工作, 顯示器突然黑屏, 重啟后無效, 更嚴(yán)重者會(huì)燒壞CPU。(1)CPU 超頻是DIY 族最喜歡干的事情, 有的CPU 本身不具備超頻能力卻硬要超頻, 有的CPU 超頻的余量很小, 卻讓它超出額定頻率較大的范圍工作, 其結(jié)果將導(dǎo)致電腦工作不正常, 經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。因?yàn)镃PU 超頻使用, 而且是硬超, 有可能是超頻不穩(wěn)定引起的故障。如開機(jī)后用手摸一下CPU, 發(fā)現(xiàn)非常燙, 則故障就可能在此。解決的方法是: 用戶可以找到CPU 的外頻與倍頻跳線, 逐步降頻后, 啟動(dòng)電源, 系統(tǒng)恢復(fù)正常, 顯示器也就有了顯示。也有可能是過度超頻之后, 電腦啟動(dòng)時(shí)可能出現(xiàn)散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)正常, 但硬盤指示燈只亮了一下便沒有反應(yīng)了, 顯示器也維持待機(jī)狀態(tài)的故障。由于此時(shí)不能進(jìn)入BIOS 設(shè)置選項(xiàng), 因此只能給CPU 降頻。具體方法是打開機(jī)箱并在主板上找到給CMOS 放電的跳線, 給CMOS放電后重啟系統(tǒng)即可。值得注意的是內(nèi)存大小、硬盤速度、顯卡速度,

特別是CPU 的性能指標(biāo), 對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)的性能無不起著至關(guān)重要的作用, 因此盲目追求CPU 一級(jí)高速緩存與二級(jí)高速緩存、前端總線頻率的高速并不可取。(2) 電壓不正常導(dǎo)致CPU 燒壞。常見的故障現(xiàn)象是開機(jī)后黑屏, 只聽到CPU 風(fēng)扇在轉(zhuǎn)動(dòng), 沒有開機(jī)自檢。解決方法: 根據(jù)故障現(xiàn)象可以排除電源的故障, 開機(jī)后風(fēng)扇在轉(zhuǎn)動(dòng), 說明計(jì)算機(jī)是通電的。但是不能自檢, 也就不能聽到“滴”的一聲響, 此時(shí)懷疑是主板或CPU 的故障, 初步判斷后, 采用替換法進(jìn)行確認(rèn)。首先找一臺(tái)同等配置的好的計(jì)算機(jī), 把此臺(tái)計(jì)算機(jī)的CPU 拆下, 換到有故障的計(jì)算機(jī)上, 開機(jī)后如果能啟動(dòng)并正常進(jìn)入系統(tǒng), 說明該臺(tái)計(jì)算機(jī)的故障就是CPU 有問題, 仔細(xì)查看CPU,發(fā)現(xiàn)針角處有發(fā)黑的地方, 說明是由于電壓不穩(wěn)定導(dǎo)致CPU 被燒壞。

2.2 計(jì)算機(jī)感染病毒, CPU 性能大幅度下降, 偶伴隨死

機(jī)現(xiàn)象：(1)該故障原因可能是感染了病毒, 或磁盤碎片過多或CPU 溫度過高。解決方法是首先可以使用殺毒軟件查殺病毒, 然后使用Windows 附帶的“磁盤碎片整理”程序進(jìn)行整理。如果還不能解決問題, 則打開機(jī)箱, 查看CPU 散熱器的風(fēng)扇通電后是否轉(zhuǎn)動(dòng), 如果不轉(zhuǎn)動(dòng), 則更換新散熱器即可。(2)蠕蟲病毒發(fā)作使CPU 占用率為何高達(dá)100%。故障現(xiàn)象: 即開機(jī)使用一段時(shí)間后, 硬盤指示燈不停地閃, 同時(shí)

