专转本计算机第2章2.2 CPU的逻辑结构与原理
同方专转本计算机内部资料
第1章信息技术概述1. 4类信息器官：感觉器官，神经器官，思维器官，效应器官2. 4类基本信息技术：感测与识别技术，通信与存储技术，计算与处理技术，控制与显示技术3. 数据是对“事实”、“概念”或“指令”的一种特殊表达形式，可以进行通信、翻译转换或加工处理4. 信息与物质、能源类似，是一种资源5. 从信息表达的角度看，“数据”是信息的载体(也是程序处理的对象)，“信息”是数据的内涵6. IC集成电路的常见封装形式有：单列直插式(SIP)、双列直插式(DIP)和阵列式(PGA)7. VLSI芯片生产的主要工艺流程有：晶圆处理、晶圆针测、封装、测试8. IT的特征是以“数字技术”为基础，以“计算机技术”为核心，采用电子技术和激光技术9. IC是1956年出现的，其制造材料是硅(Si)，砷化镓(GaAs)等10. IC按包含的电子元器件(晶体管、电阻、电容等)的个数分为：SSI，MSI，LSI，VLSI11. IC按功能分为数字IC和模拟IC；按用途分为通用IC(如存储器、CPU等)和专用IC12. IC的工作速度取决于芯片中组成逻辑门电路的晶体管的尺寸13. Intel公司的创始人摩尔1965年在《电子学》杂志上预测，单块IC的集成度平均每18-24个月翻一番14. IC卡按卡中所镶嵌的集成电路芯片分为：存储器卡(如：公交卡)和CPU卡(如：SIM卡)15. IC卡按使用方式分为：接触式IC卡(如：电话IC卡)和非接触式IC卡(如：第2代身份证)16. 通信的基本任务是传递信息，由三个要素组成，即信源，信道，信宿17. Modem(调制解调器)的功能是对载波信号进行调制和解调，调制的方法有三种：调幅，调频，调相18. Modem(调制解调器)的种类有电话Modem，ADSL Modem，Cable Modem等19. “调制”为数字信号转换为模拟信号的过程，即D/A转换20. “解调”为模拟信号转换为数字信号的过程，即A/D转换21. 信道多路复用技术主要有：时分复用(TDM)，频分复用(FDM)，波分复用(WDM)，码分复用(CDM)四种22. 计算机网络中采用的最基本的多路复用技术是“时分复用TDM”23. 以光纤为传输媒质的光纤通信一般采用“波分复用WDM”24. 传输模拟信号的有线电视系统中采用的多路复用技术是“频分复用FDM”25. 传统的有线载波电话，无线电广播和模拟电视采用的都是“模拟通信技术”26. 微波接力通信采用“模拟调频传输技术”可以进行大容量信号传输27. 数字通信系统的性能指标有：信道带宽，数据传输速率，误码率，端-端延迟28. 数字通信是当代通信的主流，其优点有抗干扰能力强，易于控制差错，易于加密处理，保密强度高等29. 有线传输介质有：电话线，双绞线，同轴电缆，光缆30. 无线传输介质有：无线电波(中波，短波，超短波和微波)，红外线，激光31. 中波沿地面传播，绕射能力强，适合广播和海上通信32. 短波具有较强的电离层反射能力，适合环球通信33. 微波，频率极高，波长很短，直线传播，无绕射能力。
专升本计算机试题中的计算机组成原理
专升本计算机试题中的计算机组成原理计算机组成原理是专升本计算机试题中的重要内容之一。
在计算机科学与技术领域的学习中，了解计算机组成原理及其相关知识对于掌握计算机硬件的工作原理和设计思想至关重要。
本文将从计算机组成原理的定义、主要组成部分、工作原理以及实际应用等方面进行论述。
一、计算机组成原理的定义计算机组成原理是指计算机硬件的构成和工作原理，它是计算机科学与技术的基础知识之一。
计算机在功能上可以分为五大部分：输入单元、输出单元、中央处理器（CPU）、控制单元和存储器。
计算机组成原理研究计算机各个功能部件的物理结构和工作方式，通过深入理解计算机的组成与工作原理，有助于我们更好地设计、维护和优化计算机系统。
二、计算机组成原理的主要组成部分计算机的组成部分主要包括输入单元、输出单元、中央处理器和存储器。
1. 输入单元：输入单元负责从外部设备接收数据并将其转化为计算机可识别的内部数据格式。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等。
输入单元的主要任务是将外部输入转化为内部二进制编码。
