CPU的功能和组成
cpu的组成和功能
详细描述
人工智能领域的许多算法和模型都需要在计算能力强 大的CPU上运行。特别是深度学习、机器学习等领域 ,需要处理大量的数据,进行复杂的计算,对CPU的 性能和稳定性有极高的要求。另外,在人工智能硬件 生态系统中,CPU也扮演着重要的角色,许多人工智 能硬件提供商都提供与CPU集成的AI加速器或单独的 AI加速器,以提高计算效率和性能。
AI计算
通过增强CPU的计算能力 和并行处理能力,实现对 AI应用的更好支持。
云计算
通过提高CPU的能效和扩 展性,实现对云计算需求 的更好支持。
高性能计算
通过优化CPU结构和算法 ,提高计算精度和性能, 实现对高性能计算需求的 更好支持。
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支持更多的核心数和线程数
多核CPU
通过在单个芯片上集成多个核 心,实现并行计算,提高多任
务处理能力和计算效率。
多线程CPU
通过支持多个线程并行执行, 实现更高效的并行计算,提高
程序性能。
超线程技术
通过在单个核心上运行多个线 程,充分利用CPU资源,提高
计算效率。
强化对新兴应用领域的支持
01
02
03
第四代CPU
超大规模集成电路计算机时代,代表机型 为IBM/430。
第三代CPU
集成电路计算机时代,代表机型为 IBM/370。
02
cpu的组成
运算器
加法器
用于执行二进制加法运算,同时处 理进位和溢出。
乘法器
用于执行二进制乘法运算,同时处 理进位和溢出。
移位器
用于执行二进制位移操作,向左或 向右移动指定位数。
改进制程技术
总结词:能效提升
详细描述:制程技术是CPU制造过程中的关键技术,通过缩小晶体管尺寸、优化 电路设计等手段,可以制造出更小、更高效的CPU,同时降低功耗,提高能效比 。此外,先进的封装技术也可以提高CPU的性能和能效。
cpu课件 ppt
目录
• CPU基础知识 • CPU发展历程 • CPU性能指标 • CPU的种类与选择 • CPU的安装与维护 • CPU在计算机系统中的地位和作用
01
CATALOGUE
CPU基础知识
CPU的定义与功能
总结词
CPU是计算机的核心部件,负责执行程序中的指令,处理数据和控制计算机各 部分协调工作。
ARM指令集
适用于移动设备和嵌入式系统,具有 低功耗和高效能的特点。
如何选择合适的CPU
01
02
03
04
根据用途选择
根据使用需求选择不同类型的 CPU,如办公、娱乐、游戏
、设计等。
考虑性能与价格
在预算范围内选择性能最佳的 CPU,避免过度投资或性能
不足。
考虑升级与扩展性
选择具有良好升级潜力和扩展 性的CPU,以满足未来需求
详细描述
CPU,全称为中央处理器,是计算机中最重要的核心部件,负责执行程序中的 指令,处理数据和控制计算机各部分协调工作。它是计算机的"大脑",负责解 析和执行指令,处理数据,控制输入输出设备等操作。
CPU的组成结构
总结词
CPU由运算器、控制器、寄存器等组成,各部分协同工作完成指令的执行。
详细描述
制程工艺
要点一
总结词
制程工艺是指制造CPU的半导体技术工艺,它决定了CPU 的集成度和功耗。
要点二
详细描述
制程工艺是制造CPU的关键技术之一,它决定了CPU的集 成度和功耗。制程工艺越先进,意味着半导体技术越成熟 ,能够将更多的晶体管集成到更小的面积上,从而提高 CPU的性能。同时,制程工艺越先进,CPU的功耗也会相 应降低,提高能源利用效率。
第八章CPU的结构和..
