cpu物理构造
80C51单片机的硬件结构之CPU与存储器
2.1 80C51系列单片机结构
2.1.1 内部结构框图
1．1个8位的CPU 2．1个片内振荡器和时钟电路 3．程序存储器 4 KB的掩膜ROM，用于存放程序、原始数 据或表格。 4．数据存储器 5．64KB总线扩展控制器 6．4个8位并行I/O口（P0、P1、P2、P3）
7．1个全双工串行接口
堆栈指针SP：存放栈顶的地址，内容可软件设置初值，单片机 复位时SP = 07H。CPU每往堆栈中存放一个数，SP都会先自动 加1，CPU每从堆栈中取走一个数，SP都会自动减1，SP始终指向 堆栈最顶部的数据的地址。
（5）数据指针DPTR
分成DPL（低8位）和DPH（高8位）两个寄存器，用来存放16 位地址值。
P0.4 84H
P0.3 83H
P0.2 82H
P0.1 81H
P0.0 80H
（1）累加器Acc
最常用的寄存器，所有的运算类指令都要使用它。累加器 在指令中的助记符为A，自身带有全零标志Z，若A＝0则Z＝1； 若A≠0则Z＝0。该标志常用作程序分支转移的判断条件。
（2）B寄存器
80C51中，在做乘、除法时必须使用B寄存器，不做乘、除法 时，可作为一般的寄存器使用。
① 掩膜ROM。 ② 可编程的只读存储器（PROM）。 ③ 可改写的只读存储器EPROM。 ④ 可电改写只读存储器（EEPROM）。
随机存取存储器（RAM）
① 静态SRAM。 ② 动态DRAM。
可现场改写的非易失性存储器
① 快擦写存储器（FLASH）。 ② 铁电存储器FRAM。
2．存储单元和存储单元地址
1．80C51片内数据存储空间（低128B）
（1）工作寄存器区（00H～1FH） 作用：有专用于工作寄存器操作的指令，读写速度比一般内 RAM要快，指令字节比一般直接寻址指令要短，还具有间 址功能，能给编程和应用带来方便。 工作寄存器区分为4个区：0区、1区、2区、3区。每区有8 个寄存器：R0～R7，寄存器名称相同。但是，当前工作的 寄存器区只能有一个，由PSW中的D4、D3位决定。
(完整word版)CPU体系架构
CPU体系架构在现在的工作项目中虽然没有使用到MMU功能，但MMU是较复杂的嵌入式操作系统运行的基础。
例如Linux 就不能够运行在没有MMU的ARM7处理器上，ucLinux就是为了适应没有MMU的处理器而对Linux进行的裁剪和修改。
了解MMU基础知识，对理解编译链接，OS多进程，嵌入式系统架构等有很好的帮助。
由于该部分内容涉及到MMU硬件、CPU架构、编译链接、OS等知识，学习难度较大。
关键字MMU、TLB、多任务OS、地址空间、虚拟内存、虚拟地址/物理地址学习顺序问题的引出、虚拟地址和物理地址、虚拟内存、OS进程和MMU，MMU运行引子早期的计算机PC，或者现在使用8位/16位MCU（单片机）的嵌入式设备，程序是直接运行在物理内存上的（SDRAM 或者NOR Flash）。
所谓直接运行在物理内存上，是指程序在运行时所访问的地址都是物理地址。
例如，程序计数器PC 中的值就是预取指令所在的物理内存的地址值。
这种程序直接运行在物理内存上的方式简单，但是并不适应于复杂的系统，尤其是拥有多任务的OS。
我们首先看看原来的方式有哪些不足和缺陷。
物理内存不足。
例如，某个程序运行需要64K的内存，而机器上只有32K的物理内存。
程序运行的地址不确定。
同一个程序，每次被装载到内存的地址可能不一样。
内存使用率低。
需要运行某个程序，就需要将整个程序装入内存才能够运行。
对于多任务OS，存在进程间地址空间不隔离的问题。
这样一个任务失败了，可能会导致整个系统宕机。
于是人们就引入了虚拟内存管理（Virtual MemoryManagement）技术。
有关虚拟内存管理（Virtual Memory Management）技术在下面会有详细的介绍。
需要说明的是，上面的几点缺陷除了第一点之外，其它都是针对有OS的系统而言的。
虚拟内存管理技术的出现和操作系统的发展有本质的联系。
本节可以参考《程序员的自我修养-链接、装载与库》第1章 1.5 内存不够怎么办。
CPU主要参数