2. 输出单元：输出单元负责将计算机处理后的数据转化为人类可读的形式，并输出到外部设备。
输出单元的常见设备包括显示器、打印机等。
输出单元的主要任务是将计算机内部数据转化为外部可读形式。
3. 中央处理器（CPU）：中央处理器是计算机的核心部件，负责执行指令和处理数据。
中央处理器由运算器和控制器组成。
运算器负责执行算术和逻辑运算，而控制器负责控制计算机内部各个部件的协调工作。
4. 存储器：存储器是计算机系统中的主要数据存储部分。
它用于存储计算机的指令和数据。
根据存储介质的不同，存储器可以分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）等各种类型。
三、计算机组成原理的工作原理计算机组成原理的工作原理主要包括指令的执行流程和数据的处理流程。
1. 指令的执行流程：计算机中的指令是由二进制编码表示的。
指令的执行流程一般可以分为取指令、解码指令、执行指令和访存写回四个阶段。
计算机理论基础 第二章 11.16
蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
1.计算机的发展
早期的计算工具
算盘（中国，唐朝）
计算尺（欧洲，1622）
蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
1.计算机的发展
1. 早期的计算工具
加减法器，（法国，1642，帕斯卡）
蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
1.计算机的发展
1. 早期的计算工具
差分机，（英国，1812，巴贝奇）
1.主板的组成
蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
1.主板的组成
蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
主板的组成
1. CPU插座 2. 主存储器插槽 3. PCI总线扩展槽，（显卡、声卡、网卡）；AGP总 线扩展槽。 4. 芯片组：固定在主板上，协调微机系统的正常运 转。 5. BIOS芯片：固化在主板上一块 Flash ROM 芯片中 的一组机器语言程序。 6. CMOS芯片：易失性储存器，需要电池供电，存放 着与计算机硬件相关的一些参数（配置信息）。 蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
CPU性能指标—高速缓存（cache)
1. cache是一种小容量高速缓冲存储器，直接制作在CPU 芯片内，速度几乎与CPU一样快，分一级和二级缓存， 其容量越大，级数越多，效果越显著 2. 程序运行时，一部分指令和数据会被预先成批拷贝到 Cache中 3. 当CPU需要从主存读（写）指令或数据时，先检查 Cache，若有直接从Cache中读取，若无再访问主存储 器 4. Cache具有透明性，它的内容不能由程序直接访问（对 程序员是透明的） 5. Cache的命中率：CPU需要的指令或数据在Cache中直接 蓝洋专转本计算机理论基础 第二章 找到的概率
计算机体系结构基础深入了解计算机硬件的工作原理
计算机体系结构基础深入了解计算机硬件的工作原理计算机体系结构基础：深入了解计算机硬件的工作原理计算机硬件是构成计算机体系结构的重要组成部分，深入了解计算机硬件的工作原理对于理解计算机体系结构的基础知识至关重要。
本文将从中央处理器（CPU）、存储器（内存）和输入输出设备三个方面解析计算机硬件的工作原理。
一、中央处理器（CPU）中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）是计算机硬件中最核心的部分，它负责执行计算机指令、进行算术和逻辑运算以及控制数据的传输等工作。
CPU由控制单元（Control Unit）和算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit）两部分组成。
控制单元负责解析和执行指令，它通过指令寻址、取指、译码以及执行的过程将指令序列转化为控制信号，控制不同部件的工作；算术逻辑单元则负责进行算术和逻辑运算，例如加法、减法、乘法、逻辑与或非等操作。
