处理器管理优秀课件
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3处理器管理和调度
评价调度算法的性能指标
面向系统的： 1、资源利用率 2、吞吐率 3、公平性 面向用户的 ： 4、响应时间 5、周转时间
1、资源利用率
CPU利用率=CPU有效工作时间/CPU总的 运行时间 CPU总的运行时间=CPU有效工作时间 +CPU空闲等待时间
2、吞吐率
单位时间内处理的作业数 处理的长作业多，吞吐率低 处理的短作业多，吞吐率高
处理器调度的层次
按照层次分为三级： （1）高级调度 （作业调度、长程调度） （2）中级调度 （平衡负载调度、中程调度） （3）低级调度 （进程/线程调度、短程调度）
高级调度
高级调度（作业调度、长程调度、宏观 调度）—— 按一定原则对外存输入井上 的大量后备作业进行选择调入内存，并 为它们创建进程、分配必要的资源，再 将新创建的进程排在就绪队列上，准备 执行。
进程：已提交完毕并选中运行的作业 （程序）的执行实体，也是为完成作业 任务向系统申请和分配资源的基本单位。 作业得到调度后必须为其生成相应的用 户进程才能真正执行完成计算任务 一个作业往往由多个父子关系的进程并 发完成
作业和进程的关系
因此：
作业是任务实体，进程是完成任务的执 行实体;没有作业任务，进程无事可干， 没有进程，作业任务没法完成。 作业概念更多地用在批处理操作系统， 而进程则可以用在各种多道程序设计系 统。
调度机制的功能模块
（1）队列管理程序 根据要求在各等待队列和就绪队列中移动 PCB/TCB指针 （2）上下文切换程序 保存当前运行进程的上下文信息到PCB，恢复 选中进程，使其运行 （3）分派程序 当前进程上下文－分派进程上下文－选中的进 程上下文
CPU篇PPT课件
CPU
Core i7
Core i7
CPU分类：CPU只有两家公司生产 吗？
根据指令集分类：
X86: Intel、AMD、 Transmeta全美达和
VIA公司的大部分CPU。
主要用于个人（微型）计算机（PC）和 小型计算机、小型服务器。Leabharlann ARM和MIPS指令集CPU
主要用于嵌入式计算领域、中大型计算机 和超级计算机领域，比如手机、汽车、 计算器以及各种电子设备；
现在，Core架构最新的成员Core酷睿 i7 即将发布。其中，将会整合对手AMD K8处理器的优点，将内存控制器置入处 理器中，使得Intel一直落后的内存性能 方面得到大幅提高。
AMD K8曾经的辉煌
2003年，AMD首先发起桌面用户进入64 位处理器时代，发布了全新一代K8架构 处理器，包括Athlon 速龙64和Opteron 皓龙处理器。
45nm K10 Phenom FX!
据悉，AMD即将发布更新制程和重新设 计的K10处理器，在性能和超频能力上 已经得到了大幅提高，AMD有可能再次 辉煌。
处理器性能指标
架构 主频率 前端总线频率（FSB） 高速缓存容量 制作工艺 处理器核心数目 功耗控制
性能指标最重要：架构
硬件基础知识-CPU篇
IT爱好者协会
CPU-计算机的大脑
什么是CPU CPU目前布局状况 CPU性能评估 CPU的接口 CPU性能测试工具 CPU的超频
CPU-中央处理器
中央处理器（Central Processing Unit，CPU），是电子计 算机的主要设备之一。其功能主要是解释计算机指令以 及处理计算机软件中的数据。
K8曾经的辉煌
Opteron皓龙 Geode
第4章 中央处理器
2.控制器 控制器是整个计算机的控制、指挥部件，它控制 计算机各部分自动、协调地工作。控制器主要由程 序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID和控制 逻辑PLA等部件组成。 控制器是根据人们预先编写好的程序，依次从存 储器中取出各条指令，存入指令寄存器中，通过指 令译码器进行译码（分析）确定应该进行什么操作， 然后通过控制逻辑在规定的时间，向确定的部件发 出相应的控制信号，使运算器和存储器等各部件自 动而协调地完成该指令所规定的操作。当这一条指 令完成以后，再顺序地从存储器中取出下一条指令， 并照此同样地分析与执行该指令。如此重复，直到 完成所有的指令为止。
