cpu物理构造
80C51单片机的硬件结构之CPU与存储器
2.1 80C51系列单片机结构
2.1.1 内部结构框图
1．1个8位的CPU 2．1个片内振荡器和时钟电路 3．程序存储器 4 KB的掩膜ROM，用于存放程序、原始数 据或表格。 4．数据存储器 5．64KB总线扩展控制器 6．4个8位并行I/O口（P0、P1、P2、P3）
7．1个全双工串行接口
堆栈指针SP：存放栈顶的地址，内容可软件设置初值，单片机 复位时SP = 07H。CPU每往堆栈中存放一个数，SP都会先自动 加1，CPU每从堆栈中取走一个数，SP都会自动减1，SP始终指向 堆栈最顶部的数据的地址。
（5）数据指针DPTR
分成DPL（低8位）和DPH（高8位）两个寄存器，用来存放16 位地址值。
P0.4 84H
P0.3 83H
P0.2 82H
P0.1 81H
P0.0 80H
（1）累加器Acc
最常用的寄存器，所有的运算类指令都要使用它。累加器 在指令中的助记符为A，自身带有全零标志Z，若A＝0则Z＝1； 若A≠0则Z＝0。该标志常用作程序分支转移的判断条件。
（2）B寄存器
80C51中，在做乘、除法时必须使用B寄存器，不做乘、除法 时，可作为一般的寄存器使用。
① 掩膜ROM。 ② 可编程的只读存储器（PROM）。 ③ 可改写的只读存储器EPROM。 ④ 可电改写只读存储器（EEPROM）。
随机存取存储器（RAM）
① 静态SRAM。 ② 动态DRAM。
可现场改写的非易失性存储器
① 快擦写存储器（FLASH）。 ② 铁电存储器FRAM。
2．存储单元和存储单元地址
1．80C51片内数据存储空间（低128B）
（1）工作寄存器区（00H～1FH） 作用：有专用于工作寄存器操作的指令，读写速度比一般内 RAM要快，指令字节比一般直接寻址指令要短，还具有间 址功能，能给编程和应用带来方便。 工作寄存器区分为4个区：0区、1区、2区、3区。每区有8 个寄存器：R0～R7，寄存器名称相同。但是，当前工作的 寄存器区只能有一个，由PSW中的D4、D3位决定。
(完整word版)CPU体系架构
CPU体系架构在现在的工作项目中虽然没有使用到MMU功能，但MMU是较复杂的嵌入式操作系统运行的基础。
例如Linux 就不能够运行在没有MMU的ARM7处理器上，ucLinux就是为了适应没有MMU的处理器而对Linux进行的裁剪和修改。
了解MMU基础知识，对理解编译链接，OS多进程，嵌入式系统架构等有很好的帮助。
由于该部分内容涉及到MMU硬件、CPU架构、编译链接、OS等知识，学习难度较大。
关键字MMU、TLB、多任务OS、地址空间、虚拟内存、虚拟地址/物理地址学习顺序问题的引出、虚拟地址和物理地址、虚拟内存、OS进程和MMU，MMU运行引子早期的计算机PC，或者现在使用8位/16位MCU（单片机）的嵌入式设备，程序是直接运行在物理内存上的（SDRAM 或者NOR Flash）。
所谓直接运行在物理内存上，是指程序在运行时所访问的地址都是物理地址。
例如，程序计数器PC 中的值就是预取指令所在的物理内存的地址值。
这种程序直接运行在物理内存上的方式简单，但是并不适应于复杂的系统，尤其是拥有多任务的OS。
我们首先看看原来的方式有哪些不足和缺陷。
物理内存不足。
例如，某个程序运行需要64K的内存，而机器上只有32K的物理内存。
程序运行的地址不确定。
同一个程序，每次被装载到内存的地址可能不一样。
内存使用率低。
需要运行某个程序，就需要将整个程序装入内存才能够运行。
对于多任务OS，存在进程间地址空间不隔离的问题。
这样一个任务失败了，可能会导致整个系统宕机。
于是人们就引入了虚拟内存管理（Virtual MemoryManagement）技术。
有关虚拟内存管理（Virtual Memory Management）技术在下面会有详细的介绍。
需要说明的是，上面的几点缺陷除了第一点之外，其它都是针对有OS的系统而言的。
虚拟内存管理技术的出现和操作系统的发展有本质的联系。
本节可以参考《程序员的自我修养-链接、装载与库》第1章 1.5 内存不够怎么办。
CPU主要参数
CPU，全称“Central Processing Unit”，中文名为“中央处理器”，在大多数网友的印象中，CPU只是一个方形配件，正面是金属盖，背面是一些密密麻麻的针脚或触点，可以说毫无美感可言。
但在这个小块头的东西上，却是汇聚了无数的人类智慧在里面，我们今天能上网、工作、玩游戏等全都离不开这个小小的东西，它可谓是小块头有大智慧。
作为普通用户、网友，我们并不需要解读CPU里的所有“大智慧”，但CPU既然是电脑中最重要的配件、并且直接决定电脑的性能，了解它里面的部分知识还是有必要的。
下面笔者将给大家介绍CPU里最重要的基础知识，让大家对CPU有新的认识。
1、CPU的最重要基础：CPU架构CPU架构：采用Nehalem架构的Core i7/i5处理器CPU架构，目前没有一个权威和准确的定义，简单来说就是CPU核心的设计方案。