CPU内部的工作原理涉及到时钟信号的引导、寄存器的使用以及流水线技术的应用，这些都是CPU能够高效执行指令的关键。
二、存储器（内存）存储器是计算机硬件中负责存储和读写数据的部分，它包括主存储器（内存）和辅助存储器（硬盘、光盘等）。
主存储器是CPU能够直接访问的部分，也是存储程序和数据的地方。
主存储器的工作原理是将计算机需要的数据和指令保存在一个个存储单元中，这些存储单元通过地址进行寻址和访问。
主存储器的组成单元是一个个存储单元（bit），每个存储单元都有唯一的地址，可以进行读写操作。
读取数据时，CPU通过地址线将要读取的数据的地址传递给主存储器，主存储器将该地址对应的数据通过数据线传递给CPU；写入数据时，CPU将要写入的数据和地址通过数据线和地址线传递给主存储器，主存储器将该数据写入到对应地址的存储单元。
主存储器的工作速度较快，但是存储容量有限。
辅助存储器主要是用于长期存储程序和数据，其容量较大但是速度较慢。
第2章 计算机系统的结构组成与工作原理PPT课件
2. 计算机组成：从硬件角度关注物理机器的各部件的功 能以及各部件的联系。对程序员是透明的。
3. 计算机实现：指的是计算机组成的物理实现，包括处 理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度；
1. 计算机体系结构是人眼看不见的东西，而计算机组成是人 眼可见的
2.3 微处理器体系结构的改进（理解）
✓ 冯·诺依曼结构的改进 ✓ 并行技术的发展 ✓ 流水线结构 ✓ 超标量与超长指令字结构 ✓ 多机与多核结构
2.4 计算机体系结构分类（理解） 2.5 计算机性能评测（掌握）
✓ 字长、存储容量、运算速度
第二章 计算机系统的结构组成与工作 原理
2.1 计算机系统的基本结构与组成
冯·诺依曼体系结构
一．硬件组成
五大部分
运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备 以运算器为中心(现在以存储器为中心)
二．信息表示：二进制
计算机内部的控制信息和数据信息均采用二进制表示，并 存放在同一个存储器中。
三．工作原理：存储程序/指令(控制)驱动
编制好的程序(包括指令和数据) 预先经由输入设备输入并 保存在辅助存储器中；程序开始运行时，计算机在不需要人工 干预的情况下由控制器自动、高速地依次从存储器中取出指令 并加以执行。
2.4 计算机体系结构分类 2.5 计算机性能评测PerformanFcelynn
字长、存储容量、运算速度
2.6 习题 3 / 50
2020/12/6
计算机系统的层次结构
应用软件 系统分析层（数学模型、算法） 用户程序层（语言编程）
应用语言虚拟机 高级语言虚拟机
语言系处统理层软（件解：释操、作编译系）统、编译器、数据库汇管编语理言系虚拟机 统操、作W系eb统浏层览器、设备驱动、中断服操务作程系序统虚拟机
《大学计算机基础》课件第2章
图2-16 操作系统的桥梁作用
2.3.4 应用软件
操作系统使硬件系统具备“生命”的基本条件，但要 “思维并解决问题”，还需要各种各样的应用软件。
2.3.5 软件和硬件的关系
从应用的角度看，硬件和软件在逻辑功能上是可以等效 的。
2.4 组装微型计算机
1．硬件安装 2．软件安装
1．总线及其分类 2．计算机 USB接口 4) IEEE 1394 5) 硬盘接口
2.2.6 输入/输出设备
1．输入设备 1) 键盘 通常包括数字键、字母键、符号键、功能键和控制键等， 并分放在一定的区内，如图2-12所示。
(1) 主键区。 (2) 小键盘区。 (3) 编辑键区。 编辑键区的10功能键又分成8个光标移动键和2个编辑操 作键(Del和Ins)，如表2-1所示。 (4) 功能键区。
1．CPU的发展 CPU的发展一直遵循“摩尔定律”。 图2-6给出了英特尔酷睿2双核处理器的外型结构。 2．衡量CPU性能的主要技术指标 (1) CPU主频。 (2) CPU字长。 (3) 外频和倍频。 3．国产CPU——龙芯
图2-6 英特尔酷睿2 双核处理器的外型结构
2.2.4 存储器
存储器(Memory)是计算机系统中的记忆设备，用来存 放程序和数据。
按键 ? ? ? ?