三、指令流水原理
1.顺序执行方式:串行执行
取指令 i
t取指令i
分析 i
t分析i
执行 i 取指令 i+1 分析 i+1
t执行i
执行 i+1
假设1:取指令、分析指令和执行指令所需时间分 别为t取指令、t分析和t执行。
结果1:执行n条指令所花的时间
T
(t
i 1
n
取指令i
t分析i t执行i )
取指令i 分 析i 取指令i+1 执 行i 分 析i+1 取指令i+2
t
执 行i+1 分 析i+2
t
t
执 行i+2
t
t
假设:如果指令执行的3个阶段所需时间均为△t。 结果: 二次重叠方式执行n条指令所需要的时间为:
T= 3△t+(n-1)△t =(2+n)△t
(3)指令执行阶段重叠执行,必须解决两个问题: 必须有独立的取指令部件、指令分析部件和指令 执行部件。 要解决访问主存冲突问题,通常有3种方法: 主存分成两个独立编址的存储器:一个是指 令存储器,专门存放指令;另一个是数据存储器, 专门存放数据。 主存采用低位交叉编址的并行存储器,在一个 存储周期中可以访问多个存储单元。 采用先行控制技术,这是解决访问冲突的根 本方法
SP →MAR →AB →M,PC →MDR →DB →M,入口地址→PC
地 址 总 线 MAR 数 据 总 线 控 制 总 线
CPU PC
存储器
CU
MDR
8.3
1. 2. 3.
指 令 流 水
一、如何提高机器速度 提高访存速度 高速芯片 Cache 中断 DMA 通道 改进算法 多体并行 I/O 处理机 快速进位链 多总线
第6章中央处理器
北京理工大学计算机学院
6.1 中央处理器的功能和组成
计算机组成原理
(1)程序计数器
程序计数器用来存放正在执行的指令 地址或接着要执行的下条指令地址。
对于顺序执行的情况,PC的内容应不 断地增量(加“1”),以控制指令的顺序 执行。
在遇到需要改变程序执行顺序的情况
时,将转移的目标地址送往PC,即可实现 程序的转移。在有些情况下除需要改变PC 的内容外,还需要保留PC过去的内容,以 便返回时使用。
工作电压指的是CPU正常工作所需的电 压。
8.地址总线宽度
地址总线宽度决定了CPU可以访问的最 大的物理地址空间,简单地说就是CPU到底 能够使用多大容量的主存。例如,Pentium 有 32 位 地 址 线 , 可 寻 址 的 最 大 容 量 为 232 = 4096MB ( 4GB ) , Itantium 有 44 位 地 址 线 , 可寻址的最大容量为244=16TB。
对指令流的控制: 指令流出的控制 指令分析与执行的控制 指令流向的控制
北京理工大学计算机学院
6.1 中央处理器的功能和组成
计算机组成原理
对数据流的控制主要应包括对数据的 流入与流出的控制;对数据变换、加工等 操作的控制。
对于冯·诺依曼结构的计算机而言, 数据流是根据指令流的操作而形成的,也 就是说数据流是由指令流来驱动的。
计算机组成原理
早 期 , CPU 的 内 频 就 等 于 外 频 。 例 如 : 80486DX-33 的 内 频 是 33MHz , 它 的 外 频 也 是 33MHz。也就是说,80486DX-33以33MHz的速度 在内部进行运算,也同样以33MHz的速度与外界 沟通。目前,CPU的内频越来越高,相比之下主 存的速度还很缓慢,如果外频设计得跟内频同步, 则主存都将无法跟上CPU的速度。所以现在外频 跟内频不再只是一比一的同步关系,从而出现了 所谓的内部倍频技术,导致了“倍频”的出现。内频、 外频和倍频三者之间的关系是:
CPU的作用与功能
CPU的作用与功能中央处理器(CPU)是计算机的核心组件,它承担着控制和执行计算机指令的重要任务。
CPU的作用与功能可以总结为以下几个方面。
一、指令解析与执行作为计算机的大脑,CPU负责解析并执行计算机指令。
当计算机接收到指令时,CPU会将指令解码并按照指令的要求完成相应的操作。
这包括算术运算、逻辑运算、数据传输等,以实现各种不同的功能。
二、运算能力CPU具备强大的运算能力,可以进行各种复杂的数学运算。
通过算术逻辑单元(ALU),CPU可以执行加法、减法、乘法、除法等基本的算术运算。
此外,CPU还支持浮点运算,可以处理复杂的科学计算和图形处理等任务。
三、控制设备和外围设备CPU控制着计算机系统中的各种设备和外围设备的工作。
它通过I/O接口与外围设备进行通信,实现数据的输入、输出和存储等功能。
例如,通过CPU控制,计算机可以将数据存储到硬盘、读取光盘上的信息,以及连接和管理打印机、键盘、鼠标等外部设备。
四、内存管理CPU负责管理计算机的内存资源,包括内存的分配和回收。
通过内存管理单元(MMU),CPU可以将程序和数据加载到内存中,并在需要时读取和修改内存中的数据。
此外,CPU还负责虚拟内存的管理,将物理内存与逻辑地址进行映射,提供更高效的内存使用方式。
五、时钟管理CPU通过时钟信号来控制计算机各个部件的工作节奏。
通过时钟信号的同步,CPU确保各个部件按照固定的时间间隔完成各自的任务。
