本內容介紹了計算機cpu的內部結構、CPU的工作原理和效能指標，全面的介紹了計算機CPU。希望對大家瞭解CPU有所幫助!更多資訊請關注應屆畢業生考試網!
計算機CPU的效能指標
從CPU的構造功能方面論述CPU效能指標對於計算機執行的重要作用,從而芻議了CPU的效能指標。CPU是計算機的三大核心部件之一,全稱為(CentralProcessing Unit),CPU很小巧卻是整個計算機的運算核心和控制核心。用通俗的比喻來解釋就是相當於人的大腦。它的主要功能是解釋計算機指令以及處理計算機軟體中的資料。對於一臺計算機而言CPU效能的好壞直接決定著整個計算機的執行。
在計算機系統中CPU是由運算器和控制器兩大部分組成的。它主要負責協調並且控制計算機各部件執行程式的指令序列,對資料進行加工。具體功能包括:指令控制、操作控制、時間控制、資料加工、中斷處理等。計算機發展到今天,CPU的效能指標已經成為一個重要的研究課題了,所以對於計算機CPU效能指標的探析是非常重要的。
1 頻率所謂CPU的頻率就是指它的工作頻率。
(1)主頻其實就是CPU核心工作時的時鐘頻率。CPU的主頻所表示的是CPU內數字脈衝訊號震盪的速度。所以並不能直接說明主頻的速度是計算機CPU的執行速度的直接反映形式,我們並不能完全用主頻來概括CPU的效能。這是我們最關心的,我們所說的233、300等就是指的主頻。
(2)外頻是系統匯流排的工作頻率,即CPU的基準頻率,是CPU與主機板之間同步執行的速度。外頻速度越高,CPU就可以同時接受更多來自外圍裝置的資料,從而使整個系統的速度進一步提高。
(3)倍頻則是指CPU外頻與主頻相差的倍數。
2 快取容量一般來說存容量越大,效能也就越高,CPU的快取一般分為內部快取(L1 Cache)和外部快取(L2 Cache)。封閉在CPU晶片內部的快取記憶體,用於暫時儲存CPU運算時的部分指令和資料,存取速度與CPU主頻一致,L1快取的容量單位一般為KB。外部快取(L2 Cache):CPU外部的快取記憶體,Pentium Pro處理器的L2和CPU執行在相同頻率下的,但成本昂貴,所以Pentium II執行在相當於CPU頻率一半下的,容量為512K。
內部快取越大,CPU工作時與存取速度較慢的外部快取和內部快取間交換資料的次數越少,相對電腦的運算速度可以提高。L1快取記憶體與CPU同步執行,其快取容量大小對CPU的效能影響較大。L2快取記憶體也稱為二級快取記憶體( L2Cache)的容量和頻率對CPU的效能影響也較大,其作用就是協調CPU的執行速度與記憶體存取速度之間的差異。L2快取記憶體是CPU電晶體總數中佔得最多得一部分,由於L2快取記憶體得成本很高,因此L2快取記憶體得容量大小一般用來作為高階和低端CPU產品得分界標準。
3 工作電壓因素工作電壓指的也就是CPU正常工作所需的電壓。早期計算機執行時需要的電壓比較高通常為5V,隨著技術的不斷改進現在CPU正常執行所需要的電壓比較低了。CPU的正常工作電壓是一個比較寬的範圍,一般最低可以達到1.1V,在低電壓下依然可以穩定的工作。提高工作電壓,可以加強CPU內部訊號,增加CPU的穩定效能。但會導致CPU的發熱問題,CPU發熱將改變CPU的化學介質,降低CPU的壽命。
4 流水線的效能指標衡量流水線效能的主要指標有吞吐率、加速比和效率。
CPU的原始工作模式
在瞭解CPU工作原理之前，我們先簡單談談CPU是如何生產出來的。CPU是在特別純淨的矽材料上製造的。一個CPU晶片包含上百萬個精巧的電晶體。人們在一塊指甲蓋大小的`矽片上，用化學的方法蝕刻或光刻出電晶體。因此，從這個意義上說，CPU正是由電晶體組合而成的。簡單而言，電晶體就是微型電子開關，它們是構建CPU的基石，你可以把一個電晶體當作一個電燈開關，它們有個操作位，分別代表兩種狀態:ON(開)和OFF(關)。這一開一關就相當於電晶體的連通與斷開，而這兩種狀態正好與二進位制中的基礎狀態“0”和“1”對應!這樣，計算機就具備了處理資訊的能力。
但你不要以為，只有簡單的“0”和“1”兩種狀態的電晶體的原理很簡單，其實它們的發展是經過科學家們多年的辛苦研究得來的。在電晶體之前，計算機依靠速度緩慢、低效率的真空電子管和機械開關來處理資訊。後來，科研人員把兩個電晶體放置到一個矽晶體中，這樣便創作出第一個積體電路，再後來才有了微處理器。
看到這裡，你一定想知道，電晶體是如何利用“0”和“1”這兩種電子訊號來執行指令和處理資料的呢?其實，所有電子裝置都有自己的電路和開關，電子在電路中流動或斷開，完全由開關來控制，如果你將開關設定為OFF，電子將停止流動，如果你再將其設定為ON，電子又會繼續流動。電晶體的這種ON與OFF的切換隻由電子訊號控制，我們可以將電晶體稱之為二進位制裝置。這樣，電晶體的ON狀態用“1”來表示，而OFF狀態則用“0”來表示，就可以組成最簡單的二進位制數。眾多電晶體產生的多個“1”與“0”的特殊次序和模式能代表不同的情況，將其定義為字母、數字、顏色和圖形。舉個例子，十進位中的1在二進位模式時也是“1”，2在二進位模式時是“10”，3是“11”，4是“100”，5是“101”，6是“110”等等，依此類推，這就組成了計算機工作採用的二進位制語言和資料。成組的電晶體聯合起來可以儲存數值，也可以進行邏輯運算和數字運算。加上石英時鐘的控制，電晶體組就像一部複雜的機器那樣同步地執行它們的功能。
