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文献检索课题报告题目：CPU的基本组成与应用分析班级：姓名：学号：一、选题介绍这个课题是看见了一些书籍 感觉有兴趣 所以选了这个题目CPU的基本组成与应用分析选择这个题目 对于自己的这知识有一定的扩展，而且我想我们学化工的应该对计算机了如指掌，不然以后则么么操纵那些复杂的机器，因为以后的机器基本上是智能控制。二、文献检索过程检索工具访问方式文献类型百度百科/网页百度文库/网页中国期刊全文数据库（CNKI）9期刊论文利用了 百度文库百度百科因为在百度大家也知道是中国较权威的搜索引擎，而且上传的一些文章都是比较受欢迎的，比较实用 ，而百度百科解释也全面可以知道很多东西，对于充分了解其内部结构与其组成与应用有相当大的帮助。所用的检索词有：中央处理器的组成，中央处理器的构成，中央处理器的应用 ，单片机的组成与应用，选用这下词汇会是我的检索更全面，所看到更多的书，从而使文献检索更顺利。查全率它是指检出的相关文献量与检索系统中相关文献总量的比率，是衡量信息检索系统检出相关文献能力的尺度。查全率为31.5216% 查准率它是指检出的相关文献量与检出文献总量的比率，是衡量信息检索系统检出文献准确度的尺度。查准率为45.1321% 三、资料阅读 参考文献: 1COMPUTER FAN，新世界，2005年第20期. 2祁金华，龙芯，等待成熟，网络世界2006年10月9日第024版3，cpu的构成与功能、唐硕飞、上海海事工程大学信息工程学院 以前CPU主要由运算器和控制器两大部分组成，随着集成电路的发展，目前CPU芯片集成了一些其它逻辑功能部件来扩充CPU的功能，如浮点运算器、cache和MMX等。下面我们重点介绍运算器和控制器。阅读笔记：中央处理器功能 控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成。它是计算机指挥系统，完成计算机的指挥工作。尽管不同计算机的控制器结构上有很大的区别，当就其基本功能而言，具有如下功能： (1)取指令 从内存中取出当前指令，并生成下一条指令在内存中的地址。 (2)分析指令 指令取出后，控制器还必须具有两种分析的功能。一是对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。比如一次内存读/写操作，一个算术逻辑运算操作，或一个输入/输出操作。二是分析参与这次操作的各操作数所在的地址，即操作数的有效地址。 (3)执行指令 控制器还必须具备执行指令的功能，指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向，完成指令的各种功能。 (4)发出各种微操作命令 在指令执行过程中，要求控制器按照操作性质要求，发出各种相应的微操作命令，使相应的部件完成各种功能。 (5)改变指令的执行顺序 在编程过程中，分支结构、循环结构等非顺序结构的引用可以大大提供编程的工作效率。控制器的这种功能可以根据指令执行后的结果，确定下一步是继续按原程序的顺序执行，还是改变原来的执行顺序，而转去执行其它的指令。 (6)控制程序和数据的输入与结果输出 这实际也是一个人机对话的设计，通过编写程序，在适当的时候输入数据和输出程序的结果。 (7)对异常情况和某些请求的处理 当计算机正在执行程序的过程中，发生了一些异常的情况，例如除法出错、溢出中断、键盘中断等。下面详细介绍控制器的各组成部件的功能与结构： (1)指令寄存器(IR) 当CPU执行一条指令时，先把它从内存储器取到缓冲寄存器中，然后再送到指令寄存器。然后送到指令译码器部件，产生各种微操作指令，控制其它的组成部件工作，完成所需的功能。 (2)程序计数器(PC) 为了保证程序能够周而复始、有条不紊地执行下去，CPU必须具有某些功能保证在执行完当前指令时能知道下一条指令的地址。而程序计数器(PC)正是起到这种作用，所以通常又称为指令计数器。程序计数器工作分两种情况，一是顺序执行，二是转移执行。在程序开始执行前，将程序的起始地址送入PC，这在程序加载到内存时以确定，因此PC的内容即是从内存的第一条指令的地址。当执行指令时，CPU将自动修改PC的内容，以便使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址。由于大多数指令都是按顺序来执行的，所以修改的过程通常只是简单的对PC加1。当遇到转移指令如JMP指令时，后继指令的地址（即PC的内容）不能像通常一样按顺序来取得，而是根据当前指令的地址加上一个向前或向后转移的位移量相加的和得到，或者根据转移指令给出的直接转移的地址得到。因此程序计数器的结构应当是具有寄存信息和计数两种功能的结构。 (3)地址寄存器(AR) 地址寄存器用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。