cpu基礎(chǔ)知識及分類課件

CPU

1概況1

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您的內(nèi)容打在這里，或者通過復(fù)制您的文本后。+++整體概況2內(nèi)容概要一、CPU簡介二、CPU基本結(jié)構(gòu)三、CPU制造流程四、CPU封裝五、CPU的相關(guān)指標(biāo)六、當(dāng)前CPU的技術(shù)特點七、雙核CPU八、四核CPU九、三核CPU十、ARM微處理器十一、ARM微處理器系列3一、CPU簡介中央處理器（英文CentralProcessing

Unit，CPU）是一臺計算機(jī)的運(yùn)算核心和控制核心。按照其處理信息的字長可以分為：八位微處理器、十六位微處理器、三十二位微處理器以及六十四位微處理器等

CPU廠商主要有Intel、AMD、VID。CPU功能主要是解釋計算機(jī)指令以及處理計算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)；

功能主要包括：

1、指令順序控制：控制程序中指令的執(zhí)行順序

2、操作控制：

CPU要根據(jù)指令的功能，產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號，發(fā)給相應(yīng)的部件，從而控制這些部件按指令的要求進(jìn)行動作

3、時間控制：對各種操作實施時間上的定時

4、數(shù)據(jù)加工：對數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，或進(jìn)行其他的信息處理4二、CPU基本結(jié)構(gòu)CPU由運(yùn)算器、控制器和寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)的總線構(gòu)成運(yùn)算邏輯部件：運(yùn)算邏輯部件，可以執(zhí)行定點或浮點算術(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)換寄存器部件：包括通用寄存器、專用寄存器和控制寄存器，分別用于保存指令中的寄存器操作數(shù)和操作結(jié)果；執(zhí)行一些特殊操作；用來指示機(jī)器執(zhí)行的狀控制部件：要負(fù)責(zé)對指令譯碼，并且發(fā)出為完成每條指令所要執(zhí)行的各個操作的控制信號5

三、CPU制造流程切片粘片壓焊塑封電鍍管教加工四、CPU封裝CPU的封裝有DIP、QFP、PGA、BGA、CSP、MCMDIP：雙列直插式封裝QFP：塑料方型扁平式封裝，四面管腿，一般為正方形PGA：在芯片的內(nèi)外有多個方陣形的插針，每個方陣形插針沿芯片的四周間隔一定距離排列BGA：球柵陣列封裝CSP：減小了芯片封裝外形的尺寸MCM：多芯片模塊系統(tǒng)6五、CPU的相關(guān)指標(biāo)1、主頻、外頻和倍頻

主頻：CPU運(yùn)算時的工作頻率

外頻：系統(tǒng)總線的工作頻率

倍頻：cpu外頻與主頻相差的倍數(shù)（主頻=外頻*倍數(shù)）2、內(nèi)存總線速度

指CPU二級高速緩存和內(nèi)存之間的通信速度（二級（L2）緩存是為協(xié)調(diào)內(nèi)存和CPU的運(yùn)行速度的）3、地址總線寬度

地址總線寬度決定了CPU可以訪問的物理地址空間4、工作電壓CPU正常工作所需的電壓5、超標(biāo)量

一個時鐘周期內(nèi)CPU可以執(zhí)行一條以上的指令6、L1高速緩存：一級高速緩存，CPU內(nèi)置高速緩存可以提高運(yùn)行效率7、前端總線(FSB)頻率前端總線(FSB)頻率(即總線頻率)是直接影響CPU與內(nèi)存直接數(shù)據(jù)交換速度外頻與前端總線(FSB)頻率的區(qū)別：前端總線的速度指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，外頻是CPU與主板之間同步運(yùn)行的速度7六、當(dāng)前CPU的技術(shù)特點1、制造的工藝--更細(xì)的線寬

原有晶體管門電路更大限度的縮小，在同樣的面積內(nèi)可以集成更多

的晶體管，能耗降低，CPU也更省電2、封裝方式—socket架構(gòu)主流CPU按其安裝插座規(guī)范可分為Socketx和Slotx兩大架構(gòu)。

以Intel處理器為例，Socket架構(gòu)的CPU中分為Socket370、Socket423和Socket478三種，分別對應(yīng)IntelPIII／Celeron處理器、P4Socket423處理器和P4Socket478處理器。Slotx架構(gòu)的CPU中可分為Slot1、Slot2兩種，分別使用對應(yīng)規(guī)格的Slot槽進(jìn)行安裝

slot1插座

說socket478插座3、緩存—全速L2Cache

緩存就是可以進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換的存儲器，它先與內(nèi)存與CPU交換數(shù)據(jù)，因此速度極快，又稱為高速緩存，與處理器相關(guān)的緩存有L1Cache（片內(nèi)緩存）和L2Cache（二級緩存）L2Cache全內(nèi)置并與處理器同頻工作是大勢所趨，而這也正是決定CPU處理性能的一個關(guān)鍵所在

