微處理器分類及組成

微處理器分類及組成微處理器由一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理器。這些電路執(zhí)行控制部件和算術(shù)邏輯部件的功能。微處理器能完成取指令、執(zhí)行指令，以及與外界存儲(chǔ)器和邏輯部件交換信息等操作，是微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算控制部分。它可與存儲(chǔ)器和外圍電路芯片組成微型計(jì)算機(jī)。微處理器分類（1）：“微處理器微處理器是一個(gè)集中取指令和處理一組通用指令的單元。指令集包含數(shù)摒轉(zhuǎn)移操作、ALU（ArithmeticLogicUnit）、堆棧操作;輸入和輸出操作以及程序控制和管埋操作。任何一個(gè)CPU必須具備下列基本功能單元。（a）：一個(gè)控制單元，用于取指和控制一個(gè)給定命令或指令的順序執(zhí)行，并與系統(tǒng)其余部分進(jìn)行通信。（b）：一個(gè)ALU單元，用于對(duì)學(xué)節(jié)或者字的算術(shù)和邏輯操作。它可以立即處理8，16，32或者64位的數(shù)據(jù)。微處理器是一個(gè)VLSl（VeryLargeScaleIntegratedcircuit）芯片，芯片中有一個(gè)CPU，還可以有其他附加的單元（如高速緩存Cache，浮點(diǎn)處埋算術(shù)單元，流水線和超標(biāo)量單元），這樣可以提高處理器的效率。名詞解釋：高速緩存：由于CPU的運(yùn)算速度愈來(lái)愈快，主存儲(chǔ)器（DRAM）的數(shù)據(jù)存取速度通常無(wú)法跟上CPU的速度，因而影響計(jì)算機(jī)的執(zhí)行效率，如果在CPU與主存儲(chǔ)器之間，使用速度最快的SRAM作為CPU的數(shù)據(jù)待取區(qū)，將可大幅提升系統(tǒng)的執(zhí)行效率，而且透過(guò)Cache來(lái)事先讀取CPU可能需要的數(shù)據(jù)，可避兔主存儲(chǔ)器與速度更慢的輔助內(nèi)存的頻繁存取數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)的執(zhí)行效率也大有幫助。例如當(dāng)CPU處理數(shù)據(jù)時(shí)，，它會(huì)先到高速緩存中去尋找，如果數(shù)據(jù)因之前的操作已經(jīng)讀取而被暫存其中，就不需要再?gòu)闹鲀?nèi)存中讀取數(shù)據(jù)一一由于CPU的運(yùn)行速度一般比主內(nèi)存快，因此若要經(jīng)常存取主內(nèi)存的話，就必須等待數(shù)個(gè)CPU周期從而造成浪費(fèi)。浮點(diǎn)處理算術(shù)單元：浮點(diǎn)數(shù)：浮點(diǎn)數(shù)是屬于有理數(shù)中某特定子集的數(shù)的數(shù)字表示，在計(jì)算機(jī)中用以近似表示任意某個(gè)實(shí)數(shù)。具體的說(shuō)，這個(gè)實(shí)數(shù)由一個(gè)整數(shù)或定點(diǎn)數(shù)（即尾數(shù)）乘以某個(gè)基數(shù)（計(jì)算機(jī)中通常是2）的整數(shù)次冪得到，這種表示方法類似：于基數(shù)為10的科學(xué)記數(shù)法。一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)a由兩個(gè)數(shù)m和e來(lái)表示：a=mxb^c。在任意一個(gè)這樣的系統(tǒng)中，我們選擇一個(gè)基數(shù)b（記數(shù)系統(tǒng)的基）和精度p（即使用多少位來(lái)存儲(chǔ)）。m（即尾數(shù)）是形如+dddd..dd的p位數(shù)（每一位是一個(gè)介于0到b-1之間的整數(shù)，包括0和b-1）。如果m的第一位是非0整數(shù)，m稱作規(guī)格化的。有一些描述使用一個(gè)單獨(dú)的符號(hào)位（s代表+或者~）來(lái)表示正負(fù)，這樣m必須是正的。