您当前的位置:偶偶电脑知识网 -> 主板|CPU -> 电脑内容-> 今天来认识CPU构架

今天来认识CPU构架

今天来认识CPU构架

一、分类

CPU架构是按CPU的安装插座类型和规格确定的。目前常用的CPU按其安装插座规范可分为Socket x和Slot x两大架构。

SOCKET X

SLOT X

二、认识CPU的结构

好吧,下面来看看CPU。CPU内核主要分为两部分:运算器和控制器。

  

  (一) 运算器

  

  1、 算术逻辑运算单元ALU(Arithmetic and Logic Unit)

  

ALU主要完成对二进制数据的定点算术运算(加减乘除)、逻辑运算(与或非异或)以及移位操作。在某些CPU中还有专门用于处理移位操作的移位器。

  

通常ALU由两个输入端和一个输出端。整数单元有时也称为IEU(Integer Execution Unit)。我们通常所说的“CPU是XX位的”就是指ALU所能处理的数据的位数。

  

  2、 浮点运算单元FPU(Floating Point Unit)

  

FPU主要负责浮点运算和高精度整数运算。有些FPU还具有向量运算的功能,另外一些则有专门的向量处理单元。

  

  3、通用寄存器组

  通用寄存器组是一组最快的存储器,用来保存参加运算的操作数和中间结果。在通用寄存器的设计上,RISC与CISC有着很大的不同。CISC的寄存器通常很少,主要是受了当时硬件成本所限。比如x86指令集只有8个通用寄存器。所以,CISC的CPU执行是大多数时间是在访问存储器中的数据,而不是寄存器中的。这就拖慢了整个系统的速度。而RISC系统往往具有非常多的通用寄存器,并采用了重叠寄存器窗口和寄存器堆等技术使寄存器资源得到充分的利用。

  

对于x86指令集只支持8个通用寄存器的缺点,Intel和AMD的最新CPU都采用了一种叫做“寄存器重命名”的技术,这种技术使x86CPU的寄存器可以突破8个的限制,达到32个甚至更多。不过,相对于RISC来说,这种技术的寄存器操作要多出一个时钟周期,用来对寄存器进行重命名。

  

  4、 专用寄存器

专用寄存器通常是一些状态寄存器,不能通过程序改变,由CPU自己控制,表明某种状态。

  

  (二) 控制器

  运算器只能完成运算,而控制器用于控制着整个CPU的工作。

  

  1、 指令控制器

  指令控制器是控制器中相当重要的部分,它要完成取指令、分析指令等操作,然后交给执行单元(ALU或FPU)来执行,同时还要形成下一条指令的地址。

  

  2、 时序控制器

  时序控制器的作用是为每条指令按时间顺序提供控制信号。时序控制器包括时钟发生器和倍频定义单元,其中时钟发生器由石英晶体振荡器发出非常稳定的脉冲信号,就是CPU的主频;而倍频定义单元则定义了CPU主频是存储器频率(总线频率)的几倍。

  

  3、 总线控制器

  总线控制器主要用于控制CPU的内外部总线,包括地址总线、数据总线、控制总线等等。

  

  4、中断控制器

  中断控制器用于控制各种各样的中断请求,并根据优先级的高低对中断请求进行排队,逐个交给CPU处理。

CPU的外核

  

  1、解码器(Decode Unit)

  

  这是x86CPU才有的东西,它的作用是把长度不定的x86指令转换为长度固定的类似于RISC的指令,并交给RISC内核。解码分为硬件解码和微解码,对于简单的x86指令只要硬件解码即可,速度较快,而遇到复杂的x86指令则需要进行微解码,并把它分成若干条简单指令,速度较慢且很复杂。好在这些复杂指令很少会用到。

  

  Athlon也好,PIII也好,老式的CISC的x86指令集严重制约了他们的性能表现。

  

  2、一级缓存和二级缓存(Cache)

  

  以及缓存和二级缓存是为了缓解较快的CPU与较慢的存储器之间的矛盾而产生的,以及缓存通常集成在CPU内核,而二级缓存则是以OnDie或OnBoard的方式以较快于存储器的速度运行。对于一些大数据交换量的工作,CPU的Cache显得尤为重要。

 三 核心

核心(Die)又称为内核,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。不同的CPU(不同系列或同一系列)都会有不同的核心类型,甚至同一种核心都会有不同版本的类型,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Socket 370,Socket A,Socket 478,Socket T,Slot 1、Socket 940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。

INTEL CPU的核心类型

    Northwood
  这是目前主流的Pentium 4和赛扬所采用的核心,其与Willamette核心最大的改进是采用了0.13um制造工艺,并都采用Socke

[1] [2] [3] [4] [5]  下一页