目前CPU大致可以分为X86、IA64、RISC等多种架构，而个人电脑上的CPU架构，其实都是基于X86架构设计的，称为X86下的微架构，常常被简称为CPU架构。
更新CPU架构能有效地提高CPU的执行效率，但也需要投入巨大的研发成本，因此CPU 厂商一般每2-3年才更新一次架构。
近几年比较著名的X86微架构有Intel的Netburst （Pentium 4/Pentium D系列）、Core（Core 2系列）、Nehalem（Core i7/i5/i3系列），以及AMD的K8（Athlon 64系列）、K10（Phenom系列）、K10.5（Athlon II/Phenom II系列）。
Intel以Tick-Tock钟摆模式更新CPU自2006年发布Core 2系列后，Intel便以“Tick-Tock”钟摆模式更新CPU，简单来说就是第一年改进CPU工艺，第二年更新CPU微架构，这样交替进行。
目前Intel正进行“Tick”阶段，即改进CPU的制造工艺，如最新的Westmere架构其实就是Nehalem架构的工艺改进版，下一代Sandy Bridge架构将是全新架构。
CPU的物理结构是什么
CPU的物理结构是什么大家都知道CPU是电脑的核心，是中央处理器，那么大家知道CPU的物理结构是怎么样的吗?店铺在这里为大家介绍CPU的物理结构。
CPU包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等。
逻辑部件(Logic components)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。
寄存器寄存器部件，包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器。
通用寄存器又可分定点数和浮点数两类，它们用来保存指令执行过程中临时存放的寄存器操作数和中间(或最终)的操作结果。
通用寄存器是中央处理器的重要组成部分，大多数指令都要访问到通用寄存器。
通用寄存器的宽度决定计算机内部的数据通路宽度，其端口数目往往可影响内部操作的并行性。
专用寄存器是为了执行一些特殊操作所需用的寄存器。
控制寄存器(CR0～CR3)用于控制和确定处理器的操作模式以及当前执行任务的特性。
CR0中含有控制处理器操作模式和状态的系统控制标志;CR1保留不用;CR2含有导致页错误的线性地址;CR3中含有页目录表物理内存基地址.控制部件(Control unit)控制部件，主要是负责对指令译码，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。
其结构有两种：一种是以微存储为核心的微程序控制方式;一种是以逻辑硬布线结构为主的控制方式。
微存储中保持微码，每一个微码对应于一个最基本的微操作，又称微指令;各条指令是由不同序列的微码组成，这种微码序列构成微程序。
中央处理器在对指令译码以后，即发出一定时序的控制信号，按给定序列的顺序以微周期为节拍执行由这些微码确定的若干个微操作，即可完成某条指令的执行。
简单指令是由(3～5)个微操作组成，复杂指令则要由几十个微操作甚至几百个微操作组成。
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软件设计师考点 CPU结构-整理版本
在CPU中常用的寄存器有以下6种：程序计数器PC、指令寄存器IR、地址寄存器AR、数据寄存器DR、累加寄存器AC和状态标志寄存器PSW。
各寄存器的功能如下：・程序计数器PC保证程序能够连续地执行下去，用来确定下一条指令的地址+1。
・指令寄存器IR保存当前正在执行的一条指令。
・地址寄存器AR保存当前CPU所访问的内存单元的地址。
・数据寄存器DR暂时存放由内存储器读出的一条指令或一个数据字。
・累加寄存器AC 当运算器的算术逻辑单元(ALU)执行算术或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。
・状态标志寄存器PSW保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容，如运算结果进位标志C，运算结果溢出标志V，运算结果为0标志Z等。
直接寻址是指操作数存放在内存单元中，指令中直接给出操作数所在存储单元的地址。
而跳转指令中的操作数即为要转向执行的指令地址，因此，应将指令中的地址码送入程序计数器(PC)，以获得下一条指令的地址，从而实现程序执行过程的自动控制功能。
CPU 寄存器●从基本的CPU工作原理来看，若CPU执行MOV R1,R0指令（即将寄存器R0的内容传送到寄存器R1中），则CPU首先要完成的操作是__(50)__（其中PC为程序计数器；M为主存储器 DR为数据寄存器；IR为指令寄存器：AR为地址寄存器）。
(50)A．(R0)→R1 B．PC→AR C．M→DR D．DR→IR2000705● __(1)__不属于计算机控制器中的部件。
