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中央处理器的工作原理,cpu中央处理器的作用

时间:2023-05-05 10:22:30 阅读:208165 作者:2940

作为一个计算机专业即将大二的学生,现在才了解这个,实属汗颜啊。本博文基于网上看了不少的介绍后而作

CPU简要的来说,作为计算机系统的核心,就是解释计算机指令并且处理计算机软件中的数据。
CPU的发展从最初的4位,8位,16位,32位,最后到64位处理器。
CPU包括运算器,寄存器和控制器三部分,运算器是指计算机中的各种算数和逻辑运算操作的部件,算术逻辑单元是中央处理器核心部分,相当于执行部门;控制器是发布命令,发挥着整个计算机系统操作的协调与指挥作用,相当于调控中心;而寄存器就是由控制器到达运算器的途径,相当于中转的一个连接站,采用寄存器,可以减少CPU访问内存的次数,从而提高了CPU的工作速度。。

运行过程
在计算机得实际实现中,CPU的根本任务就是执行指令。

指令计数器,包含当前正在执行指令地址的寄存器,每当一个指令被获取之后,执行该指令指示的简单操作,然后更新PC,也就是指令计数器,俗称PC,指向下一条指令,而这一条指令并不一定和在内存中刚刚执行的指令相邻。当执行一条指令的时候,先从根据指令计数器中的当前的指令地址,将指令由ARM取到指令寄存器。 指令寄存器就临时放置从内存里面取得的程序指令。

其中数据寄存器位于存储单元,数据寄存器是存放操作数、运算结果和运算的中间结果,以减少访问存储器的次数,或者存放从存储器读取的数据以及写入存储器的数据的寄存器。

若寄存器的空间不够用时,就会转到高速缓存,而高速缓存分为一级缓存,二级缓存,三级缓存,当前者使用达到额度时,依次往后占据。最后高速缓存之后起到寄存作用的就是内存。若内存也满了,只有等待前面程序运行结束,再继续后面程序。
运算单元是CPU中的运算器的最小的单元结构,执行各种算术和逻辑运算操作。
运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算,与、或、非、异或等逻辑操作,以及移位、比较和传送等操作,亦称算术逻辑部件(ALU)

CPU的制程
现在的手机的CPU(ARM结构)都达到7nm级,PC的CPU也达到14nm级,级别越小,代表着可容纳的晶体管就越多,那么cpu的性能就会越高。
CPU的核心现在有双核,四核,多核等,每一个核心都具备相同的功能,那么计算器就可同时执行多个不同的任务。
而多线程的意思就是每一个内核本来只能同时完成一个任务,那么多线程之后,每一个内核就可执行多个任务。

多核的优势:
我们拿双核和单核的做一下分析,双核的优势不是频率,而是同时处理多件事情。一个核心理论上同时只能干一件事。
window本身就是多线程操作系统(DOS就是单线程系统,DOS下2核4核和单核没区别,处理一个任务时必须停下来等待处理结束才能干下一件事),它可以把每个处理任务划分为多“份”,多个处理任务按顺序排成队列,这样单核心的CPU可以一次处理一“份”,轮流处理每个程序的“份”,这样就像CPU同时在干几件事。但如果CPU不够好,同时等待处理的东西太多,系统就像在等待,有延时,反应慢等等症状。再或者某个程序出现错误,死机了,很可能造成后面排队的其他任务都在那里干等,造成系统无反应的情况。而多核的处理器,就可以分别处理不同的任务。

CPU的主频
计算机的操作在时钟信号的控制下分步执行,每个时钟信号周期完成一步操作,时钟频率的高低在很大程度上反映了CPU速度的快慢。
主频和CPU的运行速度有一定的关系,但不是直接关系,主频越高,代表着cpu在一个周内执行一条指令的时间就越短。只不过电脑的整体运行速度不仅取决于CPU运算速度,还与其它各分系统的运行情况有关,只有在提高主频的同时,各分系统运行速度和各分系统之间的数据传输速度都能得到提高后,电脑整体的运行速度才能真正得到提高。而当前情况想要提高CPU的主频,就需要在半导体的硅片制作中,将硅片之间的元件连接的导线越细短越好,这样才能保证受到的影响最小。

该篇博文的术语介绍中有所参考百度百科;
话题有所参考百度:数码大ka 的CPU科普文;

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