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标题: 深入了解CPU的结构原理 [打印本页]

作者: yuchengze 时间: 2017-9-21 11:17 标题: 深入了解CPU的结构原理

Central Processing Unit(CPU)：中央处理器，PC的大脑，是计算机中处理数据的地方，同时也是性能和价格的决定因素。
在过去的一年中，CPU的速度已从600 MHz飙升至1 GHz。到今年年底，CPU的速度有望突破1.5 GHz大关。CPU的速度竞赛仍在继续，但是有一点要注意：你的CPU的性能绝不仅仅是由MHz或者GHz前面的数字来决定的――那只是商家用来吹嘘的卖点。随着芯片运算速度的加快以及在应用中对性能需求的增加，你比以往任何时候更需要了解在你的CPU中到底发生着什么事情。
以下是你所应该知道的：
?CPU的三项基本功能：读数据、处理数据以及把数据写到存储器中。
?CPU的原始频率是由兆赫兹的数量决定的，但是其它的因素，例如设计方法，也同样的影响着芯片的性能。
?你为你的PC选择什么样的CPU取决于你将愿意花多少钱，以及你打算用PC来干什么。
一、物理结构
在你了解你的CPU如何工作以前，你应该知道它是由什么制成的。CPU是由数百万在显微镜下才能看得见的晶体管，经过化学的和照相平板印刷的过程，蚀刻到一块磨光了的只有你拇指甲盖大小的硅片上而形成的。
那些微小的晶体管用来存储表示0、1的电荷，而0、1则构成了计算机所能使用的二进制语言。成组的晶体管连在一起存储数据;它们还对数据进行逻辑的和数学的计算，并且借助于一个石英的晶体钟，像同步的游泳者一样协调一致地发挥作用。简言之，它们能够处理数据。
二、CPU的组成
CPU处理存储在内存单元上的信息。那些信息可以是数据，也可以是指令。数据是一个二进制表达式，例如表示字母、数字和颜色。而指令则告诉CPU如何处理这些数据，例如对它们进行加、减或者移动等操作。
CPU对数据进行三种基本操作：读取数据、对数据进行处理、然后通常还要把把数据写回到存储器上。对于最简单的构成，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、一些寄存器以及算术逻辑单元。
指令指示器告诉CPU它所需要的指令放在内存中的哪个位置。
寄存器是CPU内部的临时存储单元。它保存等待被处理的数据，或者是已经处理过的数据(比如说，把两个数相加后的结果)。
算术逻辑单元，或简称为ALU,是CPU的运算器，执行指令所指示的数学和逻辑运算。
CPU还包括一些协助基本单元完成工作的附加单元：
取指器负责从RAM或者CPU上的存储区取出指令。
解码器从取指器中取出指令，把它翻译成CPU所能理解的语言。同时它也决定了完成该指令需要哪些步骤。
控制器的工作是管理和控制CPU的所有操作。它告诉ALU什么时候开始计算，取指器什么时候取一个0-1值，以及解码器什么时候把该值翻译成一条指令。

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