微处理器分类及组成

微处理器分类及组成微处理器由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器。这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的功能。微处理器能完成取指令、执行指令，以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，是微型计算机的运算控制部分。它可与存储器和外围电路芯片组成微型计算机。微处理器分类（1）：“微处理器微处理器是一个集中取指令和处理一组通用指令的单元。指令集包含数摒转移操作、ALU（ArithmeticLogicUnit）、堆栈操作;输入和输出操作以及程序控制和管埋操作。任何一个CPU必须具备下列基本功能单元。（a）：一个控制单元，用于取指和控制一个给定命令或指令的顺序执行，并与系统其余部分进行通信。（b）：一个ALU单元，用于对学节或者字的算术和逻辑操作。它可以立即处理8，16，32或者64位的数据。微处理器是一个VLSl（VeryLargeScaleIntegratedcircuit）芯片，芯片中有一个CPU，还可以有其他附加的单元（如高速缓存Cache，浮点处埋算术单元，流水线和超标量单元），这样可以提高处理器的效率。名词解释：高速缓存：由于CPU的运算速度愈来愈快，主存储器（DRAM）的数据存取速度通常无法跟上CPU的速度，因而影响计算机的执行效率，如果在CPU与主存储器之间，使用速度最快的SRAM作为CPU的数据待取区，将可大幅提升系统的执行效率，而且透过Cache来事先读取CPU可能需要的数据，可避兔主存储器与速度更慢的辅助内存的频繁存取数据，对系统的执行效率也大有帮助。例如当CPU处理数据时，，它会先到高速缓存中去寻找，如果数据因之前的操作已经读取而被暂存其中，就不需要再从主内存中读取数据一一由于CPU的运行速度一般比主内存快，因此若要经常存取主内存的话，就必须等待数个CPU周期从而造成浪费。浮点处理算术单元：浮点数：浮点数是属于有理数中某特定子集的数的数字表示，在计算机中用以近似表示任意某个实数。具体的说，这个实数由一个整数或定点数（即尾数）乘以某个基数（计算机中通常是2）的整数次幂得到，这种表示方法类似：于基数为10的科学记数法。一个浮点数a由两个数m和e来表示：a=mxb^c。在任意一个这样的系统中，我们选择一个基数b（记数系统的基）和精度p（即使用多少位来存储）。m（即尾数）是形如+dddd..dd的p位数（每一位是一个介于0到b-1之间的整数，包括0和b-1）。如果m的第一位是非0整数，m称作规格化的。有一些描述使用一个单独的符号位（s代表+或者~）来表示正负，这样m必须是正的。e是指数。在计算机中表示-一个浮点数，其结构如下：尾数部分（定点小数）阶码部分（定点整數）流水线：计算机流水线（Pipeline）技术是目前广泛应用于微处理芯片（CPU）中的一项关键技术，计算机流水线技术指的是对CPU内部的各条指令的执行方式的一种形容。在低档的CPU中，指令的执行是串行的，而具有流水线的CPU在执行上条指令的同时，又在并行地取下条指令。这在CPU技术上是一个质的飞跃。超标量：超标量（superscalar）是指在CPU中有一条以上的流水线，并且每时钟周期内可以完成一条以上的指令，这种设计就叫超标量技术。超标量是通过内置多条流水线来同时执行多个处理器，其实质是以空间换取时间。而超流水线是通过细化流水、提高主频，使得在一个机器周期内完成一个甚至多个操作，其实质是以时间换取空间。例如Pentium4的流水线就长达20级。将流水线设计的步（级）越长，其完成一条指令的速度越快，因此才能适应工作主频更高的CPU。但是流水线过长也带来了一定副作用，很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象，Intel的奔腾4就出现了这种情况，虽然它的主频可以高达1.4G以上，但其运算性能却远远比不上AMD12G的速龙甚至奔ll1。微处理器组成微处理器是微型计算机的核心部分，又称为中央处理器（简称CPU）。微处理器主要由控制器和运算器两部分组成（还有一些支撑电路），用以完成指令的解释与执行。1.CPU包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件。2.逻辑部件：英文Logiccomponents；运算逻辑部件。可以执行定点或浮点算术运算操作、移位操作以及逻辑操作，也可执行地址运算和转换。3.寄存器部件：寄存器部件，包括寄存器、专用寄存器和控制寄存器。通用寄存器又可分定点数和浮点数两类，用来保存指令执行过程中临时存放的寄存器操作数和中间（或最终）的操作结果。通用寄存器是中央处理器的重要部件之一。4.控制部件：英文Controlunit；控制部件，主要是负责对指令译码，并且发出为完成每条指令所要执行的各个操作的控制信号。其结构有两种：一种是以微存储为核心的微程序控制方式；一种是以逻辑硬布线结构为主的控制方式。微存储中保持微码，每一个微码对应于一个最基本的微操作，又称微指令；各条指令是由不同序列的微码组成，这种微码序列构成微程序