系統(tǒng)運(yùn)行速度變得非常慢, “任務(wù)管理器”窗口中顯示CPU 地占用率100%。只有重新啟動(dòng)才能繼續(xù)使用。但過一段時(shí)間后又是如此。從故障描述可知, 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)感染了某種蠕蟲病毒。在正常情況下, 在不運(yùn)行大型的程序時(shí), CPU 在瞬間的占用率不可能為100%。而蠕蟲病毒發(fā)作的時(shí)候就會(huì)將剩余的系統(tǒng)資源占滿。這時(shí), 用戶可以在“任務(wù)管理器”窗口中查看哪個(gè)程序占用的CPU 資源最多, 如果是一個(gè)陌生的程序, 建議用戶使用殺毒軟件( 最好使用最新的殺毒庫) 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行徹底的檢查。如果還無法解決該問題,最好重新安裝操作系統(tǒng), 并且安裝病毒防火墻。這樣, 能徹底解決問題。

2.3 CPU 風(fēng)扇不轉(zhuǎn)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)死機(jī)：故障現(xiàn)象: 一臺(tái)計(jì)

算機(jī)開機(jī)進(jìn)入系統(tǒng)后不久就死機(jī), 重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)后故障依舊。解決方法: 打開機(jī)箱, 查看機(jī)箱內(nèi)各設(shè)備的運(yùn)行情況, 發(fā)現(xiàn)CPU 風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的很慢, 處于似轉(zhuǎn)非轉(zhuǎn)的狀態(tài), 由此想到造成重啟的原因可能是由于CPU 風(fēng)扇不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)而導(dǎo)致CPU 無法散熱, 從而使CPU 溫度急劇上升, 最后出現(xiàn)死機(jī)。因?yàn)槭峭蝗缓谄? 可能是硬件有松動(dòng)而引起接觸不良。可打開機(jī)箱把硬件重新插一遍后開機(jī), 有可能是顯卡有問題, 因?yàn)閺娘@示器的指示燈來判斷無信號(hào)輸出, 使用“替換法”檢查, 顯卡沒問題, 那么此時(shí)有可能是顯示器有故障,

使用“替換法”再檢查, 同樣沒有發(fā)現(xiàn)問題, 接著檢查CPU, 發(fā)現(xiàn)CPU 的針腳有點(diǎn)發(fā)黑和綠斑, 這是生銹的跡象。看來問題就在此處, 因?yàn)橹评淦薪Y(jié)露的現(xiàn)象, 一定是制冷片的表面溫度過低而結(jié)露, 導(dǎo)致CPU 長(zhǎng)期處于潮濕的環(huán)境中, 日積月累, 就會(huì)產(chǎn)生太多銹斑, 造成接觸不良, 從而發(fā)生此故障。找到問題的所在點(diǎn)后, 要拆掉CPU 風(fēng)扇, 給風(fēng)扇添加潤(rùn)滑油并清理風(fēng)扇上的灰塵, 再重新安裝CPU 風(fēng)扇。開機(jī)后CPU 風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)正常, 死機(jī)現(xiàn)象也就消除了。還可以取出CPU, 用橡皮仔細(xì)地把每一個(gè)針腳都擦一遍, 然后把散熱片上的制冷片取下, 清潔干凈, 最后裝好CPU 和制冷片開機(jī), 即可正常啟動(dòng)。

計(jì)算機(jī)由于各種原因總會(huì)出現(xiàn)一些故障。特別當(dāng)遇到CPU 常見故障時(shí), 我們應(yīng)該對(duì)CPU 的主要性能指標(biāo)有充分的了解, 分析故障原因, 掌握常用的排除方法與技巧, 避免CPU 故障造成計(jì)算機(jī)黑屏、死機(jī)等麻煩。

參考文獻(xiàn):

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cpu對(duì)計(jì)算機(jī)影響論文范文二：計(jì)算機(jī)組成原理——CPU 論文

摘 要 CPU是計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算的核心,其重要性相當(dāng)于人體的大腦，起著至關(guān)重要的作用。CPU的主要性能指標(biāo)有字長(zhǎng)、頻率、高速緩存、前端總線頻率、超線程技術(shù)的應(yīng)用、支持的擴(kuò)展指令集等等，對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)的性能起著至關(guān)重要的作用。要從了解CPU的發(fā)展歷程，運(yùn)行原理以及故障排除等多方面了解CPU，從而達(dá)到對(duì)CPU的全面認(rèn)識(shí)。

關(guān)健詞 CPU 歷史 工作原理 故障排除

The priciple of the Computer Compoment--CPU

Wu Min

Abstract CPU is the core of computer operations, its importance is equivalent to the human brain, plays a vital role in.

