笔记本电脑CPU的结构特点和工作原理

笔记本电脑的CPU称为移动CPU（Mobile CPU），它统管井协调着笔记本电脑的全部运行工作，是整个笔记本电脑的核心部件。

它性能的好坏直接影响着笔记本电脑的整体性能和工作效率。

目前。

笔记本电脑所使用的CPU主要可以分为Intel公司生产的CPU和AMD公司生产的CPU两种。

图3.10所示为笔记本电脑CPU的实物外形。

-要点提示-
内核就是指CPU的核心。

如图3-11所示，CPU中心突起的芯片就是CPU的内核。

它是采用单晶硅经特殊的生产工艺制造出来的，CPU的指令接收和敷据运算。

处理都是由内核执行。

不同的CPU舍有不同粪型的内核，而不同的内柱由于逻辑姑构和系统构皋的差异，使CPU有着不同的性能特点。

一般说来，新的内核类型往往比老的内核粪型具有要好的-睦能（但在产品更新换代之初也不是绝对的）。

例如同额率的Northwood内核Pentium 4 1.8GHz的-睦能就要比Willamette 内植Pentium 4 1.8GHz的性能高。

同频率的Dofftan内核Pentium M 1.3GHz的性能兢要比Bahias内核Pentium M 1.3GHz的性能
高。

1.笔记车电脑CPU的结构特点
图3-12为CPU的功能框图。

从圈可见，它主要是由总线接口、指令输入接口、指令译码器、控制单元、指令输出和执行单元、运算逻辑单元和高速缓冲存储器等部分构成的。

CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与外围电路相连，电源供电、复位信号、时钟信号为CPU提供必要的工作条件。

电脑启动后。

CPU 根据程序进行数据处理和运算。

CPU能模仿人的思维，具有分析和判断能力，它能够对输入的指令进行识别，对输入的数据进行分析，对处理的结果进行判断，犹如人的大脑，因而也将CPU比作电脑的“大脑”。