H ome E nd
表2-1 编辑键区按键及功能
光标左移一个 字符 光标右移一个 字符 光标上移一个 字符 光标下移一个 字符 光标移到行头 或当前页头 光标移到行尾 或当前页尾
功能
续表
按键
功能
PageUp
光标移到 上一页
PageDown Del
光标移到 下一页 删除键。 删除光标位置 的一个字符
计算机专升本重点知识回顾
计算机专升本重点知识回顾计算机专升本课程是为了满足那些已经取得大专学历的计算机相关专业人员进一步提升自己的学历和技能而设计的。
在准备参加计算机专升本考试之前，有必要对一些重点知识进行回顾和巩固。
本文将从计算机硬件、操作系统、数据库以及网络技术等方面介绍一些重点知识，以帮助你更好地备考。
1. 计算机硬件计算机硬件是计算机系统的物理组成部分，包括中央处理器（CPU）、内存、硬盘、显示器等。
在计算机专升本考试中，硬件相关的知识点是必考的重点。
以下是一些重要的硬件知识点：- 中央处理器（CPU）：CPU是计算机的核心部件，负责执行指令和进行数据处理。
你需要掌握CPU的主要组成部分、工作原理以及常见的CPU型号和参数。
- 存储器：计算机的存储器分为内存和外存。
内存用于临时存储数据和程序，而外存用于永久性存储。
你需要了解不同类型的内存和外存，如RAM、ROM、硬盘、固态硬盘等。
- 显示器：显示器用于显示计算机的图像和文字信息。
你需要了解显示器的分辨率、色彩深度、刷新率等基本概念，并掌握常见的显示器接口类型。
2. 操作系统操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理和控制计算机的各种资源。
在计算机专升本考试中，操作系统相关知识是重中之重。
以下是一些操作系统的重点知识点：- 常见操作系统：掌握主流操作系统如Windows、Linux和macOS的特点、功能和应用。
- 进程与线程：了解进程和线程的基本概念以及它们的区别与联系，掌握常见的进程管理和线程管理技术。
- 文件系统：理解文件系统的组织结构和管理机制，了解常见的文件系统类型和特点，如FAT32、NTFS等。
- 网络管理：掌握网络管理的基本概念和技术，包括配置网络参数、设置防火墙和路由器等。
3. 数据库数据库是用于存储和管理数据的软件系统，在计算机专升本考试中数据库相关的知识点也是重要的考点。
以下是一些数据库的重点知识点：- 关系数据库：了解关系数据库的基本概念和特点，如表、字段、行、主键等。
第2章2.2 CPU的逻辑结构与原理
赛扬系列
（1星级CPU）
当产前品→
奔腾系列 酷睿i3系列
（2星级CPU） （3星级CPU）
酷睿i5系列 （4星级CPU）
酷睿i7系列 （5星级CPU）
18
2.2 CPU的逻辑结构与原理
如何衡量CPU的性能？
计算机的性能主要表现为程序执行速度的快慢
计算机性能由许多因素决定，例如CPU、内存、硬盘、显卡 等，但通常CPU是主要因素
程 指令1 序 指令2
指令k
指令n
内 数 数据1 存 据 数据2
储 器
数据m
指令地址 指令
操作数地址 数据
存放待执行 指令的地址
存放待执行的 指令并进行译
码
指令计数器 控 制
指令寄存器 器
操作命令
寄 存 器 组
运
中 央
算处
器
理 器
暂存等待处
理的数据
完成规定的运
7
算2.2 CPU的逻辑结构与原理
运算器(ALU)与通用寄存器(GPR)
CPU的性能高低主要表现为CPU的速度，有两种衡量方法：
1. 计算每秒钟可执行的指令数目(单位：MIPS、MFLOPS)
巨型计算机：xx千万亿～xx万万亿次 基本运算/秒 个人计算机：几千万～几亿次 基本运算/秒
（其中，基本运算指的是：四则运算和∧，∨等逻辑运算）
2. PC大多以常用软件(办公软件、数字媒体处理软件和3D游戏等) 的运行速度来测试CPU的性能，例如：
游戏性能测试程序: 3DMark 整体综合性能测试程序: PCMark
19
2.2 CPU的逻辑结构与原理
影响CPU性能的主要因素
体 系
字长（位数）
山东专升本计算机章节知识点总结
山东专升本计算机章节知识点总结计算机专业是一个非常广泛且快速发展的领域，涉及到的知识点也非常丰富。
以下是山东专升本计算机考试中常见的一些章节和知识点的总结。
1.计算机硬件-CPU：常见的CPU架构，如x86、ARM等；CPU的工作原理，包括指令周期、流水线等；常见的CPU性能指标，如主频、缓存等。