Βιβλιοθήκη 控制器应主要由下列部件组成： ⑴ 程序计数器PC 程序计数器PC中存放着下一条指令在内存中的地 址。控制器利用它来指示程序中指令的执行顺序。当 计算机运行时，控制器根据PC中的指令地址，从存 储器中取出将要执行的指令送到指令寄存器IR中进行 分析和执行。 ⑵ 指令寄存器IR 指令寄存器IR用于暂存从存储器取出的当前指令码， 以保证在指令执行期间能够向指令译码器ID提供稳定 可靠的指令码。 ⑶ 指令译码器ID 指令译码器ID用来对指令寄存器IR中的指令进行译 码分析，以确定该指令应执行什么操作。
4.6.4 一些其他指标
1.工作电压 2.总线宽度 3.制作工艺
4.引脚个数
5.封装技术
⑴通用寄存器
通用寄存器又称数据寄存器，既可作为16
位数据寄存器使用，也可作为两个8位数据 寄存器使用。当用作16位时，称为AX、BX、 CX、DX。当用作8位时，AH、BH、CH、 DH存放高字节，AL、BL、CL、DL存放低 字节，并且可独立寻址，这样，4个16位寄 存器就可当作8个8位寄存器来使用。
操作系统处理器管理
信号机制
一种模拟硬件中断的简单通信机制（软件 中断）
– 内核向进程（进程发生异常，向其通知） – 进程向进程（进程间通信，发送某个事件）
signal, kill POSIX定义的信号类型（终端，Ctrl+C，2）
– Ctrl + Z，SIGSTOP
信号的检测与处理流程
发送信号 断点
执行信号处 理程序
应用程序 继续执行
从内核 返回用 户空间
进程
进程是现代操作系统中最基本、最重要的概念 两个角度看进程概念：
– 从理论角度看，进程是对正在运行的程序活动规律的 抽象
– 从实现角度看，进程是一种数据结构
为什么引入进程？
– 刻画系统的动态性、发挥系统的并发性，提高资源利 用率（并发程序设计的工具）
– 解决共享性，正确描述程序的执行状态（标识程序的 多次运行）
– 按使用者分：
特权指令，仅供操作系统内核调用 非特权指令
处理器状态
特权指令的执行限制，使处理器必须能区分当前 运行的程序是操作系统还是普通应用程序 处理器状态：
– 管理状态（特权状态、系统状态、特态、管态），能 执行所有机器指令
– 用户状态（目标状态、用户模式、常态、目态），只 能执行非特权指令
– 程序段、数据段、共享存储区、用户栈
寄存器上下文
– 程序状态字寄存器、栈指针寄存器、控制寄存器、 通用寄存器
系统级上下文
– 进程控制块、主存管理信息（如页表）、核心栈
进程的描述
进程控制块的结构
– 每个进程都有且只有一个进程控制块
进程标识信息（外部标识+内部标识）
进程现场信息 （通用寄存器、PSW寄存器、各种指针）
PCB
cpu课件 ppt
CPU课件
目录
• CPU基础知识 • CPU发展历程 • CPU性能指标 • CPU的种类与选择 • CPU的安装与维护 • CPU在计算机系统中的地位和作用
01
CATALOGUE
CPU基础知识
CPU的定义与功能
总结词
CPU是计算机的核心部件，负责执行程序中的指令，处理数据和控制计算机各 部分协调工作。
ARM指令集
适用于移动设备和嵌入式系统，具有 低功耗和高效能的特点。
如何选择合适的CPU
01
02
03
04
根据用途选择
根据使用需求选择不同类型的 CPU，如办公、娱乐、游戏
、设计等。
考虑性能与价格
在预算范围内选择性能最佳的 CPU，避免过度投资或性能
不足。
考虑升级与扩展性
选择具有良好升级潜力和扩展 性的CPU，以满足未来需求
详细描述
CPU，全称为中央处理器，是计算机中最重要的核心部件，负责执行程序中的 指令，处理数据和控制计算机各部分协调工作。它是计算机的"大脑"，负责解 析和执行指令，处理数据，控制输入输出设备等操作。
CPU的组成结构
总结词
CPU由运算器、控制器、寄存器等组成，各部分协同工作完成指令的执行。
详细描述
制程工艺
要点一
总结词
制程工艺是指制造CPU的半导体技术工艺，它决定了CPU 的集成度和功耗。
要点二
详细描述
制程工艺是制造CPU的关键技术之一，它决定了CPU的集 成度和功耗。制程工艺越先进，意味着半导体技术越成熟 ，能够将更多的晶体管集成到更小的面积上，从而提高 CPU的性能。同时，制程工艺越先进，CPU的功耗也会相 应降低，提高能源利用效率。
目录
• CPU基础知识 • CPU发展历程 • CPU性能指标 • CPU的种类与选择 • CPU的安装与维护 • CPU在计算机系统中的地位和作用