由于在内存和CPU之间存在着操作速度上的判别所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存的读/写操作完成为止。而且地址线和数据线大多数是分时复用的，我们也要地址存储器来暂时保存有关的地址数据。我们明显地看到，当CPU和内存进行信息交换，即CPU向内存存/取数据时，或者CPU从内存中读出指令时，都要使用地址寄存器和数据缓冲寄存器。同样，如果我们把外围设备的设备地址作为像内存的地址单元那样来看待，那么，当CPU和外围设备交换信息时，我们同样使用地址寄存器和数据缓冲寄存器。地址寄存器的结构和数据缓冲寄存器、指令寄存器一样，通常使用单纯的寄存器结构。信息的存入一般采用电位-脉冲方式，即电位输入端对应数据信息位，脉冲输入端对应控制信号，在控制信号作用下，瞬时地将信息打入寄存器。 (4)指令译码器(ID) 指令分为操作码和地址码两部分，为了能执行任何给定的指令，必须对操作码进行分析，以便识别所完成的操作。指令译码器就是对指令中的操作码字段进行分析解释，识别该指令规定的操作，向操作控制器发出具体的控制信号，控制各部件工作，完成所需的功能。2.运算器的组成和功能 运算器由算术逻辑单元（ALU）、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态条件寄存器组成，它是数据加工处理部件，完成计算机的各种算术和逻辑运算。相对控制器而言，运算器接受控制器的命令而进行动作，即运算器所进行的全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的，所以它是执行部件。运算器有两个主要功能： (1)执行所有的算术运算，如加、减、乘、除等基本运算及附加运算；(2)执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试，如与、或、非、零值测试或两个值的比较等。下面详细介绍运算器的各组成部件的组成和功能 (1)算术逻辑单元(ALU) 算术逻辑单元是运算器的重要组成部件，负责处理数据，实现对数据的算术运算和逻辑运算，详见前面的描述。(2)累加寄存器(AC) 累加寄存器AC通常简称为累加器，它是一个通用寄存器。其功能是：当运算器的算术逻辑单元执行算术或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。例如，在执行一个减法运算前，先将被减数暂取出放在AC中，再从内存储器中取出减数，然后同AC的内容相减，所得的结果送回AC中。运算的结果是放在累加器中的，运算器中至少要有一个累加寄存器。目前CPU中的累加寄存器，多达16个、32个，甚至更多。当使用多个累加器时，就变成通用寄存器堆结构，其中任何一个可存放源操作数，也可存放结果操作数。在这种情况下，需要在指令格式中对寄存器号加以编址。 (3)数据缓冲寄存器(DR) 在CPU中引脚大多是复用的，在不同的时间内，具有不同的功能。在对类存储器进行读写操作时，用数据缓冲寄存器用来暂时存放由内存储器读写的一条指令或一个数据字，将我们在不同的时间段内读写的数据隔离开来。缓冲寄存器的作用具体有如下几点：作为CPU和内存、外部设备之间住处传送的中转站；补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别；在单累加器结构的运算器中，数据缓冲寄存器还可兼作为操作数寄存器。 (4)状态条件寄存器（PSW） 状态条件寄存器保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容，大体包括两种：一是状态标志：如运算结果进位标志（C），运算结果溢出标志（V），运算结果为零标志（Z），运算结果为负标志（N）；二是控制标志，如中断标志(I)，方向标志(D)，单步标志等。这些标志们通常分别由1位触发器保存，保存了当前指令执行完成之后的状态。通常，一个算术操作产生一个运算结果，而一个逻辑操作则产生一个判决。在第二章中已经详细介绍了运算器的结构与功能，在本章把重点放在介绍控制器上。 四、资料汇总关键词：CPU CPU组成 CPU应用 CPU的组成：如果问及CPU的原料是什么，大家都会轻而易举的给出答案是硅。这是不假，但硅又来自哪里呢？其实就是那些最不起眼的沙子。难以想象吧，价格昂贵，结构复杂，功能强大，充满着神秘感的CPU竟然来自那根本一文不值的沙子。当然这中间必然要经历一个复杂的制造过程才行。不过不是随便抓一把沙子就可以做原料的，一定要精挑细选，从中提取出最最纯净的硅原料才行。除去硅之外，制造CPU还需要一种重要的材料就是金属。目前为止，铝已经成为制作处理器内部配件的主要金属材料，而铜则逐渐被淘汰，这是有一些原因的，在目前的CPU工作电压下，铝的电迁移特性要明显好于铜CPU制造的准备阶段在残留的感光层物质被去除之后，剩下的就是充满的沟壑的二氧化硅层以及暴露出来的在该层下方的硅层。