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1、第第2 2節(jié)節(jié) 中央處理器中央處理器 2.1 CPU的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程 2.2 CPU的內(nèi)部結構的內(nèi)部結構 2.2 CPU的工作原理的工作原理 2.3 CPU的性能指標的性能指標 復習回顧 提問：計算機內(nèi)部的主要組成部件有哪些？ 回答： 內(nèi)存、 CPU、 主板、 硬盤等 顯卡、 決定1臺電腦主要性能的高低，就在于電腦主機里的中央處理器芯片，簡稱CPU(Central Processing Unit)。 中央處理器，顧名思義，就是“把數(shù)據(jù)收集到一起集中進行處理的器件”。CPU是一個電子元件，直接處理計算機的大部分數(shù)據(jù)，它處理數(shù)據(jù)速度的快慢直接影響著整臺電腦性能的發(fā)揮，所以人們把CPU形象地比喻
2、為計算機的大腦。 計算機的核心部分：C P U 1971年，Intel公司推出了世界上第一臺微處理器4004。 Pentium時代：1993年，Intel推 出了全新一代的“586”處理器Pentium。 1996年底，Intel又推出了Pentium MMX（多能奔騰）Socket 7架構。 1997年5月，Intel 推出了影響力最大的Pentium CPU。 2010年1月，Intel公司發(fā)布了酷睿i系列處理器。 IntelIntel公司公司 于1998年推出Celeron 賽揚處理器。 2.1 CPU的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程 AMDAMD公司公司 1995年，AMD公司推出了K5系列的CP
3、U。 1997年4月，AMD推出了新產(chǎn)品K6。 1998年中，AMD最新K6-2處理器正式推出。 99年2月22日，AMD在全球范圍發(fā)布400MHz AMD K6。 2011年發(fā)布了3個CPU系列：E系列、A系列和FX系列。 2.1 CPU的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程 當前用于計算機的CPU生產(chǎn)的公司只有Intel和AMD兩家。 2.1 CPU的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程 Intel 奔騰4 AMD 速龍 64X2 CPU是計算機系統(tǒng)的核心部件，控制著整個計算機系統(tǒng)的工作。它能有如此強大的功能，與它的內(nèi)部物理構造息息相關。內(nèi)部結構主要包括5部分：內(nèi)核、基板、填充物、貼片電容以及編號標簽等。 2.2 CPU的內(nèi)
4、部結構的內(nèi)部結構 所有計算、接收、存儲命令和處理數(shù)據(jù)都在這里完成。 承載CPU核心用的電路板，負責核心芯片與外界的數(shù)據(jù)傳輸。 介于內(nèi)核與基板之間，緩解來自散熱器的壓力及固定芯片和電路基板。其質(zhì)量優(yōu)劣有其質(zhì)量優(yōu)劣有時直接影響整個時直接影響整個CPU的質(zhì)量。的質(zhì)量。 CPU的編號分別對主頻、外頻、緩存、工作電壓、生產(chǎn)日期等內(nèi)容進行了說明。 片式陶瓷電容器。 2.3 CPU的工作原理的工作原理 CPU一般由運算單元、控制單元、存儲單元三大部分組成。這三部分互相協(xié)調(diào)，便可進行分析、判斷、運算并控制計算機各個部件協(xié)調(diào)工作。 運算單元：運算單元： 控制單元控制單元： 存儲單元：存儲單元： （執(zhí)行單元）（執(zhí)
5、行單元）對數(shù)據(jù)進行算術和邏輯運算。對數(shù)據(jù)進行算術和邏輯運算。 （指揮中心）（指揮中心）讀指令讀指令 分析指令分析指令 做出相應控制做出相應控制 解釋指令含義，控制其他部件工作，記錄系解釋指令含義，控制其他部件工作，記錄系 統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)。統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)。 臨時存放數(shù)據(jù)。臨時存放數(shù)據(jù)。 CPU的工作原理：就像一個工廠對產(chǎn)的工作原理：就像一個工廠對產(chǎn)品的加工過程：進入工廠的原料（指品的加工過程：進入工廠的原料（指令）經(jīng)過物資分配部門（控制單元）令）經(jīng)過物資分配部門（控制單元）的調(diào)度分配，被送往生產(chǎn)線（運算單的調(diào)度分配，被送往生產(chǎn)線（運算單元），生產(chǎn)出成品（處理后的數(shù)據(jù)）元），生產(chǎn)出成品（處理后的數(shù)據(jù)）后存