时钟信号的频率决定了CPU的工作速度,通常以兆赫(MHz)或千兆赫(GHz)为单位。
六、多任务处理现代CPU支持多任务处理,即能够同时处理多个程序或任务。
通过时间片轮转和中断机制,CPU可以在不同任务之间进行切换,使得多个任务可以同时运行。
这为多用户、多线程的操作系统提供了支持,提高了计算机系统的整体效率。
总结起来,CPU作为计算机的核心部件,承担着指令解析与执行、运算能力、设备控制、内存管理、时钟管理以及多任务处理等多个功能。
cpu功能原理
cpu功能原理一、引言CPU(中央处理器)是计算机系统里面的重要组成部分之一,是一款电子电路的集合体,用于计算机程序的执行。
在计算机体系结构中,只有 CPU 才能够执行机器指令,计算机系统的整个性能很大程度上也取决于 CPU 的质量和性能。
二、CPU 的组成结构CPU 有多个组成部分,包括三个主要部分,分别是控制器、运算器和存储器。
1.控制器控制器是 CPU 的指挥系统,由指令寄存器、程序计数器、指令译码器等组成。
当计算机在运行过程中,每一条指令都需要由控制器来解析后才能执行。
控制器能够控制程序的流程,向各个部件发出操作指令,保证各个部件能够有效地协同工作。
2.运算器运算器是 CPU 里面的计算器,用于完成通用的算术和逻辑运算。
运算器通常包括逻辑运算单元、算术运算单元和数据寄存器等。
这些单元之间的互联通过运算器内部的总线实现,数据的输入主要由存储器消息通道传输。
运算器接收来自存储器中的数据和指令,并且执行所有的算术、逻辑和比较操作,通过总线把计算结果传入内存或输出端口。
3.存储器存储器是指用于存放数据的装置,包括内部高速缓存、RAM、ROM、硬盘等。
存储器也是计算机系统中的核心部件之一,用于存储程序、数据和中间结果。
存储器一般被分为几个层次,从最近到最远包括寄存器、缓存、内存、硬盘等。
嵌入在 CPU 中的高速缓存是存储器的一种,其容量较小,但访问速度比主存储器要快。
三、CPU 的工作原理CPU 的工作流程一般分为以下几个主要的步骤:1.获取指令CPU 从存储单元中读取下一步指令,并将其保存到指令寄存器中。
2.解码指令CPU 解码指令,将其转换成内部操作码,然后执行相应的操作。
3.执行指令CPU 执行指令,将操作数分别从存储单元中加载到寄存器中并进行运算。
4.存储结果CPU 将运算的结果存储回内存中。
需要注意的是,在执行指令的过程中,CPU 会读取并解释指令所需要的所有数据,并且在执行完指令后将结果保存到一个特殊的数据寄存器中以备后用。
第6章中央处理器(终)
第6章 中央处理器
本章学习内容
• 6.1中央处理器的功能和组成 • 6.2 控制器的组成和实现方法 • 6.3 时序系统与控制方式 • 6.4 微程序控制原理 • 6.5 控制单元的设计 • 6.6 流水线技术 • 6.7 精简指令系统计算机RISC
4
第6章 中央处理器
本章学习要求
• 理解:CPU的功能和主要寄存器
内频=外频×倍频
18
第6章 中央处理器
4.前端总线频率
前端总线通常用FSB表示,它是CPU和外界 交换数据的最主要通道,主要连接主存、显卡等 数据吞吐率高的部件,因此前端总线的数据传输 能力对计算机整体性能作用很大。
在Pentium 4出现之前,前端总线频率与外频 是相同的,因此往往直接称前端总线频率为外频。 随着计算机技术的发展,需要前端总线频率高于 外频,因此采用了QDR(Quad Date Rate)技术 或者其他类似的技术,使得前端总线频率成为外 频的2倍、4倍甚至更高。
CPU 的 字 长 是 指 在 单 位 时 间 内 同 时 处理的二进制数据的位数。CPU按照其处 理信息的字长可以分为:8位CPU、16位 CPU、32位CPU以及64位CPU等。
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第6章 中央处理器
2.内部工作频率
内部工作频率又称为内频或主频,它是衡
量CPU速度的重要参数。在其他性能指标相同 时,CPU的主频越高,CPU的速度也就越快。 内部时钟频率的倒数是时钟周期,这是CPU中
pro、Pentium Ⅱ/Ⅲ每个时钟周期可以执行3条
或更多的指令。
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第6章 中央处理器
3.外部工作频率
外部工作频率,也叫前端总线频率或系统 总线时钟频率,它是由主板为CPU提供的基准 时钟频率。由于正常情况下,CPU总线频率和 主存总线频率相同,所以也是CPU与主存交换 数据的频率。
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的结构和功能
指令周期
资料仅供参考
程序的执行过程:
冯. 诺依曼 结构的计算机执行程序的顺序: 1. 正确从程序首地址开始. 2. 正确分步执行每一条指令,并形成下条待 执行指令的地址. 3.正确并自动地连续执行指令,直到程序的最 后一条指令.