e是指數(shù)。在計(jì)算機(jī)中表示-一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)，其結(jié)構(gòu)如下：尾數(shù)部分（定點(diǎn)小數(shù)）階碼部分（定點(diǎn)整數(shù)）流水線：計(jì)算機(jī)流水線（Pipeline）技術(shù)是目前廣泛應(yīng)用于微處理芯片（CPU）中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，計(jì)算機(jī)流水線技術(shù)指的是對(duì)CPU內(nèi)部的各條指令的執(zhí)行方式的一種形容。在低檔的CPU中，指令的執(zhí)行是串行的，而具有流水線的CPU在執(zhí)行上條指令的同時(shí)，又在并行地取下條指令。這在CPU技術(shù)上是一個(gè)質(zhì)的飛躍。超標(biāo)量：超標(biāo)量（superscalar）是指在CPU中有一條以上的流水線，并且每時(shí)鐘周期內(nèi)可以完成一條以上的指令，這種設(shè)計(jì)就叫超標(biāo)量技術(shù)。超標(biāo)量是通過(guò)內(nèi)置多條流水線來(lái)同時(shí)執(zhí)行多個(gè)處理器，其實(shí)質(zhì)是以空間換取時(shí)間。而超流水線是通過(guò)細(xì)化流水、提高主頻，使得在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成一個(gè)甚至多個(gè)操作，其實(shí)質(zhì)是以時(shí)間換取空間。例如Pentium4的流水線就長(zhǎng)達(dá)20級(jí)。將流水線設(shè)計(jì)的步（級(jí)）越長(zhǎng)，其完成一條指令的速度越快，因此才能適應(yīng)工作主頻更高的CPU。但是流水線過(guò)長(zhǎng)也帶來(lái)了一定副作用，很可能會(huì)出現(xiàn)主頻較高的CPU實(shí)際運(yùn)算速度較低的現(xiàn)象，Intel的奔騰4就出現(xiàn)了這種情況，雖然它的主頻可以高達(dá)1.4G以上，但其運(yùn)算性能卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上AMD12G的速龍甚至奔ll1。微處理器組成微處理器是微型計(jì)算機(jī)的核心部分，又稱為中央處理器（簡(jiǎn)稱CPU）。微處理器主要由控制器和運(yùn)算器兩部分組成（還有一些支撐電路），用以完成指令的解釋與執(zhí)行。1.CPU包括運(yùn)算邏輯部件、寄存器部件和控制部件。2.邏輯部件：英文Logiccomponents；運(yùn)算邏輯部件?？梢詧?zhí)行定點(diǎn)或浮點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算操作、移位操作以及邏輯操作，也可執(zhí)行地址運(yùn)算和轉(zhuǎn)換。3.寄存器部件：寄存器部件，包括寄存器、專用寄存器和控制寄存器。通用寄存器又可分定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)兩類，用來(lái)保存指令執(zhí)行過(guò)程中臨時(shí)存放的寄存器操作數(shù)和中間（或最終）的操作結(jié)果。通用寄存器是中央處理器的重要部件之一。4.控制部件：英文Controlunit；控制部件，主要是負(fù)責(zé)對(duì)指令譯碼，并且發(fā)出為完成每條指令所要執(zhí)行的各個(gè)操作的控制信號(hào)。其結(jié)構(gòu)有兩種：一種是以微存儲(chǔ)為核心的微程序控制方式；一種是以邏輯硬布線結(jié)構(gòu)為主的控制方式。微存儲(chǔ)中保持微碼，每一個(gè)微碼對(duì)應(yīng)于一個(gè)最基本的微操作，又稱微指令；各條指令是由不同序列的微碼組成，這種微碼序列構(gòu)成微程序