The main properties of CPU index word length, frequency, cache, FSB, hyper threading technology, support the instruction set extensions on the whole computer plays an important role in the performance. To understand the development history of CPU, operation principle and troubleshooting to know more about CPU, to achieve a comprehensive understanding of CPU.

Keywords CPU，History, Working priciple , Troubleshooting

引言

CPU是Central Processing Unit(中央微 處理器)的縮寫，又稱為微處理器。隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來，網(wǎng)絡(luò)通信、信息安全和信息家電產(chǎn)品將越來越普及，而CPU正是所有這些信息產(chǎn)品中必不可少的部件，CPU主要由運(yùn)算器和控制器組成，是微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中的核心部件，起著控制整個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的作用。

CPU性能的高低通常決定了一臺(tái)計(jì)算機(jī)的檔次。

世界上生產(chǎn)CPU芯片主要有Intel和AMD兩家公司。Intel公司生產(chǎn)的CPU始終占有相當(dāng)大的市場(chǎng)。目前，Intel公司生產(chǎn)的CPU主要有賽揚(yáng)系列、奔騰系列、酷睿系列等。AMD公司的CPU占有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)份額。AMD公司生產(chǎn)的CPU主要有閃龍系列、速龍系列等。

協(xié)調(diào)工作，決定了計(jì)算機(jī)的整體性能。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器組和內(nèi)部總線等構(gòu)成。寄存器組用于在指令執(zhí)行過后存放操作數(shù)和中間數(shù)據(jù)，由運(yùn)算器完成指令所規(guī)定的運(yùn)算及操作。

CPU的發(fā)展非常迅速，個(gè)人電腦從8088(XT)發(fā)展到現(xiàn)在的Pentium 4時(shí)代，只經(jīng)過了不到二十年的時(shí)間。

1971 Intel 4004，世界上第一款微處理器 1974 Intel 8008，第一個(gè)8位的微處理器; 1974 Intel 8080，第一個(gè)真正的微處理器; 1978 Intel 8086，16位微處理器; Intel 80186; 1982 Intel 80286;

1985 Intel 80386，新一代32位核心微處理器; 1989 Intel 80486; 1993 Pentium(奔騰);

從生產(chǎn)技術(shù)來說，最初的8088集成了29000個(gè)晶體管，而PentiumⅢ的集成度超過了2810萬個(gè)晶體管;CPU的運(yùn)行速度，以MIPS(百萬個(gè)指令每秒)為單位，8088是0.75MIPS，到高能奔騰時(shí)已超過了1000MIPS。

1 CPU的簡(jiǎn)介和歷史發(fā)展

CPU的外部組成：控制單元，存儲(chǔ)單元(寄存器，緩存)，邏輯運(yùn)算單元。

CPU的外部組成：芯片，金屬殼(保護(hù)CPU，增加散熱面積)，引腳(固定CPU，連通電路)。

CPU是計(jì)算機(jī)的核心部件，處理計(jì)算機(jī)中的所有數(shù)據(jù)，使計(jì)算機(jī)完成各種功能，并使各部件

CPU從最初發(fā)展至今期間，按照其處理信息的字長(zhǎng)，CPU可以分為：4位微處理器、8位微處理器、16位微處理器、32位微處理器以64位微處理器，基本上可以說個(gè)人電腦的發(fā)展是隨著CPU的發(fā)展而前進(jìn)的。