指令周期
资料仅供参考
•指令的执行过程
—读取指令
指令地址送入主存地址寄存器
30 000 006
40 000 006
STA
00S0TA006
c
缓冲寄存器DR
数据总线DBUS
40
c
指令寄存器IR
指令周期
资料仅供参考
NOP指令和JMP指令的指令周期
NOP指令是一条空指令,包含两个CPU周期,第一个周 期取指令,第二个周期执行指令,因是空指令,所以操作 控制器不发出任何控制信号。
指令周期的基本概念
1. 指令周期:CPU每取出并执行一条指令,都要完成一系列 的操作,这一系列操作所需用的时间通常叫做一个指令 周期。
2. 机器周期:指令周期常常用若干个CPU周期数来表示, CPU周期也称为机器周期。
3. 时钟周期:由于CPU内部的操作速度较快,而CPU访问一 次内存所花的时间较长,因此通常用内存中读取一个指 令字的最短时间来规定CPU周期。而一个CPU周期时间又 包含有若干个时钟周期(通常称为节拍脉冲或T周期,它 是处理操作的最基本单位)。这些时钟周期的总和则规 定了一个CPU周期的时间宽度。
资料仅供参考
状态条件寄存器
程序记数器PC 000 02451 000000002241
地址寄存器AR
地址总线ABUS
算术逻辑单元
ALU
累加器AC 000 006
+1
CPU的功能及组成
CPU的功能及组成CPU,即中央处理器(Central Processing Unit),是计算机的核心部件,负责执行计算机指令以及处理数据。
CPU由一系列的电子元件组成,包括控制单元、算术逻辑单元和寄存器。
1. 控制单元(Control Unit):控制单元负责解释和执行指令,并协调整个CPU的运行。
控制单元中的程序计数器(Program Counter,PC)负责存储当前指令的地址,即下一条指令的位置。
控制单元还包含指令寄存器(Instruction Register,IR)用于存储当前被执行的指令,以及时序发生器(Timing and Control Unit)用于协调各个部件的时序。
2. 算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit,ALU):ALU负责执行各种算术和逻辑运算,如加法、减法、乘法、除法以及与、或、非等逻辑运算。
ALU能够对二进制数据进行处理,并将结果存储到寄存器或内存中。
3. 寄存器(Register):寄存器是一种能够快速存取数据的存储设备,用于存储指令和数据。
寄存器位于CPU内部,与主存储器相比,其速度更快且容量更小。
常见的寄存器包括累加器(Accumulator)、程序计数器(Program Counter)、指令寄存器(Instruction Register)以及通用寄存器(General Purpose Register)等。
4. 数据总线(Data Bus):数据总线是一组用于在各个CPU组件之间传输数据的电子线路。
它可以同时传输多个数据位(如8位、16位、32位等),并负责将数据从内存传输到寄存器或ALU,并将运算结果返回到相关的位置。
5. 地址总线(Address Bus):地址总线是一组用于传输内存地址的电子线路。
它决定了CPU能够寻址的内存范围,即能够访问的内存地址的数量。
地址总线的宽度决定了CPU的寻址能力,如32位地址总线能够寻址的内存空间为2^32个字节。
CPU的主要组成和功能
.