（1） A．指令寄存器 IR B．程序计数器 PCC．算术逻辑单元 ALU D．程序状态字寄存器 PSW200805●在计算机体系结构中， CPU 内部包括程序计数器 PC、存储器数据寄存器 MDR、指令寄存器IR 和存储器地址寄存器 MAR 等。
若 CPU 要执行的指令为： MOV R0，＃ 100（即将数值 100传送到寄存器 R0 中），则 CPU 首先要完成的操作是__(1)__。
CPU知识全面讲解
CPU知识全面讲解CPU，全称“Central Processing Unit”,中文名为“中央处理器”，在大多数网友的印象中，CPU只是一个方形配件，正面是金属盖，背面是一些密密麻麻的针脚或触点,可以说毫无美感可言。
但在这个小块头的东西上,却是汇聚了无数的人类智慧在里面，我们今天能上网、工作、玩游戏等全都离不开这个小小的东西，它可谓是小块头有大智慧。
作为普通用户、网友，我们并不需要解读CPU里的所有“大智慧"，但CPU 既然是电脑中最重要的配件、并且直接决定电脑的性能，了解它里面的部分知识还是有必要的。
下面笔者将给大家介绍CPU里最重要的基础知识，让大家对CPU 有新的认识。
1、CPU的最重要基础：CPU架构CPU架构：采用Nehalem架构的Core i7/i5处理器CPU架构，目前没有一个权威和准确的定义，简单来说就是CPU核心的设计方案。
目前CPU大致可以分为X86、IA64、RISC等多种架构，而个人电脑上的CPU架构，其实都是基于X86架构设计的，称为X86下的微架构,常常被简称为CPU架构。
更新CPU架构能有效地提高CPU的执行效率，但也需要投入巨大的研发成本,因此CPU厂商一般每2-3年才更新一次架构。
近几年比较著名的X86微架构有Intel的Netburst（Pentium 4/Pentium D系列）、Core（Core 2系列）、Nehalem(Core i7/i5/i3系列)，以及AMD的K8（Athlon 64系列）、K10（Phenom 系列)、K10。
5（Athlon II/Phenom II系列）.Intel以Tick-Tock钟摆模式更新CPU自2006年发布Core 2系列后，Intel便以“Tick—Tock”钟摆模式更新CPU,简单来说就是第一年改进CPU工艺，第二年更新CPU微架构，这样交替进行。
目前Intel正进行“Tick”阶段，即改进CPU的制造工艺，如最新的Westmere架构其实就是Nehalem架构的工艺改进版，下一代Sandy Bridge架构将是全新架构。
CPU的功能结构由什么组成
CPU的功能结构由什么组成CPU对大多数人来讲都不陌生，里面的结构，大多数人还是很陌生，现在让我们一起去看看CPU的结构。
CPU的功能结构由什么组成：从功能上看，一般CPU的内部结构可分为：控制单元、逻辑运算单元、存储单元(包括内部总线和缓冲器)三大部分。
其中控制单元完成数据处理整个过程中的调配工作，逻辑单元则完成各个指令以便得到程序最终想要的结果，存储单元就负责存储原始数据以及运算结果。
浑然一体的配合使得CPU拥有了强大的功能，可以完成包括浮点、多媒体等指令在内的众多复杂运算，也为数字时代加入了更多的活力。
CPU的逻辑单元更细一点，从实现的功能方面看，CPU大致可分为如下八个逻辑单元：指令高速缓存，俗称指令寄存器 : 它是芯片上的指令仓库，有了它CPU就不必停下来查找计算机内存中的指令，从而大幅提高了CPU的运算速度。
译码单元，俗称指令译码器 : 它负责将复杂的机器语言指令解译成运算逻辑单元(ALU)和寄存器能够理解的简单格式，就像一位外交官。
控制单元: 既然指令可以存入CPU，而且有相应指令来完成运算前的准备工作，背后自然有一个扮演推动作用的角色——它便是负责整个处理过程的操作控制器。
根据来自译码单元的指令，它会生成控制信号，告诉运算逻辑单元(ALU)和寄存器如何运算、对什么进行运算以及对结果进行怎样的处理。
寄存器: 它对于CPU来说非常的重要，除了存放程序的部分指令，它还负责存储指针跳转信息以及循环操作命令，是运算逻辑单元(ALU)为完成控制单元请求的任务所使用的数据的小型存储区域，其数据来源可以是高速缓存、内存、控制单元中的任何一个。
逻辑运算单元(ALU) : 它是CPU芯片的智能部件，能够执行加、减、乘、除等各种命令。
此外，它还知道如何读取逻辑命令，如或、与、非。
来自控制单元的讯息将告诉运算逻辑单元应该做些什么，然后运算单元会从寄存器中间断或连续提取数据，完成最终的任务。
预取单元: CPU效能发挥对其依赖非常明显，预取命中率的高低直接关系到CPU核心利用率的高低，进而带来指令执行速度上的不同。
cpu材料
cpu材料CPU（Central Processing Unit）即中央处理器，是计算机系统的核心部件，承担着指令解析、数据处理等功能。
CPU的材料是构成其核心部件的基础，下面将介绍CPU常用的材料及其特点。
1. 硅（Silicon）：硅是目前最常用的CPU材料。
硅的主要优势在于其晶体结构稳定，能够提供稳定的电子通道。
此外，硅还具有良好的热导性能和高耐温性。