这一步之后，另一个二氧化硅层制作完成。然后，加入另一个带有感光层的多晶硅层。从这一步起，你将持续添加层级，加入一个二氧化硅层，然后光刻一次。重复这些步骤，然后就出现了一个多层立体架构，这就是你目前使用的处理器的萌芽状态了接下来的几个星期就需要对晶圆进行一关接一关的测试，包括检测晶圆的电学特性，看是否有逻辑错误，如果有，是在哪一层出现的等等。CPU应用 于服务器和工作站上的CPU，因其针对的应用范围，所以此类CPU在稳定性、处理速度、同时处理任务的数量等方面的要求都要高于单机CPU。其中服务器（工作站）CPU的高可靠性是普通CPU所无法比拟的，因为大多数的服务器都要满足每天24小时、每周7天的满符合工作要求。由于服务器（工作站）数据处理量很大，需要采用多CPU并行处理结构，即一台服务器中安装2、4、8等多个CPU，需要注意的是，并行结构需要的CPU必须为偶数个。对于服务器而言，多处理器可用于数据库处理等高负荷高速度应用；而对于工作站，多处理器系统则可以用于三维图形制作和动画文件编码等单处理器无法实现的高处理速度应用。另外许多CPU的新技术都是率先开发应用于服务器（工作站）CPU中。研究课题中的热点难点问题缓存缓存大小也是CPU的重要指标之一，而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大，CPU内缓存的运行频率极高，一般是和处理器同频运作，工作效率远远大于系统内存和硬盘。实际工作时，CPU往往需要重复读取同样的数据块，而缓存容量的增大，可以大幅度提升CPU内部读取数据的命中率，而不用再到内存或者硬盘上寻找，以此提高系统性能。但是由于CPU芯片面积和成本的因素来考虑，缓存都很小。因此因该找一种材料来代替，使其缓存大大加大。 发展趋势两家世界上最大的处理器制造厂AMD和Intel曾都遇到一个难题，那就是“频率”。频率作为衡量处理器好坏的标准已经成为了大多数人的定论。低频率就代表着一颗处理器性能的滞后，而如今不管是Intel还是AMD都同时遇到了“频率”这个难题。在设计者提高处理器内部进程的数量、增加缓存容量等方法纷纷用尽以后，似乎残酷的现实告诉设计者们:单核心处理器已经走到尽头。双核心被Intel和AMD确定为下步发展项目也就不足为奇了。 AMD和Intel的双核技术在物理结构上也有很大不同之处。AMD将两个内核做在一个Die(内核)上，通过直连架构连接起来，集成度更高。Intel则是采用两个独立的内核封装在一起，因此有人将Intel的方案称为“双芯”，认为AMD的方案才是真正的“双核”。从用户端的角度来看，AMD的方案能够使双核CPU的管脚、功耗等指标跟单核CPU保持一致，从单核升级到双核，不需要更换电源、芯片组、散热系统和主板，只需要刷新BIOS软件即可，这对于主板厂商、计算机厂商和最终用户的投资保护是非常有利的。由此看来，在多核处理器市场上，AMD在对客户的理解和对输出最符合客户需求的产品方面的理念走在了Intel的前面，目前，双核处理器的应用环境已经颇为成熟，大多数操作系统已经支持并行处理，许多新或即将发布的应用软件都对并行技术提供了支持，因此双核处理器一旦上市，系统性能的提升将能得到迅速的提升。因此，目前整个软件市场其实已经为多核心处理器架构提供了充分的准备。 在单一处理器上安置两个或更多强大的计算核心的创举开拓了一个全新的充满可能性的世界。多核心处理器可以为战胜今天的处理器设计挑战提供一种立竿见影、经济有效的技术降低随着单核心处理器的频率(即“时钟速度”)的不断上升而增高的热量和功耗。 CPU可能的发展趋势 CPU自打电脑诞生以来就一直平稳的升级、换代、过度，充当着计算机大脑的角色。可是CPU它走到了生命的十字路口，它站在路中央面临着3种选择：向前、向左、向右。 向前：CPU从诞生开始沿着频率之路走了很久。直到有一天，频率之路变得崎岖泥泞。CPU见势不妙,拐到了多核大街。目前他正沿着多核大街继续前行。时下，双核CPU已然成为主流。平台成熟度应很高，双核CPU及其配套的主板价格已经降到了普通消费者也能承受的地步。两大巨头AMD和Intel正在酝酿着推出更高规格的4核桌面处理，预计明年就可以推出。沿着双核大街走下去，也许后年就成了8核，再往后16核、32核。但是双核大街并不平坦，制造技术问题困扰着生产商。更重要的是消费者到底需要多少核？向左：干掉内存。今年九月底在IDF论坛上面，英特尔已经向大家展示了一款集成了内存的80核处理器：TERAFLOP。说明CPU集成内存的TSV(Through Silicon Vias)技术已经完成。TERAFLOP处理器每个核心都独立集成了256MB的内存，预计这款产品将在2010年上市。而AMD处理器中集成内存控制器的设计为处理器与内存开始整合吹响了冲锋号，自此CPU有可能把内存吃掉，在电脑中更加扎实自己的霸主地位。向右：被显卡整合。自从AMD和ATI双A合璧以来，AMD与NVIDIA的合作依然进行，但是后者的却处在一个很尴尬的地位。于是，屡屡有NVIDI