1971年世界第一臺(tái)微處理器Inter的4004出現(xiàn)，內(nèi)部集成2300個(gè)晶體管;1978年Inter16位處理器8086和與之配合的數(shù)學(xué)協(xié)處理器8087同時(shí)推出;1979年Inter8088推出，內(nèi)含27000個(gè)晶體管，外部數(shù)據(jù)總線減少為8位，也首次運(yùn)用于IBM PC中，預(yù)示微機(jī)時(shí)代即將來臨.1982年Inter又推出了16位的80286，內(nèi)部晶體管13.4萬個(gè)，時(shí)頻由最初的6MHZ升為20MHZ;1985年32位處理器80386推出，時(shí)頻達(dá)到12.5MHZ以上;1989年集成120萬晶體管的80486出現(xiàn)，時(shí)頻90MHZ，性能比386提高了4倍;1993年奔騰時(shí)代來臨，奔騰1，世界上第一臺(tái)586級(jí)處理器，310萬晶體管，時(shí)頻200MHZ;1996年奔騰Pro，550萬晶體管，處理速度是一代的2倍;同時(shí)第一次采用2級(jí)內(nèi)存，同年奔騰MMX推出，L1緩存加倍;1997年，奔騰Pro與MMX結(jié)合，奔騰2出現(xiàn)，性能大大提高;1998年奔騰3出現(xiàn)，一級(jí)緩存2KB，二級(jí)緩存512KB，安全性能大大提高;2000年奔騰4推出，主頻超過1.7GHZ.之后又出了雙核，四核...Inter處理器的發(fā)展就代表了CPU的發(fā)展，其中不乏其他公司產(chǎn)品，如AMD等

2 CPU的運(yùn)行原理及過程

2.1 CPU的運(yùn)行原理

CPU的主要運(yùn)作原理，不論其外觀，都是執(zhí)行儲(chǔ)存于被稱為程序里的一系列指令。在此討論的是遵循普遍的馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)(von Neumann architecture)設(shè)計(jì)的裝置。程序以一系列數(shù)字儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中。差不多所有的馮·諾伊曼CPU 的運(yùn)作原理可分為四個(gè)階段： 提取、解碼、執(zhí)行和寫回。

第一階段,提取,從程序存儲(chǔ)器中檢索指令(為數(shù)值或一系列數(shù)值)。由程序計(jì)數(shù)器指定程序存儲(chǔ)器的位置，程序計(jì)數(shù)器保存供識(shí)別目前程序位置的數(shù)值。換言之，程序計(jì)數(shù)器記錄了CPU在目前程序里的蹤跡。提取指令之后,PC根據(jù)指令式長(zhǎng)度增加存儲(chǔ)器單元[iwordlength]。指令的提取常常必須從相對(duì)較慢的存儲(chǔ)器查找,導(dǎo)致CPU等候指令的送入。這個(gè)問題主要被論及在現(xiàn)代處理器的高速緩存和管線化架構(gòu)。

CPU根據(jù)從存儲(chǔ)器提取到的指令來決定其執(zhí)行行為。在解碼階段,指令被拆解為有意義的片斷。根據(jù)CPU的指令集架構(gòu)(ISA)定義將數(shù)值解譯為指令[isa]。一部分的指令數(shù)值為運(yùn)算碼,其指示要進(jìn)行哪些運(yùn)算。其它的數(shù)值通常供給指令必要的信息,諸如一個(gè)加法運(yùn)算的運(yùn)算目標(biāo)。這樣的運(yùn)算目標(biāo)也許提供一個(gè)常數(shù)值(即立即值),或是一個(gè)空間的尋址值:暫存器或存儲(chǔ)器地址,以尋址模式?jīng)Q定。在舊的設(shè)計(jì)中,CPU里的指令解碼部分是無法改變的硬體裝置。不過在眾多抽象且復(fù)雜的CPU和ISA中，一個(gè)微程序時(shí)常用來幫助轉(zhuǎn)換指令為各種形態(tài)的訊號(hào)。這些微程序在已成品的CPU 中往往可以重寫，方便變更解碼指令。

在提取和解碼階段之后，接著進(jìn)入執(zhí)行階段。該階段中，連接到各種能夠進(jìn)行所需運(yùn)算 的CPU部件。例如要求一個(gè)加法運(yùn)算，算術(shù)邏輯單元將會(huì)連接到一組輸入和一組輸出。輸入提供了要相加的數(shù)值，而且在輸出將含有總和結(jié)果。ALU內(nèi)含電路系統(tǒng)，以于輸出端完成簡(jiǎn)單的普通運(yùn)算和邏輯運(yùn)算(比如加法和位運(yùn)算)。如果加法運(yùn)算產(chǎn)生一個(gè)對(duì)該CPU處理而言過大的結(jié)果，在標(biāo)志暫存器里，溢出標(biāo)志可能會(huì)被設(shè)置。