- 存储器：内存的种类和层次结构，如RAM、ROM、Cache等；常见的存储器技术，如SRAM、DRAM等。
-输入输出设备：常见的输入输出设备，如键盘、鼠标、打印机等；常见的设备接口和通信协议。
-主板和总线：主板的组成和功能，如芯片组、BIOS等；常见的总线标准，如PCI、USB等。
2.操作系统-操作系统的基本概念和功能，如进程管理、内存管理、文件系统等。
-进程与线程：进程的概念和特点，如并发、独立性等；线程的概念和特点，如轻量级、共享资源等。
-内存管理：内存的分段和分页技术，如虚拟内存；页表的结构和转换机制。
-文件系统：文件的组织和管理，如文件的存储结构、目录结构等；文件的操作和保护机制。
3.数据结构与算法-数据结构：常见的数据结构，如线性表、树、图等；常见的数据结构操作，如查找、排序等。
-算法设计与分析：常见的算法设计技术，如分治法、动态规划等；算法的时间和空间复杂度分析。
4.网络与通信-网络基础知识：常见的网络拓扑结构，如星型、环形等；常见的网络协议，如TCP/IP、HTTP等；常见的网络设备，如交换机、路由器等。
-网络层次模型：OSI模型和TCP/IP模型的结构和功能；常见的网络层协议，如IP、ARP等。
-网络安全和保密：常见的网络攻击和防御技术，如防火墙、加密等。
5.数据库技术-数据库基础知识：数据库的概念和特点，如数据模型、数据库管理系统等；常见的数据库模型，如层次模型、关系模型等。
-SQL语言：常见的SQL语句，如查询、插入等；SQL语句的优化和调优。
-数据库设计：数据库的逻辑设计和物理设计，如实体-关系模型、范式等；数据库的安全性和完整性设计。
cpu什么原理
cpu什么原理
CPU，即中央处理器，是计算机中的核心部件，负责执行指令、控制数据流动和进行算术逻辑运算等任务。
它是计算机内部的“大脑”，与其他硬件设备协同工作，保证计算机的正常运行。
CPU的工作原理可以分为指令和数据的处理以及控制单元的
工作。
首先，CPU从内存中获取指令，并按照指令的要求操
作数据。
指令包括数据传输、运算和控制等操作。
通过运算单元完成算术和逻辑操作，将运算结果储存或传递给其他部件。
控制单元则负责指挥和协调整个CPU的工作，包括指令的解码、时序控制和控制信号的发出。
除了核心工作原理外，CPU还有一些关键技术，如流水线技
术和分支预测技术。
流水线技术将指令处理过程分解为多个阶段，各阶段同时进行，以提高CPU的处理效率。
分支预测技
术则用于解决分支指令（如if-else判断）对流水线造成的延迟问题，通过预测分支结果来提前进行后续操作。
此外，现代CPU还采用了超线程和多核技术。
超线程技术通
过模拟并行执行多个线程，增加了CPU的处理能力。
而多核
技术实现了将多个CPU集成到一个芯片上，每个核心能够独
立执行指令，提高了系统的整体性能。
总的来说，CPU通过指令和数据的处理以及控制单元的工作，负责执行计算机的指令和算术逻辑运算等任务。
通过流水线、分支预测、超线程和多核技术等不断提升其性能，以适应日益增长的计算需求。
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CPU
③CPU 逐 条 执行指令,按 指令要求完 成对数据的 运算和处理
④将指令的运算处理 结果送回内存保存
冯．诺依曼计算机工作原理
3
2.2 cpu的逻辑结构与工作原理
△△CPU的任务
CPU的主要任务是执行指令，它按指令的规定对
数据进行操作
存储数据 和指令 执行指令 处理数据
存储器
指令，数据
中央 处理器
1个芯片中有两个功能相同的处理器(内核)，在操作系
统看来，系统中有2个物理处理器
2个内核可以各有自己的L2 cache，但必须保正其中
的信息完全一致，否则就会出现运算错误 (由955X芯 片组中北桥芯片负责)，也可以共享同一个L2 cache
用途：面向计算密集型应用和娱乐发烧友 产品 ：
操作码 操 2 3 4 5 6 7
36 9 27
27 ALU 9
例1:取数指令
LOAD LOAD R3 R5 内存地址A 内存地址B
36
例2：加法指令
ADD R1 R3 R5
(3＃寄存器内容与5＃寄存器内容相加， 并把和数写入1＃寄存器)
A B ~ ~ C
9 27 内存储器 ~ ~ 36
指令采用二进位表示，大多数情况下由两个部分组成：
操作码
指出CPU应执行何种操作的一个命 令词，例如加、减、乘、除、存取 数等。