1、CPU的主要组成和功能
A、控制器
B、运算器
C、存储器
2、CPU主要有四方面的功能:
指令控制、操作控制、时间控制、数据加工
3、计算机倒计时60秒后重启原因与解决方法
中病毒,冲击波或震荡波
断网、查毒、打补丁
4、计算机病毒的特征主要有:•非授权可执行性•隐蔽性•传染性•潜伏性•可触发性•表现性或破坏性•衍生性
5、•检查和维修计算机故障时应遵循以下原则:
(1)先静后动:先分析故障原因,再动手检查和维修;
(2)先软后硬:计算机出现故障后,因先排除外围设备的故障,然后再检查硬件设备;(3)先外后内:如果确定谓硬件故障,一般硬先排除外围设备的故障。
如首先检查系统配置记参数设备情况;其次检查计算机电源、跳线设置、信号链接,排除由于接触不良造成的简单故障;最后才检查CPU、主板、内存条等设备配件的机械、电子部件造成的故障。
(4)先观察后通电:应先仔细检查,确定可行后,方可通电检查。
以免造成更大故障。
如有侵权请联系告知删除,感谢你们的配合!
精品。
简述cpu的各组成部件及功能
简述cpu的各组成部件及功能CPU(中央处理器)是计算机的核心部件,主要负责控制计算机的运行,执行数据处理和存储等操作。
它由许多重要组成部件构成,每个部件都具有独特的功能和作用。
下面是CPU的各组成部件及其功能的简述。
1、控制器控制器是CPU中的重要组成部件之一,它负责控制计算机的所有操作,包括指令执行、数据传输、存储操作等。
它通过与存储器和输入输出设备交互来执行操作。
控制器通常包括指令寄存器、程序计数器、时序逻辑等。
2、算术逻辑单元算术逻辑单元(ALU)是CPU的另一个重要组成部件,它负责执行计算操作和逻辑运算。
ALU包括加法器、减法器、乘法器、除法器等。
它能够进行各种运算和比较操作,并能够执行诸如AND、OR和NOT等逻辑运算。
3、寄存器寄存器是CPU内部的一组存储器,它们用于存储数据、指令和地址等信息。
寄存器可以在很短的时间内读取和写入数据,它可以提高CPU的执行速度。
寄存器包括通用寄存器、指令寄存器、程序计数器、状态寄存器等。
4、时钟时钟是CPU的一个重要组成部分,它以恒定的频率发出信号,用于控制CPU中各个部件的运行。
它提供了一个基本的时序参考,使得CPU能够在同步状态下工作。
5、总线总线是CPU的通信系统,它负责连接CPU和其它设备,包括内存、输入设备和输出设备等。
总线是数据和控制信号在计算机中传递的主要通道,可以分类为数据总线、地址总线和控制总线。
6、缓存缓存是CPU的一种高速存储器,它充当了CPU和内存之间的缓冲区。
它存储了CPU频繁访问的数据,以提高CPU执行效率。
它通常分为三个级别:L1缓存、L2缓存和L3缓存,其存储速度由快到慢。
总之,CPU作为计算机的核心部件,由众多复杂的组成部件构成。
每个组成部分都具有独特的功能和作用,它们共同协作以实现计算机高效运行。
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的组成和功能
CPU的组成和功能
CPU(Central Processing Unit),中央处理单元,是计算机中最重
要的组成部分。
它负责执行计算机系统的基本指令,完成操作系统的运行、应用程序的执行以及处理所有的输入和输出的加工处理。
近年来,随着计
算机技术的发展,CPU的功能也在不断改进,它具有的功能也越来越完善,其核心功能主要包括以下几个方面:
一、控制功能
控制功能是CPU最重要的功能,它具体主要包括对机器指令的解码,
以及对指令序列的管理等。
CPU将存储在内存中的机器指令解码,提取出
指令的种类、操作数和目的地等信息,然后通过控制机器的总线加载以及
操作数等使计算机完成指定的动作。
何时启动一些指令,何时停止,如何
选择指令序列,以及当发生中断或错误时的处理等,都是CPU负责的控制
工作。
二、运算功能
接着就是CPU主要的功能之一,运算功能,它主要是完成各种复杂的
数字和逻辑运算。
具体可分为多台运算器、ALU运算器和指令运算器三个
部分。
多台运算器可以完成简单的加减乘除等数学运算,ALU运算器是多
台运算器的延伸,可以完成更复杂的逻辑运算,如与、或、非等等;而指
令运算器则是根据不同的指令,执行不同的运算,如乘幂、平方根等更高
级的运算。
三、存储功能。
微处理器的组成
微处理器的组成
微处理器包括两个主要部分,运算器和掌握器。