最終階段，寫回。以一定格式將執(zhí)行階段的

結(jié)果簡(jiǎn)單的寫回。運(yùn)算結(jié)果極常被寫進(jìn)CPU內(nèi)部的暫存器，以供隨后指令快速訪問。在其它案例中，運(yùn)算結(jié)果可能寫進(jìn)速度較慢，但容量較大且較便宜的主存。某些類型的指令會(huì)操作程序計(jì)數(shù)器，而不直接產(chǎn)生結(jié)果數(shù)據(jù)。這些一般稱作“跳轉(zhuǎn)”并在程序中帶來循環(huán)行為、條件性執(zhí)行(透過條件跳轉(zhuǎn))和函數(shù)[jumps]。許多指令也會(huì)改變標(biāo)志暫存器的狀態(tài)位。這些標(biāo)志可用來影響程序行為,緣由于它們時(shí)常顯出各種運(yùn)算結(jié)果。例如，以一個(gè)“比較”指令判斷兩個(gè)值的大小，根據(jù)比較結(jié)果在標(biāo)志暫存器上設(shè)置一個(gè)數(shù)值。這個(gè)標(biāo)志可借由隨后的跳轉(zhuǎn)指令來決定程序動(dòng)向。

在執(zhí)行指令并寫回結(jié)果數(shù)據(jù)之后，程序計(jì)數(shù)器的值會(huì)遞增，反復(fù)整個(gè)過程，下一個(gè)指令周期正常的提取下一個(gè)順序指令。如果完成的是跳轉(zhuǎn)指令，程序計(jì)數(shù)器將會(huì)修改成跳轉(zhuǎn)到的指令地址，且程序繼續(xù)正常執(zhí)行。許多復(fù)雜的CPU可以一次提取多個(gè)指令、解碼，并且同時(shí)執(zhí)行。這個(gè)部分一般涉及“經(jīng)典RISC管線”，那些實(shí)際上是在眾多使用簡(jiǎn)單CPU的電子裝置中快速普及(常稱為單片機(jī))。

CPU 數(shù)字表示方法是一個(gè)設(shè)計(jì)上的選擇,這個(gè)選擇影響了設(shè)備的工作方式。一些早期的數(shù)字計(jì)算機(jī)內(nèi)部使用電氣模型來表示通用的十進(jìn)制(基于10 進(jìn)位)數(shù)位系統(tǒng)數(shù)字。還有一些罕見的計(jì)算機(jī)使用三進(jìn)制表示數(shù)字。幾乎所有的現(xiàn)代的CPU 使用二進(jìn)制系統(tǒng)來表示數(shù)字，這樣數(shù)字可以用具有兩個(gè)值的物理量來表示，例如高低電平[binaryvoltage]等等。

與數(shù)表示相關(guān)的是一個(gè)CPU可以表示的數(shù)的大小和精度，在二進(jìn)制CPU 情形下，一個(gè)位(bit)指的是CPU處理的數(shù)中的一個(gè)有意義的位，CPU用來表示數(shù)的位數(shù)量常常被稱作“字長(zhǎng)”, “位寬”, “數(shù)據(jù)通路寬度”或者當(dāng)嚴(yán)格地涉及到整數(shù)(與此相對(duì)的是浮點(diǎn)數(shù))時(shí)稱作“整數(shù)精度”、該數(shù)量因體系結(jié)構(gòu)而異，且常常在完全相同的CPU的不同部件中也有所不同。 實(shí)際上，整數(shù)精度在CPU可執(zhí)行的軟件所能利用的整數(shù)取值范圍上設(shè)置了硬件限制。整數(shù)精度也可影響到CPU可尋址(尋址)的內(nèi)存數(shù)量。譬如，如果二進(jìn)制的CPU使用32位來表示內(nèi)存地址，而每一個(gè)內(nèi)存地址代表一個(gè)八位組，CPU 可定位的容量便是232個(gè)位組或4GB。以上是簡(jiǎn)單描述的CPU地址空間，通常實(shí)際的CPU 設(shè)計(jì)使用更為復(fù)雜的尋址方法，例如為了以同樣的整數(shù)精度尋址更多的內(nèi)存而使用分頁技術(shù)。