操作数地址
指出该指令所操作(处理)的 数据或者数据所在位置 ，个 数同操作码有关。
ADD
SUB
R1
R1
R3
R3
R5
CPU执行每一条指令都还要分成若干步，每一步仅完成
一个或几个非常简单的操作－微操作。
16
CPU包含的定点运算器和浮点运算器数目
是否流水线结构，流水线的条数和级数
有无指令预测和数据预测功能 是否具有数字信号处理功能 是否多核，有几个内核 ······
2.2 cpu的逻辑结构与工作原理
补充
Pentium4提高速度的措施
扩展CPU的字长：64位存储扩展 提高CPU的主频：已经从1.5GHz逐步提高到3GHz以上，目前
指令执行周期
1 取指令
2 指令译码
3 执行指令 4 修改指令 计数器 问题：CPU的时钟频率(主频) 与指令执行速度是什么关系？
2.2 cpu的逻辑结构与工作原理
4. 修改指令计数器，决定下
一条指令的地址
9
√关于指令系统
指令系统(instruction set)又称指令组，是一个
CPU所能执行的全部指令的总称，即它的机器语 言。 每种CPU都有它自己独特的一组指令,数以百计的 不同指令往往被分为许多类。奔腾4处理器指令系 统中的指令共有七大类：
8
2.2 cpu的逻辑结构与工作原理
△指令在计算机中的执行过程
1. 取指令：CPU的控制器从
存储器读取一条指令并放 入指令寄存器 2. 指令译码：指令寄存器中 的指令经过译码，决定该 指令应进行何种操作、操 作数在哪里 3. 执行指令
3.1 取操作数 3.2 进行运算 3.3 送结果到寄存器或内存
Pentium D(不支持超线程技术)
Pentium Extreme Edition(至尊版)支持HT， 最多可作为4个处理器用 酷睿™ (Core Duo)双核处理器(嵌入式应用和笔 记本)：不支持HT和64位扩展 酷睿2 (Core 2 Duo)双核处理器：支持EM64T
揭开外壳后的 Pentium D处理器
数据，按指令操作码的规定，对数据进行运算处理，直到 程序执行完毕为止
①任务启动时，执行 该任务的程序和数据 从外存成批传送到内 存
指令1 指令2 指令k 指令n
程 序
外存储器
⑤任务完成后 ，将处 理得到的全部结果成 批传送到外存以长久 保存
数据1 数据2 数据m
内 存 储 数 器
据
②CPU从内存中逐条 读取该程序的指令及 相关的数据
5
数据1 数据2 数据m
操作数地址 数据
暂存等待处理的 数据和运算的中 间结果
寄 存 器 组
运 算 器
完成规定的算术 和逻辑运算 2.2 cpu的逻辑结构与工作原理
运算器(ALU)与通用寄存器(GPR)
运算器用来对数据进行各种算术或逻辑运算，所以称为算术逻
辑部件 (ALU)，参加ALU运算的操作数通常来自通用寄存器 GPR ，运算结果也送回GPR
处理结果
4
2.2 cpu的逻辑结构与工作原理
△△CPU的结构
CPU主要由运算器、控制器和寄存器组3个部分组成
已经启动运行 的程序和数据
存放待执行 指令的地址
指令1 指令2
存放待执行的 指令并进行译 码
程 序
指令地址 指令
指令计数器 指令寄存器
操作命令
指令k
指令n
控 制 器
中 央 处 理 器
内 数 存 据 储 器
2.2 CPU的结构与工作原理
2.2.1 CPU的结构 2.2.2 指令与指令系统
2.2.3 CPU的性能指标
2.2.1 CPU的逻辑结构
2
2.2 cpu的逻辑结构与工作原理
△△“存储程序控制” 原理
将问题的解算步骤编制成为程序，程序连同它所处理的数
据都用二进位表示并预先存放在存储器中
程序运行时，CPU从内存中一条一条地取出指令和相应的
AMD公司：独龙、闪龙、炫龙等
互相 兼容
IBM公司：Power5、Power6等（苹果的Macintosh 使用）
SUN公司：Ultra SPARC处理器 HP公司： PA-RISC、Itanium 处理器
12
2.2 cpu的逻辑结构与工作原理
2.2.3 CPU的性能指标
13
2.2 cpu的逻辑结构与工作原理
2.2 cpu的逻辑结构与工作原理
例3：存数指令
STORE 6 R1 内存地址C
2.2.2 指令与指令系统
software
instruction set
hardware
7
2.2 cpu的逻辑结构与工作原理
指令及其格式
指令就是命令，它用来规定CPU执行什么操作。指令是构成程序的基本单位，
程序是由一连串指令组成的.