CPU，全称“Central Processing Unit”，中文名为“中央处理器”，在大多数网友的印象中，CPU只是一个方形配件，正面是金属盖，背面是一些密密麻麻的针脚或触点，可以说毫无美感可言。
但在这个小块头的东西上，却是汇聚了无数的人类智慧在里面，我们今天能上网、工作、玩游戏等全都离不开这个小小的东西，它可谓是小块头有大智慧。
作为普通用户、网友，我们并不需要解读CPU里的所有“大智慧”，但CPU既然是电脑中最重要的配件、并且直接决定电脑的性能，了解它里面的部分知识还是有必要的。
下面笔者将给大家介绍CPU里最重要的基础知识，让大家对CPU有新的认识。
1、CPU的最重要基础：CPU架构CPU架构：采用Nehalem架构的Core i7/i5处理器CPU架构，目前没有一个权威和准确的定义，简单来说就是CPU核心的设计方案。
目前CPU大致可以分为X86、IA64、RISC等多种架构，而个人电脑上的CPU架构，其实都是基于X86架构设计的，称为X86下的微架构，常常被简称为CPU架构。
更新CPU架构能有效地提高CPU的执行效率，但也需要投入巨大的研发成本，因此CPU 厂商一般每2-3年才更新一次架构。
近几年比较著名的X86微架构有Intel的Netburst （Pentium 4/Pentium D系列）、Core（Core 2系列）、Nehalem（Core i7/i5/i3系列），以及AMD的K8（Athlon 64系列）、K10（Phenom系列）、K10.5（Athlon II/Phenom II系列）。
Intel以Tick-Tock钟摆模式更新CPU自2006年发布Core 2系列后，Intel便以“Tick-Tock”钟摆模式更新CPU，简单来说就是第一年改进CPU工艺，第二年更新CPU微架构，这样交替进行。
目前Intel正进行“Tick”阶段，即改进CPU的制造工艺，如最新的Westmere架构其实就是Nehalem架构的工艺改进版，下一代Sandy Bridge架构将是全新架构。
CPU的物理结构是什么
CPU的物理结构是什么大家都知道CPU是电脑的核心，是中央处理器，那么大家知道CPU的物理结构是怎么样的吗?店铺在这里为大家介绍CPU的物理结构。
CPU包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等。
逻辑部件(Logic components)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。
寄存器寄存器部件，包括通用寄存器、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，它们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组成部分，大多数指令都要访问到通用寄存器。
通用寄存器的宽度决定计算机内部的数据通路宽度，其端口数目往往可影响内部操作的并行性。
专用寄存器是为了执行一些特殊操作所需用的寄存器。
控制寄存器(CR0～CR3)用于控制和确定处理器的操作模式以及当前执行任务的特性。
CR0中含有控制处理器操作模式和状态的系统控制标志;CR1保留不用;CR2含有导致页错误的线性地址;CR3中含有页目录表物理内存基地址.控制部件(Control unit)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。
中央处理器在对指令译码以后，即发出一定时序的控制信号，按给定序列的顺序以微周期为节拍执行由这些微码确定的若干个微操作，即可完成某条指令的执行。
简单指令是由(3～5)个微操作组成，复杂指令则要由几十个微操作甚至几百个微操作组成。
CPU的物理结构是什么将本文的Word文档下载到电脑，方便收藏和打印推荐度：点击下载文档文档为doc格式。
软件设计师考点 CPU结构-整理版本
在CPU中常用的寄存器有以下6种：程序计数器PC、指令寄存器IR、地址寄存器AR、数据寄存器DR、累加寄存器AC和状态标志寄存器PSW。
各寄存器的功能如下：・程序计数器PC保证程序能够连续地执行下去，用来确定下一条指令的地址+1。
・指令寄存器IR保存当前正在执行的一条指令。
・地址寄存器AR保存当前CPU所访问的内存单元的地址。