1.运算器:是计算机中进行数据加工的部件,其主要功能包括:(1)执行数值数据的算术加减乘除等运算,执行规律数据的与或非等规律运算,由一个被称为ALU 的线路完成。
(2)临时存放参与运算的数据和中间结果,由多个通用寄存器来担当。
(3)运算器通常也是数据传输的通路。
2.掌握器
计算机中掌握执行指令部件,要向计算机各功能部件供应每一时刻协同运行所需的掌握信号。
其主要功能包括:
(1)正确执行每条指令:首先是取来一条指令,接着分析这条指令,再按指令格式和功能执行这条指令。
(2)保证指令按规定序列自动连续地执行。
(3)对各种特别状况和恳求准时响应和处理。
3.CPU中的主要寄存器:
(1)累加器(A):使用最频繁的寄存器,协作ALU进行各种数据处理。
(2)数据寄存器(DR):是通过数据总线向存储器和I/O设备读写数据的暂存单元。
(3)指令寄存器(IR):暂存当前指令。
(4)指令译码器(ID):将每条指令译码变成掌握电平。
(5)程序计数器(PC):存放当前指令地址。
CPU执行程序时,先按PC给出的地址到存储器取一条指令,PC自动加1。
CPU执行完一条指令,再到存储器取下一条指令。
(6)地址寄存器(AR):用于保存当前CPU所要访问的内存单元或I/O 设备的地址。
CPU的组成和功能.
5.累加寄存器(AC) 累加寄存器AC通常简称为累加器,它是 一个通用寄存器。其功能是: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。累加寄 存器暂时存放ALU运算的结果信息。显 然,运算器中至少要有一个累加寄存器。 目前CPU中的累加寄存器,多达16个, 32个,甚至更多。当使用多个累加器时, 就变成通用寄存器堆结构,其中任何一 个可存放源操作数,也可存放结果操作 数。在这种情况下,需要在指令格式中 对寄存器号加以编址。
运算器 由算术逻辑单元(ALU)、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态条件寄 存器组成,它是数据加工处理部件。相对控制器而言,运算器接受控 制器的命令而进行动作 ,即运算器所进行的全部操作都是由控制器发 出的控制信号来指挥的,所以它是执行部件。 运算器有两个主要功能: (1) (2)执行所有的逻辑运算,并进行逻辑测试,如零值测试或两个值的比 较。 5.1.3 CPU中的主要寄存器 在CPU中至少要有六类寄存器。 这些寄存器用来暂存一个计算机字。 根据需要,可以扩充其数目。 1 DR:数据缓冲寄存器 数据缓冲寄存器用来暂时存放由内存储器读出的一条指令或一个数 据字;反之,当向内存存入一条指令或一个数据字时,也暂时将它们 存放在数据缓冲寄存器中。 缓冲寄存器的作用是 (1)作为CPU (2)补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别; (3)在单累加器结构的运算器中,数据缓冲寄存器还可兼作为操作数寄 存器。
4.地址寄存器(AR) 地址寄存器用来保存当前CPU所访问的内存单元的 地址。由于在内存和CPU之间存在着操作速度上的差 别,所以必须使用地址寄存器来保持地址信息,直到 内存的读/写操作完成为止 当CPU和内存进行信息交换,即CPU向内存存/取数 据时,或者CPU从内存中读出指令时,都要使用地址 寄存器和数据缓冲寄存器。同样,如果我们把外围设 备的设备地址作为像内存的地址单元那样来看待,那 么,当CPU和外围设备交换信息时,我们同样使用 地 址寄存器和数据缓冲寄存器。 地址寄存器的结构和数据缓冲寄存器、指令寄存器 一样,通常使用单纯的寄存器结构。信息的存入一般 采用电位-脉冲方式,即电位输入端对应数据信息位, 脉冲输入端对应控制信号,在控制信号作用下,瞬时 地将信息打入寄存器。
cpu的作用和主要功能是什么
cpu的作用和主要功能是什么CPU是计算机的核心单位,也是最重要部件,学习计算机硬件的朋友们,一定会学到CPU,那么CPU的作用是什么呢?分别有哪些功能?和小编一起看看!【cpu的作用】cpucpu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)。
cpu作为是整个微机系统的核心,它往往是各种档次微机的代名词,如往日的286、386、486,到如今的奔腾、奔腾四、K6等等,cpu的性能大致上也就反映出了它所配置的那部微机的性能,因此它的性能指标十分重要。