但有一定开销，对于单线程的软件反而降低了效 率 集成电路制造及封装技术的进步，有能力把2个甚 至更多个处理器做在1个芯片内 /view/57685.htm 2.2 cpu的逻辑结构与工作原理
18
补充
双核处理器：一个处理器上集成两个运算核心，
从而提高计算能力．
独立 cache 共享 cache
19
2.2 cpu的逻辑结构与工作原理
最高已经接近4GHz；
加快CPU前端总线的数据传输速度：
CPU总线宽度增加为64~128位 CPU总线频率从400MHz、533 MHz提高到800MHz和1066MHz 因此，传输速率也相应地从3.2GB/s、4.3GB/s提高到6.4GB/s和 8.6GB/s
采用cache存储器 增大cache容量： L2 cache的容量从256KB也已经增大为1MB或 2MB 增加cache的级数：有些处理器采用L3 cache 采用超标量运算器结构和超流水线技术 提供和支持向量运算指令（SIMD指令） 采用超线程技术，提高执行部件的工作效率 采用双(多)核处理器技术
17
2.2 cpu的逻辑结构与工作原理
补充
双核处理器出现的背景
提高主频来提升处理器性能的瓶颈是散热问题： 3.2GHz 的Pentium 4处理器功率超过100W，内核 温度达摄氏70度 提升到4.0GHz时功率会达到150W，散热问题更难 处理
超线程技术虽然可以提高执行部件的使用效率，
2.2 cpu的逻辑结构与工作原理
2、主频（ CPU电子线路的工作频率，CPU时钟频率）
3、CPU总线（前端总线）的速度
4、高速缓存（cache）的容量与结构
15
△△影响CPU性能的主要因素(之二)
5、CPU的指令系统
指令的格式和功能会影响程序的执行速度
6、CPU的逻辑结构
使用常用软件（办公软件、数字媒体处理软件和3D游 戏等）的执行速度来衡量CPU的性能
2.2 cpu的逻辑结构与工作原理
2.
14
△△影响CPU性能的主要因素(之一)
1、CPU的字长（指的是CPU中定点运算器的宽度,即一次能同时进行
二进制整数运算的位数）
目前PC使用的CPU大多是32位处理器，新一代的PC机将使 用64位处理器 决定着CPU芯片内部数据传输与操作速度的快慢，主频提高， CPU的处理速度通常也会加快。3-4G CPU总线工作频率和数据线宽度决定了CPU与内存间数据传 输速度的快慢 减少CPU访问内存的次数；cache容量越大、级数越多，其 效用就越显著
如何衡量CPU的性能？
计算机的性能主要表现在程序执行速度的快慢，它由 许多因素决定，例如CPU、内存、硬盘、显卡等，但 通常CPU是主要因素
CPU性能高低的主要指标是CPU的速度，有2种衡量方 法：
1.
计算每秒钟可执行的指令数目（单位：MIPS:百万条定 点指令/秒、MFLOPS:百万条浮点指令/秒、TFLOPS： 万亿条浮点指令/秒；适用于对大型机、巨型机的衡量）
Pentium比80386增加了的80多条浮点指令，
Pentium II比Pentium增加了50多条处理多媒体信息的指令 。。。。