01
CATALOGUE
CPU基础知识
CPU的定义与功能
总结词
CPU是计算机的核心部件，负责执行程序中的指令，处理数据和控制计算机各 部分协调工作。
ARM指令集
适用于移动设备和嵌入式系统，具有 低功耗和高效能的特点。
如何选择合适的CPU
01
02
03
04
根据用途选择
根据使用需求选择不同类型的 CPU，如办公、娱乐、游戏
、设计等。
考虑性能与价格
在预算范围内选择性能最佳的 CPU，避免过度投资或性能
不足。
考虑升级与扩展性
选择具有良好升级潜力和扩展 性的CPU，以满足未来需求
详细描述
CPU，全称为中央处理器，是计算机中最重要的核心部件，负责执行程序中的 指令，处理数据和控制计算机各部分协调工作。它是计算机的"大脑"，负责解 析和执行指令，处理数据，控制输入输出设备等操作。
CPU的组成结构
总结词
CPU由运算器、控制器、寄存器等组成，各部分协同工作完成指令的执行。
详细描述
制程工艺
要点一
总结词
制程工艺是指制造CPU的半导体技术工艺，它决定了CPU 的集成度和功耗。
要点二
详细描述
制程工艺是制造CPU的关键技术之一，它决定了CPU的集 成度和功耗。制程工艺越先进，意味着半导体技术越成熟 ，能够将更多的晶体管集成到更小的面积上，从而提高 CPU的性能。同时，制程工艺越先进，CPU的功耗也会相 应降低，提高能源利用效率。
《典型CPU简介》课件
CPU的发展历程
CPU的起源 CPU的发展阶段 CPU的未来趋势 CPU的应用领域
CPU的基本结构
控制器
控制器是CPU的重要组成部分
控制器的功能是控制计算机的各个部件协调工作
控制器的组成包括指令计数器、指令译码器、指令寄存器等
控制器的工作原理是通过读取存储器中的指令，解码后产生相应的控制信号，控制计算机的各个 部件执行相应的操作
与CPU性能的关系：外频越高， CPU的处理速度越快
倍频
定义：CPU的倍频是CPU的时钟频 率与系统总线频率之比
影响因素：倍频受到CPU制造工艺、 架构、缓存等因素的影响
添加标题
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作用：倍频可以用来衡量CPU的速 度和性能
提升方法：通过提高倍频可以提升 CPU的性能，但需要配合其他硬件 进行优化
CPU的正确使用方法
安装散热器：确保CPU散热良好，避免过热导致性能下降或损坏 选择合适的电源：为CPU提供稳定的电源，避免电压波动对CPU造成损害 更新驱动程序：及时更新主板、显卡等设备的驱动程序，确保与CPU兼容 避免超频：不要过度超频CPU，以免对硬件造成损害 定期清理灰尘：定期清理电脑内部的灰尘，确保散热效果良好
特点：AMD的CPU通常采用x86架构，具有高性能、高性价比的特点。其产品线中包括多核处理 器、集成显卡处理器等，以满足不同用户的需求。
应用领域：AMD的CPU广泛应用于个人电脑、服务器、工作站等领域，同时也在移动设备、嵌入式 系统等领域有所应用。
优势：AMD的CPU在性能和价格方面具有优势，其产品线中有多款高性能、低成本的处理器可供 选择。此外，AMD还提供了一系列配套的硬件和软件解决方案，以帮助用户更好地利用其处理器。
第6章中央处理器
北京理工大学计算机学院
6.1 中央处理器的功能和组成
计算机组成原理
(1)程序计数器
程序计数器用来存放正在执行的指令 地址或接着要执行的下条指令地址。
对于顺序执行的情况，PC的内容应不 断地增量（加“1”），以控制指令的顺序 执行。
在遇到需要改变程序执行顺序的情况
时，将转移的目标地址送往PC，即可实现 程序的转移。在有些情况下除需要改变PC 的内容外，还需要保留PC过去的内容，以 便返回时使用。
工作电压指的是CPU正常工作所需的电 压。
8.地址总线宽度
地址总线宽度决定了CPU可以访问的最 大的物理地址空间，简单地说就是CPU到底 能够使用多大容量的主存。例如，Pentium 有 32 位 地 址 线 ， 可 寻 址 的 最 大 容 量 为 232 ＝ 4096MB （ 4GB ） ， Itantium 有 44 位 地 址 线 ， 可寻址的最大容量为244＝16TB。
对指令流的控制： 指令流出的控制 指令分析与执行的控制 指令流向的控制
北京理工大学计算机学院
6.1 中央处理器的功能和组成
计算机组成原理
对数据流的控制主要应包括对数据的 流入与流出的控制；对数据变换、加工等 操作的控制。