・数据寄存器DR暂时存放由内存储器读出的一条指令或一个数据字。
・累加寄存器AC 当运算器的算术逻辑单元(ALU)执行算术或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。
・状态标志寄存器PSW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，如运算结果进位标志C，运算结果溢出标志V，运算结果为0标志Z等。
直接寻址是指操作数存放在内存单元中，指令中直接给出操作数所在存储单元的地址。
而跳转指令中的操作数即为要转向执行的指令地址，因此，应将指令中的地址码送入程序计数器(PC)，以获得下一条指令的地址，从而实现程序执行过程的自动控制功能。
CPU 寄存器●从基本的CPU工作原理来看，若CPU执行MOV R1,R0指令（即将寄存器R0的内容传送到寄存器R1中），则CPU首先要完成的操作是__(50)__（其中PC为程序计数器；M为主存储器 DR为数据寄存器；IR为指令寄存器：AR为地址寄存器）。
(50)A．(R0)→R1 B．PC→AR C．M→DR D．DR→IR2000705● __(1)__不属于计算机控制器中的部件。
（1） A．指令寄存器 IR B．程序计数器 PCC．算术逻辑单元 ALU D．程序状态字寄存器 PSW200805●在计算机体系结构中， CPU 内部包括程序计数器 PC、存储器数据寄存器 MDR、指令寄存器IR 和存储器地址寄存器 MAR 等。
若 CPU 要执行的指令为： MOV R0，＃ 100（即将数值 100传送到寄存器 R0 中），则 CPU 首先要完成的操作是__(1)__。
CPU知识全面讲解
CPU知识全面讲解CPU，全称“Central Processing Unit”,中文名为“中央处理器”，在大多数网友的印象中，CPU只是一个方形配件，正面是金属盖，背面是一些密密麻麻的针脚或触点,可以说毫无美感可言。
但在这个小块头的东西上,却是汇聚了无数的人类智慧在里面，我们今天能上网、工作、玩游戏等全都离不开这个小小的东西，它可谓是小块头有大智慧。
作为普通用户、网友，我们并不需要解读CPU里的所有“大智慧"，但CPU 既然是电脑中最重要的配件、并且直接决定电脑的性能，了解它里面的部分知识还是有必要的。
下面笔者将给大家介绍CPU里最重要的基础知识，让大家对CPU 有新的认识。
1、CPU的最重要基础：CPU架构CPU架构：采用Nehalem架构的Core i7/i5处理器CPU架构，目前没有一个权威和准确的定义，简单来说就是CPU核心的设计方案。
目前CPU大致可以分为X86、IA64、RISC等多种架构，而个人电脑上的CPU架构，其实都是基于X86架构设计的，称为X86下的微架构,常常被简称为CPU架构。
更新CPU架构能有效地提高CPU的执行效率，但也需要投入巨大的研发成本,因此CPU厂商一般每2-3年才更新一次架构。
近几年比较著名的X86微架构有Intel的Netburst（Pentium 4/Pentium D系列）、Core（Core 2系列）、Nehalem(Core i7/i5/i3系列)，以及AMD的K8（Athlon 64系列）、K10（Phenom 系列)、K10。
5（Athlon II/Phenom II系列）.Intel以Tick-Tock钟摆模式更新CPU自2006年发布Core 2系列后，Intel便以“Tick—Tock”钟摆模式更新CPU,简单来说就是第一年改进CPU工艺，第二年更新CPU微架构，这样交替进行。
目前Intel正进行“Tick”阶段，即改进CPU的制造工艺，如最新的Westmere架构其实就是Nehalem架构的工艺改进版，下一代Sandy Bridge架构将是全新架构。
CPU的功能结构由什么组成
CPU的功能结构由什么组成CPU对大多数人来讲都不陌生，里面的结构，大多数人还是很陌生，现在让我们一起去看看CPU的结构。
CPU的功能结构由什么组成：从功能上看，一般CPU的内部结构可分为：控制单元、逻辑运算单元、存储单元(包括内部总线和缓冲器)三大部分。
其中控制单元完成数据处理整个过程中的调配工作，逻辑单元则完成各个指令以便得到程序最终想要的结果，存储单元就负责存储原始数据以及运算结果。