电脑是按照人们预先设定的程序进行工作的。

需要软件和硬件的配合才能完成工作。

比如要用电脑绘图，需要在电脑中安装绘网软件，这个软件的程序便被存入硬盘之中。

于是用户便可以通过操作鼠标和键盘输入作圈的指令，人工指令经接口送给CPU，CPU经过对指令的译码识别。

笈出控制信号。

由硬盘中调出绘图程序。

硬盘中的程序先进八内存中，然后再一步一步地被读出并且按要求运行。

与此同时。

CPU将绘图的过程，即执行绘图命令
的每一步和操作的结果作为显示信息，经显卡送到显示器显示出来，以供用户判别是否工作正常。

有无错误。

是否需要修改或重新制作。

这个过程一直持续到绘图完成。

最后将绘图的结果再存入硬盘之中或打印出来。

-信息扩展-
CoreDuo（酷睿）双核CPU和Core2 Duo（酷睿2）双核CPU 并不属于一种产品。

采用Yonah内棱的Core Duo双核CPU支特移动32位运算模式。

囤3-13为Core Du0鼠橱CPU的内部蛄构示意图。

它是在一个处理器里面植人了两个核心单元，通过SmartCache技术共享二级缓存。

根据处理任务的负荷程度，在两个核心处理单元之问进行怫调，然后同时进行指令运算，从而达到更高效的处理能力。

采用新一代Core架构的Core2 Duo双核CPU的最大特色是使用了共享式L2缓存设计，同时加入了更强的分支干预及智能管理功能，功耗大太降低。

执行效率有了很大提高。

图3-14为Core2 Duo双柱CPU的内部结构示意图。

它采用
L2缓存共享设计，当数据载入缓存后，L2缓存中的数据可以供两个内核同时使用。

这样使得每个内核都可共享更大的L2缓存，在特殊情况下单独一个内核可独占缓存，因此从理论上讲每个内核都有可能获得100％的L2缓存。

这在执行单内核优化的程序时优势特别明显。

由于不需要使用第二个内核。

第二个内核就会自动关闭或降低功耗，而另一个内核则可阻共享双倍于单核L2墟存容量的空间采存放数据。

这种设计使得Core2 Du0双棱CPU 的总体执行效率大大提升。

如图3-15所示，在笔记本电脑中经常套看到“迅驰”的标志。

“迅驰”是lntel（因特尔）公司推出的新一代移动运算技术（即迅驰移动技术），荚文简称为“Centrino”。

“迅驰”秽动技术代表了一整套针对笔记本电脑的移动解决方案，它主要由处理器（CPU）、芯片组和无线网络3部分构成，而绝非单指CPU或芯片组等单一的产品形式。

2.CPU的工作原理
CPU是按照程序进行工作的。

这是它与一般电路的不同之处。

CPU的工作程序存储在存储器中。

如图3一l6所示，CPU工作时。

从存储器（内存）中读取程序指令，该指令通过CPU总线接口送入CPU中。

总线接口接收的程序指令进到CPU内部的指令输入接口。

其信号流程如图3一l6中的①所示。

为了提高CPU的运行速率，程序指令有一部分会先进入高速缓冲存储器，然后经过缓冲目录顺序进入指令输入接口，其信号流程如图3-16中的①所示。

-要点提示一
CPU与内存之间的数据交换速度比CPU与自身内部的高速缓冲存储器之间敷据交换酌速度要慢许多，固此，高速缓冲存储嚣对于提高CPU的运行速率采说非常重要。

CPU指令输入接口接收到程序指令后会进行暂存，然后再顺次将程序指令送入指令译码器中，其信号流程如图3-16中②所示。

指令都是由二进制数字编码的信号构成的·例如“001 10101”这些指令是什么意思。

需要对操作对象做怎样的处理，就需要对指令进行解读。

即译码。

因此，“译码”是指令译码器的任务。

译码后的程序指令会送到指令输出和执行单元，其信号流程如图3-1 6中的③所示，CPU按照指令做哪项工作就是通过这个电路来进行分配的。

在执行程序指令的时候，还需要逻辑运算和
逻辑控制，因此，信号通过流程④就被送入了逻辑运算单元。

逻辑运算单元完成控制和运算任务后，通过流程⑤再将信号送回指令输出和执行单元，然后按信号流程⑥送入控制单元，然后通过控制总线（总线信号），按图3-16所示的流程⑦对外部的各种电路和堤各进行控制。

CPU在工作时需要同步时钟信号（脉冲）。

时钟脉冲是由专门的时钟信号振荡电路提供的，该信号经倍频电路后送给CPU。

目前，CPU中都有倍频电路，可以对时钟信号的频率进行加倍。

这样可以提高CPU的工作速度。

再者，在CPU的内部设有复位电路。

在开始工作之初。

由电源加八时进来的复位信号使CPU初始化井处于特机准备状态。

还有就是整个CPU在工作的时候有一个稳压电路。

由外部电源提供的电源电压在这里经过稳压以后，为CPU内部的各种电路进行供电。

高速缓冲存储嚣是CPU中不可缺少的一部分，它是处理数据和地址信号的，是用来和外部速度不同的器件进行信息交流的。

在CPU的内部设有高速缓冲存储器，外部速度比较慢的信号在这里进行缓存，使其适应CPU高速工作的需要。

CPU所能执行的指令有几百种。

例如可以进行加减乘除等运算，可以进行两个数的比较，从存储器中读出数据以及往外围设备中送出数据等。

经指令译码单元解读后，指令内容被送给执行单元，执行单元便执行所要求的动作。

指令输出和执行单元是CPU的中枢部分，其中包含有移位寄存器，运算逻辑单元（ALU）等部分。

在CPU中。

移位寄存器是速度最高的存储器，它是CPU运算时用来寄存运算对象的。

对于不同的CPU，其内部移位寄存器的个数是不同的，一般为8～32个。

图3-1 7所示为移位寄存器的工作过程，图中的地址指的是内存中数据存放的位置。

而数据指该地址中存储的数据内容。

例如，当前CPU要执行的工作内容是：将内存中第l呻号和第400号地址中的内容相加·然后将相加的结果存^到第300号的地址中。

那么，CPU的工作过程如下。

①将地址l00中的数据读^移位寄存器A中。

②将地址400中的数据读入移位寄存器B中。

③移位寄存器A和B中的数据送入运算逻辑单元中。

④在运算逻辑单元中对进人的数据进行相加。

⑤将得到的运算结果再送入移位寄存器A中。

⑥将移位寄存器A的数据存入内存地址300中。

从上述的运算过程可见。

CPU所要执行的一条指令是如此简单。

但要做一项完整的工作。

就需要成千上万条这些简单的指令组合起来。

由于CPU的工作速度非常快。

很复杂的工作也根容易完成。

本文来自：哈尔滨皮肤病医院/。