对于冯·诺依曼结构的计算机而言， 数据流是根据指令流的操作而形成的，也 就是说数据流是由指令流来驱动的。
计算机组成原理
早 期 ， CPU 的 内 频 就 等 于 外 频 。 例 如 ： 80486DX-33 的 内 频 是 33MHz ， 它 的 外 频 也 是 33MHz。也就是说，80486DX-33以33MHz的速度 在内部进行运算，也同样以33MHz的速度与外界 沟通。目前，CPU的内频越来越高，相比之下主 存的速度还很缓慢，如果外频设计得跟内频同步， 则主存都将无法跟上CPU的速度。所以现在外频 跟内频不再只是一比一的同步关系，从而出现了 所谓的内部倍频技术，导致了“倍频”的出现。内频、 外频和倍频三者之间的关系是：
cpu(计算机课件)
CPU将需要与量子计算硬件进行更好 的集成和协同工作，以实现量子计算 的优势。
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CPU故障排除
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
总结词
CPU故障可能会导致计 算机无法启动或运行不 正常。
详细描述
在排除CPU故障时，首 先应检查CPU是否正确 安装，确保其与主板兼 容。如果CPU安装正确 ，可以尝试更换其他已 知良好的部件来排除其 他故障源。如果问题仍 然存在，可能需要更换
CPU或主板。
计算机课件：CPU
目 录
• CPU的概述 • CPU的历史与发展 • CPU的性能指标 • CPU的种类与选择 • CPU的常见问题与维护 • CPU的未来展望
01 CPU的概述
CPU的定义
总结词
CPU是计算机的核心部件，负责执行 计算机程序中的指令。
详细描述
CPU，全称为中央处理器，是计算机硬 件系统的核心，负责执行计算机程序中 的指令，处理数据、执行计算和控制计 算机各部分协调工作。
03 CPU的性能指标
主频
主频
影响
主频是CPU的时钟频率，表示CPU每秒钟 执行的时钟周期数。主频越高，CPU处理 速度越快。
主频对计算机的运行速度有直接影响，是 衡量CPU性能的重要指标之一。
提升方法
注意事项
通过提高CPU的制造工艺和优化电路设计 ，可以提升主频。
主频并不是唯一的性能指标，还需要考虑 其他因素，如核心数、缓存大小等。
指令集
指令集
指令集是CPU执行的指 令集合，分为复杂指令 集和精简指令集两类。
功能
指令集决定了CPU能够 执行的操作和指令类型。
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寄存器(3)
EAX
AX
EBX
BX
ECX
CX
EDX
DX
ESP
SP
EBP
BP
ESI
SI
EDI
DI
寄存器(4)
CS DS SS ES FS GS
IP
EFAG
CR0 CR1 CR2 CR3
多处理器和多核处理器(1)
• 多处理器指在一个体系结构上放置多个 (单核)CPU芯片，而多核则指在同一块 CPU芯片上放置多个核（core），即执 行单元。
这组寄存器所存储的信息与程 序的执行有很大关系，构成了 处理器现场。
寄存器(2)
通用寄存器-- EAX，EBX，ECX和EDX 指针及变址寄存器--ESP，EBP，ESI及EDI 段选择符寄存器--CS、DS、SS、ES 、FS、GS 指令指针寄存器和标志寄存器--EIP、EFLAGS 控制寄存器--CR0，CR1，CR2和CR3 外部设备使用的寄存器
多处理器和多核处理器(15)
操作系统与多核处理器
•处理器通信支持 •进程/线程数据共享支持 •存储器层次及管理 •程序并行执行模型支持 •同步支持 •调度及优化 •能耗管理
3 特权指令与非特权指令(1)
• 机器指令的集合称指令系统 (1)数据处理类指令； (2)转移类指令； (3)数据传送类指令； (4)移位与字符串指令； (5)I/O类指令。
特权指令与非特权指令(2)
从资源管理和控制程序执行的角度 出发，把指令系统中的指令分作两 部分：特权指令和非特权指令。
特权指令是指只能提供给操作系统 的核心程序使用的指令，如启动I/O 设备、设置时钟、控制中断屏蔽位、 清主存、建立存储键，加载PSW等。
4 处理器状态
• 处理器怎么知道当前是操作系统还是一般用户程 序在运行呢?