浑然一体的配合使得CPU拥有了强大的功能，可以完成包括浮点、多媒体等指令在内的众多复杂运算，也为数字时代加入了更多的活力。
CPU的逻辑单元更细一点，从实现的功能方面看，CPU大致可分为如下八个逻辑单元：指令高速缓存，俗称指令寄存器 : 它是芯片上的指令仓库，有了它CPU就不必停下来查找计算机内存中的指令，从而大幅提高了CPU的运算速度。
译码单元，俗称指令译码器 : 它负责将复杂的机器语言指令解译成运算逻辑单元(ALU)和寄存器能够理解的简单格式，就像一位外交官。
控制单元: 既然指令可以存入CPU，而且有相应指令来完成运算前的准备工作，背后自然有一个扮演推动作用的角色——它便是负责整个处理过程的操作控制器。
根据来自译码单元的指令，它会生成控制信号，告诉运算逻辑单元(ALU)和寄存器如何运算、对什么进行运算以及对结果进行怎样的处理。
寄存器: 它对于CPU来说非常的重要，除了存放程序的部分指令，它还负责存储指针跳转信息以及循环操作命令，是运算逻辑单元(ALU)为完成控制单元请求的任务所使用的数据的小型存储区域，其数据来源可以是高速缓存、内存、控制单元中的任何一个。
逻辑运算单元(ALU) : 它是CPU芯片的智能部件，能够执行加、减、乘、除等各种命令。
此外，它还知道如何读取逻辑命令，如或、与、非。
来自控制单元的讯息将告诉运算逻辑单元应该做些什么，然后运算单元会从寄存器中间断或连续提取数据，完成最终的任务。
预取单元: CPU效能发挥对其依赖非常明显，预取命中率的高低直接关系到CPU核心利用率的高低，进而带来指令执行速度上的不同。
cpu材料
cpu材料CPU（Central Processing Unit）即中央处理器，是计算机系统的核心部件，承担着指令解析、数据处理等功能。
CPU的材料是构成其核心部件的基础，下面将介绍CPU常用的材料及其特点。
1. 硅（Silicon）：硅是目前最常用的CPU材料。
硅的主要优势在于其晶体结构稳定，能够提供稳定的电子通道。
此外，硅还具有良好的热导性能和高耐温性。
同时，硅材料相对较便宜，有利于大规模生产。
2. 金属（Metal）：金属材料通常用于CPU引脚及其他外部接口部分。
金属具有良好的导电性和机械强度，能够满足高速数据传输和稳定连接的需求。
常用的金属材料包括铜（Copper）、银（Silver）等。
3. 半导体材料：半导体材料是构成CPU内部传输与控制信号的关键部件。
半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的导电性能，可以灵活调节电子流的特性，实现数据处理和存储功能。
常用的半导体材料包括硅、锗（Germanium）等。
4. 铝（Aluminum）：铝在CPU散热器中起到散热的作用。
由于铝具有良好的导热性和较低的密度，能够有效地将产生的热量快速散发。
此外，铝还具有良好的耐腐蚀性，能够保护CPU的结构。
因此，铝材料广泛应用于CPU的散热器和散热片。
5. 铅（Lead）：虽然现在大部分CPU不再使用铅作为材料，但过去一些早期的CPU仍然含有铅。
铅是一种重金属，有毒性，对环境和人体健康造成潜在的危害。
因此，在环保意识的推动下，现代CPU材料多采用无铅材料。
综上所述，CPU常用的材料包括硅、金属、半导体材料、铝等。
这些材料在保证CPU基本功能和性能的同时，还能满足散热、电子通道等需求。
随着科技的不断发展，CPU材料的研究与创新也在不断进行，以提高CPU的工作效率和性能，为计算机技术的发展做出更大贡献。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、物理构造
1、CPU内核：
CPU的中间就是我们平时称作核心芯片或CPU内核的地方，这颗由单晶硅做成的芯片可以说是电脑的大脑了，所有的计算、接受/存储命令、处理数据都是在这指甲盖大小的地方进行的。
目前绝大多数CPU都采用了一种翻转内核的封装形式，也就是说平时我们所看到的CPU内核其实是这颗硅芯片的底部，它是翻转后封装在陶瓷电路基板上的，这样的好处是能够使CPU内核直接与散热装置接触。
这种技术也被使用在当今绝大多数的CPU上。