同时，硅材料相对较便宜，有利于大规模生产。
2. 金属（Metal）：金属材料通常用于CPU引脚及其他外部接口部分。
金属具有良好的导电性和机械强度，能够满足高速数据传输和稳定连接的需求。
常用的金属材料包括铜（Copper）、银（Silver）等。
3. 半导体材料：半导体材料是构成CPU内部传输与控制信号的关键部件。
半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的导电性能，可以灵活调节电子流的特性，实现数据处理和存储功能。
常用的半导体材料包括硅、锗（Germanium）等。
4. 铝（Aluminum）：铝在CPU散热器中起到散热的作用。
由于铝具有良好的导热性和较低的密度，能够有效地将产生的热量快速散发。
此外，铝还具有良好的耐腐蚀性，能够保护CPU的结构。
因此，铝材料广泛应用于CPU的散热器和散热片。
5. 铅（Lead）：虽然现在大部分CPU不再使用铅作为材料，但过去一些早期的CPU仍然含有铅。
铅是一种重金属，有毒性，对环境和人体健康造成潜在的危害。
因此，在环保意识的推动下，现代CPU材料多采用无铅材料。
综上所述，CPU常用的材料包括硅、金属、半导体材料、铝等。
这些材料在保证CPU基本功能和性能的同时，还能满足散热、电子通道等需求。
随着科技的不断发展，CPU材料的研究与创新也在不断进行，以提高CPU的工作效率和性能，为计算机技术的发展做出更大贡献。
单片机cpu的物理结构
单片机cpu的物理结构
单片机的CPU（Central Processing Unit，中央处理器）是整个
系统的核心部分，负责执行各种计算、控制和操作指令。
单片机CPU的物理结构由以下几个部分组成：
1. 控制单元（Control Unit）：负责控制整个CPU的操作。
它
从存储器中获取指令，并将其解码为微操作，然后将微操作发送到其他部件执行。
2. 算术逻辑单元（Arithmetic and Logic Unit，ALU）：负责执
行算术运算（如加法、减法等）和逻辑运算（如与、或、非等）。
3. 寄存器（Register）：用于存储数据和临时结果。
包括通用
寄存器、程序计数器、指令寄存器、状态寄存器等。
4. 数据总线（Data Bus）：用于传输数据和指令。
数据总线是
双向传输的，能够同时传输多个数据位。
5. 地址总线（Address Bus）：用于传输存储器地址信息。
地
址总线的宽度决定了单片机可以寻址的存储器容量。
6. 控制总线（Control Bus）：用于传输控制信号，如时钟信号、读写控制信号、中断信号等。
7. 时钟（Clock）：控制CPU的节奏和同步。
时钟信号驱动
CPU按照一定频率进行操作。
以上是单片机CPU的一般物理结构，不同单片机的具体实现可能会有一些差异，但总体上都包含了这些基本组件。
CPU的内部物理结构
CPU的内部物理结构CPU的内部物理结构介绍【转】使用电脑人几乎没有人不知道CPU，每个人都能说出一些关于CPU的知识。
那么你看到过CPU内部是什么样子的吗？下面可以让各位一探CPU内部秘密。
（1）CPU的基本结构：CPU一般包括三部分：基板、核心、针脚如上图，目前的CPU一般就是就是包括三个部分：基板、核心、针脚。
其中基板一般为PCB，是核心和针脚的载体。
核心和针脚，都是通过基板来固定的，基板将核心和针脚连成一个整体。
核心，内部是众多的晶体管构成的电路。
如上图，在核心放大图片中，可以看到不同的颜色的部分，同一个颜色代表的是为实现一种功能而设计的一类硬件单元，这个硬件单元是由大量的晶体管构成的。
不同的颜色代表不同的硬件单元。
需要注意的是，在实际的芯片中，并没有颜色的区分，这里只是为了直观，采用不同的颜色代表不同的硬件单元。
（2）CPU核心的基本单位——晶体管：我们常说到的AMD主流的CPU早期的Palomino核心和Thoroughbred-B核心采用了3750万晶体管，Barton核心采用了5400万晶体管，Opteron核心采用了1.06亿晶体管；INTEL的P4的Northwood核心采用了5500万晶体管，Prescott核心采用了1.25亿晶体管等等，其实指的就是构成CPU核心的最基本的单位——晶体管的数目。
如此庞大数目的晶体管，是什么样子的，是如何工作的呢？请看下图。
CPU核心内最基本的单位三极管然后将这样的晶体管，通过电路连接成一个整体，分成不同的执行单元，分别处理不同的数据，这样协同工作，就形成了具有强大处理能力的CPU了。
那么这些电路是怎么连接在一起的呢。
这就是下面要说的铜互连技术，请看下图。
CPU是以硅为原料上制成晶体管如上图，CPU是以硅为原料上制成晶体管，覆上二氧化硅为绝缘层，然后在绝缘层上布金属导线(现在是铜)，独立的晶体管连接成工作单元。
现在采用了多层的铜互连技术。
这样传递的信号相互干扰更小，品质更好。
cpu参数—搜狗百科