8七、雙核CPU1、核心（Die）又稱為內(nèi)核，是CPU最重要的組成部分。CPU中心那塊隆起的芯片就是核心，雙內(nèi)核應(yīng)該具備兩個物理上的運(yùn)算內(nèi)核；

雙核處理器是指在一個處理器上集成兩個運(yùn)算核心，從而提高計算能力，最近逐漸熱起來的“雙核”概念，主要是指基于X86開放架構(gòu)的雙核技術(shù)2、處理器實際性能是處理器在每個時鐘周期內(nèi)所能處理器指令數(shù)的總量，因此增加一個內(nèi)核，處理器每個時鐘周期內(nèi)可執(zhí)行的單元數(shù)將增加一倍。優(yōu)點：多核心處理器帶來的直接優(yōu)勢是可以降低隨著單核心處理器頻率的不斷上升而增大的熱量和功耗。多核心處理器有助于為將來更加先進(jìn)的軟件提供卓越的性能。

缺點：隨著物理內(nèi)核數(shù)量的增加，CPU內(nèi)核之間的通訊量和系統(tǒng)用于資源同步及維護(hù)的開銷也會逐漸上升。雙核處理器在成本上相對于單核心處理器也沒有優(yōu)勢。同時大量的晶體管也帶來了更大的功耗和發(fā)熱量。

9八、四核CPU四核處理器即是基于單個半導(dǎo)體的一個處理器上擁有四個一樣功能的處理器核心。換句話說，將四個物理處理器核心整合入一個核中。四核里面是由兩個雙核組成，每個雙核是共享4M的L2的.從理論上去看，在兩者均未達(dá)到滿載的時候，成績應(yīng)該相差不大。而雙方都同時達(dá)到滿載時，四核的成績應(yīng)該比雙核好上一倍;

與雙核心系統(tǒng)相比，四核計算機(jī)在高負(fù)載情況下的耗電與熱度要略高一些，但在正常情況下大多數(shù)四核處理器的功耗要低于雙核處理器的功耗，并且獲得較高的性能提升物理四核相對于物理雙核提升的幅度最大值為80%左右，超線程四核相對于物理雙核提升的最大幅度為40%左右，兩者的提升幅度相差約為一倍10九、三核CPU三核產(chǎn)品最早是由AMD公司研發(fā)的三核心處理器的緩存優(yōu)勢更明顯。雖然損失了一個核心，但共享的三級緩存并未受到影響，只是原先由四個核心分享，現(xiàn)在則成了三個，因此每個核心可以訪問的三級緩存容量可以在系統(tǒng)滿載的時候增多8.33%，有利于提高對緩存敏感的程序的性能。四核心處理器現(xiàn)在的普及率還相當(dāng)?shù)?據(jù)MercuryResearch統(tǒng)計，2007年第二季度出貨的桌面處理器中只有不到2%是四核心)，應(yīng)用程序?qū)Χ嗪诵牡膬?yōu)化也嚴(yán)重不足，而且三核心架構(gòu)并不陌生，Xbox360主機(jī)里就是三核心的IBMPowerPC。目前核心做的多的是inteli7-980X3.33G主頻6核心12線程moreIntel酷睿i79CPU主頻：3330MHz

智能加速：3600MHz插槽類型：LGA1366

制作工藝：32納米

二級緩存：6×256KB

三級緩存：12MB核心數(shù)量：六核心

核心類型：Gulftown線程數(shù)：十二線程

總線類型：QPI總線6.4GT/s11十、ARM微處理器ARM微處理器憑借強(qiáng)大的處理能力和極低的功耗，ARM功能的增強(qiáng)和完善，某些方面可以取代原先X86架構(gòu)的單片機(jī)，特別是工控領(lǐng)域；ARM公司設(shè)計了許多處理器，它們可以根據(jù)使用內(nèi)核的不同劃分到各個系列中。系列劃分是基于ARM7、ARM9、ARM10、ARM11內(nèi)核的，還設(shè)計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器ARM微處理器及技術(shù)的應(yīng)用：無線通訊領(lǐng)域：目前已有超過85%的無線通訊設(shè)備采用了ARM技術(shù)，ARM以其高性能和低成本，在該領(lǐng)域的地位日益鞏固。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用ARM技術(shù)的ADSL芯片正逐步獲得競爭優(yōu)勢。此外，ARM在語音及視頻處理上進(jìn)行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持消費(fèi)類電子產(chǎn)品：ARM技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機(jī)頂盒和游戲機(jī)中得到廣泛采用成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機(jī)和打印機(jī)中絕大部分采用ARM技術(shù)。手機(jī)中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術(shù)。12十一、ARM微處理器系列1、ARM7系列微處理器為低功耗的32位RISC處理器，最適合用于對價位和功耗要求較高的消費(fèi)類應(yīng)用。ARM7微處理器系列具有如下特點