2.1.2 程序状态字寄存器(1)
• 计算机如何知道当前处于何种工作状态？这 时能否执行特权指令？通常操作系统都引入 程序状态字PSW（Program Status Word）来 区别不同的处理器工作状态
• PSW用来控制指令执行顺序并保留和指示与 程序有关的系统状态，主要作用是实现程序 状态的保护和恢复
• 每个程序都有一个与其执行相关的PSW，每 个处理器都设置一个PSW寄存器。程序占有 处理器执行，它的PSW将占有PSW寄存器
程序状态字寄存器(2)
PSW寄存器包括以下内容：
• 程序基本状态：
(1) 程序计数器； (2) 条件码； (3）处理器状态位。
• 中断码。保存程序执行时当前发 生的中断事件。
多处理器和多核处理器(4)
多核/众核处理器 (Multi/Many Core Processor) • 超过八核的处理器 就被称为"众核"处 理器。
多处理器和多核处理器(6)
x86体系结构下，处理器4 个演变阶段。 (1) 多处理器结构、 (2) 超线程结构、 (3)多核结构、 (4)多核超线程结构。
处理器管理
2.1中央处理器 2.1.1处理器 2.1.2程序状态字寄存器
2.1.1 处理器
1单处理器和多处理器系统 共享存储(紧密耦合)多处理 机系统和分布存储(松散耦合) 多处理机系统。
寄存器(1)
计算机系统的处理器包括一组 寄存器，其个数根据机型的不 同而不同，它们构成了一级存 储，比主存容量小 ，但访问 速度快。
多处理器和多核处理器(7) (1)多处理器结构
线程执行环境
线程执行部件
L1指令缓 冲
L1数据缓 冲
L2高速缓冲
线程执行环境
线程执行部件
L1指令缓 冲
L1数据缓 冲
L2高速缓冲
FSB
北桥
内存 PCI总线
多处理器和多核处理器(8) FSB和北桥芯片
FSB(Front Side Bus)指CPU与北桥芯片 之间的数据传输速率，又称前端总线。
多处理器和多核处理器(9)
北桥芯片
多处理器和多核处理器(10) (2)超线程结构
线程执行环境 线程执行环境
线程执行部件 L1指令缓冲 L1数据缓冲
L2高速缓冲 FSB
多处理器和多核处理器(11)
超线程是在一个CPU上同时执行多个程序， 让应用程序使用芯片不同部分。要在处理器 上多加入一个逻辑处理单元指针，在单个处 理器芯片内部集成多个线程执行环境(包括一 套完整的寄存器组，用于保存线程运行时所 需的全部状态信息)。线程执行环境共享一套 执行部件和所有高速缓存。从宏观上看，单 个CPU芯片上存在多个并行的逻辑处理器。
处理器模式转换
导致处理器从用户态向核心态转换，一是程序 请求操作系统服务，执行系统调用；二是程序 运行时，产生中断或异常事件，运行程序被中 断，转向中断处理或异常处理程序工作。
两类情况都通过中断机制发生，中断和异常是 用户态到内核态转换仅有的途径。
从内核模式转向用户模式，计算机提供一条特 权指令称作加载程序状态字(IBM370为load PSW指令，Intel x86为iret指令)，用来实现从 核心态返回到用户态，控制权交给应用进程。
• 多CPU和多核的区别是后者更加紧凑， 成本更低、功耗更小。
• 多CPU结构和多核结构可统称为多核结 构。
多处理器和多核处理器(2)
双核处理器(Dual Core Processor)
• Intel双核处理 器:Pentium EE
• 支持超线程技术， Pentium EE在打开 超线程技术之后会 被操作系统识别为 四个逻辑处理器。
北桥芯片（North Bridge）是主板芯片 组中的组成部分。负责与CPU的联系并控 制内存、AGP （Accelerated Graphics Port)数据在北桥内部传输，提供对CPU的 类型和主频、系统的前端总线频率、内存 的类型和最大容量、AGP插槽、ECC纠错 等支持，整合型芯片组的北桥芯片还集成 了显示核心。
• 处理器状态标志: 管理状态（特权状态、系统模 式、特态或管态）和用户状态（目标状态、用户 模式、常态或目态)。处理器状态的转换。
• 处理器处于管理状态时，程序可以执行全部指令， 使用所有资源，具有改变处理器状态的能力；处 理器处于用户状态时，程序只能执行非特权指令
• Intel x86的处理器状态有四种，支持4个保护级 别，0级权限最高，3级权限最低
• 中断屏蔽位。指明程序执行中发 生中断事件时，是否响应出现的 中断事件。