cpu参数—搜狗百科内核架构核心（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，是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的，CPU所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由核心执行。
各种CPU 核心都具有固定的逻辑结构，一级缓存、二级缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等逻辑单元都会有科学的布局。
为了便于CPU设计、生产、销售的管理，CPU制造商会对各种CPU核心给出相应的代号，这也就是所谓的CPU核心类型。
不同的CPU（不同系列或同一系列）都会有不同的核心类型（例如Pentium4的Northwood，Willamette以及K6-2的CXT和K6-2+的ST-50等等），甚至同一种核心都会有不同版本的类型（例如Northwood核心就分为B0和C1等版本），核心版本的变更是为了修正上一版存在的一些错误，并提升一定的性能，而这些变化普通消费者是很少去注意的。
每一种核心类型都有其相应的制造工艺（例如0.25um、0.18um、0.13um以及0.09um等）、核心面积（这是决定CPU成本的关键因素，成本与核心面积基本上成正比）、核心电压、电流大小、晶体管数量、各级缓存的大小、主频范围、流水线架构和支持的指令集（这两点是决定CPU实际性能和工作效率的关键因素）、功耗和发热量的大小、封装方式（例如S.E.P、PGA、FC-PGA、FC-PGA2等等）、接口类型（例如Socket370，SocketA，Socket478，SocketT，Slot1、Socket940等等）、前端总线频率（FSB）等等。
因此，核心类型在某种程度上决定了CPU的工作性能。
一般说来，新的核心类型往往比老的核心类型具有更好的性能（例如同频的Northwood核心Pentium41.8AGHz就要比Willamette核心的Pentium41.8GHz性能要高），但这也不是绝对的，这种情况一般发生在新核心类型刚推出时，由于技术不完善或新的架构和制造工艺不成熟等原因，可能会导致新的核心类型的性能反而还不如老的核心类型的性能。
CPU的功能和组成
CPU的功能和组成提交新文章CPU组成计算机的工作过程就是计算机执行程序的过程。
程序是一个指令序列，这个序列明确告诉计算机应该执行什么操作，在什么地方能够找到用来操作的数据。
一旦把程序装入主存储器，计算机就可以自动执行取出指令和执行指令的任务。
专门用来完成此项工作的计算机部件称为中央处理器（Central Processing Unit，CPU），做成单片集成电路的CPU通常又称为微处理器（Microprocessor）。
图3-1为陶瓷PGA封装的Intel 80486 DX2 CPU。
(a) 顶视图(b) 底视图图3-1 陶瓷PGA封装的Intel 80486 DX2 CPU计算机工业从1960年代早期开始使用CPU这个术语。
迄今为止，CPU从形态、设计到实现都已发生了巨大的变化，但是其基本工作原理却一直没有大的变化。
早期的CPU通常是为大型、特定的应用而定制的。
目前，这种为特定应用而设计定制CPU的昂贵方法，在很大程度上已经让位于开发可大规模生产的通用处理器。
这种标准化趋势，大致始于分立晶体管大型计算机（Mainframe）和小型计算机（Minicomputer）年代，并且随着集成电路（IC）的普及而大大加速。
集成电路可以把日益复杂的CPU设计制造在很小的空间里。
CPU的小型化和标准化，大大增加了这些数字器件在现代生活中的应用范围，远远超出了专用运算机器这一有限的应用。
现代微处理器已经随处可见，从汽车到手机，甚至儿童玩具。
3.1 CPU的功能和组成3.1.1 指令系统的发展指令是计算机硬件能够识别并直接执行操作的命令，一台计算机中所有指令的集合构成了该计算机的指令系统。
指令系统是表征一台计算机性能的重要因素，其格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构，也直接影响到系统软件，影响到机器的适用范围。
因此，设计一个合理有效、功能齐全、通用性强并且丰富的指令系统是至关重要的。
从计算机组成的层次结构来说，计算机的指令分为微指令、机器指令和宏指令三类。
《计算机组成原理》6-CPU设计
6.1.2 CPU组成——CPU内部数据通路
CPU 运算器
寄存器
中断
系统
CU
时序系统
数
地
控
据
址
制
线
线
线
在确定一台计算机的总体结构的时候，主要考 虑这样以下问题：
设置哪些部件； 各部件间如何传递信息（即数据通路）； 主机与外围设备之间如何实现信息传送； 如何形成微操作命令序列。 前三个问题于机器指令系统设计有密切的关系； 后一个问题涉及到设计策略，其中，数据通路结构 是总体结构设计的核心。
但这种寄存器结构使所需单元器件与连接线增多， 不利于集成度的提高。
6.1.2 CPU组成——CPU典型内部数据通路
M
移位器
D R
ALU
RN
...