而CPU核心的另一面，也就是被盖在陶瓷电路基板下面的那面要和外界的电路相连接。
现在的CPU都有以千万计算的晶体管，它们都要连到外面的电路上，而连接的方法则是将每若干个晶体管焊上一根导线连到外电路上。
例如Duron核心上面需要焊上3000条导线，而奔腾4的数量为5000条，用于服务器的64位处理器Itanium则达到了7500条。
这么小的芯片上要安放这么多的焊点，这些焊点必须非常的小，设计起来也要非常的小心。
由于所有的计算都要在很小的芯片上进行，所以CPU内核会散发出大量的热，核心内部温度可以达到上百度，而表面温度也会有数十度，一旦温度过高，就会造成CPU运行不正常甚至烧毁，因此很多电脑书籍或者杂志都会常常强调对CPU散热的重要性。
至于CPU内核的内部结构，就更为复杂了，CPU的基本运算操作有三种：读取数据、对数据进行处理、然后把数据写回到存储器上。
对于由最简单的信息构成的数据，CPU只需要四个部分来实现它对数据的操作：指令、指令指示器、寄存器、算术逻辑单元，此外，CPU还包括一些协助基本单元完成工作的附加单元等。
2、CPU的基板：
CPU基板就是承载CPU内核用的电路板，它负责内核芯片和外界的一切通讯，并决定这一颗芯片的时钟频率，在它上面，有我们经常在电脑主板上见到的电容、电阻，还有决定了CPU时钟频率的电路桥（俗称金手指），在基板的背面或者下沿，还有用于和主板连接的针脚或者卡式接口。
比较早期的CPU基板都是采用陶瓷制成的，目前AMD的Duron仍然采用这种材料，而最新的CPU，例如P3、Celeron2，Palomino内核的AthlonXP，都转用了有机物制造，它能提供更好的电气和散热性能。
最后，在CPU内核和CPU基板之间，还有一种填充物，这种填充物的作用是用来缓解来自散热器的压力以及固定芯片和电路基板，由于它连接着温度有较大差异的两个方面，所以必须保证十分的稳定，它的质量的优劣有时就直接影响着整个CPU的质量。
二、CPU封装方式和插座
1、CPU封装方式
设计制作好的CPU硅片将通过几次严格的测试，若合格就会送至封装厂切割、划
分成用于单个CPU的硅模并置入到封装中。
"封装"不但是给CPU穿上外衣，更是它的保护神，否则CPU的核心就不能与空气隔离和避免尘埃的侵害。
此外，良好的封装设计还能有助于CPU芯片散热，并很好的让CPU与主板连接，因此封装技术本身就是高科技产品的组成部分。
CPU的封装也是一种不断发展与更新的技术。
目前最常见的是PGA(Pin－Grid Array，针栅阵列)封装，通常这种封装是正方形的，或者是长方形的，在CPU
的边缘周围均匀的分布着三、四排甚至更多排的引脚，引脚能插入主板CPU插座上对应的插孔，从而实现与主板的连接。
随着CPU总线带度的增加(参阅后面的内容)、功能的增强，CPU的引脚数目也在不断地增多，同时对散热和各种电气特性的要求也更高，这就演化出了SPGA(Staggered Pin－Grid Array，交错针栅阵列)，PPGA(Plastic Pin－Grid Array，塑料针栅阵列)等封装方式。
奔腾ⅢCoppermine(铜矿) CPU，以及AMD公司的部分产品采用了一种独特的FC －PGA(Flip Chip Pin－Grid Array，反转芯片针栅阵列)封装技术，把以往倒挂在封装基片下的核心翻转180度，稳坐于封装基片之上，这样可以缩短连线，并有利散热。
2、PU和主板连接方式
CPU和主板连接的接口，主要有两类有,一类是卡式接口，称为SLOT，卡式接口的CPU像我们经常用的各种扩展卡，例如显卡、声卡、网卡等，是竖立插到主板上的，当然主板上必须有对应SLOT插槽。
另一类是针脚式接口，称为Socket，Socket接口的CPU有数百个针脚（因为针脚数目不同而称为Socket 478、Socket 462、Socket 423等），一一对应插在主板CPU插座的针孔上。
CPU的接口和主板插座必须完全吻合，例如SLOT 1接口的CPU只能连在具备SLOT 1插槽的主板上，Socket 478接口的CPU只能连在具备Socket 478插座的主板上，也曾经出现过配备了两种插座的主板，例如精英双子星主板，就同时具备了SLOT 1插槽和Socket 370插座，但目前这类主板已经很少了.。