【cpu的主要功能】1、处理指令英文Processing instructions,这是指控制程序中指令的执行顺序。
程序中的各指令之间是有严格顺序的,必须严格按程序规定的顺序执行,才能保证计算机系统工作的正确性。
2、执行操作英文Perform an action,一条指令的功能往往是由计算机中的部件执行一系列的操作来实现的。
CPU要根据指令的功能,产生相应的操作控制信号,发给相应的部件,从而控制这些部件按指令的要求进行动作。
3、控制时间英文Control time,时间控制就是对各种操作实施时间上的定时。
在一条指令的执行过程中,在什么时间做什么操作均应受到严格的控制。
只有这样,计算机才能有条不紊地工作。
4、处理数据即对数据进行算术运算和逻辑运算,或进行其他的信息处理。
其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据,并执行指令。
经过小编的介绍,相信大家对于cpu都有一定的了解了吧,希望该知识对大家有所帮助。
相关阅读:CPU故障实例分析故障现象:一台英特尔赛扬1GB的主机,最近在使用过程出现了频繁死机的情况。
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3、时序产生器 、
环形脉冲发生器
CPU发出总清信号CLR, 使得触发器C4置1,门3 打开;门3使得C1-3清0 C4、C1-3:1000 、 :
0
1
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3、时序产生器 、
环形脉冲发生器
经过延迟,C4翻转(1 →0) ; C1-3:100 C4、C1-3:0100 、 :
指令寄存器IR(Instruction Register)
用来存放从存储器中取出的待执行的指令 在执行该指令的过程中,指令寄存器的内容不允许发生 变化,以保证实现指令的全部功能
8
2、CPU的基本组成 、 的基本组成
CPU的主要寄存器
程序状态字寄存器(PSW) N 0 1
非 负 负 数
Z
非 零 零
V
1
0
0
1
0
0
21
3、时序产生器 、
环形脉冲发生器
经过延迟,C1-3依次变为: 110、111 C4、C1-3:0110、0111 、 : 、 C3使得C4置1,门3打开, C1-3:000
1
1
0
1
0
0
22
3、时序产生器 、
环形脉冲发生器
Φ
C4 C1 C2 C3
23
3、时序产生器 、
节拍脉冲的译码逻辑(一个CPU周期包含4个 等间隔的节拍脉冲)
6
2、CPU的基本组成 、 的基本组成
CPU的主要寄存器
地址寄存器、数据缓冲寄存器
中转站 补偿速度差别
7
2、CPU的基本组成 、 的基本组成
CPU的主要寄存器
程序计数器PC(Programming Counter)
用来存放正在执行的指令的地址或接着将要执行的下一 条指令的地址 顺序执行时,每执行一条指令,PC的值应加1 转移类指令将转移目标地址送往PC ,可实现程序转移
T T T T
0 1 0 2 0 3 0 4
= = = =
C C C C
1 2 3 1
.C .C
2 3
24
25
3、时序产生器 、
控制器的控制方式
控制不同操作序列时序信号的方法 分类
同步控制方式 异步控制方式 联合控制方式
26
3、时序产生器 、
同步控制方式:各个操作由统一的时序信号进行
同步控制
完全统一的机器周期执行各种不同的指令 采用不定长机器周期(延长机器周期) 中央控制与局部控制的结合
时序产生器:提供定时和时序信号 时序产生器的作用:
CPU中的控制器用它指挥机器的工作 CPU可以用时序信号/周期信息来辨认从内存中 取出的是指令(取指)还是数据(执行) 一个CPU周期中时钟脉冲对CPU的动作有严格 的约束 操作控制器发出的各种信号是时间(时序信号) 和空间(部件操作信号)的函数
12
10
2、CPU的基本组成 、 的基本组成
时序产生器
机器周期、工作节拍、脉冲及启停控制线路 由脉冲源产生一定频率的脉冲信号作为整个机器的 时钟脉冲
微操作信号发生器
根据指令部件提供的操作信号、时序部件提供的时 序信号、被控制功能部件所反馈的状态及条件综合 形成真正控制各部件工作的微操作信号
11
3、时序产生器 、
采用存储逻辑来实现,即把微操作信号代码化, 使每条机器指令转化成为一段微程序并存入控制 存储器(CM)中,控制信号由微指令产生 具有设计规整、调试、维修以及更改、扩充指令 方便的优点,易于实现自动化设计,已成为当前 控制器的主流。但是指令执行速度比组合逻辑控 制器慢