锁存器
锁存器
R2
M A
R1
R
IR
PC
状
CU
…
态 信
时钟
…
息
控制信号
3）单组内总线、集成寄存器结构。为了提高寄存 器的集成度，常将寄存器组制作成为小型半导体存储 器结构，一个存储单元就相当于一个寄存器。
6.1.2 CPU组成——CPU典型内部数据通路
2）单组内总线、分立寄存器结构。它的特点是 寄存器分别独立设置，采用一组单向的数据总线， 以ALU为内部数据传送通路的中枢。由于各寄存器在 物理上彼此分立，它们的输出端均与ALU输入端的多 路选择器相连（MAR除外因为它的特殊作用使得它 只能接收地址，传送给主存），多路选择器可以采 用与或逻辑，在同一时刻最多可以选择两路输入， 送入ALU进行相应运算处理。寄存器的数据输入来自 CPU内部总线，由于寄存器彼此分离，只要发出相 应的同步打入脉冲，即可使内总线同时将数据打入 一个或多个寄存器。
信息系统的物理结构
信息系统的物理结构涉及到各种元件的组织、安装和连接等，它们之间的工作关系决定了信息系统的安全可靠性能，对信息系统的安全运行有着至关重要的作用。
服务器系统硬件是整个信息系统中最为关键的部分，它决定了系统的性能，并且决定了整个系统的可靠性和安全性。
服务器硬件组成 :1、中央处理器（CPU）：控制和管理系统的中央处理器（Central Processing Unit）又称CPU，它是实现计算机系统的算数运算、逻辑判断和控制功能的核心。
2、主板：主板是一面用各种连接件和电路连接成的电子元器件板，也称为板条、基板，用它把各种外部设备连接在一起，构成计算机系统，它是计算机系统最大、最重要的部件，也是计算机中心组成部分。
3、内存：计算机内存是由内部存储器组成，也称为主存储器。
主存储器是将计算机需要处理的数据和指令暂时存储的地方，称为计算机的运行内存。
4、硬盘：硬盘是最重要的计算机存储设备，它将具有一定的容量，处理的较大的数据、以及用户设置的参数和文件都可存放在它里；它可以长期存取存贮在磁盘上的数据，并可恢复出来，这就是计算机的“记忆”功能。
5、显卡：显卡的任务是将CPU处理方式的数字信息，转变为用人眼看得见的图像，并将图像输出到显示器或投影仪上显示。
显卡还可以做一些实时分析三维图形数据的处理，这些工作实际上对CPU来说比较繁琐而且复杂，但是对显卡来说相对简单，因此让显卡代替CPU来完成，可以提高显示效果的同时，节省CPU的很多资源。
6、网卡：网卡又叫做网络接口卡，是用来安排电脑或其他计算机在网络上连接和通信的一种存储设备。
总之，网卡是一种随着电脑机箱出现而出现的一种硬件设施，它为电脑提供了和网络连接通信的媒介，让计算机可以连接到互联网上，实现互联网的功能。
综上，服务器硬件主要包括中央处理器（CPU）、主板、内存、硬盘、显卡、网卡等。
这些硬件的组成，直接影响信息系统的安全可靠性性能，因此正确选择和合理安装服务器硬件十分重要。
01-第一章Cortex-M3处理器简介
• 时间戳：ITM 可产生与所发送信息包相关的时间
戳包，并向外发送。
存储器保护单元（Memory Protection Unit，MPU）
• MPU 提供以下支持： • 存储保护；保护区域重叠； • 访问允许控制；向系统传递存储器属性。
• 通过以上支持，MPU 可： • 实现存储管理优先规则； • 分离存储过程； • 实现存储访问规则。
嵌套矢量中断控制器（Nested Vectored Interrupt Controller，
NVIC）特点
• 外部中断数量可配置为从 1 到 240 个； • 用来表示优先权等级的位数可配置为从 3 到 8； • 支持电平触发和脉冲触发中断； • 中断优先级可动态重置； • 支持优先权分组； • 支持尾链技术；
1.2 Cortex-M3 处理器基本结构
• 处理器核Cortex-M3 • NVIC • Bus Matrix • FPB（Flash Patch and Breakpoint） • DWT • ITM • MPU • ETM • TPIU • SW/SWJ-DP
Cortex-M3核的主要特点
• 高度的集成整合：STM32 处理器最大程度地实现 集成，尽可能地减少对外部器件的要求。
• 易于开发，可使产品快速进入市场。
1.3.4 STM32 处理器开发工具
• DWT 有几个计数器或数据匹配事件触发器 用于性能剖析；
• DWT 可配置用于在定义的时间间隔发出 PC 采样信息，而且可发出中断事件信息。
测量跟踪宏单元（Instrumentation Trace Macrocell，ITM）
• 软件跟踪：软件可直接写 ITM 单元内部的激励
cpu的组成部分及功能
一、CPU的组成部分及功能1、控制器：CPU的控制器包括用电信号指挥整个电脑系统的执行及储存程序命令的电子线路。
像一个管弦乐队的指挥者，控制器不执行程序命令，而是指挥系统的其它部分做这些工作。
控制器必须与算术逻辑单元和内存都有紧密的合作与联系。
2、指令译码器：指令译码器为CPU翻译指令，然后这些指令才能够被执行。