（1）具有嵌入式ICE-RT邏輯，調(diào)試開發(fā)方便

（2）極低的功耗，適合對功耗要求較高的應(yīng)用，如便捷式產(chǎn)品

（3）代碼密度高并兼容16位的Thumb指令集

（4）對操作系統(tǒng)的支持廣泛，包括WindowsCE、Linux、PalmOS等

（5）指令系統(tǒng)與ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用戶的產(chǎn)品升級換代

（6）主頻最高達(dá)130MIPS，告訴的運(yùn)算能力能勝任絕大多數(shù)的復(fù)雜應(yīng)用

（7）能夠提供0.9MIPS/MHZ的三級流水線結(jié)構(gòu)ARM系列微處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域為：工業(yè)控制，Interbnet設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移動電話等多種多媒體和嵌入式應(yīng)用ARM7系列微處理器包括：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ，其中ARM7TMDI是目前使用最廣泛的32位嵌入式RISC處理器，屬低端ARM處理器核。132、ARM9微處理器系列ARM9系列微處理器在高性能和低消耗特性方面提供最佳的性能，具有以下特點：

（1）5級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高

（2）支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集

（3）支持32位的高速AMBA總線接口

（4）全性能的MMU，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)

（5）MPU支持實時操作系統(tǒng)

（6）支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令分?jǐn)?shù)據(jù)處理能力ARM9系列微處理器主要應(yīng)用于無線設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機(jī)頂盒、高端打印機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等。ARM9系列微處理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三種類型，以適用于不同的應(yīng)用場合。143、ARM9E系列ARM9系列的下一個處理器是基于ARM9E-S內(nèi)核的，為綜合處理器，適用單一的處理器內(nèi)核提供了微控制器、DSP、Java應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案，極大的減少了芯片的面積和系統(tǒng)的復(fù)雜程度。ARM9E系列微處理器提供了增強(qiáng)的DSP處理能力，很適合于那些需要同時適用DSP和微控制器的應(yīng)用場合。主要特點：

（1）支持DSP指令集，適合于需要告訴數(shù)字信號處理的場合

（2）5級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高

（3）支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集

（4）支持32位的高速AMBA總線接口

（5）支持VFP9浮點處理協(xié)處理器

（6）全性能的MMU，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)

（7）MPU支持實時操作系統(tǒng)

（8）支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力

（9）主頻最高可達(dá)300MIPSARM9系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無線設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、存儲設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域ARM9E系列微處理器包括ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S三種類型，以適用于不同的應(yīng)用場合。154、ARM10E微處理器系列ARM10e紫烈微處理器既有高性能、低功耗的特點，由于采用了新的體系結(jié)構(gòu)，與同等的ARM9器件相比較，在同樣的時鐘頻率下，性能提高的近50%，同時ARM10E系列微處理器采用了兩種先進(jìn)的節(jié)能方式，使其功耗極低，主要特點如下：

（1）支持DSP指令集，適合于需要告訴數(shù)字信號處理的場合

（2）6級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高

（3）支持32位ARM指令集和16位thumb指令集

（4）支持32位的告訴AMBA總線接口

（5）支持VFP10浮點處理協(xié)處理器

（6）全性能的MMU，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)

（7）支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力

（8）主頻最高可達(dá)400MIPS

（9）內(nèi)嵌并行讀、寫操作部件ARM10E系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無線設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、通信和信息系統(tǒng)等領(lǐng)域ARM10E系列微處理器包括ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S三種類型，以適用于不同的應(yīng)用場合165、SecurCore微處理器系列SecurCore系列微處理器專為安全需要而設(shè)計，提供了完善的32位RISC技術(shù)的安全解決方案，因此，SecurCore系列微處理器除了具有ARM體系結(jié)構(gòu)的低功耗、高性能的特點外，還具有其獨(dú)特的優(yōu)勢，即提供了對安全解決方案的支持SecurCore系列微處理器除了具有ARM體系結(jié)構(gòu)各種主要特點外，還在系統(tǒng)安全方面具有如下的特點：

（1）帶有靈活的保護(hù)單元，以確保操作系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全

（2）采用軟內(nèi)核技術(shù)，防止外部對其進(jìn)行掃描探測

（3）可集成用戶自己的安全特性和其他協(xié)處理器SecurCore系列微處理器主要用于一些對安全性要求較高的應(yīng)用產(chǎn)品及應(yīng)用系統(tǒng)，如電子商務(wù)、電子政務(wù)、