组合逻辑和存储逻辑结合型
PLA控制器,吸收了前两种的设计思想
异步控制方式:无统一周期、节拍,各个操作间
采用应答方式衔接
联合控制方式:功能部件内部采用同步方式,在
功能部件之间采用异步方式
27
4、操作控制器 、
根据微操作信号发生器的组成方式不同,控制 器可分为:
组合逻辑型(硬布线控制器 )
组合逻辑控制器,微操作信号发生器由门电路组成
存储逻辑型(微程序控制器)
微程序控制器,把微操作信号代码化,存入控制存储器中
30
控制器的组成框图
… … 微操作控制信号形成部件 … 程序状态 寄存器 … 时序信号 发生器 指令译码器 地址形成部件 程序计数器
启停电路 操作码 寻址方式 地址码 … 控制台 指令寄存器 脉冲源 … 中断控制逻辑 …
31
32
作业
书本第181页,1
33
3、时序产生器 、
三级时序系统
机器周期:指令执行过程中相对独立的阶段 节拍:组成机器周期的时间区间 时钟脉冲:时序系统的基本定时信号
13
3、时序产生器 、
微程序控制器,节拍—脉冲二级体制
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3、时序产生器 、
时序信号产生器的构成 时钟源
环形脉冲发生器 节拍脉冲和 读写时序译码逻辑 启停控制逻辑
第五章 中央处理器
返回
1
第五章 中央处理器
5.1CPU功能和组成 5.2指令周期 5.3时序产生器 5.4微程序控制器及其设计 5.5硬布线控制器及其设计 5.6传统CPU 5.7流水CPU 5.8RISC的CPU 5.9多媒体CPU
2
5.1 CPU的功能和组成 的功能和组成
1、CPU的功能
取指令 → 执行指令
15
3、时序产生器 、
脉冲发生器
16
3、时序产生器 、
时序信号的产生
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3、时序产生器 、
环形脉冲发生器
18
3、时序产生器 、
触发器
D为电位输入端,CP(Clock Pulse)为脉冲输入端 R,S为电位输入端 特性方程如下
D=0时,CP上升沿到来时,D触发器状态置0 D=1时,CP上升沿到来时,D触发器状态置1
组合逻辑与存储逻辑结合型
PLA控制器
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4、操作控制器 、
硬布线控制器
采用组合逻辑技术实,其控制信号形成部件是由门电路 组成的复杂树形网络 组合逻辑控制器的最大优点是速度快,但是控制信号形 成部件的结构不规整,使得设计、调试、维修较困难, 难以实现设计自动化
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4、操作控制器 、
微程序控制器
P
C
无进 位 有进 位
无溢 奇数 出 个1 溢出 偶数 个1
9
2、CPU的基本组成 、 的基本组成
指令译码器ID(Instruction Decoder)
指令中的操作码经译码后才能识别出是一条怎样的 指令 译码器经过对指令进行分析和解释,产生相应的控 制信号
地址形成部件
根据指令的不同寻址方式,用来形成操作数的有效 地址 指令流向的控制,即下条指令地址的形成控制
控制器的组成:程序计数器、指令寄存器、指令译码器、 时序发生器、操作控制器等
4
2、CPU的基本组成 、 的基本组成
RD/WR
LDDR
LDIRΒιβλιοθήκη PC+1LDPC LDAR
5
2、CPU的基本组成 、 的基本组成
CPU的主要寄存器
通用寄存器:累加寄存器(AC) 暂存器 地址缓冲寄存器(AR)、数据缓冲寄存器(DR) 指令寄存器(IR) 程序计数器(PC) 程序状态寄存器(PSW)
操作控制、时间控制
指令控制(程序的顺序控制) 操作控制(一条指令有若干操作信号实现) 时间控制(指令各个操作实施时间的定时) 数据加工(算术运算和逻辑运算)
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2、CPU的基本组成 、 的基本组成
(1)中央处理器CPU=运算器+控制器 (2)控制器
控制器的主要功能:
指令的获取 指令的译码或测试,并产生相应的操作控制信号 控制数据流动方向