3、程序计数器：程序计数器是一个特别的门插销。
当有新的指令送入PC时，PC会被加1。
因此它按照顺序通过CPU必须执行的任务。
然而，也有一些指令能够让CPU不按顺序执行指令，而是跳跃到另一些指令。
4、算术逻辑单元：算术逻辑单元包含执行所有算术/逻辑操作的电子线路。
算术逻辑单元能够执行四种算术操作（数学计算）：加、减、乘、除算术逻辑单元也能执行逻辑操作。
一个逻辑操作通常是一个对照。
它能够对比数字、字母或特殊文字。
电脑就可以根据对比结果采取行动。
5、寄存器：寄存器是位于CPU内部的特殊存储单元。
存储在这里的数据的存取比存储在其它内存单元（如：RAM、ＲＯＭ）的数据的存取要快。
ＣＰＵ内不同部分的寄存器有不同的功能。
在控制器中，寄存器用来存储电脑当前的指令和操作数。
同时，ＡＬＵ中的寄存器被叫做累加器，用来储存算术或逻辑操作的结果。
二、CPU的速度1、主频、外频和前端总线频率时钟频率以每秒钟各单元转过圈数计，单位是赫兹。
1）主频是指CPU的时钟频率，也可以说是ＣＰＵ的工作频率。
一般来说，一个时钟周期内执行的指令数是固定的，所以主频越高，运算速度也就越快。
但是，由于ＣＰＵ的运算速度受许多因素影响。
所以此规律并不绝对。
2）外频：系统的时钟频率具体指ＣＰＵ到芯片组之间的总线速度。
（系统总线的工作频率）。
主频=外频*倍频系数3）前端总线：CPU与北桥芯片间的总线，是CPU和外界交换数据的唯一通道。
没有足够快的前端总线，性能再好的CPU也不能明显提高计算机整体速度。
2、字长和位数字长：芯片同时能输入/输出和处理的位数。
CPU的物理数、核心数、线程数
CPU的物理数、核⼼数、线程数1、物理CPU个数 物理CPU及实际你看到的或者⾃⼰购买组装在电脑或者服务器的实体CPU。
如下图所⽰：2、CPU核⼼数 核⼼数表⽰，单个物理CPU上存在⼏个核⼼处理器或者核⼼处理单元。
双核表⽰1颗物理cpu，2个核⼼处理器，每个核⼼处理器相对独⽴，可各⾃处理⾃⼰的事务。
3、CPU线程数 线程数指的是，1颗核⼼处理器能模拟出⼏个逻辑核⼼处理器。
常见的8核16线程，就是8颗核⼼处理器，通过超线程技术每颗核⼼处理器模拟出2个逻辑核⼼处理器，8颗核⼼处理器，能模拟出总共16个线程。
每个核⼼处理器⾄少对应⼀个线程。
4、CPU总核数与总逻辑核⼼数 CPU总核数 = 物理CPU个数 * 每颗物理CPU的核数 逻辑CPU数 = 物理CPU个数 * 每颗物理CPU的核数 * 超线程数5、Linux上查看物理CPU、核⼼数、线程数、总核⼼数、逻辑核⼼数 5.1 查看物理cpu个数 [root@wahaha-6 ~]# cat /proc/cpuinfo |grep "physical id"|sort|uniq |wc -l 1 5.2 查看核⼼数 [root@wahaha-6 ~]# cat /proc/cpuinfo |grep "cpu cores"|sort|uniq 1 5.3 查看每个核⼼的线程数 [root@wahaha-6 ~]# cat /proc/cpuinfo |grep "processor"|wc -l 1 5.4 计算总核数 总核数=1*1=1 5.5 计算逻辑核⼼数 逻辑核⼼数=1*1*1=1。
物理核和虚拟核的计算公式
物理核和虚拟核的计算公式物理核和虚拟核是计算机处理器中的两个重要概念。
它们在计算机的运行过程中起着不同的作用和作用方式。
本文将介绍物理核和虚拟核的计算公式，并分析它们的特点和应用。
一、物理核的计算公式物理核是指计算机处理器中的物理处理单元，它负责执行计算机指令和处理数据。
物理核的数量决定了计算机处理器的并行处理能力和计算性能。
物理核的计算公式可以表示为：物理核数 = CPU核心数× CPU插槽数其中，CPU核心数指的是每个CPU插槽上的核心数量，CPU插槽数指的是计算机主板上的CPU插槽数量。
通过这个公式，我们可以计算出计算机处理器中的物理核数量。
物理核的特点是具有独立的处理能力和资源，可以实现并行处理和多线程操作。
每个物理核都可以独立运行和执行任务，提高了计算机的运算速度和效率。
物理核之间可以共享一部分资源，如缓存和内存等，但每个物理核都具有独立的寄存器和执行单元。
在实际应用中，物理核可以被操作系统和软件程序利用，实现任务的并行处理和负载均衡。
通过合理分配任务给不同的物理核，可以提高计算机的运行效率和性能。
二、虚拟核的计算公式虚拟核是指通过超线程技术将物理核分为多个逻辑核的能力。
虚拟核的数量是物理核数量的两倍。
虚拟核的计算公式可以表示为：虚拟核数 = 物理核数× 2通过这个公式，我们可以计算出计算机处理器中的虚拟核数量。
虚拟核的特点是共享物理核的某些资源，如缓存和执行单元等。
虚拟核可以在物理核的基础上模拟出额外的处理单元，提高计算机的并行处理能力和性能。
虚拟核可以同时执行多个线程，提高了计算机的运行效率。
虚拟核的应用主要在于多线程任务的处理。
通过虚拟核技术，计算机可以同时执行多个线程，提高了任务的处理速度和效率。
虚拟核可以被操作系统和软件程序利用，实现任务的并行处理和负载均衡。
