2.2 CPU 的结构与原理

2.2 CPU 的结构与原理

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指令与指令系统2

CPU 的性能指标33

CPU 的结构31

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2.2.1 CPU 的结构2.2.1 CPU 的结构

主目录主目录 CPU实物图

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一是内含处理器电路的硅芯片。

CPU 的物理结构

任何 CPU 都由两个主要部分组成。

二就是承载芯片用的电路板，它负责芯片和外界的一切通讯，并决定这一颗芯片的时钟频率。

主目录主目录 CPU 的物理结构图示

主目录主目录 计算机的原理

冯 • 诺依曼 -----“ 计算机之父”

冯 • 诺依曼计算机原理

-----“ 存储程序控制”

主目录主目录 计算机的原理

冯•诺依曼计算机原理 -----“ 存储程序控制”

程序是一个指令序列；

指令与数据都用二进制表示，预先存放在存储器内；

计算机工作时， CPU 从内存取出指令和数据，按指令的规定，对数据进行运算处理，直到程序完成为止。

主目录主目录 中央处理器的概念

中央处理器是计算机的核心部分，主要由运算器、控制器和寄存器组组成。 运算器：用来对数据进行各种算术和逻辑运算。也称为执行单元。 控制器：是计算机硬件系统的指挥中心，它的作用是控制程序的执行，确保各个部件协调一致，有条不紊地完成各种操作。 寄存器组：临时存放数据。

主目录主目录 中央处理器的结构图

主目录主目录 计算机工作原理计算机工作原理

计算机的基本工作原理为存储程序和执行指令。计算机的基本工作原理为存储程序和执行指令。计算机的基本工作原理为存储程序和执行指令。计算机的基本工作原理为存储程序和执行指令。

运算器

运算器

控制器

控制器

存储器存储器输入设备输入设备 输出设备输出设备

CPUCPU

控制指令控制指令

控制指令控制指令

取数据

取数据

存数据

存数据

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2.2.2 指令与指令系统2.2.2 指令与指令系统

主目录主目录 指令与指令系统◆ 指令：是用来规定 和 的一个二进制位串。

操作码 操作数地址

◆ 指令的格式：

计算机执行的操作操作对象所在存储位置

主目录主目录 指令与指令系统

操作数地址：指出该指令所操作的数据或数据所在的存储单元的地址。

操作码：是用来指出计算机应执行何种操作的一个二进制代码。

主目录主目录 指令执行周期

1 取指令

4 修改指令计数器

3 执行指令

2 指令译码

主目录主目录 指令的执行过程

（ 1 ） CPU 访问存储器取得一条指令并放入指令寄存器。

（ 2 ）控制器对指令中的操作码进行译码。

（ 3 ）计算出所使用的操作数的地址，从寄存器或存储器中取得操作数。

（ 4 ）运算器按照指令操作码的规定，对操作数完成规定的运算处理。

（ 5 ）需要时，把运算结果保存到指定的寄存器或内存单元。

（ 6 ）修改指令地址，供执行下一条指令时使用。

主目录主目录 指令的执行过程

主目录主目录 指令系统

指令系统： CPU 能执行的全部指令之和。每一种 CPU 都有它自己独特的一组指令。指令系统中有数以百计的指令：

数据传送指令 算术运算指令 逻辑运算指令 移位和位操作指令 控制转移指令 I/O 指令

主目录主目录 处理器的兼容性

Pentium 系列处理器

IBM 公司的 Power PC 微处理器不兼容

Pentium 系列处理器

AMD 或 Cyrix 公司的微处理器兼容

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2.2.3 CPU 的性能指标2.2.3 CPU 的性能指标

主目录主目录 CPU的性能指标（ 1）

CPU 的性能主要表现在程序执行速度的快慢。

字长（位数）

主频（ CPU 时钟频率）

指 CPU 中定点运算器的宽度，决定了 CPU 可访问的存储器最大空间

CPU 中电子线路的工作频率，它决定了CPU 芯片内部数据传输与操作速度的快慢

主目录主目录 CPU的性能指标（ 2）

决定 CPU 与内存之间传输数据的速度

减少 CPU 访问内存的次数

CPU 总线速度

高速缓存（ cache ）的容量与结构

指令系统 逻辑结构

主目录主目录 双核 CPU

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