很多用戶都知道電腦里有cpu,電腦的大腦就是cpu,但是不知道什么叫cpu,cpu具體是什么意思,英文的全稱是central processing unit也就是中央處理器。下面來看看詳細的cpu介紹吧。
CPU是英文:Central Processing Unit的縮寫,Central Processing Unit的譯文為--中央處理器。因此,CPU就是中央處理器的簡稱。那么中央處理器又是什么東西呢?
中央處理器(CPU)是一塊超大規模的集成電路,是一臺計算機的運算核心(Core)和控制核心( Control Unit)。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。
中央處理器(CPU)主要包括運算器(算術邏輯運算單元,ALU,Arithmetic Logic Unit)和高速緩沖存儲器(Cache)及實現它們之間聯系的數據(Data)、控制及狀態的總線(Bus)。它與內部存儲器(Memory)和輸入/輸出(I/O)設備合稱為電子計算機三大核心部件。
CPU 是計算機的核心和大腦。它接收數據輸入,執行指令和處理信息。它與輸入/輸出(I / O)設備通信,輸入/輸出(I / O)設備向 CPU 發送數據和從 CPU 接收數據。
此外,CPU 還有一個內部總線,用于與內部高速緩沖存儲器通信,稱為背面總線。用于與 CPU,內存,芯片組和 AGP 插槽之間進行數據傳輸的主總線稱為前端總線。
CPU 包含內部存儲器單元,稱為寄存器。這些寄存器包含 ALU 信息處理中使用的數據,指令,計數器和地址。
一些計算機使用兩個或更多處理器。它們由并排放置在同一塊板上或單獨板上的獨立物理 CPU 組成。每個 CPU 都有一個獨立的接口,獨立的緩存和到系統前端總線的各個路徑。
多處理器是需要多任務處理的密集并行任務的理想選擇。多核 CPU 也很常見,其中單個芯片包含多個 CPU。
控制單元:從存儲器中提取指令并解碼并執行它們
算術邏輯單元(ALU):處理算術和邏輯運算
為了正常工作,CPU 依賴于系統時鐘,存儲器,輔助存儲器以及數據和地址總線。
該術語也稱為中央處理器,微處理器或芯片。
CPU包括運算邏輯部件、寄存器部件和控制部件等。
運算邏輯部件
運算邏輯部件,可以執行定點或浮點的算術運算操作、移位操作以及邏輯操作,也可執行地址的運算和轉換。
寄存器部件
寄存器部件,包括通用寄存器、專用寄存器和控制寄存器。通用寄存器又可分定點數和浮點數兩類,它們用來保存指令中的寄存器操作數和操作結果。
通用寄存器是中央處理器的重要組成部分,大多數指令都要訪問到通用寄存器。通用寄存器的寬度決定計算機內部的數據通路寬度,其端口數目往往可影響內部操作的并行性。
專用寄存器是為了執行一些特殊操作所需用的寄存器。控制寄存器通常用來指示機器執行的狀態,或者保持某些指針,
有處理狀態寄存器、地址轉換目錄的基地址寄存器、特權狀態寄存器、條件碼寄存器、處理異常事故寄存器以及檢錯寄存器等。
有的時候,中央處理器中還有一些緩存,用來暫時存放一些數據指令,緩存越大,說明CPU的運算速度越快,目前市場上的中高端中央處理器都有2M左右的二級緩存,高端中央處理器有4M左右的二級緩存。
1、CPU的主頻:CPU的主頻大小,代表著CUP運算能力的大小。CPU的主頻越高,處理數據能力就越強,比如 2GHz的CPU是 1GHz的CPU的兩倍;
2.、CPU的核數:CPU的核數多少,也代表著CUP運算能力的高低。CPU的核數越多,處理數據能力就越強,單核的CPU相當于只有一個大腦,雙核的CPU相當于有兩個大腦,多核CPU相當于有多個大腦。因此,主頻相同的情況下,雙核的CPU是單核的CPU的兩倍;
3、CPU的緩存:工作時,CPU往往需要從內存和硬盤中重復讀取同樣的數據塊,CPU的緩存容量越大,就能大幅度提升CPU內部讀取數據的命中率,從而不用再到內存或者硬盤上尋找,以此提高系統性能。因此,CPU的緩存越大越好。
提取
第一階段,提取,從存儲器或高速緩沖存儲器中檢索指令(為數值或一系列數值)。由程序計數器(Program Counter)指定存儲器的位置,程序計數器保存供識別目前程序位置的數值。
換言之,程序計數器記錄了CPU在目前程序里的蹤跡。提取指令之后,程序計數器根據指令長度增加存儲器單元。
指令的提取必須常常從相對較慢的存儲器尋找,因此導致CPU等候指令的送入。這個問題主要被論及在現代處理器的快取和管線化架構。
解碼
CPU根據存儲器提取到的指令來決定其執行行為。在解碼階段,指令被拆解為有意義的片斷。根據CPU的指令集架構(ISA)定義將數值解譯為指令。
一部分的指令數值為運算碼(Opcode),其指示要進行哪些運算。其它的數值通常供給指令必要的信息,諸如一個加法(Addition)運算的運算目標。
這樣的運算目標也許提供一個常數值(即立即值),或是一個空間的定址值:暫存器或存儲器位址,以定址模式決定。在舊的設計中,CPU里的指令解碼部分是無法改變的硬件設備。
不過在眾多抽象且復雜的CPU和指令集架構中,一個微程序時常用來幫助轉換指令為各種形態的訊號。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。
執行
在提取和解碼階段之后,接著進入執行階段。該階段中,連接到各種能夠進行所需運算的CPU部件。
例如,要求一個加法運算,算數邏輯單元(ALU,Arithmetic Logic Unit)將會連接到一組輸入和一組輸出。
輸入提供了要相加的數值,而輸出將含有總和的結果。ALU內含電路系統,易于輸出端完成簡單的普通運算和邏輯運算(比如加法和位元運算)。
如果加法運算產生一個對該CPU處理而言過大的結果,在標志暫存器里,運算溢出(Arithmetic Overflow)標志可能會被設置。
寫回
最終階段,寫回,以一定格式將執行階段的結果簡單的寫回。運算結果經常被寫進CPU內部的暫存器,以供隨后指令快速存取。
在其它案例中,運算結果可能寫進速度較慢,但容量較大且較便宜的主記憶體中。某些類型的指令會操作程序計數器,而不直接產生結果。
這些一般稱作“跳轉”(Jumps),并在程式中帶來循環行為、條件性執行(透過條件跳轉)和函式。許多指令也會改變標志暫存器的狀態位元。
這些標志可用來影響程式行為,緣由于它們時常顯出各種運算結果。例如,以一個“比較”指令判斷兩個值的大小,根據比較結果在標志暫存器上設置一個數值。
這個標志可藉由隨后的跳轉指令來決定程式動向。在執行指令并寫回結果之后,程序計數器的值會遞增,反覆整個過程,下一個指令周期正常的提取下一個順序指令。
如果完成的是跳轉指令,程序計數器將會修改成跳轉到的指令位址,且程序繼續正常執行。許多復雜的CPU可以一次提取多個指令、解碼,并且同時執行。
這個部分一般涉及“經典RISC管線”,那些實際上是在眾多使用簡單CPU的電子裝置中快速普及(常稱為微控制(Microcontrollers))。
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