总结：物理核和虚拟核是计算机处理器中的重要概念，它们在计算机的运行过程中发挥着不同的作用和作用方式。
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一、物理构造
1、CPU内核：
CPU的中间就是我们平时称作核心芯片或CPU内核的地方，这颗由单晶硅做成的芯片可以说是电脑的大脑了，所有的计算、接受/存储命令、处理数据都是在这指甲盖大小的地方进行的。
目前绝大多数CPU都采用了一种翻转内核的封装形式，也就是说平时我们所看到的CPU内核其实是这颗硅芯片的底部，它是翻转后封装在陶瓷电路基板上的，这样的好处是能够使CPU内核直接与散热装置接触。
这种技术也被使用在当今绝大多数的CPU上。
而CPU核心的另一面，也就是被盖在陶瓷电路基板下面的那面要和外界的电路相连接。
现在的CPU都有以千万计算的晶体管，它们都要连到外面的电路上，而连接的方法则是将每若干个晶体管焊上一根导线连到外电路上。
例如Duron核心上面需要焊上3000条导线，而奔腾4的数量为5000条，用于服务器的64位处理器Itanium则达到了7500条。
这么小的芯片上要安放这么多的焊点，这些焊点必须非常的小，设计起来也要非常的小心。
由于所有的计算都要在很小的芯片上进行，所以CPU内核会散发出大量的热，核心内部温度可以达到上百度，而表面温度也会有数十度，一旦温度过高，就会造成CPU运行不正常甚至烧毁，因此很多电脑书籍或者杂志都会常常强调对CPU散热的重要性。
至于CPU内核的内部结构，就更为复杂了，CPU的基本运算操作有三种：读取数据、对数据进行处理、然后把数据写回到存储器上。
对于由最简单的信息构成的数据，CPU只需要四个部分来实现它对数据的操作：指令、指令指示器、寄存器、算术逻辑单元，此外，CPU还包括一些协助基本单元完成工作的附加单元等。
2、CPU的基板：
CPU基板就是承载CPU内核用的电路板，它负责内核芯片和外界的一切通讯，并决定这一颗芯片的时钟频率，在它上面，有我们经常在电脑主板上见到的电容、电阻，还有决定了CPU时钟频率的电路桥（俗称金手指），在基板的背面或者下沿，还有用于和主板连接的针脚或者卡式接口。
比较早期的CPU基板都是采用陶瓷制成的，目前AMD的Duron仍然采用这种材料，而最新的CPU，例如P3、Celeron2，Palomino内核的AthlonXP，都转用了有机物制造，它能提供更好的电气和散热性能。
最后，在CPU内核和CPU基板之间，还有一种填充物，这种填充物的作用是用来缓解来自散热器的压力以及固定芯片和电路基板，由于它连接着温度有较大差异的两个方面，所以必须保证十分的稳定，它的质量的优劣有时就直接影响着整个CPU的质量。
二、CPU封装方式和插座
1、CPU封装方式
设计制作好的CPU硅片将通过几次严格的测试，若合格就会送至封装厂切割、划
分成用于单个CPU的硅模并置入到封装中。
"封装"不但是给CPU穿上外衣，更是它的保护神，否则CPU的核心就不能与空气隔离和避免尘埃的侵害。
此外，良好的封装设计还能有助于CPU芯片散热，并很好的让CPU与主板连接，因此封装技术本身就是高科技产品的组成部分。
CPU的封装也是一种不断发展与更新的技术。
目前最常见的是PGA(Pin－Grid Array，针栅阵列)封装，通常这种封装是正方形的，或者是长方形的，在CPU
的边缘周围均匀的分布着三、四排甚至更多排的引脚，引脚能插入主板CPU插座上对应的插孔，从而实现与主板的连接。
随着CPU总线带度的增加(参阅后面的内容)、功能的增强，CPU的引脚数目也在不断地增多，同时对散热和各种电气特性的要求也更高，这就演化出了SPGA(Staggered Pin－Grid Array，交错针栅阵列)，PPGA(Plastic Pin－Grid Array，塑料针栅阵列)等封装方式。
奔腾ⅢCoppermine(铜矿) CPU，以及AMD公司的部分产品采用了一种独特的FC －PGA(Flip Chip Pin－Grid Array，反转芯片针栅阵列)封装技术，把以往倒挂在封装基片下的核心翻转180度，稳坐于封装基片之上，这样可以缩短连线，并有利散热。
2、PU和主板连接方式
CPU和主板连接的接口，主要有两类有,一类是卡式接口，称为SLOT，卡式接口的CPU像我们经常用的各种扩展卡，例如显卡、声卡、网卡等，是竖立插到主板上的，当然主板上必须有对应SLOT插槽。
另一类是针脚式接口，称为Socket，Socket接口的CPU有数百个针脚（因为针脚数目不同而称为Socket 478、Socket 462、Socket 423等），一一对应插在主板CPU插座的针孔上。
CPU的接口和主板插座必须完全吻合，例如SLOT 1接口的CPU只能连在具备SLOT 1插槽的主板上，Socket 478接口的CPU只能连在具备Socket 478插座的主板上，也曾经出现过配备了两种插座的主板，例如精英双子星主板，就同时具备了SLOT 1插槽和Socket 370插座，但目前这类主板已经很少了.。