2更高的整數(shù)精度需要更多線路以支持更多的數(shù)字位，也因此結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、更巨大、更花 費(fèi)能源，也通常更昂貴。因此盡管市面上有許多更高精準(zhǔn)度的CPU如 16、32、64甚至128位，但依然可見應(yīng)用軟件執(zhí)行在4或8位的單片機(jī)上。越簡(jiǎn)單的單片機(jī)通常較便宜，花費(fèi)較少能源，也因此產(chǎn)生較少熱量。這些都是設(shè)計(jì)電子設(shè)備的主要考量。

2.2 CPU的運(yùn)行過程

數(shù)據(jù)從輸入設(shè)備流經(jīng)內(nèi)存，等待CPU的處理，這些將要處理的信息是按字節(jié)存儲(chǔ)的，也就是以8位二進(jìn)制數(shù)或8比特為1個(gè)單元存儲(chǔ)，這些信息可以是數(shù)據(jù)或指令。數(shù)據(jù)可以是二進(jìn)制表示的字符、數(shù)字或顏色等等。而指令告訴CPU對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行哪些操作，比如完成加法、減法或移位運(yùn)算。 假設(shè)在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)是最簡(jiǎn)單的原始數(shù)據(jù)。首先，指令指針(Instruction Pointer)會(huì)通知CPU，將要執(zhí)行的指令放置在內(nèi)存中的存儲(chǔ)位置。因?yàn)閮?nèi)存中的每個(gè)存儲(chǔ)單元都有編號(hào)(稱為地址)，可以根據(jù)這些地址把數(shù)據(jù)取出，通過地址總線送到控制單元中，指令譯碼器從指令寄存器IR中拿來指令，翻譯成CPU可以執(zhí)行的形式，然后決定完成該指令需要哪些必要的操作，它將告訴算術(shù)邏輯單元(ALU)什么時(shí)候計(jì)算，告訴指令讀取器什么時(shí)候獲取數(shù)值，告訴指令譯碼器什么時(shí)候翻譯指令等等。假如數(shù)據(jù)被送往算術(shù)邏輯單元，數(shù)據(jù)將會(huì)執(zhí)行指令中規(guī)定的算術(shù)運(yùn)算和其他各種運(yùn)算。當(dāng)數(shù)據(jù)處理完畢后，將回到寄存器中，通過不同的指令將數(shù)據(jù)繼續(xù)運(yùn)行或者通過DB總線送到數(shù)據(jù)緩存器中。基本上，CPU就是這樣去執(zhí)行讀出數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和往內(nèi)存寫數(shù)據(jù)3項(xiàng)基本工作。但在通常情況下，一條指令可以包含按明確順序執(zhí)行的許多操作，CPU的工作就是執(zhí)行這些指令，完成一條指令后，CPU的控制單元又將告訴指令讀取器從內(nèi)存中讀取下一條指令來執(zhí)行。這個(gè)過程不斷快速地重復(fù)，快速地執(zhí)行一條又一條指令，產(chǎn)生你在顯示器上所看到的結(jié)果。在處理這么多指令和數(shù)據(jù)的同時(shí)，由于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移時(shí)差和CPU處理時(shí)差，肯定會(huì)出現(xiàn)混亂處理的情況。為了保證每個(gè)操作準(zhǔn)時(shí)發(fā)生，CPU需要一個(gè)時(shí)鐘，時(shí)鐘控制著CPU所執(zhí)行的每一個(gè)動(dòng)作。時(shí)鐘就像一個(gè)節(jié)拍器，它不停地發(fā)出脈沖，決定CPU的步調(diào)和處理時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

《電子計(jì)算機(jī)組成原理》 蔣本珊 北京理工大學(xué)

《計(jì)算機(jī)組成原理》第二版，唐朔飛 編著，高等教育 出版社，2008.1

《計(jì)算機(jī)導(dǎo)玉龍論》作者：王 電子工業(yè)出版社 《計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論》作者：王志強(qiáng) 機(jī)械工業(yè)出版社 《微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用》肖金立 編著，電子工業(yè)出版社，2003-1

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