6、儲在倉庫（存儲器）中，最后等后存儲在倉庫（存儲器）中，最后等著拿到市場上出售（交給應用程序使著拿到市場上出售（交給應用程序使用）。用）。 控制單元 運算單元 存儲單元 應 用 程 序 指令 數(shù)據(jù) 2.3 CPU的工作原理的工作原理 CPU工作原理流程圖 2.4 CPU的性能參數(shù)的性能參數(shù) 1、主頻、主頻 :CPU核心工作的時鐘頻率，單位是MHz。反映CPU內(nèi)部數(shù)字時鐘脈沖信號震蕩的速度。主頻越高,CPU在一個時鐘周期里所能完成的指令數(shù)越快。 2、外頻、外頻 :CPU與周邊設備傳輸數(shù)據(jù)的頻率，具體是指CPU到與主板之間的同步運行的時鐘頻頻率。 CPU的基準頻率，單位也是MHz。 3、倍頻、倍頻:
7、指CPU主頻與外頻之間的相對比例關系 , 是CPU的運行頻率與整個系統(tǒng)外頻之間的倍數(shù)。在相同的外頻下，倍頻越高。CPU的性能也越高。 計算公式：主頻 = 外頻 倍頻 4、前端總線頻率、前端總線頻率 :反映CPU與內(nèi)存直接數(shù)據(jù)交換速度 。前端總線頻率越高，代表CPU與內(nèi)存之間數(shù)據(jù)傳輸量越大。 前端總線是CPU與主板北橋芯片之間連接的通道，用來與高速緩存、主存和北橋之間傳送信息。 2.4 CPU的性能參數(shù)的性能參數(shù) 5、字長、字長:CPU在單位時間內(nèi)能一次同時處理的二進制數(shù)的位數(shù)。例如32位字長的CPU就能在單位時間內(nèi)處理字長為32位的二進制數(shù)據(jù)。 6、指令集、指令集:指存儲在CPU內(nèi)部，對CPU
8、運算進行指導和優(yōu)化的硬程序。擁有這些指令集，CPU就可以更高效地運行。 7、緩存、緩存:高速緩沖存儲器，是位于CPU與內(nèi)存之間的臨時存儲器，其功能是減少CPU因等待低速主存所導致的延遲，以改進系統(tǒng)的性能。 緩存的工作原理是:當CPU要讀取一個數(shù)據(jù)時，首先從緩存中查找，如果找到就立即讀取并送給CPU處理；如果沒有找到，就用相對慢的速度從內(nèi)存中讀取并送給CPU處理，同時把這個數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)塊調(diào)入緩存中，可以使得以后對整塊數(shù)據(jù)的讀取都從緩存中進行，不必再調(diào)用內(nèi)存。 思考：思考： 緩存和內(nèi)存緩存和內(nèi)存 區(qū)別與聯(lián)系是什么？區(qū)別與聯(lián)系是什么？ 所以，緩存的出現(xiàn)是為了解決CPU運算速率與內(nèi)存速率不匹配的矛盾
9、。 2.4 CPU的性能參數(shù)的性能參數(shù) 8、制造工藝、制造工藝: 也稱為制程寬度或制程，一般用nm表示，表示處理器內(nèi)部晶體管之間連線寬度。電路連接線寬度值越小，制造工藝就越先進，單位面積內(nèi)集成的晶體管就越多，CPU可以達到的頻率越高，CPU的體積更小。 9、工作電壓：、工作電壓：指CPU核心正常工作時所需的電壓。CPU的工作電壓是根據(jù)CPU的制造工藝而定的。一般制造工藝數(shù)值越小，核心工作電壓越低，一般在1.3V3V之間。 10、封裝方式、封裝方式:指將集成電路用絕緣的塑料或陶瓷材料打包的技術。有安放、固定、密封、保護芯片和增強散熱的功能。 練習題練習題 （1）CPU也稱微處理器，是電腦的核心部
10、分，其結構歸納起來可以分為_、 _、 _、三大部分。其內(nèi)部物理結構可分為_、 _、 _、 _、 _五部分。 （2） _質(zhì)量的優(yōu)劣有時直接影響著整個CPU的質(zhì)量。 A.CPU基板 B.CPU內(nèi)核和CPU基板之間的填充物 C.封裝 D.貼片電容 控制單元 運算單元 存儲單元 編號標簽 貼片電容 填充物 基板 內(nèi)核 B 討論： CPU的工作頻率越高，性能就一定強嗎？為什么？ 練習題練習題 1、CPU的發(fā)展歷程 2、CPU的內(nèi)部結構 內(nèi)核、基板、填充物、貼片電容、編號標簽。 3、CPU的工作原理 運算單元、控制單元、存儲單元相互協(xié)調(diào)運作。 4、CPU的性能參數(shù) 主頻、外頻、倍頻、前端總線頻率 、字長、 指令集、緩存、制作工藝、工作電壓、封裝方式。 小結小結
第二章：中央處理器
